Способ отопления подовой печи

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 С 5/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

BE ОМСТВО СССР (ГО ПАТЕНТ СССР)

O ÏÈÑÀHÈÅ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ пе те ст ло! 1 (21),,4862271/02 (22) 23.08,90 (46) 30.01.93. Бюл. (Ф 4 (71) Институт черной металлургии (72) В.В,Баранов, С,И,Чернышов, Г,В.Горлов, И.И.Кобеза, Я.H.Áàáè÷, И,С.Билык и О,M.Êëåâöîâ (73 Металлургический комбинат "Запорожста ь" (56 Авторское свидетельство СССР

N97450,,кл,,F 27 D 14/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

N. 629320, кл. С 21 С 5/04, 1988, (54 СПОСОБ ОТОПЛЕНИЯ ПОДОВОЙ ПЕЧИ (57 Использование: в черной металлургии, в ч стности в способах отопления подовых ст леплавильных печей. Сущность изобрете ия: способ включает верхнюю подачу то лива и окислителя, в процесс которого то ливо подают центральной струей. а окисИзобретение относится к черной металгии, в частности к способам отопления овых сталеплавильных печей.

Известны способы отопления подовых ей с верхней г одачей топлива и окислия, причем топливо подается центральной уей, а окислитель ярусами струй, распоенных по окружности, окантовывающей нтральное сопло.

Недостатками известных способов отоия подовых сталеплавильных печей явтся низкая эффективность использоватепла горения и дожигания газов и статочная экологичность процесса..

Наиболее близким техническим решеем к заявляемому по технической сущнон ЫЛ 1792432 А3 литель — ярусами струй, располагаемых по окружности, окантовывающей центральное . сопло. Топливо подают центральной струей с углом раскрытия 16 — 26, а окислитель направляют расходящимися от центра череду-. ющимися струями под углами 14 — 16 и

30 — 45 в соотношении расходов, равном

0,5-2, Срез сводовой горелки располагают над ванной на высоте 5 — 15 минимальных диаметров топливной струи. Окислитель могут подавать дополнительными струями.

Оси дополнительных струй направлены с чередованием под углами 40 — 50 и 60-75 соответственно к оси центральной струи топлива. Соотношение расходов окислителя в ярусах струй поддерживают в пределах

0,1-10. Соотношение окислитель: топливо в периоды завалки, прогрева шихты и нагрева ванны поддерживают в пределах 1 — 1,5, а в период продувки ванны кислородом в пределах — 2-10..2 э.п.ф-лы, 2 ил. сти и получаемому результату является известный способ отопления подовых печей с верхней йодачей топлива и окислителя, в процессе которого топливо подают центральной струей, а окислитель — ярусами струй, расположенных по окружности, окантовывающей центральное сопла, с направлением параллельно топливной струе. Частично смешение компонентов происходит в форкамере с углом раскрытия 30-60". Соотношение окислитель-гаэ в форкамере поддерживают в пределах 1,6-1,8. Воздух, необходимый для полного горения топлива, подают вдоль наружной поверхности устройства.

К недостаткам известного способа относятся низкая эффективность использования

1792432 тепла горения и дожигания газов, недостаточная экологичность процесса. Это обьяснлется следующим, Подача топлива центральной струей, а окислителя прусами струй, располагаемых по окружности, окан- 5 товывэющей центральное сопло с параллельным направлением топливной струе, при наличии форкамеры, обуславливает интенсивное перемешивание компонентов

) результатом чего является узконаправпен- 10 ность факела, пониженная светймость и теплопередача, а также повышенный шум при работе.

Целью изобретения является повышение эффективности использования тепла ro- 15 рения и дожигания газов и экологичности процессов.

Поставленная цель достигаетсл тем, что топливо подают через сводовую горелку центральной струей с углом раскрытия 16- 20

26, а окислитель подают ярусом струй, расположенных по окружности вокруг центральной струи, с чередующимися углами подачи к оси центральной струи топлива.

