Способ работы доменной печи
Изобретение относится к металлургии, а именно к доменному производству. Предложен способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива и горючего газа через фурмы, в котором горячий воздух подают в доменную печь из воздухопровода через фурму, причем применяют двойную трубу в качестве передней форсунки для подачи твердого топлива в воздухопровод, подают твердое топливо или горючий газ из внутренней трубки передней форсунки или из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой и подают соответственно горючий газ или твердое топливо из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой или из внутренней трубки передней форсунки. При этом располагают дальнюю форсунку ниже по потоку в направлении подачи горячего воздуха от подающего конца передней форсунки и подают газ, поддерживающий горение, из дальней форсунки. Расстояние от дальней форсунки до передней форсунки составляет от 27 до 80 мм. Повышается эффективность сгорания твердого топлива, увеличивается производительность и снижаются выбросы CO2. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 12 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу работы доменной печи, посредством которого увеличивают температуру горения путем подачи угольной пыли из фурмы доменной печи, тем самым, достигают повышения производительности и сокращения выбросов CO2.
Уровень техники
В последние годы глобальное потепление из-за роста выбросов углекислого газа стало проблемой, и контроль выбросов CO2 является важной задачей в сталелитейной промышленности. В результате в последнее время при функционировании доменных печей активно внедряют работу с низким соотношением восстановителя (сокращенно, с низким RAR, общее количество восстановителя подаваемого из фурмы, и кокса, загружаемого сверху печи, на производство тонны чушкового чугуна). Так как кокс, загружаемый сверху печи, и порошкообразный уголь, подаваемый из фурмы, используют, в основном, в качестве восстановителя в доменной печи, и чтобы достичь низкого соотношения восстановителя и, в конечном счете, контроля за выбросами углекислого газа, эффективной мерой будет заменить кокс или подобный материал на восстановитель, обладающий высокой содержание водорода, такой как СПГ (сжиженный природный газ) и тяжелая нефть. В ПЛ 1, описанной ниже, форсунка, из которой топливо подают через фурму, выполнена в виде тройной трубки, угольную пыль подают из внутренней трубки тройной форсунки, СПГ подают из зазора между внутренней трубкой и промежуточной трубкой, кислород подают из зазора между промежуточной трубки и внешней трубки, и СПГ воспламеняют, так что температура угольной пыли увеличивается, и повышается эффективность сгорания угольной пыли. Кроме того, в ПЛ 2, описанной ниже, кислород подают из форсунки, состоящей из единственной трубки, расположенной в воздухопроводе (воздуходувной трубке), в центральную часть воздуха высокой температуры, проходящего в воздухопроводе, и температура кислорода повышается до нескольких сотен градусов Цельсия, и, более того, угольную пыль подают из трубки, устроенной так, чтобы проходить через фурму, и угольная пыль контактирует с горячим кислородом, имеющим температуру несколько сотен градусов Цельсия, так что температура угольной пыли повышается, и повышается эффективность сгорания угольной пыли.
Список источников
Патентная литература
ПЛ. 1. JP 2011-174171 A
ПЛ. 2. JP 2013-531732 A
Сущность изобретения
Техническая задача
Тем не менее, как описано в ПЛ 1, когда угольную пыль, СПГ и кислород подают из тройной форсунки, СПГ воспламеняется перед угольной пылью, так как СПГ является легковоспламеняющимся, как говорят, горючим, и при горении СПГ используют кислород, подаваемый из форсунки, так что контакт между кислородом и угольной пылью ухудшается, и эффективность сгорания может снизиться. Более того, так как внешний диаметр тройной форсунки большой, то тройную форсунку иногда нельзя вставить в имеющееся отверстие для вставки форсунки, и в таком случае внутренний диаметр отверстия для вставки форсунки необходимо увеличить. Более того, так как СПГ является легковоспламеняющимся и сгорает быстро, то когда СПГ быстро сжигают на конце форсунки, температура конца форсунки растет, и может возникнуть повреждение конца форсунки, вызванное износом, такое как трещина и эрозия. Если происходит такое повреждение конца форсунки, вызванное износом, то может возникнуть обратный ход пламени, закупорка форсунки и т.п. Кроме того, как описано в ПЛ 2, когда угольную пыль подают из конца фурмы, и угольная пыль контактирует с горячим кислородом, улучшается рост температуры угольной пыли, но угольную пыль подают в зону циркуляции быстро, и, таким образом, нет времени для сгорания угольной пыли в воздухопроводе и в фурме, и, в результате, можно не достичь увеличения эффективности сгорания угольной пыли.
