Способ отвода конвертерного газа и газоотводящий тракт конвертера

 

1. Способ отвода конвертерного газа, включающий его улавливание с дожиганиек в газоходе, охлаждение и очистку продуктов сгорания, отличающийся тем, что, с целью повышения степени утилизации энергии конвертерного газа, дожигание конвертерного газа производят подогретым компремирован|1ым воздухом с непрерывной подачей в 3o;iy горения пыпевидной ионизирующей добавки и с последующим воздействием электромагнитным полем на ионизированный поток продуктов сгорания для генерации электрического тока, который отводят от ионизированного потока продуктов сгорания при помощи замкнутой электроцепи к нагрузке и используют для технологических процессов. 2. Газоотводящий тракт конвертера, содержащий последовательно соединенные между собой участками газохода уловитель , охладитель-теплоаккумулятор в виде насадки из огнеупорного материала, газоочистку, нагнетатель и дымовую трубу, отличающийс я тем, что он снабжен полюсами магнита постоянного тока и электродами , при этом уловитель сопряжен с участком газохода, образующим камеру сгорания, а вдоль участка газохода , расположенного между камерой сгорания и охладителем-теплоаккумулятором, размещены симметрично его оси снарутки полюса магнита постоянного тока, а внутри - электроды, при этом вертикальные осевые плоскости симметрии каждой пары полюсов и электродов . соответственно перпендикулярны друг другу. § (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

П9) (11) (51) 4 С 21 C 5/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3836301/22-02 (22) 03.01.85 (46) 07.07.86. Бюл. N 25 (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт им. Л.И.Брежнева (72) Ю.И.Розенгарт и Ю.А.Гичев (53) 669. 184.224(088.8) (56) Бережинский А.И., Циммерман А.Ф.

Охлаждение и очистка газов кислород-, ных конвертеров. - М.: Металлургия, 1983, с. 11-24, 142-155, 114.

Патент Франции Ф 1224126, кл. F 23 J, 1960. (54).СПОСОБ ОТВОДА КОНВЕРТЕРНОГО ГАЗА И ГАЗООТВОДЯЩИЙ ТРАКТ КОНВЕРТЕРА (57) 1. Способ отвода конвертерного

:газа, включающий его улавливание с дожиганием в газоходе, охлаждение и очистку продуктов сгорания, отличающийся тем, что, с целью повьппения степени утилизации энергии конвертерного газа, дожигание конвертерного газа производят подогретым компремированным воздухом с непрерывной подачей в зону горения пылевидной ионизирующей добавки и с последующим воздействием электромагнитным полем на ионизированный поток продуктов сгорания для генерации электрического тока, который отводят от ионизированного потока продуктов сгорания при помощи замкнутой электроцепи к нагрузке и используют для технологических процессов.

2. Газоотводящий тракт конвертера, содержащий последовательно соединенные между собой участками газохода уловитель, охладитель-теплоаккумулятор в виде насадки из огнеупорного материала, газоочистку, нагнетатель и дымовую трубу, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что он снабжен полюсами магнита постоянного тока и электродами, при этом уловитель сопряжен с участком газохода, образующим камеру сгорания, а вдоль участка газохода, расположенного между камерой сгорания и охладителем-теплоаккумулятором, размещены симметрично его ocu снаружи полюса магнита постоянного тока, а внутри — электроды, при этом вертикальные осевые плоскости симметрии каждой пары полюсов и электродов . соответственно перпендикулярны друг другу.

1242527 3

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к кислородноконвертерному производству стали, и может быть использовано для утилизации энергии конвертерного газа.

Цель изобретения — повышение степени утилизации энергии конвертерного газа °

Дожигание конвертерного газа подогретым воздухом необходимо для достижения температуры продуктов сгорания

О

2500-3000 С, при которой достаточно интенсивно идет их термическая ионизация. Так, при дожигании холодным воздухом температура продуктов сгорания с учетом физического тепла конвертерного газа составляет немногим более 2000 С, а при дожигании воздухом, нагретым до 1000-1200 С, температура продуктов сгорания после дожигания с учетом расхода тепла на ионизацию составляет около 3000 С.

Компремирование воздуха, подаваемого на дожигание, способствует повышению энергетического потенциала продуктов сгорания за счет создания их избыточного давления, что в дальнейшем при квазиадиабатном истечении приводит к достижению скоростей движения ионизированного потока в несколько сот метров в секунду, при которых воздействие на поток электромагнитного поля вызывает генерацию электрического тока.

Непрерывная подача в зону горения пылевидной ионизирующей добавки при водит к повьппению степени ионизации высокотемпературных продуктов сгорания, что делает их достаточно высокоэлектропроводными с удельной проводимостью около 0,1 Ом "см . В качестве ионизирующей добавки целесообразно применять сравнительно недорогие легкоионизируемые соединения щелочных металлов (К, Na и др .), например карбонат калия К СО .

