Способ ввода реагентов через фурменный прибор доменной печи

 

Использование: черная металлургия. Сущность: пучок газовых струй топлива подают коаксиально дутью в направлении его движения с центральным углом раскрытия граничных струй пучка, равным 60-90°, и на расстоянии 2,5-3,5 среднего диаметра канала фурменного прибора от его выходного торца. Способ позволяет снизить расход кокса в печи путем увеличения степени взаимодействия топливо-дутьевых компонентов . 2 табл. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 В 7/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4924097/02 (22) 01.04.91 (46) 23.01.93. Бюл. N 3 (71) Институт черной металлургии (72) Ю.А.Приходько, И.И.Дышлевич, В.В.Лисицкий, И.М.Сальников, В.М.Минаев, А.А.Касаткин, О.М,Клевцов, В.И.Набока, Л.Р.Кулеш и В.Г.Гаврилов (73) Металлургический комбинат "Запорожсталь" (56) Авторское свидетельство СССР

Nò 908810, кл. С 21 В 7/16, 1979, (54) СПОСОБ ВВОДА РЕАГЕНТОВ Ч Е Р Е 3

ФУРМЕННЫЙ ПРИБОР ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам ввода реагентов через фурменный прибор доменной печи. Производительность и экономичность современных доменных и других шахтных печей в значительной мере зависят от эффективного использования топлива и хорошо организованного процесса смесеобразования топлива с дутьевыми компонентами.

Известно, что в доменную печь топливо и дутье подают посредством фурменных приборов, куда вводят указанные реагенты различными способами, В известных способах струя топлива вводится в дутье либо в радиальном направлении, либо под углом, а иногда навстречу — для улучшения процесса смесеобразования в пределах фурменного прибора. Однако, известные решения не создают те,нологически требуемой однородности и равномерной плотности смеси, что отрицательно сказывается на распределении восстановительных газов по сечению

» . Ж 1790607 АЗ (57) Использование: черная металлургия.

Сущность: пучок газовых струй топлива подают коаксиально дутью в направлении его движения с центральным углом раскрытия граничных струй пучка, равным 60 — 90О, и на расстоянии 2,5 — 3,5 среднего диаметра канала фурменного прибора от его выходного торца, Способ позволяет снизить расход кокса в печи путем увеличения степени взаимодействия топливо-дутьевых компонентов. 2 табл. 2 ил. печи и является причиной выпадения сажи- С стого углерода — явления значительно ухудшающего дренаж жидких продуктов плавки в околофурменнам пространстве, что в свою очередь приводит к преждевременному прогару фурм и, как следствие, к внеплановым остановкам печи, к перерасходу кокса, 4 к снижению интенсивности и экономично- ) сти плавки. C)

Наиболее близким к предлагаемому ре- ©, шению по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является способ ввода реагента через фурменный прибор доменной печи, включающий подачу дутья и топлива, вводимого в виде пучка газовых струй в дутьевой поток, реализован- (г3 ный в известном решении. Согласно указанному способу, взятому в качестве прототипа, плоскость расположения продольных осей газовых струй и продольной оси подвода топлива ориентированы к направлению потока окислителя под углом

90, при этом ввод топлива осуществлен в

1790607 дутьевом канале фурмы с зоной истечения газовых струй в ее пристенном участке.

Существенным недостатком способа, реализованного в прототипе, является невысокая степень взаимодействия топливодутьевых компонентов и неравномерность поверхностного теплонапряжения на стенки фурменного прибора. Это связано с перпендикулярной подачей топлива, сносом его дутьевым потоком, обладающим большей кинетической энергией, малой длиной зоны смещения топливо-дутьевых компонентов, локальным перенапря>кением в зоне истечения топлива, перегревом охладителя в охлаждаемой полости фурмы.

Такой вводтоплива затормаживает идеформирует слои дутьевого потока, слабо смешиваясь с ними из-за неравномерного распределения газовых струй в поперечном сечении дутья, их низкой пробивной способности, располо>кения равнодействующей взаимодействующих потоков в верхней полусфере дутьевого канала, недостаточного развития поперечных пульсаций, Слаборазвитая поперечная турбулизация в топливо-дутьевом потоке приводит к неравномерному распределению теплонапряженности в дутьевом канале. Это вызывается развитым температурным перепадом между перпендикулярным вводом топливного потока и периферией дутьевого потока, а также поперечной пульсацией. Одновременно происходит деформация профиля скорости взаимодействующих реагентов. вызванная активизацией осевой (центральной) части дутьевого потока в сравнении с периферийными локальными слоями движущегося смешанного потока.

