DD230917A1

DD230917A1 - DEVICE FOR BURNING FUEL AND SUPPLYING COMBUSTION PRODUCTS TO A MELT

Info

Publication number: DD230917A1
Application number: DD25008183A
Authority: DD
Inventors: Alexoi M Ptitsyn; Nikolai M Korobov; Andrei E Bobkov; Boris P Derevensky; Viktor P Belkin; Vladimir A Murkin; Vladimir G Brovkin; Gennady G Paschenko; Vadim A Guskov
Original assignee: G P Inii Nikelevokobaltovoi Pr
Priority date: 1983-04-21
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1985-12-11

Abstract

Die Erfindung findet vorteilhaft in der Nichteisenmetallurgie Anwendung und bezweckt die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Verbrennen von Brennstoff und Zufuehren von Verbrennungsprodukten in eine Schmelze, die ein stabiles Verblasen der Schmelze mit Verbrennungsprodukten mit vorgegebenen Oxydations- bzw. Reduktionspotentialen bei einer hoechstmoeglichen Temperatur und minimalen Brennstoffverbrauch ermoeglicht. Die erfindungsgemaesse Vorrichtung, die als die Verbrennungsprodukte einer Schmelze zufuehrende Duese endet, enthaelt eine Mischkammer zum Mischen des Brennstoffes und eines gasfoermigen Oxydationsmittels, die einen Rohrstutzen zum tangentialen Einfuehren des Oxydationsmittels in die Mischkammer und eine Sammelkammer mit Oeffnungen zum Zufuehren des Brennstoffes zur Mischkammer aufweist. Die Oeffnungen der Sammelkammer sind derart ausgebildet, dass die Achsen der Oeffnungen mit den in den Mittelpunkt jeder Oeffnung gefuehrten Radien der Sammelkammer in ihrem Schnittpunkt einen Winkel von mindestens 10 bilden, wobei die so ausgefuehrten Oeffnungen dafuer sorgen, dass der Vektor des Stromes des Brennstoffes dem Vektor des Stromes des gasfoermigen Oxydationsmittels, das in die Mischkammer ueber den Rohrstutzen einstroemt, entgegengesetzt gerichtet ist. Fig. 1The invention is advantageously used in non-ferrous metallurgy and aims to provide a device for combusting fuel and feeding combustion products into a melt which enables stable meltblowing of combustion products with predetermined oxidation and reduction potentials at the highest possible temperature and fuel consumption. The apparatus of the present invention, which ends up as a melt supplying Duese to the products of combustion, contains a mixing chamber for mixing the fuel and a gaseous oxidizer having a pipe stub for tangentially introducing the oxidant into the mixing chamber and a plenum with openings for supplying the fuel to the mixing chamber. The openings of the collecting chamber are formed such that the axes of the openings with the radii of the collecting chamber guided into the center of each opening form an angle of at least 10 at their point of intersection, the openings thus executed ensuring that the vector of the flow of the fuel Vector of a stream of the gaseous oxidizing agent which is injected into a mixing chamber through a pipe socket, is directed opposite. Fig. 1

Description

Field of application of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ausrüstungen eines pyrometallurgischen Betriebes und insbesondere auf Vorrichtungen zum Verbrennen von Brennstoff und Zuführen von Verbrennungsprodukten in einer Schmelze, die auf Schmelzaggregaten zum pneumatischen Mischen der Schmelze und Aufrechterhalten einer hohen Temperatur derselben aufgestellt werden.The present invention relates to equipment of pyrometallurgical operation, and more particularly to apparatuses for burning fuel and feeding combustion products in a melt which are placed on melters for pneumatic mixing of the melt and maintaining a high temperature thereof.

Die Erfindung findet in der Nichteisenmetallurgie beim oxydierenden Schmelzen von Erzen und Konzentraten, beim Verblasen von subiimierbaren Buntmetallen wie Zinn, Blei, Zink enthaltende Schlacken sowie bei der Flammofenraffination von Rohkupfer eine breite Anwendung.The invention is widely used in non-ferrous metallurgy in the oxidizing melting of ores and concentrates, in the blowing of sublimable non-ferrous metals such as tin, lead, zinc-containing slags and in the refractory refining of crude copper.

