DE2232637C3

DE2232637C3 - Process for fuel injection in shaft furnaces and blow molds

Info

Publication number: DE2232637C3
Application number: DE19722232637
Authority: DE
Inventors: Paul Nilvange; Quillet Gerard Thionville; Bruhlet (Frankreich)
Original assignee: Compagnie Francaise de Raffinage S.A., Paris; Sacilor-Acieres et Laminoirs de Lorraine S.A., Hayange; (Frankreich)
Priority date: 1971-07-08
Filing date: 1972-07-03
Publication date: 1976-12-02

Description

hervorrufen können, wenn die eingespritzte Brennstoffmenge schnell geändert wird.cause when the amount of fuel injected is changed quickly.

Bei einer weiteren bekannten als Laval-Düse ausgebildeten Blasform zur Erzeugung siner stabilen kurzen Flamme hoher Temperatur ist an der Blasformmündung eine Unstetigkeit vorgesehen, in deren Bereich der mit Überschallgeschwindigkeit strömende Blaswind eine Stoßwelle erzeugt, durch die einerseits der Brennstoff zerstäubt wird und die andererseits ein Zurückschlagen der Flamme in das Innere der Blasform verhindert (US-PS 33 33 619). Schließlich ist eine Blasform zur Zufuhr von Luft oder Sauerstoff in eine Schmelze eines Schachtofens bekannt, die einen auswechselbaren Düsenkörper mit konvergierendem und anschließend divergierendem Düsenquerschnitt aufweist (US-PS 30 15 481). Die Zufuhr von Brennstoff in dem Blaswind ist dabei jedoch nicht vorgesehen.In another known blow mold designed as a Laval nozzle for producing stable ones short, high temperature flame, a discontinuity is provided at the blow mold mouth, in which The area of the blow wind flowing at supersonic speed generates a shock wave through which on the one hand the fuel is atomized and the other hand, a flashback of the flame into the interior of the blow mold prevented (US-PS 33 33 619). Finally, a blow mold is used to introduce air or oxygen into one Melt of a shaft furnace known, which has a replaceable nozzle body with converging and then having a diverging nozzle cross-section (US Pat. No. 3,015,481). The supply of fuel however, there is no provision in the blow wind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, durch welches beträchtliche Impulsänderungen des ins Innere des Schachtofens eintretenden Blaswindes in Abhängigkeit von der Brennstoffmenge vermieden sind, auch bei hohen stöchiometrischen Verhältnissen des Brennstoffs im Blaswind ausgezeichnete Verbrennungsbedingungen aufrechterhalten werden, d. h. die Bildung von Kohlenstoffruß auf ein Mindestmaß beschränkt ist, und eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung im Schachtofen sichergestellt istThe object of the invention is to create a method of the type specified at the outset by which considerable changes in momentum of the blowing wind entering the interior of the shaft furnace as a function of are avoided by the amount of fuel, even with high stoichiometric ratios of the fuel excellent combustion conditions are maintained in the blowing wind, d. H. the formation of carbon soot is limited to a minimum, and as uniform a temperature distribution as possible in the Shaft furnace is ensured

Dies ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daft der flüssige Brennstoff durch den mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,3 und 1 Mach strömenden Wind zerstäubt und der Wind mit dem Brennstoff in einem Zeitintervall kürzer als die Entzündungsdauer dieses Gemisches ohne jede Rezirkulationsströmung an die jeweilige Blasformmündung strömen gelassen wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit bis zur Blasformmündung durch konstante Vergrößerung des freien Querschnitts der Blasformbohrung zwischen Einspritzzone und Mündung konstant verringert wird. In Ausgestaltung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wird der Wind mit Sauerstoff angereichertAccording to the invention, this is achieved in that the liquid fuel flows through the at a speed between 0.3 and 1 Mach flowing wind atomized and the wind with the fuel in a time interval shorter than the ignition time of this mixture without any recirculation flow to the respective one Blow mold mouth is allowed to flow, the flow velocity up to the blow mold mouth through constant enlargement of the free cross section of the blow mold bore between the injection zone and Muzzle is constantly reduced. In an embodiment of the method according to the present invention the wind enriched with oxygen

Zur Durchführung dieses Verfahrens dient eine Blasfo^rm für einen Schachtofen, deren Bohrung eine konstante Vergrößerung des freien Querschnitts zwischen Einspritzzone und Mündung aufweist, und welche erfindungsgemä3 dadurch gekennzeichnet ist, daß die Blasformbohrung im Bereich der Querschnittsvergrößerung ein gekrümmtes Längsprofil aufweist. Dieses gekrümmte Längsprofil kann über den gesamten Bereich der Querschnittsvergrößerung gegeben sein. Statt dessen kann die Blasformbohrung im bereich der Querschnittsvergrößerung auch aus einem Abschnitt mit gekrümmtem Längsprofil und einem anschließenden Abschnitt mit geradlinigem Längsprofil bestehen.A Blasfo ^r m is used for carrying out this method for a shaft furnace, which hole has a constant enlargement of the free cross section between the injection zone and the mouth, and which erfindungsgemä3 is characterized in that the Blasformbohrung in the area of the cross-sectional enlargement has a curved longitudinal profile. This curved longitudinal profile can be given over the entire area of the enlarged cross-section. Instead, in the area of the enlarged cross-section, the blow molding bore can also consist of a section with a curved longitudinal profile and an adjoining section with a straight longitudinal profile.

