PL190014B1

PL190014B1 - Palnik inżekcyjny

Info

Publication number: PL190014B1
Application number: PL98325992A
Authority: PL
Inventors: Christian Juan Feldermann
Original assignee: Boc Group Plc
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 2005-10-31
Also published as: NZ330184A; PL325992A1; DE69817662T2; CZ294341B6; RU2218522C2; CN1122780C; PT874194E; EP0874194B1; GB9708543D0; CN1198518A; ZA983389B; ATE249009T1; CZ9801091A3; US6684796B1; TW356513B; EP0874194A3; KR19980081692A; EP0874194A2; DE69817662D1; KR100563353B1

Abstract

1. Palnik inzekcyjny stosowany w elektrycznym piecu lukowym, obejmujacy korpus posiadajacy os wzdluz- na „x” i glówny osiowy otwór wylotowy oraz otwory wylo- towe pierwotnego utleniacza i paliwa, usytuowane przed wylotem glównym, patrzac w kierunku przeplywu, roz- mieszczone zasadniczo koncentrycznie wokól osi „x”, oraz komore znajdujaca sie w korpusie palnika, przez która przeplywa mieszanina paliwa i powietrza, przy czym, za ta komora, patrzac w kierunku przeplywu usytuowane sa elementy sluzace do przyspieszania tej mieszaniny zarówno w komorze ja k i za glównym wylotem palnika, w komorze spalania, obejmujace dysze Lavala zasadniczo wspólosiowa z osia „x”, znam ienny tym , ze palnik (1) zawiera elementy wylotowe czastek materialu stalego, porywanego w stru- mieniu wtórnego utleniacza do strumienia przyspieszonego paliwa i utleniacza pierwotnego, bezposrednio przylegaja- ce, i patrzac w kierunku przeplywu, znajdujace sie za elementami przyspieszajacymi, obejmujacymi dysze Lava- la, zasadniczo wspólosiowa z osia „x”, przy czym elementy wylotowe czastek materialu stalego usytuow ane sa koncen- trycznie wokól osi „x”, tworzac pierscien otaczajacy ele- ment przyspieszajacy, i wytwarzajac strumien czastek materialu stalego porywanego przez utleniacz, przy wylocie z palnika (1), zasadniczo o ksztalcie pustego walca lub stozka, a korzystnie, element wylotowy czastek materialu stalego jest zasadniczo wspólosiowy z osia „x”, a element przyspieszajacy jest usytuowany koncentrycznie wokól elementu wylotowe- go, przy czym element przyspieszajacy posiada wylot w postaci pierscienia otaczajacego element wylotowy czastek materialu stalego. FIG. 1 PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest palnik inżekcyjny służący do inżekcji cząstek materiału stałego, stosowany szczególnie w łukowych piecach elektrycznych.

Znane jest powszechnie wyposażenie elektrycznych pieców łukowych w dodatkowe inżekcyjne lance tlenowe. Działanie takich pieców polega na przeskoku iskry elektrycznej między elektrodami, co wywołuje powstanie prądu elektrycznego, który przechodząc przez warstwę metalu podgrzewa go i powoduje jego stopienie. Poza tym wprowadza się dodatkowo tlen przez tlenowe lance inżekcyjne, które mogą być przesuwane bezpośrednio w kierunku powierzchni lustra metalu lub odsuwane od tej powierzchni zależnie od określonych warunków pracy pieca. Łuk elektryczny podgrzewa metal aż do maksymalnej temperatury w granicach 1893 do 1973K podczas gdy tlen powoduje utlenianie niepożądanych składników kąpieli _ ______ . _i_1 1 χΛ______~ J metalowej i powstanie izolacyjnej warstwy żużiu, która unosi się na puwieizcmn stopionego metalu. Izolacyjna warstwa żużlu działa ochronnie na elektrody i ściany pieca i zabezpiecza przed odpryskami gorącego metalu.

Dodatkowe palniki tlenowo-paliwowe stosowane są często w piecach i montowane w ich ścianach, dla wspomagania efektu grzania. Europejski opis zgłoszeniowy nr 0764815 A przedstawia konstrukcję palnika tlenowo-paliwowego, który pozwala na odpowiednią. penetrację warstwy żużla w trakcie procesu końcowego i krytycznego grzania w znanych piecach łukowych.

