Pierwszenstwo: 13.10.1970 Francja Zgloszenie ogloszono: 30.04.1973 Opis patentowy opublikowano: 08.09.1975 70960 KI. 18a, 7/16 MKP C2Ib 7/16 IczytelniaT Urzedu Pbfantcwego 1 PshMal kami-- ej k.?.ej | Twórcywynalazku: Daniel Borgnat, Henri Della Casa Uprawniony z patentu; Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise, Saint Germain-en-Laye (Francja) Sposób wprowadzania pomocniczego paliwa do wielkiego pieca oraz dysza do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób wprowadzania do wielkiego pieca pomocniczego paliwa, zastepujacego czesc koksu, stosowanego jako czynnik redukujacy oraz dysza do stosowania tego sposobu.Zastapienie, przynajmniej czesciowe, koksu metalurgicznego stosowanego w wielkim piecu, jest przed¬ miotem licznych badan. Zagadnienie to staje sie coraz wazniejsze ze wzgledu na trudnosci w zaopatrzeniu wielkich pieców w koks metalurgiczny. Przeprowadzono wiec poszukiwania, dotyczace zastapienia koksu przez pomocnicze paliwo, mogace przez spalanie wytwarzac gazy redukujace lub takie paliwo, które pod wplywem* ciepla moze zmieniac sie w gaz redukujacy.Poszukiwania te sa jednak ograniczone badz przez koniecznosc przylaczenia do dysz, stanowiacych wypo¬ sazenie wielkiego pieca, urzadzen wytryskujacych ciekle paliwo, takie jak olej opalowy, badz do zamontowania równolegle do tych przewodów, palników przeznaczonych do spalania oleju opalowego. Poszukiwania te pozwo¬ lily na opracowanie urzadzenia, umozliwiajacego w pewnej mierze wtryskiwanie oleju opalowego do wielkiego pieca.Jednakze doswiadczalnie okazalo sie, ze rozwiazanie to jest ograniczone odnosnie ilosci oleju opalowego, który móglby byc wtryskiwany z duza wydajnoscia. Stwierdzono bowiem bardzo szybkie obnizenie wspólczynnika zastapienia koksu przez olej opalowy w miare zwiekszania ilosci wtryskiwanego oleju, przy czym miara wspólczynnika zastapienia jest ilosc zaoszczedzonego koksu podczas stosowania jednolitej masy pomoc¬ niczego paliwa. Ograniczenie to powstaje w wyniku zlego spalania, prowadzacego do utworzenia sadzy weglowej, która pozostaje niespalona z powodu atmosfery redukcyjnej w wiekim piecu.Podczas wtryskiwania oleju opalowego do wielkiego pieca na skutek podgrzania wtryskiwanego paliwa przez goracy dmuch i obecnosci tlenu, paliwo podlega nastepujacym przemianom: odparowaniu na weglowodory ciezkie, które ulegaja krakowaniu na weglowodory lekkie i czasem na sadze weglowa. Przemiany te, spowodo¬ wane podgrzewaniem, prowadza do powstania produktów, które spotykaja sie z tlenem w mniejszydi lub wiek¬ szydi ilosciach i spalaja sie, dajac CO, C02, H2, HaO. U wylotu dysz, gdzie jest atmosfera utleniajaca, spalanie zachodzi prawie wylacznie na C02 i H20, lecz na skutek obecnosci na brzegu koksu w wysokiej temperaturze, a wiec aktywnego, otoczenie bedzie mialo charakter redukujacy i gazy opuszczaja te strefe spalania w posta¬ ci CO i H2. Rozróznia sie dwa przypadki spalania: pierwszy, odpowiadajacy spalaniu weglowodorów na CO i H22 70960 bez powstawania sadzy weglowej, jest to spalanie teoretyczne, do którego nalezy dazyc. W drugim przypadku, krakowanie weglowodorów prowadzi do tworzenia sie sadzy weglowej, zanim spalanie nie bedzie calkowite.Czesc oleju opalowego opuszcza zatem strefe spalania w postaci wodoru i sadzy. Ten drugi przypadek zachodzi w praktyce, gdy usiluje sie zwiekszyc ilosc oleju opalowego, wtryskiwanego przy pomocy znanych urzadzen.Wspólczynnik zastapienia nie moze wiec byc wiekszy od ilosci przy której nie zachodzi powstawanie sadzy, to jest przy calkowitym spalaniu przed krakowaniem. Glównymi warunkami, niezbednymi dla uzyskania calkowitego spalania sa: otrzymanie mozliwie najlepszej mieszanki powietrza z paliwem i stabilizacja plomienia.Zadne doswiadczenia techniczne, jak stosowanie palnikóy w polaczeniu z mechanicznym rozdrobnieniem paliwa lub z pomocniczym plynem, albo przez stosowanie dysz z wprowadzeniem dmuchu w ruch obrotowy dla utrzy¬ mania mieszanki substancji podtrzymujacej spalanie z paliwem, nie pozwala na uzyskanie calkowitego spalania ^wprowadzanego oleju.Wynalazek oparty jest na zasadzie przeplywu naddzwiekowego plynu z zastosowaniem wlasnosci fal uderzeniowych dla rozpylenia plynu.