Vorteilhafterweise weist die Blasformbohrung einen als Diffusor ausgebildeten Abschnitt mit krummlinigen Erzeugenden entsprechend einer solchen Gleichung auf, deren zweite Ableitung stets positiv ist. Der Abschnitt mit krummlinigem Erzeugenden kann sich über den gesamten Bereich der Blasformbohrung-Querschnitts- ^₀ vergrößerung erstrecken, oder aber es kann sich in diesem Bereich an den Abschnitt mit krummlinigen Erzeugenden ein Abschnitt mit geradliniger Erzeugenden anschließen.The blow mold bore advantageously has a section designed as a diffuser with curvilinear generators in accordance with such an equation, the second derivative of which is always positive. The portion with a curvilinear generatrix may extend over the entire area of cross-section ^ _{Blasformbohrung-0} stretch magnification, or it may be in this area to the portion with the curvilinear generatrix of a portion connecting with straight generatrices.

Vorzugsweise ist die geradlinige Erzeugende eine Tangente an die krummlinige Erzeugende am Treffpunkt der beiden Erzeugenden. Vorteilhafterweise schließt die Tangente am stromabwärts gelegenen EndeThe straight generating line is preferably a tangent to the curvilinear generating line at the meeting point of the two generators. The tangent advantageously closes at the downstream end

jeder krummlinigen Erzeugenden mit der Tangente am stromaufwärts gelegenen Ende einen Winkel alpha von höchstens 15°, vorzugsweise zwischen 10 und 12°,eiaeach curvilinear generatrix with the tangent at the upstream end makes an angle alpha of at most 15 °, preferably between 10 and 12 °, eia

Bei der Erfindung wird also en der Mündung der bzw. jeder Blasform eines Schachtofens ein unter besonderen Bedingungen erzeugtes Gemisch aus Wind und Brennstoff verbrannt, wobei jede Verbrennung dieses hochentzündbaren Gemisches vor Erreichung der Mündung vermieden istIn the invention, the orifice of the or Every blow mold of a shaft furnace is a mixture of wind and generated under special conditions Burned fuel, with any combustion of this highly flammable mixture before reaching the Muzzle is avoided

Es zeigt sich, daß mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ein Betriebsverhalten erzielt wird, welches demjenigen ohne Brennstoffeinspritzung vergleichbar ist Weiterhin ermöglicht die Erfindung eine Variation der eingespritzten Brennstoffmenge olsie Änderung des Blasformmündungsdurchmessers.It is found that the method according to the present invention achieves performance which is comparable to that without fuel injection. Furthermore, the invention enables a variation in the amount of fuel injected or a change in the blow mold mouth diameter.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen, jeweils schematischThe invention is described below with reference to the drawing, for example. Show in it each schematically

F i g. 1 und 2 jeweils das innere Längsprofil der Bohrung einer Blasform für einen Schachtofen in erfindungsgemäßer Ausgestaltung,F i g. 1 and 2 each show the inner longitudinal profile of the bore of a blow mold for a shaft furnace in embodiment according to the invention,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgestaltete Blasform für einen Schachtofen, nämlich einen Hochofen, in Form eines bestimmten Ausführungsbeispiels.F i g. 3 shows a longitudinal section through a blow mold designed according to the invention for a shaft furnace, namely a blast furnace, in the form of a specific embodiment.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Mündung der jeweiligen Blasform ein Brennstoff/Sauerstoffträger-Gemisch zugeführt In der Blasform findet keine Entzündung dieses Gemisches statt Ein Kracken des Brennstoffs ist auf ein Mindestmaß reduziert.In the method according to the invention, the mouth of the respective blow mold becomes a fuel / oxygen carrier mixture supplied No inflammation of this mixture takes place in the blow mold Fuel is reduced to a minimum.

Um eine möglichst gute Zerstäubung und eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Brennstoffs im Wind zu erreichen, was bekanntlich zur Erzielung einer guten Verbrennung erforderlich ist, wird der flüssige Brennstoff in den heißen Wind eingespritzt, welcher in der Einspritzzone mit einer Geschwindigkeit von mindestens gleich 03 Mach strömt. Der flüssige Brennstoff wird auf diese Weise fein zerstäubt und gleichmäßig verteilt, weil die Verteilung des flüssigen Brennstoffs im heißen Wind sich in Strömungsrichtung um so schneller verbessert, je feiner die Zerstäubung ist.In order to achieve the best possible atomization and the most even distribution of the fuel in the Achieving wind, which is known to be necessary to achieve good combustion, becomes the liquid Fuel is injected into the hot wind, which enters the injection zone at a speed of at least equal to 03 Mach flows. The liquid fuel is finely atomized in this way and evenly distributed because the distribution of the liquid fuel in the hot wind is in the direction of flow improved the faster, the finer the atomization.