Отсутствие развитого горизонтального прямолинейного участка смешения перед процессом истечения в печь приводит к формированию нестабилизированного потока с наличием как застойных зон, так и зон неорганизованных вихрей, вызываемых и поворотом топливного потока в дутьевом тракте. Это приводит к деформации топливной струи к появлению режима неорганизованной пульсации, к росту гидравлического сопротивления в тракте, к локальному языковому процессу горения, Ввод такой топливной струи в дутьевую сопрово>кдается искривлением профиля скорости в дутьевом тракте и значительным усилием локального взаимодействия топливо-дутьевых компонентов в процессе их контакта.

Повышение неравномерности температур в топливо-дутьевом потоке и иска>кение профиля его скорости приводят в полости фурменного прибора к одностороннему горению струи топлива. Это приводит к пере5

55 гревуфурменного прибора с одной стороны, что ухудшает герметичность стыков, приводит к прорыву пламени в месте разгерметизации, а также к перегреву охладителя и отложению солей в охлаждаемых полостях, т.е, к преждевременной замене фурмы. Кроме того, неравномерность теплонапряженности и искажение профиля скорости повышает неравномерность распределения кинетической энергии смешанного потока, что приводит к изменениям в циркуляционных зонах печи и уменьшению дальнобойности топливо-дутьевого потока. Все это, в конечном итоге приводит к перерасходу кокса на печи, что сни>кает технологические и зкономические показатели плавки за счет ухудшения эффективности использования топлива и частоты замены фурм, т.е. снижается коэффициент замены кокса топливом, в частности природным газом (ориентировочно на 25-30 Д, т.е. величина коэффициента замены изменяется с 0,9 до 0,6).

Целью изобретения является снижение расхода кокса на печи путем увеличения степени взаимодействия топливо-дутьевых компонентов и повышения равномерности поверхностного теплонапряжения на стенки фурменного прибора.

Указанная цель достигается тем, что пучок газовых струй топлива подают коаксиально дутью в направлении его движения о центральным углом раскрытия граничных струй пучка равным 60 — 90 и на расстоянии

2,5-3,5 среднего диаметра канала фурменного прибора от его выходного торца.

Известный способ включает подачу дутья и топлива, вводимого в виде пучка газовых струй в дутьевой поток.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что пучок газовых струй подают коаксиально дутью в направлении его движения, тем, что пучок струй имеет коническую форму с центральным углом раскрытия граничных струй, равным 60 — 90 и, тем, что истечение газовых струй, образующих пучок, осуществляют нг расстоянии 2,5 — 3,5 среднего диаметра фурменного прибора от его выходного торца, т.е. от границы фурмапечь.

При сравнительном анализе известных технических решений с предлагаемым не выявлено признаков сходных с заявляемыми, следовательно можно сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия

На фиг,1 схематически показан способ ввода реагентов в фурменный прибор доменной печи; на фиг,2 — эпюры теплонапряжения в дутьевом канале прибора в процессе взаимодействия реагентов.

1790607

Согласно заявляемого способа высокотемпературное, обогащенное кислородом, дутье (окислитель) 1 подают в полость дутьевого сопла 2 фурменного прибора, где коаксиально вводят топливо 3 в виде конического пучка равномерно распределенных газовых струй 4 с центральным углом раскрытия граничных струй (по их осям), равным 60 — 90, при этом истечение газовых струй (вылет из газового сопла) осуществляют на расстоянии 2,5 — 3,5 внутреннего диа— метра фурменно го прибора от его выходного торца. При разных величинах диаметров дутьевого сопла и центрального канала фурмы следует принимать их средний внутренний диаметр. На указанном расстоянии происходит смещение топливо-дутьевых компонентов в пределах дутьевого канала фурменного прибора, В процессе истечения топлива 3 таким образом, взаимодействие осуществляется путем контакта отдельных расширяющихся газовых струй