190 014

W znanych łukowych piecach elektrycznych pojawiają się problemy, gdy powstaje konieczność wprowadzenia do pieca cząstek materiału stałego służącego do wspomagania procesów chemicznych lub termicznych zachodzących w piecu. Szczególnie trudne jest zapewnienie równomiernego rozkładu takich cząstek materiału stałego w całej przestrzeni pieca i dostarczenie ich do odpowiednich jego obszarów.

Przedmiotem wynalazku jest palnik stosowany w elektrycznym piecu łukowym, obejmujący korpus posiadający oś wzdłużną „x” i główny osiowy otwór wylotowy oraz otwory wylotowe pierwotnego utleniacza i paliwa, usytuowane przed wylotem głównym, patrząc w kierunku przepływu, rozmieszczone zasadniczo koncentrycznie wokół osi „x”. Poza tym palnik posiada komorę znajdującą się w korpusie palnika, przez którą przepływa mieszanina paliwa i powietrza. Za tą komorą, patrząc w kierunku przepływu, usytuowane są elementy służące do przyspieszania tej mieszaniny zarówno w komorze jak i za głównym wylotem palnika, w komorze spalania, obejmujące dyszę Lavala zasadniczo współosiową z osią „x”.

Według wynalazku, palnik zawiera elementy wylotowe cząstek materiału stałego, porywanego w strumieniu wtórnego utleniacza do strumienia przyspieszonego paliwa i utleniacza pierwotnego, bezpośrednio przylegające, i patrząc w kierunku przepływu, znajdujące się za elementami przyspieszającymi, obejmującymi dyszę Lavala, zasadniczo współosiową z osią „x”. Elementy wylotowe cząstek materiału stałego usytuowane są koncentrycznie wokół osi „x”, tworząc pierścień otaczający element przyspieszający, i wytwarzając strumień cząstek materiału stałego porywanego przez utleniacz, przy wylocie z palnika, zasadniczo o kształcie pustego walca lub stożka, a korzystnie, element wylotowy cząstek materiału stałego jest zasadniczo współosiowy z osią „x”, a element przyspieszający jest usytuowany koncentrycznie wokół elementu wylotowego. W rozwiązaniu tym, element przyspieszający posiada wylot w postaci pierścienia, otaczającego element wylotowy cząstek materiału stałego.

Korzystnie, element wylotowy strumienia cząstek materiału stałego wykonany jest w postaci kanału o wolnym przekroju i gładkich ścianach, przy czym palnik zawiera elementy niezależnie regulujące przepływ paliwa, utleniacza i cząstek materiału stałego, do i przez palnik.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia częściowy przekrój palnika w obszarze wylotowym według pierwszego przykładu wykonania, fig. 2 - częściowy przekrój palnika w obszarze wylotowym według drugiego przykładu wykonania wynalazku, fig. 3 - częściowy przekrój palnika według trzeciego przykładu wykonania, fig. 4a - przekrój wzdłużny zdemontowanej części palnika według fig. 3, fig. 4b - inną częściowo zdemontowaną część palnika według fig. 3 w przekroju wzdłużnym, fig. 4c - zdemonotwaną część palnika według fig. 3 w przekroju wzdłużnym, fig. 4d - palnik według fig. 3 częściowo zdemontowany w przekroju wzdłużnym.

Figura 1 przedstawia częściowy przekrój palnika 1, w obszarze wlotowym (dla jasności obrazu na fig. 1 przedstawiono tylko część palnika 1, symetryczną do osi wzdłużnej x).

Palnik 1 zawiera „dyszę rakietową”, typu powszechnie znanego ze stanu techniki oznaczoną cyfrą 3. Z dyszy 3 wypływa do obudowy 5 gaz ziemny i tlen, przy czym stosunek molowy utleniacza do paliwa wynosi nie więcej, lub jest równy 2:1. W kierunku przepływu (na prawo na fig. 1) element przyspieszający, w postaci kanału przepływu mieszaniny paliwa gazowego i tlenu ma promieniowe krzywizny oznaczone przez 7, 9 i 11, tworząc kształt dyszy Laval'a obejmującej kolejno zbieżny i rozbieżny kształt drogi przepływu, co służy przyspieszeniu i zwiększeniu przepływu paliwa i utleniacza pierwotnego. Obudowę 5 otacza zewnętrzna obudowa 13 tworząca element wylotowy cząstek materiału stałego w postaci pierścieniowego kanału przepływowego 15 między obudową 5 i wewnętrzną ścianką obudowy 13. Kanał przepływowy 15 służy do wprowadzania cząstek materiału stałego do strumienia mieszaniny paliwa i utleniacza pierwotnego. Cząstki materiału stałego wprowadzone do strumienia powietrza przepływają wzdłuż kanału 15, na rysunku w kierunku z lewa na prawo, aż do obszaru przylegającego do obwodowej krawędzi 17 obudowy 5.