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu, pozwalajacego na wprowadzenie do wielkiego pieca pomoc¬ niczego paliwa plynnego w ilosciach mozliwie najbardziej zblizonych do ilosci teoretycznych oraz opracowanie urzadzenia do stosowania tego sposobu. Cel ten zostal osiagniety wedlug wynalazku przez opracowanie sposobu wprowadzania do wielkiego pieca pomocniczego paliwa plynnego, zastepujacego koks, stanowiacy czynnik redukujacy, w którym spalanie paliwa pomocniczego przeprowadza sie w dyszach, przy czym sposób ten polega na wprowadzaniu dmuchu, koniecznego do pracy wielkiego pieca, do dysz, zawierajacych czesc zbiezna i roz¬ biezna, na regulowaniu warunków wprowadzania dmuchu dla wprowadzania tego dmuchu z miejscowa predko¬ scia ponaddzwiekowa do dysz i na powodowaniu tworzenia sie fali uderzeniowej w czesci rozbieznej, gdzie wtryskuje sie pomocnicze paliwo w celu zuzytkowania gwaltownych zmian cisnienia i turbulencji, zwiazanych z fala uderzeniowa dla rozpylenia paliwa, zmieszania go z dmuchem i wreszcie do spalenia otrzymanej mieszanki.Wj&palazck dotyczy równiez dyszy do wtryskiwania pomocniczego paliwa plynnego we wprowadzanym dmuchu i jego calkowitego spalenia, zawierajacej czesc zbiezna, przewezenie dzwiekowe i czesc rozbiezna dla wprowadzenia dmuchu z miejscowa predkoscia ponaddzwiekowa oraz zawierajacej element do wtryskiwania plynnego paliwa do dmuchu powyzej fali uderzeniowej.Wynalazek nadaje sie do zastosowania do wielkiego pieca, przeznaczonego do wytwarzania plynnej surów¬ ki, którego elementy do wprowadzania dmuchu sa utworzone przez dysze, majace pizekrój, przystosowany do • wprowadzania dmuchu z miejscowa predkoscia ponaddzwiekowa oraz zawierajacego elementy do wtryskiwania plynnego paliwa. Wynalazek calkowicie modyfikuje tradycyjne warunki wprowadzania dmuchu do wielkiego pieca i zastepuje je nowymi wartosciami, szczególowo opracowanymi dla poprawienia wprowadzania zwiekszo¬ nych ilosci oleju opalowego.Mozha uzyskac warunki spalania niezbedne dla osiagniecia wyzszego wspólczynnika zastapienia koksu przez zastosowanie dysz typu fali uderzeniowej lecz równiez mozna zastapic klasyczny uklad dysz wielkiego pieca dyszami wykonanymi wedlug tej zasady. Prowadzi to do koncepcji ukladu nastawionego na uzyskanie mozliwie najwiekszego wspólczynnika zastapienia dotyczacego równoczesnie warunków wprowadzania dmuchu oraz konstrukcji dysz. Dysza do stosowania sposobu wedlug wynalazku ma taki przekrój wewnetrzny, by powstala czesc zbiezna dostosowana do przewezenia dzwiekowego i przedluzona czesc rozbiezna. Gdy dysze te zasila sie gazem, którego cisnienie jest okreslone w zaleznosci od charakterystki dyszy, gaz ten podlega przyspie¬ szeniu az do osiagniecia predkosci ponaddzwiekowej, po czym tworzy on fale uderzeniowa z gwaltownym spadkiem cisnienia i z powrotem przeplywu do rezimu poddzwiekowego. Obecnosc tej fali uderzeniowej powo¬ duje dwa korzystne wyniki: zjednej strony jest ona przydatna do spowodowania doskonalego rozpylenia paliwa i uzyskania jego doskonalej mieszanki z gazem, podtrzymujacym spalanie i — z drugiej strony — powoduje ona ustalenie sie plomienia na tym poziomie, gdzie ma on odpowiednia stabilnosc. Ponadto tworzenie fali uderze¬ niowej wytwarza strefe turbulencji, która wplywa na poprawe ujednorodnienia mieszanki.