Characteristic of the known technical solutions

Um die Verbrennungsprodukte eines Brennstoffes einer zähflüssigen Reaktionsmasse, beispielsweise Schmelzen oder Lösungen direkt zuzuführen, muß man den Gasgemischdruck in der Brennzone (Brennkammer) bei Werten oberhalb des hydrostatischen Druckes der Reaktionsmassensäule aufrechterhaltenen diesem Zusammenhang müssen Vorrichtungen, die zum Verbrennen von Brennstoff und Zuführen von Verbrennungsprodukten in eine Schmelze bestimmt sind, eine gute Durchmischung des Brennstoffes mit dem Oxydationsmittel ermöglichen und aufgrund eines intensiven Brennens bei erhöhten Drücken eine erhöhte Wärmebeständigkeit in der Brennzone aufweisen. Unter den schwersten Bedingungen arbeitet die Düse der in Betracht stehenden Vorrichtung, die einerseits mit Hochtemperatur—Verbrennungsprodukten und andererseits mit einer aggressiven Reaktionsmasse, insbesondere mit einer Schmelze in Berührung steht.In order to directly supply the combustion products of a fuel to a viscous reaction mass, for example, melts or solutions, one must maintain the gas mixture pressure in the combustion zone (combustor) at levels above the hydrostatic pressure of the reaction mass column. In this context, apparatuses for burning fuel and feeding combustion products must be used a melt are determined, allow a good mixing of the fuel with the oxidizing agent and due to an intensive firing at elevated pressures have increased heat resistance in the firing zone. Under the most severe conditions, the nozzle of the device under consideration operates on the one hand with high-temperature combustion products and on the other hand with an aggressive reaction mass, in particular with a melt in contact.

Es ist eine Vorrichtung zum Verbrennen von Brennstoff und Zuführen von Verbrennungsprodukten in eine Schmelze bekannt, die eine Mischkammer zum Mischen des Brennstoffes und eines gasförmigen Oxydationsmittels, eine Brennkammer zum Verbrennen des Brennstoff-Oxydationsmittel-Gemisches, welche Kammern mit einem Mantel versehen sind und eine gekühlte Düse enthält (SU-Urheberschein Nr. 189143, Int. Kl C 22 b, 1963).There is known a device for combusting fuel and supplying combustion products into a melt comprising a mixing chamber for mixing the fuel and a gaseous oxidant, a combustion chamber for burning the fuel-oxidant mixture, which chambers are provided with a jacket and a cooled one Nozzle contains (SU-copyright No. 189143, Int. Kl C 22b, 1963).

In dieser Vorrichtung wird der Brennstoff der Mischkammer axial an ihrer Stirnseite zugeführt, während das gasförmige Oxydationsmittel unter den Mantel der Brennkammer, die mit der Mischkammer in Reihe verbunden ist, zugeführt wird. Das Oxydationsmittel strömt durch den Mantel, kühlt die Oberfläche der Brennkammer und tritt daraufhin in die Mischkammer ein. In der bekannten Vorrichtung läßt sich die Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte, bezogen auf ihren Sauerstoffgehalt, in weiten Grenzen nicht regulieren. Außerdem sichert die Kühlung der Brennkammer durch das zum Mischen strömende Oxydationsmittel ,keinen ausreichenden Wärmeentzug von den Elementen der Brennkammerauskleidung, weswegen die Vorrichtung schnell ausfällt.In this apparatus, the fuel is supplied to the mixing chamber axially at its front side, while the gaseous oxidizing agent is supplied under the jacket of the combustion chamber, which is connected in series with the mixing chamber. The oxidant flows through the jacket, cools the surface of the combustion chamber and then enters the mixing chamber. In the known device, the composition of the combustion products, based on their oxygen content, can not be regulated within wide limits. In addition, the cooling of the combustion chamber by the oxidant flowing for mixing does not ensure sufficient heat extraction from the elements of the combustion liner, which is why the device quickly fails.

Bekannt ist auch eine Vorrichtung zum Verbrennen von Brennstoff und Zuführen von Verbrennungsprodukten in eine Schmelze, bestehend aus einer Mischkammer zum Mischen von Brennstoff und Oxydationsmittel, die einen Rohrstutzen zur tangentialen Oxydationsmittel-Zufuhr und eine S;immelkammer mit Öffnungen zum Einführen des Brennstoffes in die Mischkammer aufweist, einer Brennkammer zum Verbrennen des Brennstoff-Oxydationsmittel-Gemisches und einer Düse mit Kanälen für ein Kühlmittel (US-PS Nr.2833643 Kl.75-41,1958).Also known is an apparatus for combusting fuel and feeding combustion products into a melt, comprising a mixing chamber for mixing fuel and oxidant, comprising a pipe port for tangential oxidant supply and an oil chamber having openings for introducing the fuel into the mixing chamber a combustion chamber for burning the fuel-oxidizer mixture and a nozzle with channels for a coolant (US Pat. No. 2,883,343 Kl.75-41,1958).

Der Prozeß der Mischung des Brennstoffes mit dem Oxydationsmittel spielt sich in der.bekannten Vorrichtung folgendermaßen ab:The process of mixing the fuel with the oxidizing agent takes place in der.bekannte device as follows:

