Способ отопления мартеновской печи и горелка для мартеновской печи

 

Изобретение относится к металлургии , вг частности к способам и устройствам для нагрева металла в мартеновских и конвертерных печах. Целью изобретения является снижение расход да топлива за счет повышения полноты его сгорания. При отоплении мартеновских печей техническая сущность предлагаемого изобретения состоит в.том, что в качестве газа для распыления жидкого топлива используют газообразное топливо, подаваемое в количестве 2-2,5 от расхода жидкого топлива с давлением 0,9-1,1 от давления окислительного газа, причем расход окислительного газа выдерживают равным 2,5- 3 от расхода.жидкого топлива, а смешивание жидкого топлива с окислительным газом осуществляют после его распыления . Для осуществления способа предложена горелка., содержащая охлаж-, i СП 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Э

РЕСПУБЛИН (19) O!) ОПИСАНИЕ И30БРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

1 (21) 4678582/02 / .(22) 28.04.89 (46) 07.02.92. Бюл. и .5 (71) Западно"Сибирский металлургический комбинат им. 50-летия Великого, Октября (72) А.И.Сизов, Н.А.Фомин, С.И.Жигач, А.П:.Иванов, В.И.Говердов, P.Ñ.Àéçàòóлов, В.Е.Никольский, Г.С.Гальперин, И.Б.Оржех, А.С.Шкраб, В.И.Авсиевич и Я.С.Гренадер (53) 669.183 2(088.8) (56) Карпушин В.К. и Курочкин Б.Н.

Совершенствование конструкции и методика расчета газомазутных горелок для мартеновских печей. - Сборник научных трудов и 2. И.: Иеталлургия, 1970, с. 124.

Лисиенко В.Г, Китаев Б.И. и

Кокарев Н.И, Усовершенствование методов сжигания природного газа в стале плавильных печах. И.: Металлургия, 1977, с. 96-106. (g1)5 Р 27 В 3/20, С 21 С 5/04, С 21 С 5/48

2 (54) СПОСОБ ОТОПЛЕНИЯ МАРТЕНОВСКОЙ

ПЕЧИ И ГОРЕЛКА ДЛЯ МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к способам и устройствам для нагрева металла в мартеновских и конвертерных печах. Целью изобретения является снижение pacxo= да топлива за счет повышения полноты его сгорания. При отоплении мартеновских печей техническая сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в качестве газа для распыления жидкого топлива используют газообраз" ное топливо, подаваемое в количестве

2-2,5 от расхода жидкого топлива с давлением 0,9-1,1 от давления окисли- ф, тельного газа, причем расход окислительного газа выдерживают равным 2,53 от расхода. жидкого топлива, а смешивание жидкого топлива с окислитель-, ным газом осуществляют после его рас" пыления. Для осуществления способа предложена горелка, содержащая oxllNK-, fiick

3 171 даемый корпус и концентрично установленные в нем внутреннюю 5, среднюю

4 и наружные 2, 3 трубы, торцы каждой из которых заглублены относительно торца охватывающей трубы. По периметру средней 4 и внутренней 5 труб равномерно выполнены радиальные пазы е и f, глубина которых соответственно равна 0,06-0,1 длины заглубления внутренней трубы 5 относительно торца средней трубы 4, а на торце средней трубы 4 равна l,0-1,5 ве0966

10 личины зазора между наружной 3 и средней 4 трубами, при этом суммарная площадь поперечного сечения пазов средней трубы 4 выполнена равной

0,1-0,8 площади ее сечения, а площадь сечения пазов внутренней трубы 5 равна 0,5-1,8 ее сечения, причем величина заглубления средней трубы 4 равна 4-7 зазорам между средней 4 и внутренней 5 трубами. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к сйособам и устройствам для нагрева металла в мартеновских печах и конвертерах. 20

Цель изобретения - снижение расхода топлива за счет повышения полноты его сгорания.

При распылении жидкого топлива газообразным топливом происходит увели- 25 чение светимости факела . Это обусловле- но тем, что разложение мазута при нагревании в условиях недостатка окислителя происходит с образованием сажистого углерода. Мельчайшие частицы сажистого углерода обладают. высокой отражательной способностью. Яркость факела резко возрастает. Поскольку нагревание стали в мартеновской печи происходит, в основном, путем тепло- 35 излучения, теплопередача от факела возрастает, а время плавки со фащается.