4, равномерно распределенных в поперечном сечении сопла 2 и движущихся в направлении дутья. Это приводит к поперечно-продольному смещению реагентов с равномерно распределенными равнодействующими векторами соударяемых слоев в направлении дутьевого потока, обладающего большей кинетической знергией. Такое взаимодействие носит спокойный характер без удлиненных возмущений и локальных деформаций, процесс смещения происходит стабилизированно с постоянным реагированием по сечению дутьевого канала и последовательно нарастающей и равномерной поперечно организованной турбулизацией в топливо-дутьевом потоке, что активизирует процесс смещения, при зтом смешиваемый поток характеризуется отсутствием как застойных зон, так и зон неорганизованных вихрей, что не создает условия для режима неорганизованной пульсации, формирует устойчивый гидродинамический режим с нижним гидравлическим сопротивлением в дутьевом тракте, До полного распределения углеводородных компонентов в периферийные слои дутья максимальный температурный уровень сосредоточен в приосевой области, что активизирует радиальное смещение и усредняет плотность топливо-дутьевого потока за счет развития поперечных пульсаций, поступающих с центра при воспламенении, при этом происходит поперечное усреднение температурного уровня потока. В связи с располо>кением источника радиальной турбулизации в центральной части, происходит равномерное насыщение углеводо5

55 родными компонентами дутьевого потока по всему объему полости сопла 2, Таким образом, подача в полость дутьевого сопла

2 конического пучка газовых струй топлива коаксиально дутью с углом раскрытия пучка

s 60 — 90 и на расстоянии 2,5 — 3,5 диаметра прибора от его выходного торца, обеспечивает увеличение поверхности контакта и повышение равномерности поверхностного теплонапряжения на стенки, что приводит к получению технологически требуемой однородности смеси в пределах фурменного прибора, а это в свою очередь обеспечивает интенсивное окисление углеводородов и предотвращает сажеобразование при термическом разложении той его части, для окисления которой не хватает кислорода изза плохой организации взаимодействия компонентов присущей прототипу.

Радиальный процесс взаимодействия топливо-дутьевых компонентов при продольном их поступлении выравнивает профиль скорости смешанного потока и снижает величину гребней в эпюре скоростей (см. фиг.2 и пример конкретного выполнения).

Указанный процесс активизируется за счет предварительного формирования дробленного топливного потока с заявляемым углом раскрытия на горизонтальном прямолинейном участке заявляемой длины непосредственно перед истечением, Такое формирование процесса смещения приводит к увеличению ее поперечной равномерности в пределах дутьевого тракта, к устранению значительного температурного перепада, а также к снижению застойных и вихревых зон, — все это стабилизирует истечение и повышает дальнобойность такого потока. Это сопровождается высокой равномерностью поверхностного теплового напряжения на стенки фурменного прибора, что дополнительно повышает качество смешения, а следовательно и степень окисления топлива, — и создает благоприятные условия для охлаждаемых полостей фурменного прибора, т .е. без перегрева охладителя и форсированного отложения солей в водяном тракте, а также сводит к минимуму возмо>кность разгерметизации стыков, В результате перечисленного длительность работы фурменного прибора увеличивается в условиях доменного цеха меткомбината

"Запорожсталь" на 30 — 50, а расход кокса в сравнении с прототипом снижается на

2 — 3 кг/т чугуна.

При угле раскрытия пучка топливных струй, равном 60, обеспечивается достаточная степень окисления топлива и равномерность поверхностноготепло1790607 напряжения на стенки в зоне смещения компонентов.

При угле раскрытия пучка, равном

55-59, степень окисления топлива сокращается на 4 — 6 /, а равномерность теп- 5 лонапряжения на стенки снижается на

8-12 /. Это происходит за счет ухудшения процесса смесеобразования и повышения углеводородных компонентов по центру движущегося потока, 10

При угле раскрытия пучка топливных струй, равном 90, достигается технологически требуемая однородность смеси перед истечением в печь, при этом формируется устойчивый короткий факел, но появляется 15 тенденция к незначительному росту гидравлического сопротивления, При расстоянии между вводом топлива в сопло 2 и выходным торцом прибора, равном нижнему заявляемому пределу за- 20 канчивается процесс смещения топливодутьевых компонентов при угле раскрытия пучка газовых струй в пределах 60 — 90, при этом достигается достаточно высокая степень равномерности поверхностного тепло- 25 напряжения на стенки по всей длине совместного тракта.