Da die Windgeschwindigkeit beim Eintreten des Windes in den Ofen von dessen Betriebsbedingungen abhängt, entsprechend geregelt wird und im allgemeinen deutlich geringer als die für eine gute Zerstäubung erforderliche Geschwindigkeit ist, wird die Windgeschwindigkeit von mindestens 0,3 Mach, welche eine gute Zerstäubung gewährleistet, in die durch die Betriebsbedingungen des Schachtofens vorgegebene, kleinere Geschwindigkeit überführt, indem der freie Querschnitt der Bohrung der jeweiligen Blasform zwischen der Einspritzzone und der Blasformmündung konstant vergrößert wird.Since the wind speed when the wind enters the furnace depends on its operating conditions depends, is regulated accordingly and in general significantly less than that for good atomization required speed is the wind speed of at least 0.3 Mach, which is a good atomization guaranteed, in the given by the operating conditions of the shaft furnace, lower speed transferred by the free cross-section of the bore of the respective blow mold is constantly increased between the injection zone and the blow mold mouth.

Wie erwähnt, wird weiterhin die Verbrennung des zerstäubten, mit dem heißen Wind vermischten Brennstoffs vor der Mündung der jeweiligen Blasform verhindert, so daß der Impuls des in den Ofen eintretenden Strahles nicht mit der Menge an eingespritztem Brennstoff variiert. Dazu wird das bi ennstoff/Sauerstoffträger-Gemisch bis zur Blasformmündung in einem Zeitintervall transportiert, welches demjenigen Zeitintervall höchstens gleich ist, in welchem die Brennstofftröpfchen sich durch progressive Erwärmung auf Grund der Berührung mit dem heißen Wind entzünden würden. Diese Entzündungsdauer ist entsprechend den Charakteristiken vom Wind und vom Brennstoff (Temperatur, Durchsatz usw.) bei verschiedenen Betriebsbedingungen des SchachtofensAs mentioned, the combustion of the atomized continues, mixed with the hot wind Prevents fuel from entering the respective blow mold, so that the impulse of the into the furnace incoming jet does not vary with the amount of fuel injected. This will be the biofuel / oxygen carrier mixture up to the blow mold mouth transported in a time interval which is at most equal to that time interval, in which the fuel droplets move by progressive heating due to contact with the would ignite the hot wind. This ignition duration is according to the characteristics of the wind and the fuel (temperature, throughput, etc.) under various operating conditions of the shaft furnace

für die Größe des Abstandes der Einspritzzone von der Mündung der jeweiligen Blasform maßgebend. Bei gegebenen Bedingungen ist ein kritischer, größter Abstand L· zu beachten.decisive for the size of the distance between the injection zone and the mouth of the respective blow mold. Under the given conditions, a critical, largest distance L · must be observed.

Um eine Entzündung des zerstäubten, mit dem Wind vermischten Brennstoffs vor der jeweiligen Blasformmündung zu verhindern, wird in dem Abschnitt der Bohrung der jeweiligen Blasform mit wachsendem Querschnitt weiterhin alles vermieden, was eine solche Entzündung hervorrufen könnte, beispielsweise Rück- ι ο strömungen oder jegliches andere Phänomen mit denselben Nachteilen, insbesondere das Entstehen und Auftreten einer Stoßwelle. Der Querschnitt der Bohrung der Blasform in der Einspritzzone ist dementsprechend so groß, daß die Windströmungsgeschwindigkeit zwischen etwa 0,3 und etwa 1 Mach liegt, und zwar unter Berücksichtigung der Maxima der Windcharakteristiken (Durchsatz, Temperatur, Druck, usw.), welche jeweils eingehalten werden sollen.To ignite the atomized fuel mixed with the wind in front of the respective blow mold mouth to prevent is in the section of the bore of the respective blow mold with growing Cross-section still avoided everything that could cause such an inflammation, for example back ι ο currents or any other phenomenon with the same disadvantages, especially the emergence and Occurrence of a shock wave. The cross section of the bore of the blow mold in the injection zone is accordingly so great that the wind flow speed is between about 0.3 and about 1 Mach, taking into account the maxima of the wind characteristics (throughput, temperature, pressure, etc.), which should be observed in each case.

Grundsätzlich muß also die Blasformbohrung bzw. deren Abschnitt mit wachsendem freien Querschnitt eine solche allgemeine innere Gestalt haben, daß an keiner Stelle der Strömung entlang der Wandung ein beträchtlicher Druckabfall oder eine Rezirkulationsströmung entsteht. In der Grenzschicht der Windströmung im inneren der Blasform muß die Gefahr von Entzündungen vermindert werden.In principle, the blow molding bore or its section must therefore have an increasing free cross section have such a general internal shape that at no point of the flow along the wall a significant pressure drop or recirculation flow occurs. In the boundary layer of the wind flow inside the blow mold, the risk of inflammation must be reduced.

Um trotz des Verhältnisses der Größen der freien Querschnitte der Bohrung der jeweiligen Blasform an dem der Einspritzzone zugewandten Ende und am anderen Ende des Abschnittes mit wachsendem Querschnitt unter Berücksichtigung des erwähnten, kritischen Höchstabstandes Lc ein Ablösen der Strömung zu vermeiden, wird diesem Bohrungsabschnitt die Gestalt eines Diffusors mit krummlinigen Erzeugenden gegeben, so daß eine laminare Strömung entlang der Wandung gewährleistet ist, wie in der Zeichnung dargestellt.In order to avoid a detachment of the flow despite the ratio of the sizes of the free cross-sections of the bore of the respective blow mold at the end facing the injection zone and at the other end of the section with increasing cross-section, taking into account the aforementioned critical maximum distance Lc , this bore section has the shape of a Diffuser given with curvilinear generatrices, so that a laminar flow is ensured along the wall, as shown in the drawing.