В свою очередь струя жидкого топлива под.малым углом (угол раскрытия 40 струи) направляется на внутреннюю поверхность кольцевой струи газообразного топлива, имеющую значительно большую скорбсть. Происходит срезание наружных слоев цилиндрической струи 45 жидкого топлива и начинается быстрое перемешивание мелких частиц жидкого топлива со струей газообразного топлива и ускорение жидких частиц. Двухфазная стру под действием эжекции внешней кольцевой струи смыкается с внутренней поверхностью окислительного газа, вовлекается в нее и ускоряется. Благодаря малым углам взаимодействия струй не происходит торможения.

55 смеси. Такая картина наблюдается при статическом одинаковом давлении газообразного и жидкого топлива. Изменение давления в какую-либо сторону не срывает нормальной работы горелки, поскольку наличие пазов на торцах труб позволяет стабилизировать, работу горелки в широком диапазоне давлений. При разности статических давлений мазута и газа происходит проника-. ние одного из компонентов в радиальные пазы. В пазах образуется донная область низкого давления. Тонкие. струйки, например, мазута проникают в пазы, если давление мазута выше давления газообразного топлива. Происхо" дит такое послойное срезание струек жидкого топлива с образованием мелких частиц. За торцом трубы для подвода жидкого топлива образуются жгуты жидкого топлива, истекающие между пазами, и вся струя приобретает вид "цветка". Эти жгуты диспергируются потоком газообразного топлива, между пазами образуются струйки газа, разрезающие струю жидкого топлива. Таким образом. диспергация жидкого топлива осуществляется успешно при любом соотношении давлений компонентов.

На фиг. показана горелка, про" дольный разрез; на фиг. 2 - сечение

А-A на фиг. 1.

Горелка мартеновской печи содержит водоохлаждаемый корпус 1 и концентрично установленные в нем трубы 1, 2, 3, 4, 5. Трубы 1 и 3 по торцу жестко заглушены кольцевой крышкой 6.

Труба 2 заглублена относительно торца труб l и 3, образуя полости а для подвода и отвода охлаждающей воды.

Труба 4 заглублена относительно тор— ца трубы 3. Труба 5 заглублена относительно торца трубы 4. Трубы 3, 4, 5 образуют два кольцевых, канала Ъ и с и цилиндрический канал d.Âíóòðåí- . няя полость d трубы 5 соединена с источником. жидкого топлива. Внутрен17109 няя полость b трубы,4 соединена с источником газообразного топлива.

Внутренняя полость b трубы 3 соединена с источником окислительного газа. В торце труб 4 и 5 выполнены ради5 альные пазы е и f соответственно. Пазы е и f размещены по торцам труб

4 и 5 равномерно. Длина каждого паза

f равна 0,06-0,1 заглубления торца трубы 5 относительно торца трубы 4.

Суммарная площадь пазов f равна

0,5-1,8 площади внутреннего сечения трубы 5. Длина каждого радиального паза е на торце трубы 4 равна 1,01,5 величины кольцевого зазора между наружным диаметром трубы 4 и внутрен- ним диаметром трубы 3. Суммарная пло-, щадь поперечного сечения радиальных пазов е равна 0,1-.0,6 площади внутрен-20 него сечения трубы 4 ° Заглубление торца трубы 5 относительно торца трубы 4 равно 4-7 величинам кольцевого зазора между наружным диаметром трубы 4 и внутренним диаметром трубы 3.- 25

Способ осуществляют следующим об; . разом.

Струю жидкого топлива направляют в полость d трубы 5. Струя топлива достигает пазов f и торца трубы 5.

Ilo полости с трубы 4 подают газооб-разное топливо. В случае, если давле" ние жидкого топлива превышает давле-, we газообразного топлива, жидкое. топливо через пазы f выдавливается в полость с трубы 4 в,виде тонких струек. При этом газообразное топливо срезает тонкие слои этих струек. и направляет в поток газообразно-. го топлива. Кроме того, за торцом 40 трубы 5 жидкое топливо в виде жгутов жидкости направляют между пазами f в поток газообразного топлива. За торцом трубы 5 формируется как бы

"цветокн жидкого топлива, который 45 направляется в поток газообразного топлива, движущийся по полости с трубы 4.. Газообразнь1м топливом осуществляют послойное срезание жидкого топлива. В случае, если давление жид-. кого топлива меньше давления газообразного топлива, тонкие струйки газа:. направляют в пазы f, образуя донные области низкого давления, и в виде . . жгутов между пазами f за торцом тру- бы 5 направляют к оси трубы 5. Образуется завеса из жгутов газового топлива за торцом трубы 5. В эту за; . весу направляют жидкое топливо. При

66

r этом осуществляют послойное срезание жидкого топлива газообразным топливом и перемешивание их.