190 014

W wyniku spadku ciśnienia spowodowanego zwiększeniem prędkości przepływu mieszaniny paliwa i utleniacza strumień cząstek stałych jest transportowany strumieniem przepływającego powietrza, miesza się ze strumieniem paliwa i wypływa wraz z płomieniem na zewnątrz palnika 1, poza obwodową krawędź 19. Dzięki temu cząstki stałe są całkowicie równo rozłożone w płomieniu wypływającym z palnika 1 i tak szybko jak to możliwe przedostają się do nie przedstawionego na rysunku elektrycznego pieca łukowego.

Istotną cechą palnika 1 przedstawionego na fig. 1 jest to, że kanał przepływowy 15 jest prosty (to znaczy nie ma w nim przewężeń i nie posiada załamań). Jest to szczególnie ważne dla ochrony przed erozją elementów palnika 1 powodowaną przez przepływ cząstek materiału stałego, który ma szczególnie silne właściwości ścierne (jak w przypadku węgliku żelaza).

Wewnętrzna obudowa 5 przy krawędzi obwodowej jest korzystnie chłodzona wodą (co ogólnie zostało oznaczone liczbą 21) a zewnętrzna obudowa 13 wyposażona jest w kanał przepływowy 23 służący do jej chłodzenia za pomocą wody lub powietrza.

Jak powszechnie wiadomo, powietrze transportujące cząstki materiału stałego przepływającego przez kanał 15 stanowi cenne źródło wtórnego utleniacza w procesie spalania, i jak to jest znane ze stanu techniki, przyczynia się do redukcji emisji szkodliwych tlenków azotu.

Palnik 51 przedstawiony na fig. 2 zawiera zewnętrzną obudowę 53 i wewnętrzną obudowę 55, między którymi utworzony jest koncentryczny przechodzący w rozbieżny kanał przepływowy 57 o kształcie pierścieniowym, przez który przepływa paliwo (gaz ziemny) i tlen lub powietrze wzbogacone w tlen podawane odpowiednio przez pierścieniowe kanały 59, 61. Rozbieżny kanał przepływowy 57 służy do przyspieszania przepływu paliwa i utleniacza wypływającego z wylotu 63 palnika 51 tworzącego następnie płomień w komorze spalania. Obudowy 53, 55 (chłodzone wodą) w punktach 65a, 65b, 65c, 65d mają zaokrąglone krawędzie w miejscach, gdzie kanał przepływowy 57 staje się kanałem rozbieżnym w kierunku z lewa na prawo, według fig. 2.

Wewnętrzna obudowa 55 tworzy również koncentryczny kanał przepływowy 67 przez który przepływa strumień cząstek materiału stałego takiego jak węgiel, transportowanych w strumieniu powietrza. Strumień cząstek materiału stałego jest zasysany do przestrzeni spalania, dzięki przyspieszonemu przepływowi mieszaniny paliwa i utleniacza w kanale pierścieniowym, co powoduje obniżenie ciśnienia w tym obszarze palnika. Mieszanina paliwa i utleniacza wypływa z kanału przepływowego 57, po czym miesza się dokładnie ze strumieniem cząstek materiału stałego i wypływa przez otwór palnika 51 ograniczony obwodową krawędzią 63. Przyspieszony przepływ paliwa w kanale pierścieniowym mieszaniny powstającej w palniku przedstawionym na fig. 2, wywołuje znaczną siłę ssania oddziaływującą na strumień cząstek materiału stałego wypływającego z kanału przepływowego 67, wzmagając dzięki temu proces mieszania wypływającego strumienia cząstek materiału stałego. Jest to szczególnie korzystne przy wprowadzaniu do płomienia cząstek materiału stałego.