Настоящее изобретение было сделано в виду описанных выше задач, и цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ работы доменной печи, с помощью которого повышают эффективность сгорания твердого топлива, такого как угольная пыль, тем самым, позволяя увеличить производительность и снизить выбросы CO2.
Решение задачи
Чтобы решить вышеописанные задачи, в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения способ работы доменной печи включает в себя следующее: когда горячий воздух подают в доменную печь из воздухопровода через фурму, используют двойную трубку в качестве передней форсунки для подачи твердого топлива в воздухопровод; подают твердое топливо и горючий газ из внутренней трубки передней форсунки или из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой, и подают соответственно горючий газ и твердое топливо из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой или из внутренней трубки передней форсунки; располагают дальнюю форсунку ниже по потоку в направлении подачи горячего воздуха от подающего конца передней форсунки; и обеспечивают подачу газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки. Примеры твердого топлива в настоящем изобретении включают в себя угольную пыль. Кроме того, газ, поддерживающий горение, в настоящем изобретении представляет собой газ, концентрация кислорода в котором составляет по меньшей мере 50% объема или больше. Кроме того, горючий газ, используемый в настоящем изобретении, представляет собой газ, горючесть которого выше, чем у угольной пыли, и в дополнение к водороду, бытовому газу, СПГ и пропану, содержащему водород в качестве основного компонента, на сталелитейном заводе вырабатывают конвертерный газ, доменный газ, коксовый газ и т.п. Более того, также можно использовать сланцевый газ, эквивалентный СПГ. Сланцевый газ – это природный газ, получаемый из сланцевого пласта, и его называют природным газом нетипичного происхождения, потому что его добывают не в обычных газовых месторождениях. Горючий газ, такой как бытовой газ, воспламеняется/сгорает очень быстро, горючий газ с высоким содержанием водорода обладает высокой калорийностью сгорания, и, более того, горючий газ предпочтителен с точки зрения воздухопроницаемости и теплового баланса доменной печи, потому что не содержит шлак в отличие от угольной пыли.
Полезные эффекты изобретения
В способе работы доменной печи в соответствии с настоящим изобретением твердое топливо и горючий газ подают из передней форсунки, выполненной в виде двойной трубки, а газ, поддерживающий горение, подают из дальней форсунки, расположенной ниже по потоку в направлении подачи горячего воздуха, так что кислород, который используют для сжигания горючего газа, подают из дальней форсунки, а твердое топливо, температуру которого повысили при сжигании горючего газа, сжигают вместе с подаваемым кислородом. Поэтому, повышается эффективность сгорания твердого топлива, и, соответственно, становится возможным эффективно повысить производительность и сократить выбросы CO2.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан один вариант выполнения доменной печи, к которой применяют способ работы доменной печи в соответствии с настоящим изобретением, вид в продольном разрезе;
на фиг. 2 показаны углы расположения передней форсунки и дальней форсунки в воздухопроводе и в фурме, представленных на фиг. 1, вид в продольном сечении;
на фиг. 3 показаны положения передней форсунки и дальней форсунки в воздухопроводе и в фурме, представленных на фиг. 1, вид в поперечном сечении;
на фиг. 4 приведена схема работы передней форсунки и дальней форсунки, показанных на фиг. 2;
на фиг. 5 показана диаграмма молярной доли кислорода;
на фиг. 6 показана диаграмма молярной доли кислорода при изменении углового положения подачи газа, поддерживающего горение, вдоль окружности воздухопровода;
на фиг. 7 показана схема направления подачи газа, поддерживающего горение, подаваемого через дальнюю форсунку относительно направления дутья;
на фиг. 8 показана схема направления подачи газа, поддерживающего горение, подаваемого через дальнюю форсунку относительно направления дутья;
на фиг. 9 показана схема направления подачи газа, поддерживающего горение, подаваемого через дальнюю форсунку относительно направления дутья;
на фиг. 10 показана диаграмма молярной доли кислорода при изменении положения подачи газа, поддерживающего горение, относительно направления дутья;
на фиг. 11 показана диаграмма молярной доли кислорода при изменении расстояния дальней кислородной фурмы от передней кислородной фурмы; и
на фиг. 12 показана диаграмма молярной доли кислорода при изменении скорости подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки.