Gemäß F i g. 1 wird heißer Wind durch einen Blasformbohrungsabschnitt 1 mit einem freien Querschnitt a zugeführt, und zwar mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen etwa 03 und 1 Mach. Das Brennstoffeinspritzen erfolgt in der Einspritzzone 2, und zwar mittels eines oder mehrerer Injektoren, welche Brennstoffschleier oder -fächer hervorrufen, die im wesentlichen senkrecht zur Windströmungsrichtung liegen. Das Gemisch aus Wind und zerstäubtem Brennstoff gelangt dann durch den Diffusorabschnitt 3 der Blasformbohrung, welcher krummlinige Erzeugende aufweist, zur Blasformmündung 4 im Ofen 5.According to FIG. 1, hot wind is supplied through a blow molding bore section 1 with a free cross section a , namely with a flow velocity between approximately 03 and 1 Mach. The fuel is injected in the injection zone 2, specifically by means of one or more injectors, which create fuel veils or fans which are essentially perpendicular to the direction of the wind flow. The mixture of wind and atomized fuel then passes through the diffuser section 3 of the blow mold bore, which has curvilinear generatrices, to the blow mold mouth 4 in the furnace 5.

Der eingangsseitige Querschnitt a des Diffusorabschnitts 3 entspricht demjenigen der Blasformbohrung in der Brennstoffeinspritzzone 2, ebenso wie der austrittseitige Querschnitt A demjenigen der Blasformmündung 4 im Schachtofen 5. Der Abstand L zwischen der Einspritzzone 2 und der Blasformmündung 4 ist höchstens gleich des erwähnten, größten zulässigen Abstandes Lc Die Länge Λ des krummlinigen Diffusorabschnitts 3 ist gleich dem Abstand L oder kleiner als dieser, je nachdem, ob die Brennstoffeinspritzung an oder vor dem eingangsseitigen Ende des Diffusorabschnitts 3 stattfindetThe inlet-side cross-section a of the diffuser section 3 corresponds to that of the blow mold bore in the fuel injection zone 2, as does the outlet-side cross-section A to that of the blow mold mouth 4 in the shaft furnace 5. The distance L between the injection zone 2 and the blow mold mouth 4 is at most equal to the aforementioned, largest permissible distance Lc The length Λ of the curvilinear diffuser section 3 is equal to or less than the distance L, depending on whether the fuel injection takes place at or in front of the inlet end of the diffuser section 3

Wie erwähnt, weist der Diffusorabschnitt 3 der Blasformbohrung eine Gestalt mit krummlinigen Erzeugenden auf. Die zweite Ableitung der Gleichung der Erzeugenden ist stets positiv. Jede Erzeugende beginnt an einem Punkt B am eingangsseitigen Diffusorabschnittsende mit dem freien Querschnitt a und endet gemäß F i g. 1 in einem Punkt D an der Blasformmündung 4 mit dem freien Querschnitt A. As mentioned, the diffuser section 3 of the blow molding bore has a shape with curvilinear generatrices. The second derivative of the generator equation is always positive. Each generatrix begins at a point B at the inlet-side diffuser section end with the free cross section a and ends according to FIG. 1 at a point D on the blow mold mouth 4 with the free cross section A.

Wenn sich die Hüllfläche des verteilten Brennstoffs von der Einspritzzone 2 aus ins Innere des Diffusorabschnitts 3 zieht, dann ist an dessen Innenwandung kein Brennstoff vorhanden, sondern vielmehr die Innenwandunfe von einer dünnen Windschicht geschützt, so daß die Gefahr von Entzündungen in der Grenzschicht vermieden ist. Trifft jedoch die Hüllfläche des verteilten Brennstoffs auf die Innenwandung des Diffusorabschnitts 3 auf, und wird sie deswegen geringfügig mit flüssigem Brennstoff berieselt, dann wird die Wandung des Diffusorabschnitts 3 intensiv gekühlt und somit der negative Temperaturgradient in der Grenzschicht erhöht, um die Gefahr einer Entzündung in dieser Grenzschicht gering zu halten, trotz der verminderten Strömungsgeschwindigkeit (der Geschwindigkeitsgradient ändert sich schnell in der Nähe der Innenwandung). Ferner wird jedes Haften einer Flamme an der Wandung dadurch verhindert, daß man für einen entsprechenden Oberflächenzustand der Wandung Sorge trägt.When the envelope surface of the distributed fuel extends from the injection zone 2 into the interior of the diffuser section 3 pulls, then there is no fuel on its inner wall, but rather the inner wall protected by a thin layer of wind, so that there is a risk of inflammation in the boundary layer is avoided. However, if the envelope surface of the distributed fuel meets the inner wall of the diffuser section 3, and if it is slightly sprinkled with liquid fuel, then the wall of the diffuser section 3 is intensively cooled and thus the negative temperature gradient in the boundary layer increased in order to keep the risk of ignition in this boundary layer low, in spite of the decreased Flow velocity (the velocity gradient changes rapidly in the vicinity of the inner wall). Furthermore, any adhesion of a flame to the wall is prevented by one for one appropriate surface condition of the wall.

