Устройство получения водомазутной эмульсиидля вдувания b доменную печь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и ц 827547

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.09.78 (21) 2667143/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 07.05.81 (51) М. К .

С 21В 7/16

Государствеииый комитет (53 + фф9 162.267.

4 (088;8 ) по делан изобретений и открытий

О. И. Тищенко, В. А. Мирко, В. Н. Вакулин, Г. Л. Цымбал, )K. Е. Слепцов, Т. И. Кухтин, Н. Е. Дунаев, Э. Э. Миникес, °

В. В. Емушинцев, А. А. Мухин и И. Е. Каплии

Карагандинский металлургический комбинат (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕН ИЯ ВОДОМАЗУТНОЙ

ЭМУЛЬСИИ ДЛЯ ВДУВАНИЯ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству чугуна в доменных печах, работающих с использованием обводненного мазута, водомазутной эмульсии или другого жидкого топлива, подаваемого в фурменную зону доменной печи.

Известна установка для получения водомазутной эмульсии, состоящая из трубопроводов подвода и отвода подогретого мазута и эмульсии, запорной и регулирующей арматуры и аппаратуры, устройства для перемешивания мазута с водой (шестеренные насосы), выход с которого подключен к трубопроводу подачи эмульсии к доменной печи («Сталь» № 7, 1976, с. 587).

Недостатком этой установки является низкое качество получаемой водомазутной эмульсии из-за присутствия капель воды в ней в грубодисперсном состоянии, так как производится простое механическое перемешивание мазута с водой, что в конечном итоге не обеспечивает условий для достаточно полного сжигания мазута на фурмах доменной печи.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка получения водомазутной эмульсии для вдувания ее в доменную печь из легких марок необводненного мазута, включающая запорную и регулирующую аппаратуру, фильтры для очистки мазута и воды через насос †дозатор в общий мазутопровод, подключенный к насосу высокого давления, имеющему всасывающий и нагнетательный коллекторы, оборудованные всасывающими и подпружиненными нагнетательными клапанами, картер и плунжерный блок, к торцовой

1р части которого подсоединена гомогенизирующая головка, снабженная трубопроводом подачи эмульсии в доменную печь и связанная с демпферной емкостью (1).

Недостатками этой установки является

1,5 низкое качество водомазутной эмульсии в связи с невозможностью получить на ней тонкодисперсную с равномерным распределением капель воды эмульсию из обводненного мазута, особенно тяжелых марок, так как в установке отсутствует устройство предварительной подготовки мазута перед подачей его в коллектор всасывающих клапанов плунжерного блока, а количество влаги в обводненном мазуте может доходить до 15% и выше в зависимости от его марки, сезонных условий, способов его транспортирования и разгрузки (А. И. Карабин и др. Сжигание жидкого топлива в промышленных установках, «Металлургия», до 1966, с. 30). Кроме того, мазут тяжелых

827547

3 марок обладает повышенной вязкостью по сравнению с мазутом легких марок (A. И.

Карабин и др. Сжигание жидкого топлива в промышленных установках, «Металлургия», 1966, с, 9 — 10, 12 — 13, табл. 1 и 3), что при существующей конструкции подвода его в коллектор плунжерного блока вызывает вибрацию подводящих трубопроводов мазута и всего плунжерного блока, а также неравномерную работу всасывающих клапанов и неустойчивую работу всей установки. Повышенная вязкость мазута значительно затрудняет условия очистки картера плунжерного блока от попадающего в него мазута. К тому же в установке использована демпферная емкость, связанная жестко с технологической линией подачи эмульсии в доменную печь, а давление мазута перед коллектором всасывающих клапанов ограничено 2 кг/см, как показывает опыт, превышение этого значения вызывает повышенный стук и износ всасывающих клапанов.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, улучшение качества водомазутной эмульсии, поступающей в доменную печь, повышение коэффициента замены кокса мазутом и надежности работы всей установки в целом, повышение технико-экономических показателей доменной плавки и качества чугуна.