Описание вариантов осуществления
Далее со ссылкой на чертежи будет описан один вариант осуществления способа работы доменной печи в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1 представлен общий вид доменной печи, к которой применяют способ работы доменной печи в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Как показано на чертеже, воздухопровод 2 для подачи горячего воздуха соединен с фурмой 3 доменной печи 1, а форсунка 4 устроена так, чтобы проникать в воздухопровод 2. В качестве горячего воздуха можно использовать воздух. Пространство для горения, называемое зоной 5 циркуляции, находится у слоя отложения кокса перед фурмой 3 в направлении подачи горячего воздуха, и сокращение железной руды, то есть, производство чушкового чугуна, в основном происходит в зоне горения. Хотя на чертеже в воздухопровод 2 с левой стороны чертежа вставлена только одна форсунка 4, как известно, форсунка 4 может быть вставлена в любой воздухопровод 2 и фурмы 3, расположенные по периметру стенки печи. Кроме того, число форсунок на каждую фурму не ограничено одной, и можно вставить две или более форсунки. Кроме того, в качестве форсунок можно применять форсунки из одной трубки, форсунки из двойной трубки, и наборы из нескольких форсунок. Однако вставить форсунку из тройной трубы в имеющееся отверстие воздухопровода 2 для вставки форсунки трудно. Более того, в последующем описании форсунку 4, которая проникает в воздухопровод 2, также называют передней форсункой.
Например, когда угольную пыль в качестве твердого топлива подают из форсунки 4, то угольная пыль проходит вместе с несущим газом, таким как N2. Если из форсунки 4 подают только угольную пыль в качестве твердого топлива, то летучие вещества и связанный углерод угольной пыли, которые прошли через фурму 3 из форсунки 4, и были поданы в зону 5 циркуляции, сгорают вместе с коксом, и остается агрегат углерода и шлака, называемый полукоксом, и его выводят из зоны 5 циркуляции в виде несгоревшего полукокса. Так как несгоревший полукокс накапливается в печи, тем самым, ухудшая воздухопроницаемость в печи, то необходимо, чтобы в зоне 5 циркуляции угольная пыль сгорала как можно больше, то есть, необходимо увеличить сгораемость угольной пыли. Так как скорость горячего воздуха перед фурмой 3 в направлении подачи горячего воздуха составляет приблизительно 200 м/с, и область присутствия кислорода в зоне 5 циркуляции от конца форсунки 4 составляет приблизительно от 0,3 до 0,5 м, то необходимо увеличить температуру и повысить эффективность контакта (диффузионную способность) частиц угольной пыли с кислородом, фактически до уровня 1/1000 с.
Угольную пыль, которая была подана в зону 5 циркуляции из фурмы 3, сначала нагревают посредством конвекции от воздушного дутья, и, более того, температура частиц резко возрастает под действием передачи тепла излучением и кондуктивной передачи тепла от пламени в зоне 5 циркуляции, при этом тепловое разложение начинается с момента времени, когда температура выросла до 300°C или выше, воспламеняются летучие вещества, чтобы создать пламя, и температура горения достигает 1400-1700°C. Когда летучие вещества исчерпаны, угольная пыль становится вышеописанным полукоксом. Полукокс представляет собой, главным образом, связанный углерод, и, таким образом, вместе с реакцией окисления также возникает реакция, называемая реакцией растворения углерода. К этому моменту увеличение летучих веществ в порошкообразном угле, подаваемом в воздухопровод 2 из форсунки 4, упрощает воспламенение угольной пыли, рост величины сгорания летучих веществ повышает скорость роста температуры и максимальную температуру угольной пыли, а увеличение диффузионной способности и температуры угольной пыли увеличивает скорость реакции полукокса. Более конкретно, полагают, что когда летучее вещество расширяется, превращаясь в газ, угольная пыль рассеивается, летучее вещество воспламеняют, и угольную пыль быстро нагревают, а ее температура быстро растет от теплоты ее сгорания. В отличие от этого, например, СПГ в качестве горючего газа подают в воздухопровод 2 из форсунки 4 вместе с угольной пылью, при этом полагают, что СПГ контактирует с кислородом в воздухопроводе, СПГ воспламеняют, и угольная пыль быстро нагревается, и ее температура быстро возрастает от теплоты ее горения, тем самым, облегчая воспламенение угольной пыли.