14--16О и 30 — 45 соответственно, причем co- . 25 отношение расхода окислителя в чередующихсл струях составляет 0,5 — 2.0. при этом срез сводовой струи горелки в период прогрева располагают на высоте. 5 — 15 минимальных диаметров топливной струи от 30 поверхности загруженной шихты; окислитель дополнительно подают струями, расположенными вокруг первого яруса, причем струи дополнительного яруса направлены с чередованием под углами к оси цен- 35 тральной струи топлива 40 — 50 и 60 — 75 соответственно, а соотношение расходов окислителя в ярусах струй поддерживают в пределах 0,1 — 10; соотношение окислительтопливо в периоды завапки, прогрева 40 шихты и нагрева ванны поддерживают в пределах 1 — 1,5, а в период продувки ванны кислородом 2-10.

На фиг.1 представлен схематично вид спереди на истекающие и взаимодействую- 45 щие струи топлива 1 и окислителя 2,3, подаваемого ярусами струй соответственно под углами 14 — 16О и 30 — 45О, а также струи до-, полнительного окислителя 4,5, подаваемого соответственно под углами 60-75 и 40-50 . 50

При этом рассмотрен вариант смешейия топлива и окислителей с подачей их на высоте 500 мм от ванны с восемью чередующимися струями окислителя первого яруса и восемью чередующимися струями дополни- 55 тельного окислителя; на фиг.2 — степень зажатил топлива в четырех струях окислителя . первого яруса 2.(угол. 14-16"), истекающих из сопл, как и топливо, с докритической сКоростью(угол раскрытия струй примерно 26О) и участке пологих углов окислителя первого яруса (углы 30 — 45 ) во вторичном горении и растягивании факела. Струи дополнительного окислителя 4,5 или еще растягивают факел, или участвуют в дожигэнии окиси углерода над ванной, пятна контакта этих струй с ванной значительно растянуты с большим охватом поверхности.

Такое соотношение струй благоприятно сказывается на формировании факела горения; его яркостных и аэродинамических характеристиках, а также на условиях, влияющих на спокойный ход горения без шумового эффекта.

При критических скоростях истечения в нерасчетном режиме угол раскрытия струи увеличивается до ЗО и степень зажатия газового потока увеличивается, несколько ухудшаются условия для его самокарбюрации, но горение устойчивое, без шума, При низком расположении горелки над ванной (300 — 500 мм) истекающие из сопл . струи как топлива, так и окислителя ударяются о поверхность, деформируются, отражаясь и растекаясь по ней. Это приводит к дополнительному смешению компонентов и горению в контакте с обогреваемой поверхностью.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Топливо (газ) подается через центральное сопло с углом раскрытия струи 16 — 26 (скорость истечения газа на срезе сопла

100-300 м/с) на высоте 5 15 диаметров сопла (практически при мощности горелки 12—

18 млн ккал/ч, это составляет 300 — 1000 мм), а окислитель (кислород) подают расходящимися от центра чередующимися ярусами струи по углами 14-16 и 30-45О, Этим самым создаются условия струям окислителя крутых углов (14 — 16О) мягко зажать топливо в окислительной среде. частично перемещаться с топливом и при "недожоге" реформировать его, а затем струи окислителя, подаваемые под углами 30-45", разбавленные окружающей средой. подхватывают реформированный газ в потоке ипи отраженный от поверхности, дожигэют его в струях и направллют на поверхность шихты или ванны.

Соотношение окислитель-газ на срезе сопл поддерживают в пределах 1,0-1,5, а соотношение расходов окислителя между крутыми и пологими углами поддерживают в пределах 0.5-2. При этом для низкого положения горелки в работе (300- 600 мм) — для нагрева ванны в период доводки применяютсоотношение окислитель-газ равным 1.5, а соотношение расходов окислителя крутых и пологих углов равным 0.5-1. Для высокого

1792432

10

20 шумового эффекта

40

50

55 положения горелки (700 — 1000 мм) — нагрев шихты в период прогрева, применяют соот ношение окислитель-гаэ равным 1, а соотнОшение расходов окислителя крутых и пологих углов равным 1-2.