Зта цель достигается тем, что общий трубопровод подачи мазута подключен через перемешивающие устройства с двух противоположных сторон к всасывающему коллектору, оборудованному подпружиненными всасывающими клапанами, а картер плунжерного блока снабжен трубопроводом подвода и отвода из него нагретой до 70—

95 С подаваемой в общий мазутопровод последовательно через накопительную емкость и насосы-дозаторы замазученной, смывочной воды, связанные обратной связью с датчиками контроля влажности обводненного мазута, готовой эмульсии и регулятором поддержания ее заданной влажности. Кроме того, к переходному трубопроводу, подающему мазут от нагнетательного коллектора к гомогенизирующей головке, подсоединена отводным трубопроводом демпферная емкость, выполненная в виде герметичного цилиндра, в котором расположен соединенный с трубопроводом подачи эмульсии отводной трубопровод эмульсии, выходное отверстие которого находится на расстоянии 1/4 его диаметра от нижнего основания цилиндра, причем демпферная емкость заполнена на 30 — 40% по объему сжатым воздухом под давлением

60 — 150 кг/см и остальной ее объем заполнен жидким маслом, разделенным между собой и между водомазутной эмульсией и маслом подвижными перегородками. Вместе с этим накопительная емкость снабжена трубопроводом подачи подогретой до

25 зо

35 ао

70 — 95 С воды посредством насоса-дозатора, связанного обратной связью с датчиком контроля уровня в ней воды через регулятор поддержания заданного его значения и насосом-дозатором подачи подогретой воды в картер плунжерного блока. Производительность перемешивающих устройств в 2—

3 раза превышает производительность насоса высокого давления, а трубопровод, подводящий мазут во всасывающий коллектор, подсоединен усреднительно-циркуляционным трубопроводом с трубопроводом, подающим обводненный мазут на перемешивающие устройства. Кроме того, при использовании в установке двух и более насосов высокого давления их нагревательные коллекторы подсоединены через переходные трубопроводы индивидуальными вводами к общей гомогенизирующей головке, снабженной одним трубопроводом готовой водомазутной эмульсии, а также переходные трубопроводы каждого насоса подключены отдельными трубопроводами к общему отводному трубопроводу, соединенному с демпферной емкостью.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 — конструкция всасывающего клапана плунжерного блока (узел 1 фиг.

1); на фиг. 3 — конструкция демпферной емкости; на фиг. 4 — схема компановки устройства при использовании в ней двух или более насосов высокого давления.

Устройство (фиг. 1) включает насос 1 высокого давления с картером 2 плунжерного блока 3, имеющим всасывающие 4 и нагнетательные 5 коллекторы, снабженные соответственно подпружиненными всасывающими 6 и пагнетательными 7 клапанами, оборудована подводящим магистральным трубопроводом 8 обводненного мазута с фильтром 9, с датчиками давления 10, температуры 11 и влажности 12, перемешивающями устройствами 13, подающими перемешанный и усредненный мазут с противоположных сторон во всасывающий коллектор

4 посредством двух мазутопроводов 14 с подсоединением их к усреднительно-циркуляционному мазутопроводу 15, причем на выходе нагнетательный коллектор 5 подсоединен переходным трубопроводом 16 к гомогенизирующей головке 17, соединенной с мазутопроводом 18, подающим готовую водомазутную эмульсию в доменную печь и оборудованным датчиком влажности 19, расходомером 20 мазута, а также соединенным циркуляционным трубопроводом 21 эмульсии с магистральным мазутопроводом

8 перед датчиком 12 влажности по ходу движения мазута, и кроме того, к переходному трубопроводу 16 подсоединена отводным трубопроводом 22 через вентиль 23 демпферная емкость 24, заполненная жидкостью 25 типа индустриального масла, поступающей по трубопроводу 26 с запорным вентилем 27, а также сжатым воздухом 28, 827547 периодически нагнетаемым из баллона 29 по воздухопроводу 30 с запорным вентилем

31. Картер 2 снабжен трубопроводом 32 периодического ввода подогретой до 70—

95 С воды насосом-дозатором 33 и трубопроводом 34 отвода замазученной, смывочной воды в накопительную емкость 35, оборудованную труоопроводом 36 ввода подогретой до 70 — 95 С воды, подаваемой насосом-дозатором 37, связанным обратной связью 38 — 40 через регулятор 41 заданного уровня воды в емкости с насосом-дозатором 33 и датчиком 42 уровня воды. Дополнительно накопительная емкость соединена трубопроводом 43, снаб>кенньтм фильтром 44, с магистральным трубопроводом 8 через насос-дозатор 45 замазученной, смывочной воды, связанной обратной связью