Подача добавки в пылевидном состоянии способствует ее быстрому и равномерному распределению в потоке высокотемпературных продуктов сгорания, что ускоряет процесс усвоения потоком частиц добавки и, соответственно, интенсифицирует ионизацию продуктов сгорания. Вместе с этим подача добавки в зону горения, где имеет место наиболее высокая температура при отводе газа, обеспечивает ускоренное термическое диспергирование добавки, 50

$4

Газоотводящий тракт конвертера выполнен в виде последовательно соединенных между собой участками газохода уловителя 1, охладителя-теплоаккумулятора 2, газоочистки 3, нагнетателя 4 и дымовой трубы 5. Со стороны охладигеля-теплоаккумулятора 2 уловитель 1 сопряжен с участком 6 газохода, который вместе с установленныкотсрое также способствует ускорению ионизации потока.

Таким образом, дожигание подогретым и компремированным воздухом с непрерывной подачей в зону горения пылевидной ионизирующей добавки обеспе-. чивает на выходе из камеры сгорания высокотемпературный ионизационный поток продуктов сгорания„ который

10 практически является проводником электрического тока. Последующее истечение продуктов сгорания без внешнего подвода или отвода тепла, которое с учетом реальных условий, 15 допускающих незначительный теплообмен с окружающей средой, можно назвать квазиадиабатным (т.е. почти адиабатным), приводит к ускорению движения потока за счет преобразования его тепловой энергHH, характеризуемой температурой и давлением, в кинетическую энергию, определяемую скоростью потока. Одновременное с истечением воздействие на электропроводный поток продуктов сгорания, движущийся с большой скоростью, .электромагнитного поля приводит в соответствии с явлением электромагнитной индукции к возникновению электродвижущей силы в объеме продуктов сгорания, которая при наличии замкнутой элек .рической цепи обуславливает в потоке электрический ток. Причем мощность вырабатываемого электрического тока пропорциональна электропроводности продуктов сгорания, определяемой степенью их ионизации, и скорости потока,. зависящей от его исходного энергетического потенциала.

Таким образом, квазиадиабатное

40 истечение электропроводных продуктов сгорания, сопровождающееся одновременным воздействием на поток электромагнитного поля, приводит при отводе конвертерного газа к генерации элект— рического тока.

На. фиг. 1 изображен газоотводящий тракт конвертера для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

1242527 ми в его полости фурмами 7 для подвода окислителя образует камеру 8 сгорания.

Снаружи вдоль участка 9 газохода между камерой 8 сгорания и охладителем-теплоаккумулятором симметрично продольной оси 00 участка размещены северный 10 и южный 11 полюса элект ромагнита. Внутри вдоль участка 9 газохода также симметрично его оси 00 размещены электроды: анод 12 и катод 13.. При этом вертикальная плоскость симметрии полюсов 10 и 11 электромагнита, проходящая через ось 00 и ось ВС симметрии поперечного сечения участка 9 газохода, перпендикулярна вертикальной плоскости симметрии анода 12 и катода 13, проходящей через ось 00 и ось DE сим,метрии поперечного сечения участка 9 газохода, Электроды, анод 12 и.катод 13., присоединены соответственно проводниками 14 и 15 электрического тока к электронагрузке, что обеспечивает в случае возникновения между электродами ЭДС замкнутую электрическую цепь, по которой можно отводить генерируемый электрический ток.

Насадка охладителя-теплоаккумуля— тора 2 выполнена иэ огнеупорного материала в виде двух параллельных по ходу теплоносителей и разобщенных между собой частей: левой 16 и правой 17. Правая 17 и левая 16 части насадки охладителя-теплоаккумулято-. ра 2 сообщаются с участком 18 газоотводящего тракта, расположенным со стороны камеры сгорания, с помощью перекидного клапана 19, а с участ.ком 20 газоотводящего тракта, распо-. ложенным со стороны газоочистки 3, с помощью перекидного клапана 21.

Охладитель-теплоаккумулятор 2

- оборудован воздушным компрессором 22, нагнетательный патрубок 23 которого связан через общий воэдухопровод 24 и далее через воздуховоды 25 и 26 с входными для воздуха камерами 27 и 28. Выходные воздушные камеры,29 и 30 соответственно левой 16 и правой 17 частей насадки сообщены с помощью воздуховадов 31 и 32 через об-. щий воздухопровод 33 с коллектором 34 фурм 7 для подвода окислителя в камеру 8 сгорания. Воэдуховоды 25, 26, 31 и 32 оборудованы соответственно отсечными клапанами 35 — 38, а общий

55 воздуховод 33 — патрубком 39 с отсечным клапаном 40, которые служат для подачи в камеру сгорания пылевидной ионизирующей добавки. Патрубок 39 расположен на конечном участке воздуховода 33 перед коллектором 34 на расстоянии, обеспечивающем равномерное распределение порошка добавки в потоке воздуха, подаваемого в камеру сгорания.