Palnik 51 według fig. 2 działa jako lanca i zasilany jest mieszaniną węgla z powietrzem oraz mieszaniną gazu ziemnego z tlenem. Ciśnienie tlenu przy otworze 63 wynosi około 0,24 MPa lub więcej, przy czym gaz ziemny ma moc większą niż 4MW a jego ciśnienie wynosi 0,17 MPa lub więcej. Przy tych parametrach maksymalny możliwy przepływ cząstek węgla jest nie większy niż 50 kg/min.

Jak wynika z powyższego opisu, palnik przedstawiony na fig. 2 jest szczególnie korzystny przy wprowadzaniu płomienia do elektrycznego pieca łukowego zarówno przy ___i I sl. 1 m z z-J J c λΚ -r j j a τ λΙ» T zi A -a d d wź d n ę r non o + od h fort olll pręuKUbnićiaii ja*, i uauuŁwi^nuw^tu. cvuu<e stałego w kanale przepływowym 67 może prowadzić do szkodliwej erozji ścianek wewnętrznej obudowy 55, szczególnie w miejscach oznaczonych 65c i 65d, gdzie cząstki materiału stałego. A zatem, chociaż palnik 51, przedstawiony na fig. 2, jest przystosowany do działania przy użyciu pyłu węglowego lub węgla w postaci drobnych cząstek, wykorzystanie cząstek twardszego materiału stałego takiego jak pył koksowy, pył węgla drzewnego (węgla częściowo utlenionego) lub węglików żelaza może wywołać erozję

190 014 ścianek jego kanałów. Palnik przedstawiony na fig. 1 jest lepiej przystosowany do pracy z cząstkami tego typu materiałów stałych.

Palnik 101 przedstawiony na fig. 3 jest bardzo podobny do przykładu wykonania wynalazku przedstawionego na fig. 2, z wyjątkiem centralnego kanału 103, przez który przepływają cząstki materiału stałego, który jest kanałem prostoliniowym nie posiadającym żadnych przewężeń. Palnik ten powinien być szczególnie wykorzystywany w przypadkach, gdy inżekcji podlega strumień cząstek materiału stałego o dużej objętości, lub materiału powodującego silną erozję ścian palnika, albo zasysane są krople cieczy lub zawiesina cząstek materiału stałego w cieczy.

Utleniacz pierwotny, taki jak tlen i paliwo gazowe takie jak gaz ziemny kierowane są odpowiednio przez wloty 105 i 107 i mieszają się w zbieżno-rozbieżnym pierścieniowym kanale przepływowym 3.04, koncentrycznym w stosunku do osi X. Cząsteczki materiału stałego wprowadzane wraz z wtórnym utleniaczem do kanału przepływowego 103 przyspieszane są w strumieniu wychodzącym z kanału przepływowego 104 i transportowane do strefy spalania.

Dostarczanie cząstek materiału stałego do strefy płomienia jest szczególnie korzystne, gdy cząstki te są podgrzane wstępnie przed wprowadzeniem ich do komory spalania. Gdy materiał stały stanowi węgiel, podgrzewanie wstępne może powodować częściowe lub nawet całkowite mięknięcie cząstki węgla i dużą stratę popiołową.

Palnik 101 na fig. 3 posiada króćce 111, 113 doprowadzające wodę i króćce 115, 117 odprowadzające wodę służącą do chłodzenia palnika.

Figury 4a i 4b przedstawiają palnik według fig. 3 w stanie częściowo zdemontowanym, a fig. 4c i 4d - zdemontowane podzespoły palnika według fig. 4b. Jak wynika z powyższych figur rysunku palnik 101 przedstawiony na fig. 3, dzięki swej osiowo-symetrycznej konstrukcji daje się łatwo i szybko zmontować i zdemontować, w przypadku konieczności jego konserwacji, naprawy lub wymiany, oraz przystosować do różnych typów paliwa, utleniacza lub materiału stałego, jak również do różnych prędkości przepływu.