Jedenfalls wird die Grenzschicht sehr dünn gehalten. Sie ist nämlich im allgemeinen die Ursache für eine heterogene Verteilung des Brennstoffs im Wind, was zu vermeiden ist. Insbesondere ist jede Heterogenität dann gering zu halten, wenn der Anteil an eingespritztem Brennstoff erhöht ist und etwa dem stöchiometrischen Verhältnis entsprichtIn any case, the boundary layer is kept very thin. In fact, it is generally the cause of a heterogeneous distribution of fuel in the wind, which should be avoided. In particular, every heterogeneity is then to be kept low when the proportion of injected fuel is increased and about the stoichiometric Ratio corresponds

Um zu verhindern, daß in der Grenzschicht eine turbulente Strömung stattfindet, welche eine Entzündung des Gemisches vor Erreichen der Blasformmündung 4 begünstigen würde, ist für den Diffusorabschnitt 3 ein Grenzöffnungswinkel zu beachten. An jedem Punkt einer krummlinigen Erzeugenden muß der Winkel alpha, welchen die Tangente an diesem Punkt mit der Tangente am Punkt B einschließt kleiner als der halbe Grenzöffnungswinkel sein. Insbesondere ist der Winkel alpha, welchen die Tangenten an den Punkten B und D bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 einschließen, höchstens gleich 15°. Vorzugsweise liegt der Winkel alpha zwischen 10 und 12°.In order to prevent a turbulent flow from taking place in the boundary layer, which would promote ignition of the mixture before it reaches the blow mold opening 4, a critical opening angle must be observed for the diffuser section 3. At every point of a curvilinear generating line, the angle alpha, which the tangent at this point includes with the tangent at point B , must be less than half the critical opening angle. In particular, the angle alpha, which the tangents at points B and D in the embodiment according to FIG. Include 1, at most equal to 15 °. The angle alpha is preferably between 10 and 12 °.

Die Ausführungsform gemäß Fig.2 unterscheidet sich lediglich dadurch von derjenigen nach F i g. 1, daß das innere Längsprofil der Blasformbohrung im Bereich des Diffusorabschnitts anders ausgebildet ist, welcher sich aus einem ersten Abschnitt 3 der Länge λ mit krummlinigen Erzeugenden zwischen den Punkten B und D' und einem anschließenden, zweiten Abschnitt 6 mit geradlinigen Erzeugenden zwischen den Punkten D' und D an der Blasformmündung 4 zusammensetzt Die geradlinigen Erzeugenden des Abschnitts 6 stellen die Tangenten an die krummlinigen Erzeugenden des Abschnitts 3 in den Punkten D' dar. Jede geradlinige Erzeugende des Abschnitts 6 schließt mit der Tangente an die zugehörige krummlinige Erzeugende des Abschnitts 3 im Punkt B den erwähnten höchstzulässigen Winkel alpha ein.The embodiment according to FIG. 2 differs only in this way from that according to FIG. 1 that the inner longitudinal profile of the blow molding bore is designed differently in the area of the diffuser section, which consists of a first section 3 of length λ with curvilinear generators between points B and D ' and a subsequent, second section 6 with straight generators between points D. ' and D assembled at the blow mold mouth 4 The rectilinear generatrices of section 6 represent the tangents to the curvilinear generatrices of section 3 at points D' Point B the mentioned maximum permissible angle alpha.

Mit der Ausgestaltung gemäß F i g. 2 ist vermieden, daß bei vorgegebenen Abmessungen des Diffusorabschnitts, insbesondere bei vorgegebenem Abstand L und vorgegebenem Querschnitt a am eingangsseitigen Ende, und bei vorgegebener Gestalt der krummlinigen Erzeugenden der Winkel alpha, welchen die Tangente an jeder Erzeugende in der Blasformmündung 4 mit der Tangente ar. diese Erzeugende im Punkt B einschließt den erwähnten Grenzwert von höchstens 15°, vorzugsweise zwischen 10 und 12°, übersteigt Aus F i g. 2 läßtWith the configuration according to FIG. 2 avoids that, given the given dimensions of the diffuser section, in particular given a given distance L and given cross-section a at the inlet end, and given a given shape of the curvilinear generatrix, the angle alpha, which the tangent at each generatrix in the blow mold opening 4 with the tangent ar. this generating line at point B includes the mentioned limit value of at most 15 °, preferably between 10 and 12 °, exceeds Aus F i g. 2 leaves

sich ohne weiteres entnehmen, daß die Verlängerung der krummlinigen Erzeugenden BD' über den Punkt D' hinaus die Ebene der Blasformmündung 4 oberhalb des Punktes D schneiden würde, und daß die an diese Verlängerung in dem besagten Schnittpunkt gelegte s Tangente mit der Tangeme an die Erzeugende BD' im Punkt B einen Winkel größer als der in F i g. 2 eingezeichnete Winkel alpha einschließen würde. Um dies zu vermeiden, ist die krummlinige Erzeugende lediglich bis zum Punkt D' geführt, an welchem die Tangente an die krummlinige Erzeugende mit deren Tangente im Punkt B den erwähnten Grenzwinkel einschließt, um dann zur Blasformmündung 4 hin durch eine geradlinige Erzeugende ersetzt zu werden, welche mit der Tangente an die krummlinige Erzeugende im ^ Punkte D'zusammenfällt.It can be readily seen that the extension of the curvilinear generatrix BD ' beyond the point D' would intersect the plane of the blow mold mouth 4 above the point D , and that the tangent placed on this extension at the said intersection point with the tangeme on the generatrix BD ' at point B an angle greater than that in FIG. 2 drawn angles would include alpha. In order to avoid this, the curvilinear generatrix is only led up to point D ' , at which the tangent to the curvilinear generatrix with its tangent at point B encloses the limit angle mentioned, in order then to be replaced by a straight generatrix towards the blow mold mouth 4, which coincides with the tangent to the curvilinear generating line at point D '.