Участок 4 1 газохода, расположенный между газоочисткой 3.и нагнетателем 4, сообщен с атмосферой через патрубок 42, оборудованный отсечным клапаном 43.

В зазоре между торцами уловителя 1 и конвертером 44 размещено уплотнительное устройство 45, которое обеспечивает герметизацию стыка между горловиной конвертера и уловителем, что исключает выбивание конвертерного газа при работе газоотводящего тракта и конвертера под наддувом.

В предлагаемом газоотводящем тракте сопряжение уловителя с участком газохода, образующим камеру сгорания, обусловлено необходимостью тщательной органиэации процесса дожигания, с целью получения максимально возможных температур продуктов сгорания. При этом уловитель выполняет функцию топливоподводящего устройства, а полость участка газохода, сопряженная с уловителем и оборудованная фурмами для подвода окислителя, фактически является камерой сгорания, в которой происходит смесеобразование газа с окислителем, воспламенение и горение конвертерного газа.

Образованная таким образом камера сгорания позволяет локализовать процесс горения на определенном участке газоотводящего тракта, что обеспечивает здесь наиболее интенсивное тепловыделение и, как следствие, .наиболее высокую температуру продуктов сгорания, необходимую для их ионизации. При этом отсутствие специально образованной камеры сгорания приводит к увеличению протяженности участка газоотводящего тракта, занятого смесеобразованием и горением конвертерного газа. -Это рассредотачивает тепловыделение в пространстве, увеличивает потери тепла в окружающую среду и снижает температуру продуктов сгорания, затрудняя их ионизацию.

Размещение снаружи вдоль участка газохода между камерой сгорания и

1242527 охладителем-теплоаккумулятором симметрично оси участка полюсов электромагнита постоянного тока необходимо для воздействия на ионизованный по5 ток высокотемпературных продуктов сгорания магнитного поля, что в соответствии с явлением электромагнитной индукции приводит к возникновению в потоке ЭДС. Размещение внутри участка газохода между камерой сгорания и охладителем-теплоаккумулятором симметрично оси участка электродов необходимо для отвода электрического тока, возникающего в потоке 15 продуктов сгорания в результате электромагнитной индукции. Причем, в соответствии с правилом правой руки, которое связывает направления магнитного потока, потока ионизированных продуктов сгорания и индуцируемого электрического тока, вертикальные осевые плоскости симметрии пары полюсов и пары электродов долж— ны быть перпендикулярны друг другу. р5

Способ отвода конвертерного газа и работа газоотводящего тракта конвертера осуществляются следующим образом.

В период продувки газ выходит из конвертера.44 с температурой 16001900 С, попадает в уловитель 1, а затем через сопряженный с уловителем участок 6 газохода проходит в полость камеры 8 сгорания, где проис35 ходит смесеобразование его с возду" хом, воспламенение и дожигание. Воздух в камеру сгорания подается в компремированном виде с абсолютным давлением 10 бар и температурой 10001200 С; Между фурмами 7 воздух рас- пределяется с помощью коллектора 34.

Подогрев воздуха производится в одной из частей огнеупорной насадки охладителя-теплоаккумулятора 2 кото45 рые работают поочередно в режиме нагрева и охпаждения, Образующиеся продукты сгорания имеют температуру 2750-2950 С. Причем частично тепло, выделяющееся

50 в процессе горения, расходуется на ионизацию продуктов сгорания. Достаточно высокая степень ионизации достигается за счет непрерывной подачи в зону горения пыпевидной ионизируюшей добавки в количестве 30 кг/мин, 55 что обеспечивает удельную проводимость

-л продуктов сгорания около О, 1 Ом ° см, Б качестве ионизирующей добавки используют порошок карбоната калия 1 > ь

К СО, который подают в поток воздуха,идущего на, горение, через патрубок 39

Ионизированные продукты сгорания с абсолютным давлением 8,0-9,9 бар из газохода камеры 8 сгорания посту- пают в участок 9 газохода, расположенный между камерой сгорания и охладителем-теплоаккумулятором, где происходит их квазиадиабатное истечение. Истечение происходит за счет поддержания на участке 9 газохода соответствующего режима давления и сопровождается увеличением скорости потока продуктов =ãîðàíèÿ до 530 м/с. Режим давления поддерживается изменением производительности нагнетателя 4 и характеризуется в начале участка 9 газохода давлением 8,0-9,0 бар, а в конце участка 1,1-1,2 бар. В результате квазиадиабатного истечения происходит также снижение температуры продуктов сгорания, которая в конце участка 9 газохода составляет 19502050 С.