В настоящем варианте осуществления в качестве твердого топлива используют угольную пыль, а в качестве горючего газа используют СПГ. Кроме того, применяют форсунку в виде двойной трубы в качестве передней форсунки 4, при этом угольную пыль или СПГ подают из внутренней трубы передней форсунки, выполненной в виде двойной трубы, а соответственно СПГ или угольную пыль подают из зазора между внутренней трубой и внешней трубой. Что касается подачи из двойной трубы, угольную пыль могут подавать из внутренней трубы, а СПГ могут подавать из зазора между внутренней трубой и внешней трубой, либо СПГ могут подавать из внутренней трубы, а угольную пыль могут подавать из зазора между внутренней трубой и внешней трубой. Например, если угольную пыль подают из внутренней трубы, а СПГ подают из зазора между внутренней трубой и внешней трубой, то получают следующий эффект: сначала сгорает СПГ, расположенный за пределами потока в воздухопроводе 2, и температура внутри угольной пыли возрастает. В отличие от этого, если СПГ подают из внутренней трубы, а угольную пыль подают из зазора между внутренней трубой и внешней трубой, то получают следующий эффект: угольная пыль, расположенная за пределами потока в воздухопроводе 2, рассеивается одновременно с газовой диффузией СПГ, расположенного внутри. В обоих случаях сначала сгорает СПГ, а кислород в дутье потребляют при сжигании СПГ. Здесь, угольную пыль подают из внутренней трубы передней форсунки 4, выполненной в виде двойной трубы, а СПГ подают из зазора между внутренней трубой и внешней трубой.
В настоящем изобретении, чтобы компенсировать кислород, потребленный предыдущим сгоранием СПГ, подаваемым из передней форсунки 4 вместе с угольной пылью, как показано на фиг. 2, дальнюю форсунку 6 располагают ниже по потоку в направлении горячего дутья относительно передней форсунки 4, и кислород в качестве газа, поддерживающего горение, подают из дальней форсунки 6. В частности, дальняя форсунка 6 расположена так, чтобы проникать в фурму 3. Центральное положение подающей конечной части вышеописанной передней форсунки 4 задано так, чтобы, например, находиться в 100 мм от конца фурмы 3 в направлении, противоположном направлению дутья, а расстояние от центрального положения подающей конечной части передней форсунки 4 до центрального положения проникающей в фурму дальней форсунки 6 задано равным, например, 80 мм. Кроме того, как показано на фиг. 2 и 3, передняя форсунка 4 в соответствии с настоящим вариантом осуществления расположена так, чтобы проходить через верхнюю часть воздухопровода 2 к центральной оси воздухопровода 2. В отличие от этого, как ясно показано на фиг. 3, дальняя форсунка 6 проходит в фурму 3 под углом θ от 160° до 200° вдоль окружности воздухопровода 2 от места, где расположена передняя форсунка 4. Другими словами, дальняя форсунка 6 расположена напротив передней форсунки 4. Следует отметить, что длина от центрального положения, на которую вставляют проникающую в фурму часть дальней форсунки 6, составляет 10 мм.
Здесь, плотность угольной пыли составляла 1400 кг/м3, в качестве несущего газа использовали N2, и угольную пыль подавали в количестве 1100 кг/ч. Кроме того, СПГ подавали в количестве 100 м3/ч (при нормальных условиях), а что касается условий подачи из воздухопровода 2, то температура дутья составляла 1200°C, объем дутья составлял 1200 м3/ч (при нормальных условиях), скорость подачи составила 150 м/с, и использовали воздух. Касательно условий подачи кислорода, объем дутья составлял 350 м3/ч (при нормальных условиях), а скорость потока – 146 м/с. Основной поток угольной пыли (включая СПГ и несущий газ), подаваемый из передней форсунки 4, проходит под действием дутья, как показано сплошной линией на фиг. 4. Однако частицы порошка, имеющие большую массу, то есть, обладающие большой инерцией, также присутствуют в угольной пыли, и такая угольная пыль, имеющая большую массу, проходит вперед в направлении дутья от основного потока угольной пыли, как показано пунктирной линией (пунктирной стрелкой) на фиг. 4. Таким образом, в угольной пыли, находящейся вдали от основного потока угольной пыли, эффект увеличения температуры вследствие вышеописанного предварительного сгорания СПГ становится небольшим, и, таким образом, продолжает сохраняться состояние, в котором ее трудно сжигать. Поэтому, полагают, что предпочтительно подавать в угольную пыль, находящуюся вдали от основного потока угольной пыли, достаточно кислорода, и, соответственно, угол θ вдоль окружности воздуховода расположения дальней форсунки 6 относительно положения передней форсунки 4 был задан равным от 160° до 200°, так что дальняя форсунка 6 находилась напротив передней форсунки 4.