При подаче дополнительного окислител4 с чередованием струй под углами 40-50 и 0-750 в соотношении 0,1-10, можно прои водить управление положением факела н д ванной или шихтой. Так, при расположении горелки от ванны на высоте 500 мм максимальный диаметр зоны воздействия ф кела от струй первого яруса (углы 14-45 ) с ставит 1000 мм. При включении в работу с руй дополнительного окислителя (углы

4 -75 ) диаметр зоны воздействия факела р сширяется до 4000 мм. Это удобно для р сширения зоны воздействия факела на н грев шихты в периодах завалки и прогрев шихты, а также дожигания окиси углерода кислородом над площадью продувки в нны. Соотношение окислитель;газ в периодах нагрева шихты или ванны устан вливают 1,0 — 1,5, а периодах продувки и ддерживают в пределах 2-10 и этим обеси чивается избыток окислителя для дожиган я окиси углерода над ванной, Истечение топлива (газа) с углом раск ытия струи 16 обеспечивается при скорости 100 мlс. Для условий хорошего реформирования газа и получения в связи с этим высоких радиацйонных его характеристик такие скорости и даже более низкие (т, е. с меньшим углсм раскрытия) весьма желательны. Однако конструкция горелки, е6 размеры в этом случае значительно увеличиваются. Последнее ведет к большим и терям тепла с водой охлаждения горелк и увеличивается вероятность зарастания т пливного сопла даже при принимаемых м рах защиты (подача небольших количеств топлива, воздуха и инертных газов).

П и угле раскрытия газовой струи 26 скор сть истечения ее близка к критической (00 м/с). В этом случае газовая струя хор шо перемешивается с окислителем, гаэ ху е реформируется, что снижает радиацио ные характеристики факела и теплоперед чу от факела к ванне.

1 .Угол раскрытйя газовой струи больше

2 нежелателен, т.к. скорости истечения и иближаются к критическим (350 м/c), и ремешивание газа с окислителем усиливается как эа счет усиления турбулизации, та и за счет большего проникновения одного газа в другой, реформирование газа ухудш ercsr и горение начинает сопровождаться ш мом и тем больше, чем больше угол раск ытия топливной струи.

Подача части окислителя первого яруса струями под углом 14 способствует мягкому, ограниченному смещению газа с окислителем и его хорошему реформированию, Однако при соотношении подачи окислителя по трактам, равном 2, при этом угле встречи и критической скорости истечения в нерасчетном режиме появляется нежелательный шумовой эффект и некоторое ухудшение реформирования газа. При подаче окислителя под углом 16 этих недостатков не проявляется, однако при низких соотношениях подачи, равных 0,5, наблюдается некоторое ухудшение реформирования газа.

Подача части окислителя первого яруса струями под углом меньше 14 способствует большему зажатию топливного йотока, усилению перемешивания, Что приводит к снижению реформирования газа и появлению

Подача окислителя с углом больше 16 растягивает зону горения до "проскока" топлива к .поверхности, снижается светимость факела и большее развитие получает процесс горения в отраженном потоке.

Подача части окислителя первого яруса струями под углом 30 способствует формированию компактного плотного факела с малоразвитой площадью охвата поверхности.

Подача окислителя под углом 45 расширяет воэможности факела по охвату обогреваемой поверхности до 3007;, но появляется пятнистость охвата.

Подача части окислителя первого яруса струями под углом меньше 30 делает факел еще более компактным и плотным, а зону воздействия меньшей. Значительное уменьшение угла наклона может отрицательно сказываться уже на реформированием газа и радиационных его характеристиках. Подача окислителя под углом больше 45 еще растягивает зону воздействия факела, но некоторая часть площади оказывается вне непосредственного влияния факела из-за значительного развития "пятнистости".

Подача окислителя первого яруса в соотношении расходов между крутыми и пологими углами, равном 0.5, способствует получению мягкой, малореформированной, растянутой сердцевины со сниженными радиационными характеристиками и, более жесткого окантовывающего потока.