При уменьшении этого расстояния, например при величине, равной 2,4...2,1 диаметра внутреннего прибора, однородность 30 смеси снижается на 5 — 6 /,, а равномерность теплонапряжения уменьшается на 6 — 8 / за счет сокращения совместного пути движения смеси и недостаточного развития тепломассообменных процессов между 35 компонентами смеси, При расстоянии между вводом топлива в сопло 2 и выходным торцом, равным верхнему заявляемому пределу, степень окисления топлива и равномерность 40 теплонапряжения — в допустимых пределах, однако наблюдается незначительный рост гидравлического сопротивления, При увеличении этого расстояния, например, при величине, равной 3,6 — 4,0 диа- 45 метра прибора, достигается высокая технологическая однородность смеси, при этом гидравлическое сопротивление тракта возрастает на 10 — 15О/, что снижает равномерность распределения дутья по фурмен- 50 ным приборам на печь.

Таким образом, совокупность заявляемых отличительных признаков приводит к повышению качества смещения топливодутьевых компонентов и выравниванию 55 температурного уровня в тракте за счет увеличения равномерности радиального взаимодействия реагентов при совместном их движении в дутьевом тракте фурменного прибора, что способствует также рациональному гидродинамическому режиму без увеличения дополнительных энергозатрат на печь. Это приводит к повышению химической энергии потока, истекающего из фурменного прибора в печь, лучшему его использованию и, как следствие, к существенному уменьшению удельного расхода кокса, а также к повышению производительности печи.

Пример. Исходные данные; место реализации — доменный цех меткомбината

"Запорожсталь"; характеристика шахтной печи — здоменная печь полезным объемом—

1513 м; количество фурменных приборов—

16 шт; расход дутья на печь — 2660 м /мин; з расход природного газа на печь — 260 м /мин; температура дутья — 1200 С; температура природного газа — 20 С; давление дутья — 315 кПа; давление природного газа — 600 кПа; степень обогащения дутья кислородом — 27 /,; продолжительность опробования 6 мес.

Результаты опытно-промышленного опробывания.

Сопоставление предлагаемого способа производили с известным способом, изло>кенным в заявке в качестве прототипа.

На фиг.2 приведены эпюры скоростей газового потока на выходе из фурмы и теплонапряжений в сечении, отстоящем от выхода фурменного прибора на 100 мм.

Результаты испытаний предлагаемого способа сведены в табл.1 и 2.

cDормула изобретения

Способ ввода реагентов через фурменный прибор доменной печи, включающий подачу дутья и топлива, вводимого в виде пучка газовых струй в дутьевой поток, о тл и ч а ю щ и и ся тем, что, с целью снижения расхода кокса в печи путем увеличения степени взаимодействия топливо-дутьевых компонентов и повышения равномерности поверхностного теглонапряжения на стенки фурменного прибора, пучок газовых струй подают коаксиально дутью в направлении его движения с центральным углом раскрытия граничных струй пучка, равным

60 — 90, и на расстоянии 25 — 35 среднего диаметра канала фурменного прибора от его выходного торца.

1790607

Таблица 1

Результаты опытно-промышленного опробования предлагаемого способа

* Температура измерялась на расстоянии 100 мм от выходного сечения.

Таблица 2

* Температура измерялась на расстоянии 100 мм от выходного сечения, 1790607.Уоюра скодостей еоеооого потока ро Ьлооеие ажурны

7Pomo m un

ЛРЮра лоло г юф гм-еь а пс Ь-b о erne -å аггел предо аео еиый а,ооаоо

Составитель С.Мертехина

Техред М.Моргентал Корректор М.Сливка

Редактор Т,Иванова

Заказ 367 Тираж Подписное

BÍÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 — 1

Д ЯоЮра cnãoðocmeo еол7оа=о аотоли ь о Aeooe ug фур - 1 эпюра чеолоиааяЯкеnud oo Д-А о сам,чл-е