Чтобы доказать это, производилась оценка молярной доли кислорода вокруг угольной пыли при различном изменении угла вдоль окружности, под которым располагалась форсунка 6 относительно форсунки 4, и производили анализ текучей среды в зоне 5 циркуляции с использованием компьютера с применением программного обеспечения общего назначения для анализа текучей среды. Как показано на фиг. 2, место оценки молярной доли кислорода было задано на расстоянии 30 мм от центрального положения подающей концевой части передней форсунки 4 в направлении подачи горячего воздуха, т.е. место в зоне 5 циркуляции в 200 мм от концевой части фурмы 3 в направлении дутья. При анализе текучей среды с использованием компьютера, как показано на фиг. 5, была сгенерирована сетка для моделирования текучей среды, и молярную долю кислорода в газе ячейки, в котором имеются частицы угольной пыли, определяли как молярную долю кислорода, контактирующего с частицами угольной пыли. В качестве оценки брали среднее значение молярной доли кислорода в газе, контактирующем со всеми частицами угольной пыли в точке оценки на расстоянии 300 мм от центрального положения подающей концевой части передней форсунки 4 в направлении дутья. Следует отметить, что хотя для дутья используют воздух, как описано выше, если кислород подают из дальней форсунки 6, то оценивают молярную долю кислорода в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, только для кислорода из дальней форсунки 6, не учитывая кислород в воздухе. Более конкретно, значение молярной доли кислорода в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, когда кислород подают из дальней форсунки 6, не учитывает кислород в дутье, т.е. в воздухе.
На фиг. 6 показана молярная доля кислорода в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, при изменении угла вдоль окружности, под которым располагалась форсунка 6 относительно форсунки 4. При этом направление подачи кислорода, подаваемого из дальней форсунки 6, было установлено в сторону центра фурмы 3 (или воздухопровода 2) в радиальном направлении и перпендикулярно направлению подачи горячего воздуха (0° относительно направления подачи горячего воздуха, как описано ниже). Также следует отметить, что, в качестве сравнительного примера, на чертеже также показана кривая (прямая) для случая, когда воздух, к которому добавляют 350 м3/ч (при нормальных условиях) кислорода, выдувают, не подавая при этом кислород из дальней форсунки, так что молярная доля кислорода в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, является постоянной, равной 2,7%, как для случая отсутствия подачи кислорода из дальней форсунки 6. Как видно на чертеже, молярная доля кислорода в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, увеличивается, когда угол θ вдоль окружности воздуховода, под которым расположена дальняя форсунка 6 относительно передней форсунки 4, составляет от 160° до 200°, и становится максимальной, когда угол θ вдоль окружности воздуховода, под которым расположена дальняя форсунка 6 относительно передней форсунки 4, составляет 180°. Как описано выше, это означает, что дальняя форсунка 6 расположена так, чтобы находиться напротив передней форсунки 4, так что кислород, подаваемый из дальней форсунки 6, в достаточной мере подают на поток угольной пыли, подаваемый из передней форсунки 4, включая угольную пыль, отклоняющуюся от основного потока, и считают, что в результате улучшается воспламеняемость угольной пыли в зоне 5 циркуляции.
Кроме того, считают, что направление подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно направления дутья также влияет на молярную долю кислорода в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, т.е. на воспламеняемость угольной пыли в зоне 5 циркуляции. Например, если направление подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха, которое перпендикулярно направлению подачи горячего воздуха, обозначить через 0°, а направления подачи кислорода (угол γ на фиг. 2), направленные по потоку и против потока подачи горячего воздуха, считать положительным и отрицательным соответственно, то если направление подачи кислорода относительно направления подачи горячего воздуха отрицательное, то есть, направлено против потока, как показано на фиг. 7, то кислород сносит потоком горячего воздуха, и он может не достичь потока угольной пыли, подаваемого из передней форсунки 4. Кроме того, также если направление подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха является положительным, то есть, в направлении по потоку, как показано на фиг. 8, то кислород сносит потоком горячего воздуха, и он может не достичь потока угольной пыли, подаваемого из передней форсунки 4. Поэтому, если направление подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха равно 0°, то есть перпендикулярно направлению подачи горячего воздуха или близко к перпендикулярному, как показано на фиг. 9, то кислород может достичь потока угольной пыли, подаваемого из передней форсунки 4 в поток горячего воздуха. Поэтому, полагают, что направление подачи кислорода относительно направления подачи горячего воздуха может слегка отклоняться в положительном или отрицательном направлении от перпендикуляра к направлению дутья, взятого в качестве центра.