46 — 48 через регулятор 49 заданной влажности эмульсии с датчиками 12 и 19 соответственно влажности обвочнеттного мазута и эмульсии. Всасывающий клапан 6 (фиг. 2) находится внутри плунжерного блока и включает клапан 50 и пружину 51, которая опирается с одной стороны на клапан 50 и с другой — на корпус 52 плунжерного блока 3. Демпферная емкость 24 (Фиг. 3) включает отводной трубопровод

22, выходной конец которого находится на расстоянии 1/4 внутреннего диаметра от нижнего основания емкости, и разделительные подвижные перегородки 53, 54 из легковесного маслостойкого материала соответственно между эмульсией и жидкостью, между жидкостью и сжатым воздухом, который занимает 30 — 40О/о объема демпферной емкости, а остальной объем заполнен жидкостью . При использовании в установке двух и более насосов 1 высокого давления (фиг. 4) их нагнетательные коллекторы подсоединены через переходные трубопровочы 16 индивидуальными вводами к общей гомогенизирующей головке 17, снабженной одним трубопроводом 18 готовой водом азутной эмульсии, поступающей в доменную печь, а также переходные трубопроводы 16 каждого насоса подключены отчельными трубопроводами 55 к общему отводному тоубопроводу 22, соединенному с лемпФерной емкостью 24 (фиг. 3).

Устройство работает следующим образом.

Обводненный мазут из хранилища поступает по магистральному трубопттоводу 8, снабженному Фильтром 9, датчиками давления 10, температуры 11 и влажности 12, на перемешивающие устройства 13, в качестве которых можно использовать насосы тттегтеренного типа, где происходит пре.чварительное перемешивание мазута с водой с получением грубой водомазутной эмульсии, которая по мазутопроводу 14 с двух противоположных сторон подается во всасывающий коллектор 4 плунжерного блока 3 насоса 1 высокого давления и затем, протяновки в целом, особенно прп работе на

45 . va vTe тяжелых марок, об.чадающем по50

40 ходя подпружиненные всасывающие клапаны 6, поступает через нагнетательные клапаны 7 в нагнетательный коллектор 5, из которого под давлением 60 — 150 кг/см, создаваемым плунжерами насоса высокого давления, грубая эмульсия вводится по переходному трубопроводу 16, соединенному отводным трубопроводом 22 с,чемпферной емкостью 24, в гомогеттизирутощую головку

17, из которой готовая тонкодисперсная водомазутная эмульсия поступает на фурмы доменной печи по трубопровод 18, снабженному датчиком влажности 19 и расходомером 20 и соединенному с трубопроводом 8 обводненного мазута циркуляционным трубопроводом 21, обеспечивающим сброс избытка эмульсии сверх необхочимого ее расхода на доменную печь и не вызывая при этом дополнительного обво.чнения мазута. Всасывающий клапан 50 выполнен подпружиненным посредством пружины 51, которая создает противодавление, опираясь с одной cTQDoHbl на клапан 50 и с другой— на корпус 52. Такая конструкция клапана устраняет повышенный стук и износ всасывающих клапанов 50, а также устраняет вибрации мазутопроводов 14 и всасывающего коллектора 4, что происходило, как показывает опыт эксплуатации насосов высокого давления без подпружинивания всасывающих клапанов, при заборе обводненного мазута из магистрального мазутопровода и при возможных технологических толчках при превышении давления мазута более 2 кг/см

Ввод мазута через два мазутопрово.ча 14 с противоположных сторон во всасывающий коллектор 4 п,чунжепного б.чока 3 обеспечивает равномепное поступление rnvбой эмульсии в коллектор 4 и на всасывающие клапаны 6. что устраняет вибпяпии плунжерного блока 3, неравномерную и неугтОйЧИВуЮ рабОту КЛяПяНОВ 6 И ВСЕЙ VC вьттттенной вязкостью.

Пяпаметры давления эмульситт в нагнетательном коллектопе 60 — 150 кг/см объясняются необходимостью получения в эмульсии капель воды с максимальным размером 2 мкм в соответствии г требованиями теопии горения (Бюллетень

ЦНИИЧМ. 1974. Мо 6. с. 60). Повышение давления вьтттте 150 кгтсм непе.чесообпазно, так как это не ппивочит к зяметному измельчению оязмепов капли (Ли Л. У. Лвигятгли внутпеннего ггопанття, т. 1, М вЂ” Л.. ()Нт11, 1стЧ6, о. 108 — 1371.