Das Oxydationsmittslwird.der Mischkammer tangential unter Bildung eines Stromes zugeführt, der längs ihrer Wände nach einer Schraubenlinie gerichtet ist. Der Brennstoff strömt der Mischkammer durch die Öffnungen der die Mischkammer umgebenden Sammelkammer zu, wobei diese Öffnungen so ausgebildet sind, daß der Brennstoff ins Innere der Mischkammer radial eintritt. Eine derart gestaltete Zufuhr der Komponenten des Gasgemisches zur Mischkammer hat den Nachteil, daß der Brennstoffstrom zum Oxydationsmittelstrom senkrecht gerichtet ist und aufgrund dessen eine vollständige Vermischung des Oxydationsmittels mit dem Brennstoff nicht erzielt wird und in den Verbrennungsprodukten ein Überschuß an freiem Sauerstoff auftritt. Das letztere ist bei den technologischen Prozessen unerwünscht, die in einer Reduktionsatmosphäre beispielsweise bei der Sublimation von Zink und Zinnverbindungen in einem Verblaseofen ablaufen, zum anderen ist der Einsatz der bekannten Vorrichtung aus der erwähnten Patentschrift in den Prozessen, die in einer Oxydationsatmosphäre ablaufen, bei einem Gehalt an freiem Sauerstoff in den Verbrennungsprodukten von über 4% ebenso beschränkt, weil dabei die Beständigkeit des Brennorozesses bei der Zufuhr einer zusätzlichen Menqe an Oxydationsmittel gestört wird.The oxidizing agent is supplied tangentially to the mixing chamber to form a stream directed along its walls along a helix. The fuel flows to the mixing chamber through the openings of the collecting chamber surrounding the mixing chamber, wherein these openings are formed so that the fuel enters radially into the interior of the mixing chamber. Such a design supply of the components of the gas mixture to the mixing chamber has the disadvantage that the fuel flow is directed to the oxidant flow vertically and therefore a complete mixing of the oxidant with the fuel is not achieved and in the combustion products, an excess of free oxygen occurs. The latter is undesirable in the technological processes that take place in a reducing atmosphere, for example in the sublimation of zinc and tin compounds in a Verblaseofen, on the other hand, the use of the known device of the mentioned patent in the processes that take place in a Oxydationsatmosphäre, at a Free oxygen content in the combustion products above 4% is also limited, because it disturbs the resistance of the Brennorozesses in the supply of an additional Menqe to oxidizing agent.

Object of the invention

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verbrennen von Brennstoff und Zuführen von Verbrennungsprodukten in eine Schmelze zu schaffen, die ein stabiles Verblasen der Schmelze mit Verbrennungsprodukten mit vorgegebenen Oxydations- bzw. Reduktionspotentialen bei einer höchstmöglichen Temperatur und bei minimalem Brennstoffverbrauch ermöglicht.The object of the present invention is to provide a device for combusting fuel and supplying combustion products into a melt, which allows a stable blowing of the melt with combustion products with predetermined oxidation or reduction potentials at the highest possible temperature and with minimum fuel consumption.

Explanation of the essence of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung zum Verbrennen von Brennstoff und Zuführen von Verbrennungsprodukten in eine Schmelze zu schaffen, deren bauliche Gestaltung maximale Geschwindigkeitsgradienten zwischen den Strömen des Oxydationsmittels und Brennstoffs und die vollständige Vermischung derselben ermöglichen würde, so daß ein stabiles Verblasen der Schmelze mit Verbrennungsprodukten mit vorgegebenen Oxydations- bzw. Reduktionspotentialen bei einer höchstmöglichen Temperatur und bei minimalem Brennstoffverbrauch erzielt werden kann.The present invention has for its object to provide such a device for burning fuel and supplying combustion products in a melt, the structural design would allow maximum velocity gradients between the streams of the oxidant and fuel and the complete mixing thereof, so that a stable blowing the melt can be achieved with combustion products having predetermined oxidation or reduction potentials at the highest possible temperature and with minimal fuel consumption.

Die vorliegende Erfindung besteht darin, daß in einer Vorrichtung zum Verbrennen von Brennstoff und Zuführen von Verbrennungsprodukten in eine Schmelze, umfassend eine Mischkammer zum Mischen des Brennstoffes und eines gasförmigen Oxydationsmittels mit einem Rohrstutzen zum tangentialen Einführen des Oxydationsmittels in den Hohlraum dieser Mischkammer und mit einer Sammelkammer mit Öffnungen zum Zuführen des Brennstoffes zur Mischkammer, eine mit der genannten Mischkammer in Verbindung stehende Brennkammer zum Verbrennen des Gemisches des Brennstoffes und des gasförmigen Oxydationsmittels, die mit einer mit Kühlmittelkanälen versehenen Düse zum Zuführen von Verbrennungsprodukten in die Schmelze endet, erfindungsgemäß die Achsen der Öffnungen der Sammelkammer mit den durch die Mittelpunkte dieser Öffnungen geführten Radien der Sammelkammer in ihrem Schnittpunkt einen Winkel von mindestens 10° bilden und derart gerichtet sind, daß der Vektor des in die Mischkammer eintretenden Brennstoffstromes dem Vektor des in diese Mischkammer eintretenden Oxydationsmittelstromes entgegengesetzt gerichtet ist und in der Wandung der Düse mindestens ein Hohlraum vorgesehen ist, der sich zwischen der Außenfläche des Kühlmittelkanals und der Innenfläche der Düse befindet und zur Senkung der Wärmeverluste der Verbrennungsprodukte dient.The present invention is that in an apparatus for combusting fuel and feeding combustion products into a melt comprising a mixing chamber for mixing the fuel and a gaseous oxidant with a pipe stub for tangentially introducing the oxidant into the cavity of said mixing chamber and with a plenum with openings for supplying the fuel to the mixing chamber, a combustion chamber communicating with said mixing chamber for burning the mixture of the fuel and the gaseous oxidant ending with a nozzle provided with coolant channels for feeding combustion products into the melt, according to the invention the axes of the openings Make the collection chamber with the guided through the centers of these openings radii of the collection chamber at its intersection at an angle of at least 10 ° and are directed so that the vector of eint in the mixing chamber Retenden fuel stream is directed opposite to the vector of the entering into this mixing chamber oxidant stream and in the wall of the nozzle at least one cavity is provided, which is located between the outer surface of the coolant channel and the inner surface of the nozzle and serves to reduce the heat losses of the combustion products.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Vorrichtung kann der Gehalt an freiem Sauerstoff in den Verbrennungsprodukten von 3 bis 4Vol.-% auf 1,5 bis 2Vol.-% herabgesetzt, die Temperatur der Verbrennungsprodukte aber erhöht werden, was im ganzen eine Kürzung der Dauerzeit des reduzierenden Schlackenverblasens in einem Verblaseofen durchschnittlich um 5% bei der Erhaltung des gesamten Brennstoffverbrauchs auf dem alten Niveau ergibt.The inventive design of the device, the content of free oxygen in the combustion products of 3 to 4Vol .-% to 1.5 to 2Vol .-% reduced, but the temperature of the combustion products are increased, which in total a reduction in the duration of the reducing Slag blowing in a blast furnace results on average by 5% in maintaining all fuel consumption at the old level.