Чтобы доказать это, производилась оценка молярной доли кислорода вокруг угольной пыли при различном изменении направления подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха, и, так же как в вышеприведенном случае, производили анализ текучей среды в зоне 5 циркуляции с использованием компьютера с применением программного обеспечения общего назначения для анализа текучей среды. Аналогично, место оценки молярной доли кислорода было задано на расстоянии 300 мм от центрального положения подающей концевой части передней форсунки 4 в направлении подачи горячего воздуха, т.е. место в зоне 5 циркуляции в 200 мм от концевой части фурмы 3 в направлении дутья. Кроме того, также при анализе текучей среды с использованием компьютера, так же как и выше, молярную долю кислорода в газе ячейки, в котором присутствуют частицы угольной пыли, определяли как молярную долю кислорода, контактирующего с частицами угольной пыли, и выполняли оценку средним значением молярной доли кислорода в газе, контактирующем со всеми частицами угольной пыли в точке оценки, находящейся на расстоянии 300 мм от центрального положения подающей концевой части передней форсунки 4 в направлении дутья. Кроме того, не учитывали кислород в воздухе, используемом для дутья, и значение молярной доли кислорода в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, не учитывает кислород в воздухе.
На фиг. 10 показана молярная доля кислорода в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, при изменении направления подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха. При этом угол вдоль окружности воздуховода, под которым располагалась дальняя форсунка 6 относительно передней форсунки 4, составлял 180°, то есть, передняя форсунка 4 и дальняя форсунка 6 расположены так, что находились друг напротив друга. Кроме того, кислород из дальней форсунки 6 подавали в сторону центра фурмы 3 (или воздухопровода 2) в радиальном направлении. Также следует отметить, что, в качестве сравнительного примера, на чертеже также показана кривая (прямая) для случая, когда воздух, к которому добавляют 350 м3/ч (при нормальных условиях) кислорода, выдувают, не подавая при этом кислород из дальней форсунки, так что молярная доля кислорода в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, является постоянной, равной 2,7%, как для случая отсутствия подачи кислорода из дальней форсунки 6. Как ясно видно на чертеже, молярная доля кислорода для частиц угольной пыли увеличивается в диапазоне от -30° на отрицательной стороне, т.е. в направлении дутья, до 45° на положительной стороне, т.е. в направлении против дутья, с точки зрения направления подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха, и становится максимальной, когда направление подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха перпендикулярно направлению дутья, т.е. 0°. Как описано выше, это означает, что направление подачи кислорода задают таким, чтобы это направление было перпендикулярно направлению подачи горячего воздуха или близко к перпендикулярному, так чтобы кислород, подаваемый из дальней форсунки 6, в достаточной мере попадал на поток угольной пыли, подаваемый из передней форсунки 4, и при этом считают, что в результате улучшается воспламеняемость угольной пыли в зоне 5 циркуляции.
Далее, чтобы подтвердить смешиваемость потока угольной пыли и потока кислорода, которую рассматривали на фиг. 4, оценивали молярную долю кислорода вокруг угольной пыли при различных изменениях расстояния от дальней форсунки 6 до передней форсунки 4, и, аналогично вышеописанному, выполняли анализ текучей среды в зоне 5 циркуляции с помощью компьютера с использованием программного обеспечения общего назначения для анализа текучей среды. Оценку молярной доли кислорода выполняли так же, как и выше, угол вдоль окружности воздуховода, под которым расположена дальняя форсунка 6 относительно передней форсунки 4, составляет 180°, направление подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха перпендикулярно направлению дутья, т.е. 0°, а остальные условия такие же, как были выше. На фиг. 11 показан результат тестирования. На чертеже в качестве сравнительного примера, также показана кривая (прямая) для случая, когда воздух, к которому добавляют 350 м3/ч (при нормальных условиях) кислорода, выдувают, не подавая при этом кислород из дальней форсунки, так что молярная доля кислорода в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, является постоянной, равной 2,7%, как для случая отсутствия подачи кислорода из дальней форсунки 6. Как ясно видно на чертеже, если расстояние от дальней форсунки 6 до передней форсунки 4 составляет 27 мм или больше, то молярная доля кислорода, когда кислород подают из дальней форсунки 6, превосходит молярную долю кислорода, когда кислород не подают из дальней форсунки 6, и молярная доля кислорода линейно возрастает по мере увеличения расстояния. Полагают, что это происходит из-за того, что поток угольной пыли из передней форсунки 4 и поток кислорода из дальней форсунки 6 были смешаны при удерживании дальней форсунки 6 на некотором расстоянии от передней форсунки 4. Однако при работе, когда расстояние от дальней форсунки 6 до передней форсунки 4 превосходит 80 мм, возникают проблемы, например, дальняя форсунка 6 становится ближе к фурме, вызывая эрозию, и давление в воздухопроводе 2 возрастает, так как угольная пыль воспламеняется до достижения местоположения дальней форсунки 6, тем самым, становится невозможным подавать кислород из дальней форсунки 6. Таким образом, расстояние от дальней форсунки 6 до передней форсунки 4 предпочтительно составляет от 27 мм до 80 мм, а оптимальное значение равно 80 мм.