Лемптттепняя емкость 24 восппинттмяет по отволному TDv60TTDoRoчi 22, выхочной KAнеп которого ттяспочояен на расстоянии 1/4 его внутпеннего,чиаметпа от основания емкости, пульсирующее давление, возникаютпее в пепехочном тттубопттотточе 16 и нягнетательном коллекторе 5 вследствие циклич827547

40 .45

7 ной работы клапанов 7, за счет того, что она выполнена в виде герметичного цилиндра, заполненного на 30 — 40o/, в верхней части воздухом 28 под давлением 60—

150 кг/см, равному установленному рабочему давлению эмульсии в нагнетательном коллекторе, и остальной ее объем заполнен жидким маслом типа индустриального, а для уменьшения растворимости воздуха в масле и перемешивания мазута с маслом, а также для восприятия и гашения энергии при изменении давления в коллекторе 5 и переходном трубопроводе 16 в демпферной емкости установлены подвижные разделительные перегородки из легковесного маслостойкого материала на границе слоев эмульсия — масло в виде круга 53 и на границе воздух — масло в виде кольца. Расстояние отводного трубопровода 22 от нижнего основания демпферной емкости установлено из соотношения равенства площади внутреннего сечения отводного трубопровода 22 боковой поверхности воображаемого цилиндра, диаметр которого равен внутреннему диаметру отводного трубопровода 22 (d внутр.), а его высота (H) равна расстоянию от нижнего основания лемпферной емкости до среза выходного отверстия отводного трубопровода 22, что можно выразить математически

d у,р

= d.,„, È, 4 откуда H=1/4 d,,, .

Экспериментально подтверждено, что увеличение этого расстояния более

1/4dâíóòð приводит к выбросам эмульсии и к контактированию ее с воздухом, что создает условия для загустевания, затвердевания из-за потери жидкоподвижности водомазутной эмульсии, так как температура застывания мазута марок М40, М100, М200 находится на уровне +25 — +42 С (М. Б.

Равич. Топливо и эффективность его использования, «Наука», М., 1971, с. 215, табл. 85). Уменьшение же указанного расстояния приводит к вибрации переходного трубопровода 16 и гомогенизирующей головки 17. жидкое масло типа индустриального, обладающего температурой застывания на уровне — 10 — — 30 С (Н. И. Черножуков. Технология нефти, ч. III, ГОСТОПТехника, М вЂ” Л., 1952, с. 141) обеспечивает хорошие условия для эксплуатации демпферного устройства и соответственно всей установки. Соотношения относительных объемов жидкости и воздуха подобрано экспериментальным путем с учетом обеспечения прекращения вибрации установки при широком диапазоне изменения давления в нагнетательном коллекторе. Демпферное устройство 24 предлагаемого типа гибко связано с технологическим потоком мазута, а его установка перед гомогенизирующей головкой по ходу движения эмуль8 сии создает стабильные условия для работы гомогенизирующей головки, также установки в целом и устраняет полностью ее вибрации.

Стабилизация влажности эмульсии обеспечивается следующим образом. Подогретая до 70 — 95 С вода по трубопроводу 32 периодически по мере необходимости посредством насоса-дозатора 33 подается в картер 2 плунжерного блока 3 для смыва из картера мазута, попадающего в него при работе через неплотности плунжеров насоса 1 высокого давления и затем по трубопроводу 34 в накопительную емкость

35, в которой поддерживается постоянный ее уровень путем дополнительного ввода подогретой до 70 — 95 С воды по трубопроводу 36 насосом-дозатором 37, связанным обратной связью 38 — 40 через регулятор

41 заданного уровня воды в емкости с насосом-дозатором 33 и датчиком 42 уровня воды. Из накопительной емкости 35 по трубопроводу 43 через фильтр 44 подогретая до 70 — 95 С смывочная замазученная вода подается в трубопровод 8 обводпснного мазута насосом-дозатором 45, связанным обратной связью 46 — 48 через регулятор

49 заданной влажности эмульсии с датчиками 12 и 19 соответственно влажности обводненного мазута и готовой водомазутной эмульсии. Температура воды должна находиться в пределах 70 — 95 С, так как с одной стороны при этом обеспечивается быстрый смыв вязких масс мазута, особенно тяжелых марок, из картера 2 и с другой стороны не снижаются физические свойства обводненного мазута после дозирования воды насосом-дозатором 45, так как по техническим требованиям доменного производства для улучшения условий сгорания мазута в фурменном очаге его температура должна находиться на уровне 100 С (Сталь, Ко 2, 1978, И. М. Пефтиев, А. Г. Попов, А. Я. Воробьев и др., с. 108). Кроме того, использование смывочной замазученной воды в технологическом потоке получения водомазутной эмульсии и вдувания ее в доменную печь исключает возможность загрязнения водного бассейна.