Um einen stabilen Betrieb der Vorrichtung bei erhöhten Sauerstoff-Gehalten der in einen Verblaseofen in die Schmelze zugeführten Verbrennungsprodukte zu sichern, ist die Mischkammer gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Luftzuleitungsstutzen versehen, der an der Achse dieser Mischkammer angeordnet ist und in diese Misch kammer auf eine Länge hineingeht, die mindestens 0,15 der Länge dieser Kammer beträgt, was eine Kürzung der Dauerzeit des oxydierenden Schmelzenverblasens im Durchschnitt um 35 bis 40% ergibt.In order to ensure a stable operation of the device at elevated oxygen levels of combustion products introduced into a blast furnace in the melt, the mixing chamber according to the present invention is provided with an air supply nozzle, which is arranged on the axis of this mixing chamber and in this mixing chamber to a Length is at least 0.15 of the length of this chamber, resulting in a reduction of the duration of the oxidizing Schmelzenverblasens on average by 35 to 40%.

Zur Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur der in die Schmelze durch die von einem Kühlmittel gekühlte Düse zugeführten Verbrennungsprodukte ist erfindungsgemäß im Hohlraum der Düse ein die Form des Hohlraumes wiederholender Schirm vorgesehen, der unter Belassen eines Spiels über den gesamten Umfang angeordnet ist, mit dessen Hilfe der technologische Prozeß intensiviert werden kann, nämlich die Dauerzeit des Durchbiasens der Schmelze mit den Verbrennungsprodukten bei der oxydierenden sowie reduzierenden Arbeitsführung gekürzt wird, was einer Steigerung der Leistungsfähigkeit der Vorrichtung im Durchschnitt um 15% entspricht.In order to maintain a high temperature of the combustion products fed into the melt by the nozzle cooled by a coolant, according to the invention a screen of the shape of the cavity is provided in the cavity of the nozzle, arranged over the entire circumference leaving a play, with the aid of which the technological Process can be intensified, namely the duration of the Durchbiasens the melt is reduced with the combustion products in the oxidizing and reducing work, which corresponds to an increase in the performance of the device on average by 15%.

Zur Beibehaltung einer optimalen Lebensdauer der Düse der vorgeschlagenen Vorrichtung unter gleichzeitiger Erhöhung der Temperatur der in die Schmelze zugeführten Verbrennungsprodukte wird gemäß der vorliegenden Erfindung empfohlen, die Düse aus einem chromreichen Gußeisen oder Stahl herzustellen.In order to maintain an optimum nozzle life of the proposed device while increasing the temperature of the combustion products fed to the melt, it is recommended according to the present invention to produce the nozzle from a chromium-rich cast iron or steel.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbrennen von Brennstoff und Zuführen vonThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings: FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention for burning fuel and supplying fuel

Verbrennungsprodukten in eine Schmelze im Längsschnitt; Fig.2: den Schnitt H-Il nach Fig. 1; Fig.3: den Schnitt Ill-Ill nach Fig. 1.Combustion products in a melt in longitudinal section; 2 shows the section H-II of Fig. 1; 3: the section Ill-Ill of FIG. 1.