Рационально такое сочетание преимущественно для низкого расположения горелки над ванной с дожиганием отраженного и растекающего газового потока. При соотношении, равном 2, получается жесткая сердцевина с недостаточной светимостью и мягкими краями. Надо полагать, что опти1792432 отрывать факел от поверхности. Это же характерно и для процесса дожигания окиси углерода.

Соотношение расходов окислителя пер15 вого и дополнительного ярусов в процессе работы поддерживается в пределах 0,1...10.

Соотношение, равное 0,1 применяется при использовании горелки для дожигания окиси углерода над продуваемой ванной, когда

20 есть необходимость струи окислителя подать на большую поверхность, а газовое сопло защищено специальным отдувом. В этом случае 1 часть окислителя подается по первому ярусу для организации защиты со25 пла от забиваемости и частично дожигания окиси углерода в этом районе. Соотношение, 1 равное 10,применяется при использовании горелки для нагрева жидкой ванны при низком и среднем расположении горелки и

30 шихты при среднем и высоком расположении горелки. В этом варианте работы 10 частей окислителя поступает по первому ярусу и 1 часть по дополнительному, который служит в основном фактором защиты

35 сопел от забиваемости брызгами шлака и металла, идущих как от горелки, так и про40

50 мал ьное соотношение находится в диапазоне 1-1,3.

Подача окислителя первого яруса в соотношении расходов между крутыми и пологими углами больше 2 обеспечивает поступление окислителя на реформирование в большем количестве, чем необходимо для реформирования. Поэтому излишнее его количество идет на горение. не обеспечивая нужного реформирования, снижаются радиационные характеристики факела, зона охвата нагреваемой поверхности и в сумме теплопередача. Подача окислителя в соотношении меньше 0,5 еще снижает часть окислителя, идущего на реформирование газа,и тем самым ухудшает его радиационные характеристики и теплопередачу, несмотря на повышение интенсивности влиянйя пологих углов на зону охвата.

Расположение горелкй на высоте 5 минимальных диаметров топливной струи (300-400 мм) целесообразно при мягком газовом потоке. Применимо для нагрева расплавленной ванны или при организации дожигания окиси углерода над продуваемой кислородом ванной. Расположение горелки на выСоте меньше 5 диаметров сужает зону охвата поверхности факелом, интенсивно развиваются отраженные потоки, а в жидкие периоды брызгообразование и эффект продувки. Расположение горелки на высоте 15 минимальных диаметров топливной струи (900 — 1000 мм) целесообразно при жестком факеле, рассчитанном на получение большой площади воздействия факела (периоды завалки и прогрева), Расположение горелки на высоте больше 15 диаметров отдаляет факел от поверхности, увеличивает потери тепла на обогрев рабочего пространства, уменьшается конвективная составляющая в теплопередаче, хотя увеличивается приход тепла от повышения эоны охвата.

Подача дополнительного окислителя чередующимися струями с углами наклона 40—

50 и 60-75 целесообразна в случаях необходимос . и организации обогрева больших площадей ванны при среднем и низком расположении горелки (5-8 диаметров), а такх<е для организации подачи окислителя по большей поверхности с целью дожигания над ней выделяющейся окиси углерода.

Причем чередование струй в этом случае, в основном, необходимо для учета профиля ванны. По ширине направляют струи под 5 углом 40-50, а по длине 60-75 . Нижние пределы (40 и 60 применяют при высоком расположении горелки в работе (8001000 мм), а верхние (50О и 75 ) для низкого (300 — 500 мм), Подача дополнительного окислителя повышает эффективность использования тепла и дожигание газов. Подача окислителя с углом наклона струй меньШе 40 снижает зону действия факела и окислителя и эффективность теплопередачи. Подача окислителя с углом наклона струй больше 75 приводит к тому, что часть окислителя, истекающего с критической скоростью, начинает отрываться от ванны и тем самым дувочных фурм.