Давление газообразного топлива. на входе поддерживают равным 0,9-1,1 давления окислительнога газа. При снижении давления газообразного топлива менее 0,9 от давления окислительного газа ухудшается перемешивание, наблюдается высокочастотная неустойчивость факела, цель не дости-. гается, при давлении более 1, 1 наблюдается аналогичный процесс и результат.

Расход газообразного топлива удерживают равным 2-2,5 от расхода жидкого топлива. Рекомендованный диапазон по расходу газообразного топлива (22,5 от расхода жидкого топлива) выбран исходя из того, что при более низком расходе ухудшается распыление жидкого топлива и снижается полнота сгорания его, цель не;.достигается.

Расход окислительного .газа поддерживают равным 2,5-3 расхода жидкого топлива. При расходе окислительного газа менее 2,5 расходов жидкого топлива ухудшается фронт горения, который смещается по длине факела от горелки, падает яркостная температура,, Цель не достигается. При расходе 6o" лее 3,0 фронт горения перемещается к горелке, падает яркостная температура, цель также не достигается.

Образовавшуюся двухфазную струю направляют по полости с трубы 4. Двухфазная струя достигает .пазов е и торца трубы 4. В пазах е образуются донные области низкого давления при любом соотношении давлений двухфазной струи и окислительного газа, который направляют по полости b трубы 3. Осуществляют послойное перемешивание тонких слоев двухфазной струи и окислительного газа. На выходе трубы 3 образуют высокодисперсную двухфазную струю, в которой равномерно распределены мелкие частицы жидкого топли- ва. Однако, в этой струе недостаточно окислителя для сгорания жидкого топлива без образования сажистого. уг лерода. Воздействием высокой температуры мелкие частицы жидкого топлива разлагают собразованием сажистогоуглерода. Горение сажистого углерода резко повышает яркость факела.

1710 66

Горелка для мартеновской печи работает следующим образом.

Жидкое топливо направляется по >

"внутренней полости d трубы 5, а газо- образное топливо — по внутренней полости с трубы 4. В пазах Е на торце трубы 5 происходит взаимодействие газообразного и жидкого. топлива. В зависимости от соотношения давлений жидкого и газообразного топлива происходит струйное истечение одного топлива в другое с образованием донной области низкого давления. За торцом трубы 5 образуются жгуты жидкого Toll- !5 лива или струйки газообразного топлива. В обоих случаях осуществляется послойное срезание жидкого топлива струей газообразного топлива с обра- . зованием мельчайших частиц жидкого топлива.,Смесь перемешивается с образованием двухфазной струи. Из-за высокой окружающей температуры и отсутствия окислителя жидкое. топливо разлагается с образованием сажисто- 25 го углерода. Двухфазный поток направляется по внутренней полости трубы

4 к срезу трубы 4. В пазах е трубы 4 начинается взаимодействие двухфазной струи со струей окислитвльного газа, 30 направляемой по.внутренней полости

Ь трубы 3. В пазах е трубы 4 образуется донная область низкого давления. При любом соотношении давления двухфазной струи и окислительного га- З5 за происходит послойное перемешивание газовых потоков. Образуется высокодисперсная двухфазная смесь с равномерным распределением мелких частиц сажистого углерода по всему объему струи. Высокая степень перемешивания компонентов двухфазной струи и высокая яркость горения обеспечивают высокий КПД. горелки, позволяют снизить расход топлива и время 4 плавки стали.

Рекомендованные диапазоны горелки выбраны исходя из того, что при глубине пазов менее 0,06 от длины заглубления внутренней трубы относительно средней смешивание малоэффективно. При этой величине более О,! также происходит ухудшение процесса смешивания. Цель не достигается.

При величине пазов средней трубы менее 1,0 и более 1,5 от величины зазора между наружной и средней трубами также ухудшаются процессы смешивания. Цель не достигается.

Аналогично не получается положительного результата при отношении рекомендованных параметров по площади сечения пазов 0,1-0,8 для пазов средней трубы и 0,5- 1,8 для пазов внутренней трубы. При отклонении рекомендованных диапазонов по величине заглублений торца средней трубы (4-7) от зазора между средней и внутренней трубами происходит ухудшение характеристик факела вследствие появления неустойчивости струйных потоков и, как результат, снижение среднеинтегральной температуры факела, а расход топлива и продолжительность плавки увеличиваются.