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, przedstawiajacym schema¬ tycznie dysze wielkiego pieca w przekroju pionowym.Jak przedstawiono na rysunku, dysza, umozliwiajaca wtrysk oleju opalowego sklada sie z korpusu metalo-. wego 1, którego przekrój wewnetrzny tworzy czesc zbiezna 2, przewezenie dzwiekowe 3 i czesc rozbiezna 4, która wchodzi do wielkiego pieca. Zakonczenie czesci rozbieznej 4, która znajduje sie w zetknieciu z goraca strefa wielkiego pieca jest chlodzone pierscieniowa komora wodna 5. Wlot czesci zbieznej 2 jest dostosowany dzieki zastosowaniu koncówki 6 do elementu zasilajacego goracym dmuchem, pochodzacym z wymienników ciepla. Zasilanie dyszy w olej opalowy odbywa sie przez przewód 7, uchodzacy do komory pierscieniowej 8, z której sa odprowadzone kanaly 9, uchodzace do dyszy na poziomie przewezenia dzwiekowego 3.70960 3 W miejscu 10 dyszy zaznaczone jest polozenie fali uderzeniowej. Poniewaz na rysunku podano jedynie schemat wynalazku dla uproszczenia nie przedstawiono na nim stosunków miedzy poszczególnymi czesciami dyszy i ich przekrojami. Jest równiez oczywiste, ze dysza wedlug wynalazku powinna byc zaprojektowana w funkcji róznych parametrów, zaleznych od wielkiego pieca, a wiec dla okreslonego z góry wielkiego pieca, pracujacego w danych warunkach, wystepuja wielkosci narzucone, jak temperatura dmuchu, wprowadzonego do dyszy, która w zasadzie stanowi temperatura istniejaca na poziomie okreznicy, cisnienie statyczne wylotowe, które jest cisnieniem panujacym u góry pieca, na poziomie dysz oraz calkowita wydajnosc kazdej z dysz. Wycho¬ dzac z tych danych oblicza sie na podstawie klasycznych wzorów z fizyki plynów przekrój dyszy i ustala sie wielkosci cisnienia, koniecznego dla uzyskania rezimu naddzwiekowego w dyszy i utworzenia fali uderzeniowej.Przyklad. Przeprowadzono doswiadczenia na zmniejszonym modelu dyszy przy zastosowaniu spalania paliwa gazowego z sieci miejskiej i wykonano analizy gazu jako kryterium dla okreslenia jakosci spalania. Przyjeto jako odniesienie dysze wielkiego pieca, do której tloczy sie 10 000 m3/h dmuchu i wykonano dysze w skali 1:5 i w tym przypadku, cisnienia wylotu wynoszacego 1 bar. Dla zachowania skali, do dyszy tej tloczono 150 Nm3/h dmuchu o temperaturze 600°C i wtryskiwano wzrastajace ilosci paliwa, wykonujac analize spalin w sposób ciagly oraz kontrolujac pojawienie sie sadzy weglowej, która stanowi powazna przeszkode dla doprowadzania duzych ilosci paliwa z korzystnym wspólczynnikiem zastapienia. Okazalo sie, ze mozna wtryskiwac do 170 g paliwa nam3 powietrza bez pojawienia sie sadzy, która powstaje zaraz po przekroczeniu tej wartosci. Wynik ten wyraznie potwierdza korzysc wynalazku, gdyz mozna prawie podwoic ilosc stechiomefryczna, odpowiadajaca ilosci paliwa, które mozna spalic na Nm3 z utworzeniem C02 i H20, wynoszaca 90 g na Nm3, przeprowadzajac spalanie bez powstawania sadzy weglowej. Fakt ten zostal potwierdzony wynikami analizy suchego gazu spalino¬ wego o nastepujacym skladzie: CO- 19%, C02 - 4%, H2 - 12%, N2 - 65% (wilgotnosc 8%). Otrzymano gaz, bogaty w CO iH2 bez sadzy, którego sklad jest bardzo zblizony do skladu teoretycznego, co pozwala na uzyskanie wspólczynnika zastapienia równego jednosci.Dla wyrazniejszego przedstawienia korzysci rozwiazania wedlug wynalazku podano wyniki porównawcze wynalazku z najlepszymi wynikami, uzyskiwanymi obecnie w praktyce, z rozróznieniem biegu pieca na rudzie ubogiej i bogatej. Przy prowadzeniu pieca na rudzie ubogiej, obecnie mozna wtryskiwac paliwo w ilos¬ ci 130-160 kg/t surówki, a przy rudzie bogatej 100-120 kg/t.W przypadku zastosowania wynalazku mozna natomiast uzyskiwac wartosci odpowiednio .do 270 leg/lf w pierwszym przypadku i do 190 kg/t — w drugim, co stanowi istotne zwiekszenie (80% ilosci wtryskiwanego paliwa). Biorac pod uwage ilosci koksu przemyslowego stosowanego w wielkich piecach, widac wyraznie korzysc ' ekonomiczna z takiego wzrostu ilosci wtryskiwanego paliwa. Ponadto korzysc wynalazku stanowi prosta pod wzgledem technicznym konstrukcja dyszy, która nie zawiera zadnego elementu ruchomego, co gwarantuje duza niezawodnosc dzialania.Jak z tego wynika, wynalazek umozliwia wprowadzenie do wielkich pieców mozliwie najwiekszych ilosci pomocniczego paliwa plynnego i uzyskanie, przez jego spalanie, gazów o maksymalnej zawartosci CO i H2.Przyklad wykonania wynalazku moze miec równiez inne odmiany, moze byc modyfikowany w pewnych , szczególach lub tez mozna zastosowac srodki równowazne bez wykraczania poza zakres wynalazku. PL