Соотношение меньше 0,1,может привести к запечатыванию шлаком и металлом сопел первого яруса. Соотношение больше

10 может привести к запечатыванию сопел дополнительного яруса. Рабочий практический диапазон действия соотношений в завалку-прогрев — 10, нагрев металла в доводку 7 — 10, при дожигании окиси углерода с подачей небольшого количества топлива (400 м /«3-0,7.

Соотношение окислитель-топливо в периодах завалки и прогрева поддерживают в пределах 1 в вариантах среднего и высокого расположения горелки (700-1000 мм), так как количество кислорода привнесенного струями в этом варианте, высокое и горение газа полное, При низком расположении горелки (300-500 мм) и большей частью.при использовании ее для нагрева металла в доводку количество кислорода, привносимого струями из-за их малого развития и низкой концентрации кислорода в

1792432

5

9 окр жающей среде уменьшается и соотноше 1ие устанавливают равным 1,5.

В период продувки ванны кислородом соо ношение окислитель-топливо принимают авным 2 в вариантах продувки на низко углероде (0,5% и ниже), когда в ос> овном идет нагрев металла не от дожиган я окиси углерода, а от горения топлива.

Со тношение,равное 10,принимают в вариан ах дожигания окиси углерода при проду ке ванны кислородом с высокого угл рода (0.6% и выше), когда нагрев ванны ос ществляется в основном за счет дожигани окиси углерода, а топливо подается то ько для защиты сопла от забивания бр згами шлака и металла.

Соотношение окислитель-топливо в зава ку и прогрев меньше 1 приведет к недожо у топлива и потере теплопоглощения, а бо ьше 1,5 к перерасходу окислителя; в пери д продувки ванны кислородом отношени меньше 2 не обеспечивает горения и до игания — снижение теплопоглощения, бо ьше 10 к нерациональному расходу окисли еля.

1 Примеры конкретного выполнения.

Предлагаемый способ отопления подов х печей может осуществляться как самост ятельно, так и в сочетании с другими из естными.

Плавку вели в мартеновской печи комбината "Запорожсталь" садкой 250 т с применением действующего торцевого от пления, Горелка была установлена в центр главного свода печи, как дополнительно средство для форсирования тепловой ра оты печи; путем нагрева шихты в период пр грева, нагрева ванны в плавление — за счет дожигания окиси углерода, и расплавленной ванны в период доводки. Тепловая мо ность горелки 16 млн, ккал/ч; диаметр

ra ового сопла 60 мм; расход газа 150020 0 м /ч с углом раскрытия струи 16-26, ок слитель основного тракта с расходом до 3000 м /ч подавали по 8 соплам диаметро 15 мм с чередованием углов 14 — 16 и

30-45О; окислитель дополнительного трак! та также подавали по 8 соплам диаметром

15 мм с чередованием углов 40 — 50 и 6075, поопускная способность тракта до

25 0 м /ч.

После загрузки металлошихты в период пр грева присаживали горелку в оабочее пр странство и подавали по 1000 м /ч газа и ислорода, Убедившись в нормальном ходе горения присаживали горелку на 15-8 диаметров (1000 — 700 мм) от шихты и добавляли по инструкции остальной газ (500 м /ч) з и кислород до соотношения, равного 1. В процессе прогрева и осаждения шихты положение горелки над шихтой корректировали. Применение дополнительного отопления обеспечивает на 50 — 100 С выше нагрев металлошихты, а это позволяет уменьшить расход чугуна на 10 — 12 кг/т или сократить длительность периода прогрева на 30 — 50%, а значит, и длительность плавки на 5 — 8%, при этом сократились удельные расходы топлива на 5 — 7 кг/т и 1 — 2 м /т з кислорода.

При использовании способа для дожигания окиси углерода над продуваемой ванной (расход кислорода на продувку

2500 м /ч) горелку присаживали в рабочее пространство, подавали небольшое количество газа (до 500 м /ч) и кислород основной и дополнительный по 500 м /ч. Затем горелку присаживали на высоту 5 — 7 диаметров газового сопла (300 — 500 мм) от ванны и по дополнительному ярусу сопел подавали остальной кислород до соотношения 0,33 (15, м /ч), соотношение окислитель; топливо поддерживали равным 4, 3а время операции дожигания (0,5-1 час) или подни25 малась температура металла на 50 — 90 С или процесс велся при сокращенном расходе топлива. Экономия в пересчете на расход чугуна составляла 10-15 кг/т или топлива

5 — 7 кг/т при увеличении расхода кислорода

30 на 4 — 6м /т.