Chociaż powyżej opisano palnik służący głównie do inżekcji cząstek węgla do elektrycznego pieca łukowego, to jednak palnik zgodny z przedmiotowym wynalazkiem może znaleźć również inne zastosowanie (na przykład do inżekcji obojętnego materiału stałego, takiego jak pył odpadowy wprowadzany ponownie do elektrycznego pieca łukowego) przy wprowadzaniu do komory spalania zawiesin i płynów w postaci kropli lub w formie zatomizowanej. Zastosowanie palników skonstruowanych zgodnie z wynalazkiem, nie ogranicza się do elektrycznych pieców łukowych, lecz mogą być one również stosowane do spopielania, suszenia i innych procesów stosowanych przy produkcji stali i żeliwa w żeliwiakach, oraz przy wytwarzaniu węglików żelaza.

Przy ultradźwiękowej inżekcji gorącego tlenu (płomień ultradźwiękowy) możliwe jest zastosowanie palnika do odwęglania metalu, także do dopalania (tlenku węgla. Palnik może być zamontowany w komorze chłodzonej wodą Komora ta może być zamocowana przy lancy tlenowej lub szczelinie doprowadzającej dodatkowo tlen służący do dopalania, podczas gdy przez palnik wprowadzany jest gorący tlen i węgiel aby doprowadzić do spienienia żużlu.

Oczywiście różne elementy palników pokazane na fig. 1, 2 i 3 są ukształtowane i zwymiarowane przy uwzględnieniu takich wartości zmiennych jak: możliwość wystąpienia przeciwciśnienia, wielkość cząstek, założona wielkość przepływu, rzeczywista wielkość i prędkość przepływu, założona wydajność cieplna palnika. Konstrukcja palnika według wynalazku nie ogranicza również proporcji przepływu paliwa i utleniacza. W pewnych zastosowaniach jest pożądane aby wprowadzić mieszaninę utleniacza i paliwa bogatą w tlen (spalanie nadsteCniOnieiiyCznej, UtK jfcUK piz,y piuvcaauu uupaicuiia, tuu ορινιιιαιιια. nuiunuwoi »» zastosowaniach pożądane jest wykorzystanie mieszaniny ubogiej w tlen (spalanie podstechiometryczne).

190 014

FIG. 2

190 014

FIG. 4c

190 014

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Palnik inżekcyjny stosowany w elektrycznym piecu łukowym, obejmujący korpus posiadający oś wzdłużną „x” i główny osiowy otwór wylotowy oraz otwory wylotowe pierwotnego utleniacza i paliwa, usytuowane przed wylotem głównym, patrząc w kierunku przepływu, rozmieszczone zasadniczo koncentrycznie wokół osi „x”, oraz komorę znajdującą się w korpusie palnika, przez którą przepływa mieszanina paliwa i powietrza, przy czym, za tą komorą, patrząc w kierunku przepływu usytuowane są elementy służące do przyspieszania tej mieszaniny zarówno w komorze jak i za głównym wylotem palnika, w komorze spalania, obejmujące dyszę Lavala zasadniczo współosiową z osią „x”, znamienny tym, że palnik (1) zawiera elementy wylotowe cząstek materiału stałego, porywanego w strumieniu wtórnego utleniacza do strumienia przyspieszonego paliwa i utleniacza pierwotnego, bezpośrednio przylegające, i patrząc w kierunku przepływu, znajdujące się za elementami przyspieszającymi, obejmującymi dyszę Lavala, zasadniczo współosiową z osią „x”, przy czym elementy wylotowe cząstek materiału stałego usytuowane są koncentrycznie wokół osi „x”, tworząc pierścień otaczający element przyspieszający, i wytwarzając strumień cząstek materiału stałego porywanego przez utleniacz, przy wylocie z palnika (1), zasadniczo o kształcie pustego walca lub stożka, a korzystnie, element wylotowy cząstek materiału stałego jest zasadniczo współosiowy z osią „x”, a element przyspieszający jest usytuowany koncentrycznie wokół elementu wylotowego, przy czym element przyspieszający posiada wylot w postaci pierścienia otaczającego element wylotowy cząstek materiału stałego.
2. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że element wylotowy strumienia cząstek materiału stałego wykonany jest w postaci kanału (15) o wolnym przekroju i gładkich ścianach.
3. Palnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera elementy niezależnie regulujące przepływ paliwa, utleniacza i cząstek materiału stałego, do i przez palnik (1).