Аналогично, производилась оценка молярной доли кислорода вокруг угольной пыли при различном изменении скорости подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки 6, и, так же как в вышеприведенном случае, производили анализ текучей среды в зоне 5 циркуляции с использованием компьютера с применением программного обеспечения общего назначения для анализа текучей среды. Оценку молярной доли кислорода выполняли так же, как и выше, угол вдоль окружности воздуховода, под которым расположена дальняя форсунка 6 относительно передней форсунки 4, составляет 180°, направление подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха перпендикулярно направлению дутья, т.е. 0°, а остальные условия такие же, как были выше. На фиг. 12 показан результат тестирования. На чертеже в качестве сравнительного примера, на чертеже также показана кривая (прямая) для случая, когда воздух, к которому добавляют 350 м3/ч (при нормальных условиях) кислорода, выдувают, не подавая при этом кислород из дальней форсунки, так что молярная доля кислорода в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, является постоянной, равной 2,7%, как для случая отсутствия подачи кислорода из дальней форсунки 6. Как ясно видно на чертеже, если скорость подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки 6 составляет 50 м/с или больше, то молярная доля кислорода, когда кислород подают из дальней форсунки 6, превосходит молярную долю кислорода, когда кислород не подают из дальней форсунки 6, и молярная доля кислорода линейно возрастает по мере увеличения скорости подачи газа, поддерживающего горение, и происходит насыщение при скорости подачи газа, поддерживающего горение, равной 146 м/с. Полагают, что это происходит из-за того, что поток угольной пыли из передней форсунки 4 и поток кислорода из дальней форсунки 6 были смешаны вблизи от центра воздухопровода при до некоторой степени высокой скорости подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки 6. Тем не менее, если скорость подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки 6 становится большой, то потери давления, рост издержек и т.п. нежелательны при работе, и, таким образом, предпочтительно, чтобы скорость подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки 6 составляла от 50 м/с до 146 м/с, а оптимальное значение равно 146 м/с.
Поэтому, при выполнении этих условий СПГ сжигают на конце форсунки, так что происходит увеличение температуры угольной пыли до некоторой степени, более того, угольная пыль контактирует с кислородом, подаваемым из дальней форсунки 6, так что устраняют недостаток кислорода, и можно повысить воспламеняемость угольной пыли. Кроме того, быстрое горение угольной пыли на конце форсунки является контролируемым, и, таким образом, можно предотвратить растрескивание и эрозию конца форсунки из-за воздействия теплоты. Чтобы подтвердить эффект способа работы доменной печи, в доменной печи, имеющей 38 фурм, внутренний объем которой равен 5000 м3, осуществляли работу в течение трех дней двумя способами, когда осуществляли подачу кислорода из дальней форсунки 6, и когда дальнюю форсунку 6 не использовали (подаваемый воздух обогащали кислородом), соответственно, и эффект был подтвержден путем записи изменений среднего расхода кокса (кг на тонну горячего металла), при следующих условиях: требуемый объем производства горячего металла равен 11500 т в день, соотношение угольной пыли составило 150 кг на тонну горячего металла, расстояние от дальней форсунки 6 до передней форсунки 4 составило 80 мм, а скорость подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки 6 равна 146 м/с, и были заданы вышеописанные условия дутья, условия подачи угольной пыли, условия подачи СПГ. Следует отметить, что направление подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха было перпендикулярным направлению подачи горячего воздуха, а угол вдоль окружности воздуховода, под которым расположена дальняя форсунка 6 относительно передней форсунки 4, был равен 180°. В результате, расход кокса, когда дальнюю форсунку не использовали, составил 370 кг на тонну горячего металла, в то время как расход кокса, когда кислород подавали из дальней форсунки 6, составил 366 кг на тонну горячего металла. Соответственно, при подаче кислорода из дальней форсунки 6 повысилась эффективность сгорания угольной пыли, а расход кокса можно сократить. Кроме того, было подтверждено, что не было повреждений концевой части передней форсунки 4, выполненной в виде двойной трубы, вызванных износом, таких как растрескивание и эрозия.
