Воздуходувно-фурменное устройство для печи шахтного типа

 

Сущность: угольную пыль и кислород подают в воздуходувные трубы доменной печи через форсунки, состоящие из двух концентрических труб, концы которых прилегают к фурме или находятся внутри нее. Жаростойкий колпачок каждой форсунки образует продолжение внутренней трубы для подачи угольной пыли, а также продолжение кольцеобразного пространства между трубами в виде ряда спиральных каналов, через которые подается кислород. Предпочтительными являются наличие нескольких форсунок в каждой воздуходувной трубе и наклонное расположение форсунок внутри канала для горячего дутья, образованного воздуходувной трубой и фурмой. 8 з. п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к воздуходувно-фурменному устройству для печи шахтного типа, состоящему из воздуходувной трубы, фурмы и форсунки для вдувания угольной пыли, оканчивающейся в воздуходувной трубе или в фурме. Форсунка состоит из двух концентрических труб, причем внутренняя труба служит для подачи угольной пыли, а наружная для подачи кислорода.

Цель изобретения создание устройства, обеспечивающего устойчивое горение в течение длительного времени, а также полное сгорание и высокую степень вдувания пылеугольного топлива.

Для достижения этой цели форсунка воздуходувно-фурменного устройства снабжена жаростойким колпачком с центральным отверстием, являющимся продолжением канала для подачи угольной пыли, и рядом спиральных каналов на наружной боковой поверхности, образующих продолжение канала для подачи кислорода. Торец центрального осевого отверстия колпачка может быть смещен относительно выходных отверстий спиральных каналов, а на колпачок надета муфта.

В одном из вариантов выполнения устройства колпачок закреплен между наружной и внутренней трубами форсунки, а на тыльной части труб установлено приспособление для их относительного перемещения в осевом направлении. Такое перемещение может быть осуществлено с помощью гайки, прикрепленной к наружной трубе и навинчивающейся на внутреннюю трубу, имеющую резьбовую часть. Спиральные каналы колпачка форсунки имеют угол начального конуса в пределах 25-55^о и протяженность 0,5-1,5 полных витка. У разных форсунок направления каналов могут быть противоположными по отношению друг к другу.

На фиг. 1 показана доменная печь с воздуходувно-фурменными устройствами, продольный разрез; на фиг. 2 то же, с увеличенной частью одного из воздуходувно-фурменных устройств; на фиг. 3 вид А на фиг. 2; на фиг. 4 форсунка для вдувания угольной пыли, продольный разрез; на фиг. 5 форсунка, продольный разрез передней части; на фиг. 6 разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 8 разрез одной из двух частей, образующих колпачок форсунки; на фиг. 9 модифицированная конструкция детали, показанной на фиг. 2; на фиг. 10 модифицированная конструкция форсунки, задняя часть; на фиг. 11 то же, передняя часть; на фиг. 12 разрез Г-Г на фиг. 11.

На фиг. 1 показаны два воздуходувно-фурменных устройства 10 и 11. Через них продувают горячий воздух, поступающий из распределительной трубы 12 круглого сечения.

Воздуходувная труба 14 (фиг. 2) состоит из облицованной изнутри керамическим материалом стальной трубы и охлаждаемого водой медного кожуха 15, к которому прикреплена фурма 13. Фурма 13 выполнена из меди и охлаждается водой. Фурма 13 с помощью конической поверхности 16 изолирована от водоохлаждаемого медного кожуха 17 на стенке доменной печи. Воздуходувная труба 14 и фурма 13 образуют канал 24 для горячего дутья. Фурма 13 расположена не симметрично, а с отклонением вниз на несколько градусов. Она может располагаться также и симметрично. Трубы 18 и 19, представляющие собой каналы, наклонно проходят через стенку воздуходувной трубы 14, а две форсунки для вдувания угольной пыли 22 и 23 проходят через трубы 18, 19 в канал для горячего дутья 24. Как показано на фиг. 3, обе трубы 18, 19 находятся в двух плоскостях, проходящих через продольную ось 1 воздуходувной трубы 14, а оси форсунок 22, 23 пересекают ось 1 воздуходувной трубы 14 в одной и той же точке. Трубы 18 и 19 расположены относительно друг друга под прямым углом, как это видно на плоскости, поперечно расположенной относительно воздуходувной трубы 14. Данный угол не является оптимальным, однако оптимальный угол находится в пределах 150-180^о. На фиг. 3 показаны только передние торцевые части форсунок 22 и 23, тыльные торцы не показаны.