Die Gleichung jeder krummlinigen Erzeugenden BD der Ausführungsform gemäß F i g. 2 lautet:The equation of each curvilinear generatrix BD of the embodiment of FIG. 2 reads:

Dabei entspricht die x-Achse oder Abszisse der Strömungsrichtung, während die dazu senkrechte Ordinate oder y-Achse in derjenigen Ebene verläuft, welche die Erzeugende und die Strömungsachse enthält. Ferner stellt λ die Länge des gekrümmten Diffusorabschnitts 3 dar, während )D, die Ordinate des Punktes D' und .vß die Ordinate des Punktes B bedeutet. Mit dieser Gestalt jeder krummlinigen Erzeugenden bleibt der Druckgradient in Strömungsrichtung konstant, und Druckverluste bzw. Druckabfälle sind minimal.The x-axis or abscissa corresponds to the direction of flow, while the ordinate or y-axis perpendicular thereto runs in the plane containing the generating line and the flow axis. Furthermore, λ represents the length of the curved diffuser section 3, while ) D, the ordinate of the point D ' and .vß means the ordinate of the point B. With this shape of each curvilinear generator, the pressure gradient remains constant in the direction of flow, and pressure losses or pressure drops are minimal.

Innerhalb der Blasformbohrung findet keine Entzündung statt, sondern erst an der Blasformmündung 4. Don verbrennt der Brennstoff sehr schnell bei den normalen Betriebsbedingungen des Ofens, Gegenüber dem klassischen Einblasen von heißem Wind ohne flüssigen Brennstoff ergibt sich eine Impulsvariation der eingeblasenen Gase von höchstens 10%, was keine Störung des Ofenbetriebes bewirkt.There is no inflammation within the blow mold bore instead of, but only at the blow mold mouth 4. Don, the fuel burns very quickly at the normal operating conditions of the furnace, compared to the classic blowing in of hot wind without liquid fuel results in a pulse variation of the injected gases of at most 10%, which is not Disturbance of furnace operation caused.

Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Blasform eine Länge von 600 mm und einen Mündungsdurchmesser von 165 mm aufweisen. Zwanzig derartige Blasformen sind bei einem Hochofen mit einem Gestelldurchmesser von 8.80 m verwendet worden, wobei eine mittlere Windtemperatur von 950°C und ein mittlerer Winddurchsatz von 6000 Nm³/h (ohne Sauerstoffüberschuß) aufrechterhalten wurden.For example, a blow mold according to the invention can have a length of 600 mm and an opening diameter of 165 mm. Twenty such blow molds were used in a blast furnace with a frame diameter of 8.80 m, an average wind temperature of 950 ° C. and an average wind throughput of 6000 Nm ³ / h (without excess oxygen) being maintained.

In Fig. 3 ist eine Blasform 7 für das Einblasen von Wind in das Gestell eines Hochofens dargestellt. Die Blasform 7 ist auf bekannte Art und Weise gekühlt und weist eine Wasserkammer 8 mit Einlaufanschluß 9 und Ablaufanschluß 10 auf. 3 shows a blow mold 7 for blowing wind into the frame of a blast furnace. The blow mold 7 is cooled in a known manner and has a water chamber 8 with an inlet connection 9 and an outlet connection 10.

Die Bohrung der Blasform 7, zu welcher ein Rohr 11 führt, setzt sich aus mehreren aneinander anschließenden, bezüglich der Bohrungslängsachse X'X rotationssymmetrischen Abschnitten 13,12, 3 und 6 zusammen. Der Eingangsseitige Abschnitt 13 ist konisch, konvergierend ausgebildet und weist an dem aem dazu koaxialen Rohr 11 benachbarten Ende einen freien ^ Querschnitt gleich demjenigen des Rohres 11 und an dem dem folgenden Abschnitt 12 benachbarten Ende einen freien Querschnitt gleich demjenigen dieses zylindrischen Abschnittes 12 mit einem Durchmesser von 110 mm auf. Dem Abschnitt 13 wird eine solche Gestalt und dem Abschnitt 12 eine solche Länge gegeben, daß jeglicher Druckabfall minimal ist. Der eine Verengung bildende Abschnitt 12 weist eine Länge von 210 mm auf. Der konvergierende Abschnitt 13 und der zylindrische Abschnitt 12 bessern die Stabilisation der Windströmung. The bore of the blow mold 7, to which a tube 11 leads, is composed of several adjoining sections 13, 12 , 3 and 6 which are rotationally symmetrical with respect to the longitudinal axis X'X of the bore. The inlet-side section 13 is conical, converging and has a free cross-section equal to that of the tube 11 at the end adjacent to the tube 11, which is coaxial therewith, and at the end adjacent to the following section 12 has a free cross-section equal to that of this cylindrical section 12 with a diameter from 110 mm. The section 13 is given such a shape and the section 12 is given such a length that any pressure drop is minimal. The section 12 forming a constriction has a length of 210 mm. The converging portion 13 and the cylindrical portion 12 improve the stabilization of the wind flow.