Die Vorrichtung zum Verbrennen eines Brennstoffes und Zuführen von Verbrennungsprodukten in eine Schmelze umfaßt eine Mischkammer 1 (Fig. 1,2) zum Mischen des Brennstoffes und eines gasförmigen Oxydationsmittels. Die Mischkammer 1 weist einen Rohrstutzen 2 (Fig. 1,2) zum tangentialen Einführen des Oxydationsmittels in die Mischkammer 1 auf. Außerdem ist an der Mischkammer 1 eine Sammelkammer 3 (Fig. 1,2) mit Öffnungen 4 (Fig.2) zum Zuführen des Brennstoffes zur Mischkammer 1 montiert. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Öffnungen 4 der Sammelkammer 3 derart auszuführen, daß die Achsen der Öffnungen 4 mit den in den Mittelpunkt jeder Öffnung 4 geführten RadienderSan.melkammer3in ihrem Schnittpunkt einen Winkel von mindestens 10° bilden. Dabei sind die Öffnungen 4 derart angeordnet, daß der Vektor des Stromes des in die Mischkammer 1 eintretenden Brennstoffes dem Vektor des Stromes des in die Mischkammer 1 über den Rohrstutzen 2 eintretenden gasförmigen Oxydationsmittels entgegengesetzt gerichtet ist. Durch ein solches Einführen der Ausgangsreaktionspartner in die Mischkammer 1 wird ein maximales Geschwindigkeitsgefälle zwischen den Strömen des Brennstoffes und des Oxydationsmittels erzielt. Die relative Geschwindigkeit von zwei Strömen bestimmt den Verwirbelungsgrad an deren Grenzfläche und somit die Intensität der Vermischung der Komponenten. Da die Geschwindigkeit eine vektorielle Größe ist, so erhält man bei dem vorgegebenen absoluten Wert dieser Kenngröße, der sich ausgehend von der Menge an Brennstoff und Oxydationsmittel bestimmen läßt, die maximale relative Geschwindigkeit der Ströme, wenn diese einander entgegengesetzt gerichtet sind. Die Intensität der Vermischung der Komponenten ist der Hauptfaktor, der die Vollkommenheit der Gemischverbrennung beeinflußt. Beim Einsatz der Vorrichtung zum Verbrennen von Brennstoff und Zuführen von Verbrennungsprodukten in eine Schmelze strebt man einen möglichst kleinen Gehalt an freiem Sauerstoff in den Verbrennungsprodukten an. Durch die Ausrüstung der Mischkammer 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den genannten Zufuhrelementen, mit denen die Ausgangskomponenten des Gemisches der Mischkammer 1 zugeführt werden, erzielt man ein besseres Vermischen der Komponenten und somit einen niedrigeren Gehalt an freiem Sauerstoff in den Verbrennungsprodukten.The apparatus for burning a fuel and feeding combustion products into a melt comprises a mixing chamber 1 (Figure 1, 2) for mixing the fuel and a gaseous oxidant. The mixing chamber 1 has a pipe socket 2 (FIG. 1, 2) for the tangential introduction of the oxidizing agent into the mixing chamber 1. In addition, a collecting chamber 3 (FIG. 1, 2) with openings 4 (FIG. 2) for supplying the fuel to the mixing chamber 1 is mounted on the mixing chamber 1. According to the present invention, the openings 4 of the collection chamber 3 are to be designed such that the axes of the openings 4 with the radii of the sanitary chamber 3 guided into the center of each opening 4 form an angle of at least 10 ° at their point of intersection. In this case, the openings 4 are arranged such that the vector of the flow of the fuel entering the mixing chamber 1 is directed in the opposite direction to the vector of the flow of the gaseous oxidant entering the mixing chamber 1 via the pipe socket 2. By thus introducing the starting reaction partners into the mixing chamber 1, a maximum velocity gradient between the streams of the fuel and the oxidizing agent is achieved. The relative velocity of two streams determines the degree of turbulence at their interface and thus the intensity of mixing of the components. Since the velocity is a vectorial quantity, given the given absolute value of this parameter, which can be determined on the basis of the quantity of fuel and oxidant, the maximum relative velocity of the streams is obtained if they are oppositely directed. The intensity of the mixing of the components is the major factor influencing the perfection of the mixture combustion. When using the device for burning fuel and supplying combustion products into a melt, the aim is to minimize the content of free oxygen in the combustion products. By equipping the mixing chamber 1 of the device according to the invention with the said feed elements, with which the starting components of the mixture of the mixing chamber 1 are supplied, one achieves a better mixing of the components and thus a lower content of free oxygen in the combustion products.

Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbare wirkungsvolle Vermischung von Gas und Luft hat ein beständiges Brennen des Brennstoff-Oxydationsmittel-Gemisches zur Folge und führt somit zur Verbesserung der technisch-wirtschaftlichen Kennzahlen des Prozesses, zur Ersparnis des Brennstoffes und sekundärer Energiereserven sowie zur Stabilisierung des Betriebes von Schmelzaggregaten.The achievable in the inventive device effective mixing of gas and air has a constant burning of the fuel-oxidizer mixture result and thus leads to the improvement of the technical and economic indicators of the process, to save fuel and secondary energy reserves and to stabilize the operation of melting units.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Mischkammer 1 ein Luftzuleitungsstutzen 5 (Fig. 1) vorgesehen, der an der Achse der Mischkammer 1 angeordnet ist und in die Mischkammer 1 auf eine Länge hineinragt, die mindestens 0,1 der Länge der Mischkammer 1 beträgt. In dem Fall, wenn der Zuleitungsstutzen 5 in der Mischkammer 1 weniger als 0,15 der Länge der Mischkammer 1 einnimmt, erfolgt das Öffnen des Strahles des in die Mischkammer 1 über diesen Stutzen 5 "eintretenden Luftstromes noch vor dessen Austritt aus der Mischkammer 1, so daß die Hydrodynamik der Wechselwirkung der Ströme des Hauptoxydationsmittelsund des Brennstoffes folgeschwer gestört werden kann. Wenn die genannte Länge 1,0 der Länge der Mischkammer 1 übertrifft, liegt die Ausströmkante des Stutzens 5 in der Hochtemperaturzone, so daß sie in diesem Fall schnellAccording to the present invention, an air supply pipe 5 (FIG. 1), which is arranged on the axis of the mixing chamber 1 and projects into the mixing chamber 1 to a length which is at least 0.1 of the length of the mixing chamber 1, is provided in the mixing chamber 1. In the case when the supply pipe 5 occupies less than 0.15 of the length of the mixing chamber 1 in the mixing chamber 1, the jet of the air flowing into the mixing chamber 1 via this nozzle 5 "occurs before it leaves the mixing chamber 1, so that the hydrodynamics of the interaction of the streams of the main oxidizing agent and the fuel can be severely disturbed If said length exceeds 1.0 of the length of the mixing chamber 1, the discharge edge of the nozzle 5 is in the high-temperature zone, so that in this case it is fast

,verbrennt. :Burns. :

Mit der Mischkammer 1 steht eine Brennkammer 6 (Fig. 1) zum Verbrennen des Gemisches des Brennstoffes und des gasförmigen Oxydationsmittels in Verbindung. Die Brennkammer 6 endet mit einer Düse 7 (Fig. 1,3), über die die Verbrennungsprodukte des Brennstoffes und des Oxydationsmittels einer Schmelze zugeführt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung empfiehlt es sich, die Düse 7 aus einem chromreichen Gußeisen oder Stahl zufertigen, damit die Lebensdauer der Düse 7 beim Anwachsen der Temperatur der über die Düse 7 in die Schmelze zugeführten Verbrennungsprodukte wesentlich erhöht werden kann. Um die Wärmeabgabe von den auf hohe Temperaturen erhitzten Verbrennungsprodukten zum in Kanälen 8 (Fig. 1,3) umlaufenden Kühlmittel zu vermindern, wird vorgeschlagen, in der Wandung der Düse 7 mindestens ein Hohlraum 9 (Fig. 1,3), und zwar zwischen der Außenfläche des Kanals 8 für das Kühlmittel und der Innenfläche 10 (Fig. 1,3) der Düse 7 auszubilden. Es ist auch möglich, die Hohlräume 9 in einer Anzahl vorzusehen, die der Anzahl der Kanäle 8 für das Kühlmittel entspricht. Zur Verminderung der Wärmeverluste von den Verbrennungsprodukten an das durch die Kanäle 8 zu nah durchfließende Kühlmittel wäre es günstig, im Hohlraum 9 der Düse 7 einen Schirm aufzustellen, der sich unter Belassen eines Spiels über den gesamten Umfang erstreckt und die Form des Hohlraumes 9 wiederholt. Durch Verminderung der Wärmeabgabe von den Verbrennungsprodukten an das Kühlmittel wächst die Temperatur der Innenfläche 10 der Düse 7 an. Der Werkstoff für den Schirm wird ausgehend von den Bedingungen gewählt, daß beim Vergießen der Gießform für die Düse 7 während der Herstellung derselben der Schirm nicht schmilzt und seine Oberfläche mit dem geschmolzenen Metall, aus dem die Düse 7 hergestellt wird, nicht benetzt wird.With the mixing chamber 1 is a combustion chamber 6 (Fig. 1) for burning the mixture of the fuel and the gaseous oxidant in combination. The combustion chamber 6 ends with a nozzle 7 (Fig. 1, 3) through which the combustion products of the fuel and the oxidant are fed to a melt. According to the present invention, it is recommended that the nozzle 7 be made of a chromium-rich cast iron or steel, so that the life of the nozzle 7 can be substantially increased as the temperature of combustion products fed into the melt via the nozzle 7 increases. In order to reduce the heat release from the high temperature heated combustion products to the coolant circulating in channels 8 (Figure 1, 3), it is proposed to have at least one cavity 9 (Figure 1, 3) in the wall of the nozzle 7, between of the outer surface of the channel 8 for the coolant and the inner surface 10 (Figure 1, 3) of the nozzle 7. It is also possible to provide the cavities 9 in a number corresponding to the number of channels 8 for the coolant. To reduce the heat losses from the combustion products to the coolant passing through the channels 8 too close, it would be beneficial to place in the cavity 9 of the nozzle 7 a screen extending over the entire circumference while leaving a play and repeating the shape of the cavity 9. By reducing the heat release from the combustion products to the coolant, the temperature of the inner surface 10 of the nozzle 7 increases. The material for the screen is selected based on the conditions that, when casting the die for the die 7 during manufacture, the screen does not melt and its surface is not wetted by the molten metal from which the die 7 is made.