Форсунка без колпачка (фиг. 4) состоит из двух концентрических труб 25 и 26, соединенных в области тыльных торцов с помощью эластичного компенсатора 27. Компенсатор 27 состоит из двух пружинящих стальных пластин, приваренных к опорному кольцу 30. Одна из стальных пластин приварена к внутренней трубе 25, а другая к наружной трубе 26. Передний конец внутренней трубы имеет наружную резьбу 31, а передний конец наружной трубы 26 имеет коническую поверхность 32. Внутренняя труба 25 снабжена приспособлением 33 для приема угольной пыли в виде суспензии (угольный пыли, суспендированной в воздухе), а наружная труба 26 приспособлением 34 для приема кислорода.

На фиг. 5 показан передний конец форсунки с установленным колпачком. Колпачок форсунки состоит из выполненного из жаростойкого материала корпуса 40, навинченного на внутреннюю трубу 25 для закрепления на ней. Муфту 41 навинчивают на корпус 40 до того, как корпус 40 навинчен на внутреннюю трубу 25. После того, как корпус 40 соединен с внутренней трубой 25, навинчивают муфту 41 с целью опереть ее коническую торцевую поверхность на коническую торцовую поверхность 32 наружной трубы 26 таким образом, чтобы компенсатор 27 был предварительно напряжен и обеспечивал плотное прилегание между наружной трубой 26 и муфтой 41 и в том случае, когда значения коэффициента продольного теплового расширения внутренней трубы 25 и наружной трубы 26 различны. Колпачки 40 и 41 форсунки могут быть выполнены, например, из жаростойкой нержавеющей стали или из жаростойкого металлокерамического материала, поддающегося обработке на металлорежущих станках. Они могут быть также чисто керамическими. Продольно расположенный центральный канал 45 образует в корпусе 40 продолжение внутренней трубы 25. Канал 45 имеет входное отверстие 44. Корпус 40 снабжен рядом спиральных канавок 42 на его внешней цилиндрической поверхности. Имеется шесть канавок 42. Угол начального конуса канавок предпочтительно должен быть равен 25-55^о, показанный угол равен около 45^о. Корпус 40, снабженный канавками 42, выступает за пределы муфты 41. Передний край 43 муфты 41 ограничивает входные отверстия спиральных каналов, образованных канавками 42 и муфтой 41. При прохождении через передний край 43 муфты 41 кислород расширяется в радиальном направлении. Корпус 40 должен быть направлен вперед относительно переднего края 43 муфты таким образом, чтобы входное отверстие 44 канала для подачи угольной пыли 45 было расположено на некотором расстоянии перед входными отверстиями каналов для подачи кислорода 42. Обычно оно может быть расположено на 5-15 мм впереди входных отверстий каналов для подачи кислорода 42. Поскольку на выпускном отверстии должно произойти как можно большее падение давления кислорода, спиральные каналы в этой связи должны быть не длиннее 1,5 полных витка, предпочтительно они должны быть длиной в 1 виток или менее. Тем не менее, они должны быть не короче одной трети полного витка, чтобы обеспечить соответствующее вращательное движение кислорода. Обычно диаметр корпуса колпачка 40 равен 20-30 мм, а общая длина форсунки может быть равна 2 м.

Колпачки форсунок обеспечивают стабильное разжигание, стабильное вращательное движение и стабильное горение. Угольная пыль полностью сгорает в зоне циркуляции, т. е. в течение 4-6 мс, также при высоких степенях вдувания пылеугольного топлива. Кислород, находящийся в наружной трубе 26, охлаждает внутреннюю трубу 25 таким образом, что воздух может быть использован в качестве носителя угольной пыли. Содержание кислорода в несущем воздухе может быть снижено путем добавления азота.

Корпус колпачка 40 (фиг. 11) навинчен на внутреннюю трубу 25, однако отсутствует муфта 41, а наружная труба 26 направлена вперед и снабжена скользящей насадкой на корпусе колпачка 40. Снабженная резьбой часть 50 внутренней трубы 25 направлена назад и посредством резьбы соединена с гайкой 51, снабженной тремя опорами 52, прикрепленными к наружной трубе 26 посредством винтов 53. На тыльной части форсунки находится скользящее соединение 54 с О-образным кольцом, расположенным на наружной трубе 26, через которую проходит внутренняя труба 25. Таким образом, поворачивая внутреннюю трубу 25, можно регулировать осевое положение корпуса колпачка 40 относительно переднего конца 43 передней части 41 наружной трубы 26. В случае, если угольную суспензию подают во внутреннюю трубу 25 через вертлюжное соединение, регулировку можно осуществлять и в ходе работы. Различные значения коэффициента теплового расширения у труб 25 и 26 используются для обеспечения скользящего соединения 54 тыльной части форсунки. Таким образом, величина теплового расширения не влияет на осевое расположение корпуса колпачка 40 относительно переднего края 56 наружной трубы. В этом отношении не существует различий между данной форсункой и описанной ранее. В обоих осуществлениях трубы 25, 26 прикреплены друг к другу в области передних частей. Однако при использовании форсунки, показанной на фиг. 10-12, осевое расположение корпуса колпачка 40 относительно переднего края 56 наружной трубы 26 может быть отрегулировано, когда форсунка находится в рабочем положении. Следовательно, можно осуществить точную регулировку пламени поворотом внутренней трубы в ходе процесса горения, например в том случае, если изменится качество угольной пыли. Возможно также проводить регулировку в случае эрозии корпуса 40 колпачка форсунки или края 56 наружной трубы 26. Передняя поверхность корпуса колпачка 40 (фиг. 10 и 11), установленная заподлицо с передним краем 43 наружной трубы 26, а снабженная резьбой часть 50 внутренней трубы 25 позволяет проводить осевую регулировку в широком диапазоне.