Для улучшения качества грубой водомазутной эмульсии, получаемой после перемешивающих устройств 13, производительность перемешивающих устройств превы-. шает в 2 — 3 раза производительность насоса 1 высокого давления, что обеспечивает

2 — 3-кратное перемешивание мазута в контуре циркуляции по усреднительно-циркуляционному трубопроводу 15.

При использовании в установке двух и более насосов 1 высокого давления (фиг.

4) грубая водомазутная эмульсия вводится по переходным трубопроводам 16 от каждого насоса самостоятельными вводами в общую гомогенизирующую головку 17, снабженную одним трубопроводом 18 гото827547

10 вой эмульсии, поступающей в доменную печь, дополнительно пульсирующее давление грубой эмульсии подается через отдельные трубопроводы 55, подсоединенные к переходным трубопроводам 16 и к общему отводному трубопроводу 22 эмульсии, на демпферную емкость 24. Такая компановка установки получения водомазутной эмульсии дополнительно способствует обеспечению полного прекращения вибраций отдельных ее узлов, существенно упрощает настройку установки и регулирование качества водомазутной эмульсии, а также более рациональному использованию рабочих площадей при высоких объемах производства.

Использование предложенной установки для получения тонкодисперсной водомазутной эмульсии, подаваемой в фурменную зону доменной печи, позволяет эффективно применять в доменной плавке обводненный мазут, особенно тяжелых марок, без сажеобвазования, без загрязнения водных бассейнов и тем самым стабилизирует ход доменной печи и повысит на 5 — 10О/о коэффициент замены кокса мазутом, особенно при высоких его расходах, более 100 кг/т чугуна и высоком обогащении дутья кислородом более 30%, что обеспечит снижение удельного расхода кокса дополнительно на о — 10 кг/т чугуна, повысит качество чугуна, стабильность его химического состава, что особенно важно при использовании чугуна для кислородно-конвертерного передела, а также улучшит работу газоочистного тракта доменной печи за счет исключения уноса с колошниковым газом мелкодисперсного углерода пиролиза мазута вследствие улучшения процессов горения его в фурменном очаге.

Формула изобретения

1. Устройство получения водомазутной эмульсии для вдувания в доменную печь, содержащее запорную н регулирующую аппаратуру, фильтры для очистки мазута и воды, трубопроводы подачи мазута из его хранилища и воды через насос-дозатор в

5 общий трубопровод подачи мазута, подключенный к насосу высокого давления, имеющих плунжерный блок с картером, с всасывающим и нагнетательным коллекторами, оборудованными всасывающими и

10 подпружиненными нагнетательными клапанами, гомогенизирующую головку, подсоединенную трубопроводом к нагнетательному коллектору и трубопровод подачи эмульсии в доменную печь, о т л и ч а ю15 щ е е с.я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства и улучшения качества водомазутной эмульсии, устройство сообщено демпферной емкостью, которая подсоединена отводным трубопроводом

20 к трубопроводу, подающему мазут от нагнетательного коллектора к гомогенизирующей головке, а в общий трубопровод подачи мазута встроены перемешивающие устройства, подключенные с двух противо25 положных сторон к всасывающему коллектору, при этом картер плунжерного блока сообщен с трубопроводом подвода и отвода замазученной воды, соединенным последовательно через накопительную емкость и

50 насос-дозаторы с общим трубопроводом подачи мазута.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что демпферная емкость выполнена в виде герметичного цилиндра, в котором

35 расположен отводной тр бопровод эмульсии, выходное отверстие которого размещено на расстоянии 1/4 его внутреннего диаметра от нижнего основания цилиндра, 40 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Проспект на установку получения водомазутной эмульсии, фирма Gaulin CorporatiorI, Епgland, 827547

Д г, 4

Редактор Е. Вратчикова

Заказ 645/4 Изд. № 300 Тираж 634 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель В. Раковский

Техред Л. Куклина

Корре.<торы: В. Нам и А. Галахова