Пример 1. Осуществляют плавку стали в 400-тонной мартеновской печи с использованием горелок, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением и реализующих предлагаемый способ формирования факела нагревательной горелки. Полученные результаты, приведенные в табл. 1-5, сравнивались с выплавкой стали с использованием известного способа формирования факела нагревательных горелок и известных горелок.

Таблица !

Изменение продолжительности плавки, » гдзооб» разного топлива окисли» тельного газа жидкого топли ва

1,75 х

2 х

2,25 х 2,75 х 1

2,5

2,75 х

2,25 х

2,5 х

2,25 х 2,75

3,0 х

3,25 х

П р и м е ч а н и е. Начало плав" ления после заливки чугуна.

Кассовый расход компонентов

Увеличение на

33

Снижение на 23

Снижение на 103

Снижение на 4Ж

Увеличение на

2ь

Увеличение на

Я

Снижение на 3Я

Снижение на !

Оь

Снижение на 43

Увеличение на

1О

Таблица 5

Табл

1710966 а 2 и ц т

Сокращение времени плавки

Сокращение времени плавки, Давление, МПа

Нет

4

Нет

0,8 х

0,9 х

1,0 х

1,1

1,2

4

5,5

Нет

8

Нет

1,0

15 а 3

Таблиц

Длина Яркость радиаль- факела, ного па- град за f

Сокраще" ние времени плавки,ь от известного

Суммарная площадь пазов и относительно площади внутренне- го сечения трубы 5

»«»»»», . 1 890 Нет

191О 4

1930 10

1940 6

1900 Нет

1890 Нет

1910 . 2

1930 121920 4

1900 Нет

0,4

О 5

1,0 l,8

2,0

0,8

0,05

0,06

0,08

0,1

0,11

1,О

35 а блица

». «

Сокраще- 40 ние времени плавки,ь

Суммарная площадь пазов е относительно площади внутренне" го сечения трубы 4

»»

0,08

0,1

0 3

0,6

0,7

Длина радиаль.ного паза е Яркость факела, град

45 е»»«в»

Нет

Нет

Нет

4 . 12

Нет .

«14 ° «««»

l 915

1880

0,9

1,0

1,25

1 5

1,6

0,3 газообразно- окислительго топлива ного газа

»»»»»» ° » «

Загпубпение торца

5 трубы 5 относительно торца трубы 4, мм2

П риме ча ние. 1) суммарная площадь пазов равна 0,3 площади сечения трубы 4;

2) суммарная площадь пазов равна

1,0 площади сечения трубы 5;

3) длина радиальных пазов равна

1,3 а 0,8.

Таким образом применение предложенного способа формирования факела нагревательной горелки и горелки позволяет сократить время плавки стали в 400-тонной мартеновской печи на

6-83, снизить расход топлива на 6-103 уменьшить расход жидкого чугуна.

Формула изобретения

l. Способ отопления мартеновской печи, включающий подачу под давлением жидкого топлива, газа для распыления и окиспительного газа, распыление жидкого топлива, смешивание с окиспительным газом и сжигание смеси, о тл и ч а ю. шийся тем, что, с целью снижения расхода топлива за счет повышения полноты его .сгорания,. в качестве газа для распыления использу- . ют газообразное топливо, которое подают в количестве 2-2,5 от-расхода, жидкого топлива с давлением 0,9-1,1 от давления охислитепьного газа, при этом расход окислительного газа равен 2,5-3 от расхода жидкого топлива, а жидкое топливо и окислитель.ный газ смешивают после распыления топлива.

2. Горелка для мартеновской печи,, содержащая охлаждаемый корпус, конI центрично установленные в нем внутреннюю, среднюю и наружную трубы, торцы каждой из которых загпублены : относительно торца охватывающей трубы, о т и и ч а ю щ а я с я тем, что по периметру торцов средней и вйутренней труб равномерно выполнены радиальные пазы, глубина которых соответственно, вил.г

Составитель. В.Самсонов

ТехРед М.Моргентал: Корректор Л. Пилипенко

Редактор С.Кулакова

Заказ 331 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета о изобретениям и открытиям ври ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101 равна на торце внутренней трубы 0,060,1 длийы заглубления ее торца относительно средней трубы, а на торце средней трубы 1,0-1,5 величины зазора между наружной и средней трубами, при этом суммарная площадь поперечного сечения пазов средней трубы выполнена

0966

l2 равной 0,1-0,6 площади ее сечения, а площадь пазов внутренней трубы 0,51,8 ее сечения, причем величина за5 глубления торца средней трубы равна

4-7 зазорам между средней и внутренней трубой.