Как было описано, в способе работы доменной печи в соответствии с настоящим вариантом осуществления угольную пыль в качестве твердого топлива и СПГ в качестве горючего газа подают из передней форсунки 4, выполненной в виде двойной трубки, а кислород в качестве газа, поддерживающего горение, подают из дальней форсунки 6, расположенной ниже по потоку в направлении подачи горячего воздуха, так что кислород, который используют для предшествующего сжигания СПГ, подают из дальней форсунки 6, а угольную пыль, температуру которой повысили при сжигании СПГ, сжигают вместе с подаваемым кислородом. Поэтому, повышается эффективность сгорания угольной пыли, и, соответственно, становится возможным эффективно повысить производительность и сократить выбросы CO2.
Кроме того, если направление, перпендикулярное направлению подачи горячего воздуха, обозначить через 0°, а направление по потоку и направление против потока подачи горячего воздуха считать положительным и отрицательным соответственно, то направление подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно направления дутья составляет от -30° до +45°. Соответственно, эффективность сгорания угольной пыли без сомнений повышается. Кроме того, положение подачи кислорода из дальней форсунки 6 относительно положения, в котором передняя форсунка 4 вставлена в воздухопровод 2, составляет от 160° до 200° с точки зрения угла вдоль окружности воздухопровода. Соответственно, эффективность сгорания угольной пыли без сомнений повышается. Кроме того, расстояние от дальней форсунки до передней форсунки, задают равным от 27 мм до 80 мм, так что эффективность сгорания угольной пыли без сомнений повышается. Кроме того, скорость подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки задают равной от 50 м/с до 146 м/с, так что эффективность сгорания угольной пыли без сомнений повышается. Следует отметить, что также рассматривали режим, в котором угольную пыль и кислород подают из передней форсунки, выполненной в виде двойной трубы, а СПГ подают из дальней форсунки. Тем не менее, в таком случае угольная пыль и кислород начинают реакцию в подающей конечной части передней форсунки, и происходит сгорание до некоторой степени угольной пыли, так что имеет место увеличение температуры угольной пыли, и, таким образом, эффект роста температуры из-за сгорания СПГ ограничен, даже если СПГ подают из дальней форсунки. Кроме того, реакция с кислородом ограничивает скорость после сгорания угольной пыли, и, следовательно, сгорание угольной пыли можно сделать еще более легким, когда кислород подают из дальней форсунки.
Цифровые обозначения ссылочных позиций
1. доменная печь
2. воздухопровод
3. фурма
4. передняя форсунка
5. зона циркуляции
6. дальняя форсунка
1. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива и горючего газа через фурмы, в котором горячий воздух подают в доменную печь из воздухопровода через фурму, при этом способ включает в себя следующие этапы, на которых:
применяют двойную трубу в качестве передней форсунки для подачи твердого топлива в воздухопровод;
подают твердое топливо или горючий газ из внутренней трубки передней форсунки или из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой и подают соответственно горючий газ или твердое топливо из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой или из внутренней трубки передней форсунки;
располагают дальнюю форсунку ниже по потоку в направлении подачи горячего воздуха от подающего конца передней форсунки; и
подают газ, поддерживающий горение, из дальней форсунки,
при этом расстояние от дальней форсунки до передней форсунки составляет от 27 до 80 мм.
2. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива и горючего газа через фурмы, в котором горячий воздух подают в доменную печь из воздухопровода через фурму, при этом способ включает в себя следующие этапы, на которых:
применяют двойную трубу в качестве передней форсунки для подачи твердого топлива в воздухопровод;
подают твердое топливо или горючий газ из внутренней трубки передней форсунки или из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой и подают соответственно горючий газ или твердое топливо из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой или из внутренней трубки передней форсунки;
располагают дальнюю форсунку ниже по потоку в направлении подачи горячего воздуха от подающего конца передней форсунки; и
подают газ, поддерживающий горение, из дальней форсунки,
при этом скорость подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки составляет от 50 до 146 м/с.
3. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива и горючего газа через фурмы по п. 1, в котором скорость подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки составляет от 50 до 146 м/с.
4. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива и горючего газа через фурмы по любому из пп. 1-3, в котором, если направление, перпендикулярное направлению подачи горячего воздуха, обозначить через 0°, а направление по потоку и направление против потока подачи горячего воздуха считать положительным и отрицательным соответственно, то направление подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки относительно направления дутья составляет от -30 до +45°.
5. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива и горючего газа через фурмы по любому из пп. 1-3, в котором угол вдоль окружности воздухопровода положения подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки относительно положения, в котором передняя форсунка вставлена в воздухопровод, составляет от 160 до 200°.
6. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива и горючего газа через фурмы по п. 4, в котором угол вдоль окружности воздухопровода положения подачи газа, поддерживающего горение, из дальней форсунки относительно положения, в котором передняя форсунка вставлена в воздухопровод, составляет от 160 до 200°.