В процессе истечения на ионизированные продукты сгорания воздействуют магнитным полем, которое обусловлено наличием северного и южного полюсов 10 и 11 электромагнита, расположенных снаружи вдоль участка 9 газохода. Индукция магнитного поля составляеч 4 Т. В результате взаимодействия магнитного поля и потока ионизированных продуктов сгорания, движущихся со скоростью до 530 м/с, в соответствии с явлением электромагнитной индукции в потоке на участке 9 газохода возникает ЭДС, которая приводит к генерации электрического тока.

Отвод тока электромагнитной индукции от потока продуктов сгорания производится с помощью замкнутой электроцепи, включающей последовательно соединенные анод 12, проводник 14, нагрузку (не показана), проводник 15, катод 13 и полость участка 9 газохода, заполненную потоком ионизированных продуктов сгорания.

После истечения, сопровождающегося воздействием электромагнитного поля, дальнейшее охлаждение продук- . тов сгорания производится путем отдачи тепла одной из частей огнеупорной насадки (16 или 17) охладителя-теплоаккумулятора 2, в который продукты сгорания попадают с температурой,242527

1850-1900 С. Тепловой режим (нагрев или охлаждение) частей насадки определяется положением перекидных клапанов 19 и 21. В то время,,как, например, левая часть 16 насадки находится.в режиме нагрева, ее правая часть 17 находится в режиме охлажде— ния путем просасывания через нее компремированного воздуха, подаваемого в камеру 8 сгорания. Причем перекидка клапанов 19 и 21 производится с частотой. обеспечивающей температуру воздуха на входе в камеру 8 сгорания не менее 1000 С.

Компремирование воздуха осуществляется в воздушном компрессоре 22, откуда через нагнетательный патрубок 23 и общий воздухопровод 24 он подается в .левую 16 или правую 17 часть насадки. Направление воздуха в ту или иную часть насадки регулируется положениями отсечных клапа- . нов 35 — 38, согласуемыми с положениями перекидных клапанов 19 и 21.

В насадке охладителя-теплоаккумулятора 2 продукты сгорания охлаждаются до 300-350 С и поступают на газоочистку 3, где происходит выделение из газового потока конвертерного уноса и ионизирующего порошка карбоната калия. Причем улавливаемая газоочисткой смесь конвертерного уноса и карбоната калия может бьггь самостоятельно или с дополнительной присадкой К СО использована в качестве ионизирующей добавки, что обеспечивает циркуляцию добавки в процессе отвода газа- и значительно сокращает потребление К СО .

После газоочистки продукты сгорания выбрасываются с помощью нагнетателя 4 через дымовую трубу 5 в атмосферу.

В междупродувочный период, когда нет выхода конвертерного газа, производительность нагнетателя 4 резко снижают и поддерживают нагнетатель в рабочем состоянии путем подсоса

45 в него атмосферного воздуха через патрубок 42 при открытом отсечном клапане 43, который в период продувки находится в закрьггом состоянии.

Таким образом в межпродувочный период достигается отсутствие прососа холодного воздуха через газоотводящий тракт и сохраняется аккумулированное ранее в период продувки тепло, что обеспечивает в начале очередной продувки подачу в камеру сгорания нагретого воздуха. Компрессор 22 в межпродувочный период либо отключается, либо используется для вентиляционно-продувочных операций, которые осуществляются на отдельных участках газоотводящего тракта конвертера с целью обеспечения его взрывобезопасности (вентиляционно-продувочная система воздухопроводов не показана) .

Таким образом, в результате применения предлагаемого способа отвода конвертерного газа с помощью газоотводящего тракта конвертера достигает" ся повышение экономии энергии газа, которая реализуется путем выработки электроэнергии. Электрическая мощность системы утилизации при отводе конвертерного газа от 250-тонного конвертера составляет 30-35 ИВт, а количество вырабатываемой электроэнергии в год может составить около

60 млн кВт ч.

Вырабатываемую при отводе конвертерного газа электроэнергию можно использовать в различных направлениях, в том числе и для технологии кислородно-конвертерного процесса, например для питания электрофильтров при электроочистке конвертерного газа от пыли или для электропереплава лома перед загрузкой его в конвертер.

Вырабатываемый постоянный электричес- кий ток можно аккумулировать с последующей выдачей накопленной электроэнергии потребителю или преобразовать

его в переменный ток с выдачей процукции в энергосистему.

1242527

Фиг. g

Составитель Л. Шарапова

Редактор В.Петраш Техред М.Ходанич Корректор, Л.Патай

Заказ Зб70/27 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4