Когда колпачок форсунки изнашивается, поврежденную переднюю часть наружной трубы 26 обрезают, на внутреннюю трубу 25 навинчивают новый корпус колпачка 40, а на наружную трубу 26 наваривают новую переднюю часть 41 наружной трубы. Эта новая передняя часть наружной трубы 26 соответствует муфте 41 (фиг. 5). Температуру в кольцевом пространстве между трубами 25 и 26 измеряют с помощью термоэлемента.

Предпочтительным является наличие нескольких форсунок в каждой воздуходувной трубе так, чтобы их языки пламени были направлены навстречу друг другу, например наличие двух форсунок, как показано на чертежах. Спиральные канавки колпачков форсунок должны быть направлены противоположно друг другу таким образом, чтобы языки пламени вращались во встречных направлениях, обеспечивая дополнительное улучшение процесса горения.

Процесс горения может быть улучшен в том случае, когда колпачки форсунок расположены под углом друг к другу и по отношению к центральной оси воздуходувной трубы 14, а не параллельно друг другу и оси воздуходувной трубы. В том случае, когда форсунки проходят наклонно через стенку воздуходувной трубы 14, а не расположены продольно вдоль всей воздуходувной трубы, их опора будет значительно лучше, а также будет уменьшен риск вибрации колпачка форсунки в результате динамического воздействия, что является предпочтительным не только само по себе, но также и в отношении процесса горения.

Трубы 18 и 19 (фиг. 9) расположены в обратном направлении таким образом, что форсунки 22 и 23 оканчиваются в воздуходувной трубе 14, а не в фурме 13. Возможно также такое расположение форсунок, когда они проходят через стенку фурмы 13, а не через стенку воздуходувной трубы 14. В таком случае колпачки форсунок будут расположены в прямом направлении таким образом, что фурма не будет значительно нагреваться в процессе горения и, следовательно, потребуется удалять меньшее количество тепла из фурмы с помощью охлаждающей воды.

Все воздуходувные трубы 14 могут быть соответственно снабжены форсунками для вдувания угольной пыли, однако в некоторых случаях желательно наличие форсунок для вдувания угольной пыли только на некоторых из воздуходувных труб.

Формула изобретения

1. Воздуходувно-фурменное устройство для печи шахтного типа, содержащее воздуходувную трубу, фурму и форсунку для вдувания угольной пыли, выходящую в воздуходувную трубу или фурму и выполненную из двух концентрических труб, внутренняя из которых служит для подачи угольной пыли, а наружная для подачи кислорода, отличающееся тем, что оно снабжено колпачком из жаростойкого материала с центральным осевым отверстием, сопряженным с отверстием трубы для подачи угольной пыли и имеющим спиральные каналы на наружной боковой поверхности, сопряженные с отверстием трубы для подачи кислорода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось центрального отверстия колпачка смещена относительно выходных отверстий спиральных каналов.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено муфтой, размещенной на колпачке форсунки, причем колпачок установлен выступающим за пределы муфты.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что колпачок закреплен между наружной и внутренней трубами форсунки, а устройство снабжено приспособлением для относительного перемещения труб в осевом направлении, установленном на тыльной части труб форсунки.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено гайкой, закрепленной на передней части наружной трубы и соединенной с внутренней трубой, имеющей резьбовую часть для относительного перемещения труб.

6. Устройство по одному из пп.1 5, отличающееся тем, что спиральные каналы имеют угол начального конуса в пределах 22 55^o.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что спиральные каналы имеют протяженность 0,5 1,5 полных витка.

8. Устройство по любому из пп.1 7, отличающееся тем, что оно имеет по крайней мере две форсунки, расположенные под углом навстречу друг к другу.

9. Устройство по любому из пп.1 8, отличающееся тем, что оно имеет две форсунки с направлением спиральных каналов противоположно друг другу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12