Der freie Querschnitt des Abschnitts 12 ist kleiner ais derjenige des Rohres 11, so daß die Windströmungsgeschwindigkeit steigt und eine ausreichende pneumatische Zerstäubung des Brennstoffs durch den Wind gewährleistet ist. Die Windströmungsgeschwindigkeit liegt zwischen 350 und 400 m/s.The free cross section of the section 12 is smaller than that of the pipe 11, so that the wind flow speed increases and sufficient pneumatic atomization of the fuel by the wind is ensured. The wind speed is between 350 and 400 m / s.

Der Brennstoff wird mittels eines Einspritzrohres 14, welches den Brennstoff in eine bezüglich der Strömungsrichtung des Windes im wesentlichen senkrechten Ebene verteilt, am eingangsseitigen Ende des krummlinigen Diffusorabschnitts 3 in den Abschnitt 12 eingespritzt. Der Abstand L zwischen der Einspritzzone 2 und der Mündung 4 der Blasform 7 beträgt 290 mm und ist so bestimmt, daß die Verweilzeit des Brennstoff/Wind-Gemisches innerhalb der Blasform 7 kleiner als die Entzündungsdauer ist, wie erwähnt.The fuel is injected into the section 12 at the inlet end of the curvilinear diffuser section 3 by means of an injection pipe 14 which distributes the fuel in a plane which is essentially perpendicular to the direction of flow of the wind. The distance L between the injection zone 2 and the mouth 4 of the blow mold 7 is 290 mm and is determined so that the residence time of the fuel / wind mixture within the blow mold 7 is less than the ignition time, as mentioned.

Der an den Bohrungsabschnitt 12 anschließende Diffusorabschnitt 3 mit krummliniger Erzeugenden weist eine Länge Λ von 252 mm auf, der anschließende Diffusorabschnitt 6 mit geradliniger Erzeugenden eine Länge von 38 mm. Da der Brennstoff am eingangiscitigen Ende des Diffusorabschnitts 3, 6 der Blasformbohrung eingespritzt wird, entspricht die Gesamtlänge des Diffusorabschnitts 3,6 der Länge L Der eingangsseitige Querschnitt des Diffusorabschnitts 3, 6 ist kreisförmig und entspricht im Durchmesser demjenigen des zylindrischen Abschnitts 12. Der ausgangsseitige Querschnitt ist ebenfalls kreisförmig und entspricht im Durchmesser demjenigen der Mündung 4 der Blasform 7.The diffuser section 3 adjoining the bore section 12 with a curvilinear generatrix has a length Λ of 252 mm, the adjoining diffuser section 6 with a straight generatrix has a length of 38 mm. Since the fuel is injected at the inlet end of the diffuser section 3, 6 of the blow mold bore, the total length of the diffuser section 3, 6 corresponds to the length L. The inlet-side cross section of the diffuser section 3, 6 is circular and corresponds in diameter to that of the cylindrical section 12. The outlet-side cross section is also circular and corresponds in diameter to that of the mouth 4 of the blow mold 7.

Die Oberfläche der Blasformbohrung im Bereich des Diffusorabschnitts 3 ergibt sich durch Rotation einer Erzeugenden um die Bohrungslängsachse X'X. derer. Gleichung sich aus der Gleichung (1) mit ye = r und .VO = R wie folgt darstellt:The surface of the blow molding bore in the area of the diffuser section 3 results from the rotation of a generatrix about the longitudinal axis X'X of the bore. those. Equation is represented by equation (1) with ye = r and .VO = R as follows:

ν = R ν = R

Darin stellen R und r jeweils den Radius des ausgangs- bzw. eingangsseitigen Querschnitts vom Diffusorabschnitt 3 dar. Der Radius r ist gleich 55 mm. weil ei dem Radius des zylindrischen Abschnittes 12 entspricht, welcher erwähntermaßen einen Durchmesser von 110 mm aufweist. Der Radius R ist bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 gleich 75,5 mm, und der Winkel alpha = 11°. In this, R and r each represent the radius of the outlet and inlet-side cross-section of the diffuser section 3. The radius r is equal to 55 mm. because ei corresponds to the radius of the cylindrical section 12 , which, as mentioned, has a diameter of 110 mm . The radius R is in the embodiment according to FIG. 3 equals 75.5 mm, and the angle alpha = 11 °.

Bei konstanten Betriebsbedingungen mit einer WincHemperatur von etwa 950⁰C, einem Sauerstoffüberschuß von etwa 25% im Wind und einer Zugabe an flüssigem Brennstoff etwa im stöchiometrischen Verhältnis, also bei einem Schweröl Nr. 2 (Kohlenwasserstoff-Brennstoff mit einer Viskosität zwischen 110 und 390 cSt bei 50° C und einem Destillatprozentsatz kleiner als 65 Volumprozent bei 250° C sowie kleiner als 85 Volumprozent bei 350⁰C) mit einem Durchsatz von etwa 535 l/h je Blasform, entzündet sich der dem Wind zugemischte Brennstoff nicht innerhalb der Blasform 7, sondern vielmehr unmittelbar an der Blasformmündung 4 im Ofen 5. Die Impulsänderung ist sehr gering und beeinflußt bzw. stört den Ofenbetrieb nicht. Die Verbrennung ist sehr viel intensiver und vollständiger, als bei den üblichen Einspritzeinrichtungen. At constant operation conditions with a WincHemperatur of about 950 ⁰ C, an excess of oxygen of about 25% in the wind and an addition of liquid fuel approximately in a stoichiometric ratio, ie, at a heavy oil no. 2 (hydrocarbon fuel having a viscosity of 110-390 cSt at 50 ° C and a distillate percentage less than 65 percent by volume at 250 ° C and less than 85 volume percent at 350 ⁰ C) at a rate of about 535 l / h per tuyere, ignites the wind blended fuel does not, within the blow mold 7 but rather directly at the blow mold mouth 4 in the furnace 5. The change in momentum is very small and does not affect or disrupt the furnace operation. The combustion is much more intense and complete than with conventional injection devices.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