При использовании способа для нагрева металла в период доводки горелка присаживалась в рабочее пространство, подавали газ и кислород по первому ярусу

35 сопел по 1000 м /ч. Затем она присаживалась на ванной на высоте 5-7 диаметров (300 — 500 мм), подавался остальной гаэ (500 м /ч1 и кислород по первому ярусу ." 1000 м /ч и дополнительному ярусу

40 250 м /ч, поддерживая соотношение кислород: газ 1,5. Скорость нагрева металла в зависимости от состояния печи, составляет

1,5 — 2,5 С/мин, Экономия топлива и кислорода составила в среднем 5 — 7% от удельных

45 расходов по печи.

Предлагаемый способ отопления может быть реализован на любой подовой стале-. плавильной печи, потребляющей природный газ и кислород.

50 Применение предложенного способа отопления в подовых печах по сравнению с известными способами позволяет повысить эффективность использования тепла горения и дожигания газов и экологичность про55 цесса, что проявляется в применений способа для нагрева шихты в периоде ее прогрева (возможно применение и в завалку), что позволяет вести процесс на сокращение длительности периода и плавки в целом, обеспечивая повышение проиэводи1792432

12 тельности агрегата, или на дополнительный ввод тепла в шихту с высоким КПД и сокращение потребления на процесс энергоресурсов (чугуна, топлива), в применении способа для дожигания окиси углерода над 5

: продуваемой ванной; что позволяет ввести в ванну большее количество тепла за счет повышения КИТ дожигания окиси углерода и тем самым сократить длительность периода и затраты энергоресурсов {чугун, топли- 10 во); в применении способа для нагрева металла в доводку, что позволяет сократить длительность периода и затраты энергоресурсов(чугун, топливо, кислород); в повышении стойкости агрегата в связи с меньшей 15 интенсификацией его работы; в повышении экологичности процесса, т.к, обеспечивает ся низкий уровень шума и снижение интенсивности образования бурого дыма в плавление; в высоком зкономическом эф- 20 фекте.

Формула изобретения

1. Способ отопления подовой печи, вкл.очающий подачу топлива и окислителя через сводовую и торцовые горелки в пери- 25 оды эавалки лома, прогрева шихты и нагрева ванны, продувку ванны кислородом, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности использовании тепла горения и экологичности процесса, через 30 сводовую горелку топливо подают цент- ральной струей с углом раскрытия 16-26О, а окислитель подают ярусом струй, расположенных по окружности вокруг центральной струи, с чередующимися углами подачи к оси центральной струи топлива 14 — 16 и 30о

45 соответственно, причем соотношение расхода окислителя в чередующихся струях составляет 0,5-2,0. при этом срез сводовой горелки в период прогрева располагают на высоте 5-15 минимальных диаметров топливной струи от поверхности загруженной шихты.

2, Способ по п,1, отличающийся тем. что, с целью повышения эффективности дожигания окиси углерода, окислитель дополнительно подают струями, расположенными вокруг первого яруса, причем струи дополнительного яруса направлены с чередованием под углами к оси центральной струи топлива 40-50 л 60-75 соответственно, а соотношение расходов окислителя в ярусах струй поддерживают в пределах 0,110.

3. Способ по пп,1 и2, отл ича ющ ийс я тем, что соотношение окислитель-топливо в периоды эавалки, прогрева шихты и нагрева ванны поддерживают в пределах

1 — 1,5, а в период продувки ванны кислородом — 2 — 10.

1792432

I (! !

1 ! ! !

?.Е

Составитель В. Баранов

1 ехред M.Moðãeíòàë Корректор В, Петрами

Заказ 170 Тираж Подписное

ВНИИПИ 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