Die Unbenetzbarkeit des Schirmes durch das Metall, aus dem die Düse gegossen wird, ist die Voraussetzung für die Bildung eines Spiels im Hohlraum 9 zwischen dem Schirm und der Oberfläche des Hohlraumes 9. Durch das Spiel wird ein großer Wärmewiderstand gewährleistet und so kann der Wärmestrom von den Verbrennungsprodukten an die Oberfläche der Düse 7 verringert werden.The Nichtwidbarkeit the screen through the metal from which the nozzle is poured, is the prerequisite for the formation of a game in the cavity 9 between the screen and the surface of the cavity 9. The game is a great thermal resistance ensures and so can the heat flow of the combustion products are reduced to the surface of the nozzle 7.

Durch Variieren der Anzahl der Schirme kann man die günstigste Abkühlung der Düse 7 erzielen, bei der der Wärmestrom den minimalen die Temperatur auf der Innenfläche 10 im Gegenteil einen höchstmöglichen, vom Werkstoff der Düse 7 noch verträglichen Wert hat.By varying the number of screens can be the most favorable cooling of the nozzle 7 achieve, in which the heat flow to the minimum, the temperature on the inner surface 10 on the contrary a maximum possible, the material of the nozzle 7 still tolerable value.

Der Körper der Düse 7 wird durch Vergießen einer Rohrschlange, die Kanäle für das Kühlmittel bildet, mit einem erhöhten (10 bis 30 Gew.-%igen) Chromgehalt aufweisendem Stahl- oder Eisenguß hergestellt. Aufgrund des hohen Chromgehaltes des Gusses kann man die zulässige Betriebstemperatur an der Innenfläche 10 der Düse 7 auf 600°C erhöhen, ohne daß die Beständigkeit des Werkstoffes gefährdet wird.The body of the nozzle 7 is made by casting a tube coil forming channels for the coolant with an elevated (10 to 30% by weight) chromium containing steel or cast iron. Due to the high chromium content of the casting, the permissible operating temperature on the inner surface 10 of the nozzle 7 can be increased to 600 ° C. without endangering the resistance of the material.

Zum anderen wirkt sich der hohe Chromgehalt auf die Wärmeleitung des Werkstoffes negativ aus und trägt dazu bei, daß der Wärmewiderstand auf dem Wege des Wärmestromes von Verbrennungsprodukten zum Kühlmittel, mit dem die Düse 7 gekühlt wird, wesentlich steigt.On the other hand, the high chromium content has a negative effect on the heat conduction of the material and contributes to the fact that the thermal resistance substantially increases by way of the heat flow of combustion products to the coolant with which the nozzle 7 is cooled.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbrennen von Brennstoff und Zuführen von Verbrennungsprodukten in eine Schmelze arbeitet folgendermaßen:The device according to the invention for burning fuel and feeding combustion products into a melt operates as follows:

Ein gasförmiges Oxydationsmittel, beispielsweise Luft möglicherweise bei erhöhter Temperatur, mit Sauerstoff angereichert, oder der eigentliche Sauerstoff wird der Mischkammer 1 über den Rohrstutzen 2 tangential zugeführt. Über den Rohrstutzen 5 wird in die Mischkammer 1 außerdem ein zusätzlicher Strom des Oxydationsmittels eingeführt. Ein gasförmiger Brennstoff, beispielsweise ein Dampf-Masut-Gemisch oder ein Brenngas wird der Mischkammer 1 über die Sammelkammer 3 durch die Öffnungen 4 dem Strom des gasförmigen Oxydationsmittels entgegen zugeführt. Die Verhältnisse, bei denen die genannten gasförmigen Reaktionspartner der Mischkammer 1 Zugeführt werden, sind für deren Vermischen am günstigsten. Das entstehende Brennstoff-Oxydationsmittel-Gemisch gelangt in die Brennkammer 6, wo es sich am Anfang von einem in der Brennkammer 6 vorgesehenen, in der Figur nicht bezifferten Zünder entzündet und verbrennt. Wenn in der Brennkammer 6 Verbrennungsprodukte mit dem Reduktionspotential, z. B. für die Prozesse der Verarbeitung von zinnhaltigen Materialien in einem Verblaseofen anfallen, so kann aufgrund der Verhältnisse, wie sie für das Vermischen der Komponenten des Brennstoff-Oxydationsmittel-Gemisches vorliegen, der Gehalt an freiem Sauerstoff in den Verbrennungsprodukten auf ein Mindestmaß reduziert werden.A gaseous oxidizing agent, for example air, possibly at elevated temperature, enriched with oxygen, or the actual oxygen is fed tangentially to the mixing chamber 1 via the pipe socket 2. About the pipe socket 5, an additional stream of the oxidant is also introduced into the mixing chamber 1. A gaseous fuel, for example a vapor-mass mixture or a fuel gas, is supplied to the mixing chamber 1 via the collecting chamber 3 through the openings 4 to the flow of the gaseous oxidizing agent. The conditions at which said gaseous reactants are fed to the mixing chamber 1 are most favorable for their mixing. The resulting fuel-oxidant mixture enters the combustion chamber 6, where it ignites and burns at the beginning of a provided in the combustion chamber 6, not quantified in the figure igniter. If in the combustion chamber 6 combustion products with the reduction potential, for. For example, for the processes of processing tiniferous materials in a stoving oven, the free oxygen content in the combustion products may be minimized due to the conditions that exist for mixing the components of the fuel oxidizer mixture.

Falls ein Bedarf besteht, die Verbrennungsprodukte mit einem hohen (1 bis 10 Vol.-%igen) Gehalt an freiem Sauerstoff zu erhalten, so leitet man, wie oben schon erwähnt, über den Luftzuleitungsstutzen 5 zusätzlich das gasförmige Oxydationsmittel zu. Die Reaktion zwischen Brennstoff und Oxydationsmittel verläuft dabei wie zuvor beständig ohne Abreisen der Flamme. Nach Beendigung der Verbrennungsreaktion in der Brennkammer 6 gelangen die Verbrennungsprodukte in die Düse 7 und werden, indem sie die Innenfläche 10 der Düse 7 umspulen, der Schmelze zugeleitet, die sich beispielsweise in einem Verblaseofen befinden kann.If there is a need to obtain the combustion products with a high (1 to 10 vol .-%) content of free oxygen, so it passes, as already mentioned above via the air supply pipe 5 in addition to the gaseous oxidant. The reaction between the fuel and the oxidant proceeds as before consistently without leaving the flame. Upon completion of the combustion reaction in the combustion chamber 6, the products of combustion pass into the nozzle 7 and, by rewinding the inner surface 10 of the nozzle 7, are fed to the melt, which may be in a blown oven, for example.

Während die auf hohe Temperaturen erhitzten Gase die Düse 7 durchströmen, wird der Wärmestrom von der Innenfläche 10 der Düse 7 auf die Kanäle 8 für das Kühlmittel übertragen, dabei bereitet ihm der Hohlraum 9 mit dem in ihm untergebrachten Schirm einen zusätzlichen Widerstand.While the gases heated to high temperatures flow through the nozzle 7, the heat flow from the inner surface 10 of the nozzle 7 is transmitted to the channels 8 for the coolant, it prepares him the cavity 9 with the screen housed in it an additional resistance.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, den Wärmestrom von den Verbrennungsprodukten, die unter die Schmelze zugeführt werden, zu erniedrigen und somit die Temperatur der Verbrennungsprodukte gegenüber der bekannten Vorrichtung um 70° zu steigern. Ein solcherTemperaturanstieg reicht aus, die Zufuhrdauer der Verbrennungsprodukte im Durchschnitt um 20min. zu kürzen, was einer Steigerung der Leistungsfähigkeit eines Verblaseofens um 12% entspricht.With the aid of the device according to the invention, it is possible to lower the heat flow of the combustion products, which are supplied to the melt, and thus to increase the temperature of the combustion products over the known device by 70 °. Such a temperature increase is sufficient, the supply time of the combustion products on average by 20 min. which corresponds to an increase in the performance of a Verblaseofens by 12%.

Claims

Invention claim:

An apparatus for combusting fuel and feeding combustion products into a melt, comprising a mixing chamber for mixing the fuel and a gaseous oxidant having a pipe stub for tangentially introducing the oxidant into the cavity of said mixing chamber and a plenum with openings for supplying the fuel to the mixing chamber and a combustion chamber communicating with said mixing chamber for combusting the mixture of the fuel and the gaseous oxidant which ends with a nozzle provided with coolant channels for supplying combustion products into a melt, characterized in that the axes of the openings ( 4) of the collecting chamber (3) with the radii of the collecting chamber (3) guided into the centers of these openings (4) form an angle of at least 10 ° in their point of intersection and are directed such that the vector enters the mixing chamber (1) fuel stream is directed in the opposite direction to the vector of the oxidant stream entering this mixing chamber (1) and that at least one cavity (9) is formed in the wall of the nozzle (7) between the outer surface of the coolant channel (8) and the inner surface (10) the nozzle (7) is arranged and is provided for reducing the heat release from the combustion products.

2. Device according to item 1, characterized in that the mixing chamber (1) contains an air supply pipe (5) which is arranged on the axis of said mixing chamber (1) and projects to this mixing chamber (1) to a length which is at least 0 , 15 is the length of this mixing chamber (1).

3. Device according to the points 1 or 2, characterized in that in the cavity of the nozzle (7) while leaving a game over the entire circumference a screen is provided, which corresponds to the shape of the cavity (9).

4. Device according to one of the items 1 to 3, characterized in that the nozzle (7) consists of a chromium-rich cast iron or steel.

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