609 649/204609 649/204

Claims

22 32 claims:

1. Method of supplying an atomized, Liquid fuel is blown into the interior of a shaft furnace with a strongly offset blown wind, where the momentum of the blow wind at the blow mold mouths is independent of the fuel content is constant in the blowing wind and a combustion of the fuel outside the blow mold mouths ι ο takes place, characterized in that the liquid fuel through the at a speed from 1 to 0.3 Mach flowing wind atomized and the wind with the fuel in one Time interval shorter than the inflammation duration of this ι s Mixture is allowed to flow to the respective blow mold mouth without any recirculation flow, whereby the flow velocity up to the blow mold mouth increases by constant increase between the free cross section of the blow mold bore Injection zone and mouth constantly reduced

2. The method according to claim 1, characterized in that the wind is enriched with oxygen.

3. Blow mold for a shaft furnace, the bore of which has a constant increase in the free cross-section having between the injection zone and the mouth to carry out the method according to Claim 1 or 2, characterized in that the blow molding bore the cross-sectional enlargement having a curved longitudinal profile.

4. Blow mold according to claim 3, characterized in that the blow mold bore in the region of Cross-sectional enlargement from a section (3) with a curved longitudinal profile and a subsequent one Section (6) consists of a straight longitudinal profile

5. Blow mold according to claim 3 or 4, characterized in that the blow molding bore one as Diffuser-shaped section (3) with curvilinear generatrices corresponding to such Has equation whose second derivative is always positive.

6. Blow mold according to claim 5, characterized in that the section (3) with curvilinear Generating extends over the entire area of the blow molding bore cross-sectional enlargement

7. Blow mold according to claim 5 in conjunction with claim 4, characterized in that im Area of the blow molding bore cross-sectional enlargement on the section (3) with curvilinear Generating a section (6) with rectilinear generating connected.

8. Blow mold according to claim 7, characterized in that the rectilinear generatrix Is tangent to the curvilinear generatrix at the point where the two generators meet.

9. Blow mold according to one of claims 5 to 8, characterized in that the tangent on downstream end of each curvilinear generatrix with the tangent at the upstream located end an angle alpha of at most 15 °, preferably between 10 and 12 °, encloses.

65 The invention relates to a method for supplying a blow molding, which is strongly mixed with atomized, liquid fuel, by blow molding into the interior of a shaft furnace, the momentum of the blowing wind at the blow mold mouths being constant regardless of the content of fuel in the blowing wind and a combustion of the fuel outside the blow molding mouths he follows

It also has a blow mold for a shaft furnace, the bore of which ensures a constant increase in the free space Has cross section between the injection zone and the mouth to carry out the method for Object.

It is known in the inside of a shaft furnace, in particular blast furnace, opening blow molds or the hot wind flowing therein, liquid fuel to be injected under a greater or lesser pressure. The mean dimension of the fuel droplets in the wind is generally considerable, and the combustion will then be imperfect when the The proportion of fuel injected is increased.

Attempts have already been made to reduce the amount of fuel injected to reach stoichiometric Ratio and beyond, while maintaining good combustion, by atomizing the fuel into small droplets and the one with the hot wind mixed, atomized fuel is partially or completely burned in the blow mold (s). It is also known to stabilize and hold the flame in an obstacle or a sudden one Provide expansion, which creates a recirculation zone (FR-PS 15 58 425). At a another known method with combustion of the fuel in the blow mold, which has a combustion chamber forms, the flame is held by the fact that the wind is set in rotation beforehand (FR-PS 15 59 679).

It is also known to inject fuel into a blow mold, preferably designed as a Laval nozzle, wherein the fuel has previously been atomized by means of an auxiliary gas and in the in Direction of flow converging funnel flowing the wind is injected. At the converging The funnel is followed by a funnel with a straight longitudinal profile that diverges in the direction of flow The opening half angle is between 0 and 7.5 °, preferably between 0 and 3.5 °, so that the wind and Fuel mixture an exit velocity from the blow mold can be conveyed, which is equal to or greater than 1 Mach, so that the mixture can reach the middle of the blast furnace (LlJ-PS 39 431).

It is also known to burn fuel in a reactor outside the associated shaft furnace, the combustion gases being blown into the frame of the shaft furnace via the blow molders be able.

Some of these methods allow the use of such injected fuel quantities as the correspond to or exceed the stoichiometric ratio, with good combustion conditions e given are. However, they suffer from the disadvantage that there are considerable pulse variations in the one in there Furnace entering gas occur, namely ii depending on the proportion of injected fuel These pulse variations cause operational changes in the shaft furnace which, when they are not can be corrected, significant malfunctions: