RU1790607C - Способ ввода реагентов через фурменный прибор доменной печи - Google Patents

Abstract

Использование: черна  металлурги . Сущность: пучок газовых струй топлива подают коаксиально дутью в направлении его движени  с центральным углом раскрыти  граничных струй пучка, равным 60-90°, и на рассто нии 2,5-3,5 среднего диаметра канала фурменного прибора от его выходного торца. Способ позвол ет снизить расход кокса в печи путем увеличени  степени взаимодействи  топливо-дутьевых компонентов . 2 табл. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к области черной металлургии, в частности к способам ввода реагентов через фурменный прибор доменной печи. Производительность и экономичность современных доменных и других шахтных печей в значительной мере завис т от эффективного использовани  топлива и хорошо организованного процесса смесеобразовани  топлива с дутьевыми компонентами.

Известно, что в доменную печь топливо и дутье подают посредством фурменных приборов, куда ввод т указанные реагенты различными способами. В известных способах стру  топлива вводитс  в дутье либо в радиальном направлении, либо под углом, а иногда навстречу - дл  улучшени  процесса смесеобразовани  в пределах фурменного прибора. Однако/известные решени  несо- здают технологически требуемой однородности и равномерной плотности смеси, что отрицательно сказываетс  на распределении восстановительных газов по сечению

печи и  вл етс  причиной выпадени  сажи- стого углерода -  влени  значительно ухудшающего дренаж жидких продуктов пл.авки в околофурменном пространстве, что в свою очередь приводит к преждевременному прогару фурм и, как следствие, к внеплановым остановкам печи, к перерасходу кокса, к снижению интенсивности и экономичности плавки.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату (прототип)  вл етс  способ ввода реагента через фурменный прибор доменной печи, включающий подачу дуть  и топлива, вводимого в виде пучка газовых струй в дутьевой поток, реализованный в известном решении. Согласноуказан- ному способу, вз тому в качестве прототипа, плоскость расположени  продольных осей газовых струй и продольной оси подвода топлива ориентированы к направлению потока окислител  под углом

при этом ввод топлива осуществлен в

ел С

sj

о о о

з

|

GJ

90°,

дутьевом канале фурмы с зоной истечени  газовых струй в ее пристенном участке.

Существенным недостатком способа, реализованного в прототипе,  вл етс  невысока  степень взаимодействи  топливо- дутьевых компонентов и неравномерность поверхностного теплонапр жени  на стенки фурменного прибора. Это св зано с перпендикул рной подачей топлива, сносом его дутьевым потоком, обладающим большей кинетической энергией, малой длиной зоны смещени  то пливо-дутьевых компонентов , локальным перенапр жением в зоне истечени  топлива, перегревом охладител  в охлаждаемой полости фурмы. Такой ввод топлива затормаживает и деформирует слои дутьевого потока, слабо смешива сь с ними из-за неравномерного распределени  газовых струй в поперечном сечении дуть , их низкой пробивной способности , расположени  равнодействующей взаимодействующих потоков в верхней полусфере дутьевого канала, недостаточного развити  поперечных пульсаций.

Слаборазвита  поперечна  турбулиза- ци  в топливо-дутьевом потоке приводит к неравномерному распределению теплонап- р женности в дутьевом канале. Это вызываетс  развитым температурным перепадом между перпендикул рным вводом топливного потока и периферией дутьевого потока, а также поперечной пульсацией. Одновременно происходит деформаци  профил  скорости взаимодействующих реагентов, вызванна  активизацией осевой (центральной ) части дутьевого потока в сравнении с периферийными локальными сло ми движущегос  смешанного потока.

Отсутствие развитого горизонтального пр молинейного участка смешени  перед процессом истечени  в печь приводит к формированию нестабилизированного потока с наличием как застойных зон, так и зон неорганизованных вихрей, вызываемых и поворотом топливного потока в дутьевом тракте. Это приводит к деформации топливной струи к по влению режима неорганизованной пульсации, к росту гидравлического сопротивлени  в тракте, к локальному  зыковому процессу горени , Ввод такой топливной струи в дутьевую сопровождаетс  искривлением профил  скорости в дутьевом тракте и значительным усилием локального взаимодействи  топливо-дутьевых компонентов в процессе их контакта.

Повышение неравномерности температур в топливо-дутьевом потоке и искажение профил  его скорости привод т в полости фурменного прибора к одностороннему горению струи топлива. Это приводит к перегреву фурменного прибора с одной стороны, что ухудшает герметичность стыков, приводит к прорыву пламени в месте разгерметизации , а также к перегреву охладител  и

отложению солей в охлаждаемых полост х, т.е. к преждевременной замене фурмы. Кроме того, неравномерность теплонапр жен- ности и искажение профил  скорости повышает неравномерность распределени 

кинетической энергии смешанного потока, что приводит к изменени м в циркул ционных зонах печи и уменьшению дальнобойности топливо-дутьевого потока. Все это, в конечном итоге приводит к перерасходу

5 кокса на печи, что снижает технологические и экономические показатели плавки за счет ухудшени  эффективности использовани  топлива и частоты замены фурм, т.е. снижаетс  коэффициент замены кокса топливом,

0 в частности природным газом (ориентировочно на 25-30%, т.е. величина коэффициента замены измен етс  с 0,9 до 0,6).

Целью изобретени   вл етс  снижение расхода кокса на печи путем увеличени  сте5 пени взаимодействи  топливо-дутьевых компонентов и повышени  равномерности поверхностного теплонапр жени  на стенки фурменного прибора.

Указанна  цель достигаетс  тем, что пу0 чок газовых струй топлива подают коакси- ально дутью в направлении его движени  о центральным углом раскрыти  граничных струй пучка равным 60-90° и на рассто нии 2,5-3,5 среднего диаметра канала фурмен5 ного прибора от его выходного торца.

Известный способ включает подачу дуть  и топлива, вводимого в виде пучка газовых струй в дутьевой поток.

Предлагаемый способ отличаетс  от

0 прототипа тем, что пучок газовых струй подают коаксиально дутью в направлении его движени , тем, что пучок струй имеет коническую форму с центральным углом раскрыти  граничных струй, равным 60-90° и, тем,

5 что истечение газовых струй, образующих пучок, осуществл ют на рассто нии 2,5-3,5 среднего диаметра фурменного прибора от его выходного торца, т.е. от границы фурма- печь.

0При сравнительном анализе известных технических решений с предлагаемым не вы влено признаков сходных с за вл емыми , следовательно можно сделать вывод о соответствии критерию существенные от5 личи .

На фиг.1 схематически показан способ ввода реагентов в фурменный прибор доменной печи; на фиг.2 - эпюры теплонапр - жени  в дутьевом канале прибора в процессе взаимодействи  реагентов.

Согласно за вл емого способа высокотемпературное , обогащенное кислородом, дутье (окислитель) 1 подают в полость дуть-. евого сопла 2 фурменного прибора, где ко- аксиально ввод т топливо 3 в виде конического пучка равномерно распределенных газовых струй 4 с центральным углом раскрыти  граничных струй (по их ос м), равным 60-90°, при этом истечение газовых струй (вылет из газового сопла) осуществл ют на рассто нии 2,5-3,5 внутреннего диаметра фурменного прибора от его выходного торца. При разных величинах диаметров дутьевого сопла и центрального канала фурмы следует принимать их средний внутренний диаметр. На указанном рассто нии происходит смещение топливо-дутьевых компонентов в пределах дутьевого канала фурменного прибора. В процессе истечени  топлива 3 таким образом, взаимодействие осуществл етс  путем контакта отдельных расшир ющихс  газовых струй 4, равномерно распределенных в поперечном сечении сопла 2 и движущихс  в направлении дуть . Это приводит к поперечно-продольному смещению реагентов с равномерно распределенными равнодействующими векторами соудар емых слоев в направлении дутьевого потока, обладающего большей кинетической энергией . Такое взаимодействие носит спокойный характер без удлиненных возмущений и локальных деформаций, процесс смещени  происходит стабилизированно с посто нным реагированием по сечению дутьевого канала и последовательно нарастающей и равномерной поперечно организованнойтурбулизацией в топливо-дутьевом потоке, что активизирует процесс смещени , при этом смешиваемый поток характеризуетс  отсутствием как застойных зон, так и зон неорганизованных вихрей, что не создает услови  дл  режима неорганизованной пульсации, формирует устойчивый гидродинамический режим с нижним гидравлическим сопротивлением в дутьевом тракте.

До полного распределени  углеводородных компонентов в периферийные слои дуть  максимальный температурный уровень сосредоточен в приосевой области, что активизирует радиальное смещение и усредн ет плотность топливо-дутьевого потока за счет развити  поперечных пульсаций, поступающих с центра при воспламенении, при этом происходит поперечное усреднение температурного уровн  потока. В св зи с расположением источника радиальной турбулизации в центральной части, происходит равномерное насыщение углеводородными компонентами дутьевого потока по всему объему полости сопла 2. Таким образом, подача в полость дутьевого сопла 2 конического пучка газовых струй топлива

коаксиально дутью с углом раскрыти  пучка в 60-90° и на рассто нии 2,5-3,5 диаметра прибора от его выходного торца, обеспечивает увеличение поверхности контакта и повышение равномерности поверхностного

теплонапр жени  на стенки, что приводит к получению технологически требуемой однородности смеси в пределах фурменного прибора, а это в свою очередь обеспечивает интенсивное окисление углеводородов и

предотвращает сажеобразование при термическом разложении той его части, дл  окислени  которой не хватает кислорода из- за плохой организации взаимодействи  компонентов присущей прототипу.

Радиальный процесс взаимодействи  топливо-дутьевых компонентов при продольном их поступлении выравнивает профиль скорости смешанного потока и снижает величину гребней в эпюре скоростей (см.

фиг.2 и пример конкретного выполнени ). Указанный процесс активизируетс  за счет предварительного формировани  дробленного топливного потока с за вл емым углом раскрыти  на горизонтальном пр молинейном участке за вл емой длины непосредственно перед истечением. Такое формирование процесса смещени  приводит к увеличению ее поперечной равномерности в пределах дутьевого тракта, к

устранению значительного температурного перепада, а также к снижению застойных и вихревых зон, - все это стабилизирует истечение и повышает дальнобойность такого потока. Это сопровождаетс  высокой равномерностью поверхностного теплового напр жени  на стенки фурменного прибора, что дополнительно повышает качество смешени , а следовательно и степень окислени  топлива, - и создает благопри тные

услови  дл  охлаждаемых полостей фурменного прибора, т.е. без перегрева охладител  и форсированного отложени  солей в вод ном тракте, а также сводит к минимуму возможность разгерметизации стыков. В

результате перечисленного длительность работы фурменного прибора увеличиваетс  в услови х доменного цеха меткомбината Запорожсталь на 30-50%, а расход кокса в сравнении с прототипом снижаетс  на

2-3 кг/т чугуна.

При угле раскрыти  пучка топливных струй, равном 60°, обеспечиваетс  достаточна  степень окислени  топлива и равномерность поверхностного теплонапр жени  на стенки в зоне смещени  компонентов.

При угле раскрыти  пучка, равном 55-59°, степень окислени  топлива сокращаетс  на 4-6%, а равномерность теп- лонапр жени  на стенки снижаетс  на 8-12%. Это происходит за счет ухудшени  процесса смесеобразовани  и повышени  углеводородных компонентов по центру движущегос  потока.

При угле раскрыти  пучка топливных струй, равном 90°, достигаетс  технологически требуема  однородность смеси перед истечением в печь, при этом формируетс  устойчивый короткий факел, но по вл етс  тенденци  к незначительному росту гидравлического сопротивлени .

При рассто нии между вводом топлива в сопло 2 и выходным торцом прибора, равном нижнему за вл емому пределу заканчиваетс  процесс смещени  топливо- дутьевых компонентов при угле раскрыти  пучка газовых струй в пределах 60-90°, при этом достигаетс  достаточно высока  степень равномерности поверхностного тепло- напр жени  на стенки по всей длине совместного тракта.

При уменьшении этого рассто ни , например при величине, равной 2,4...2,1 диаметра внутреннего прибора, однородность смеси снижаетс  на 5-6%, а равномерность теплонапр жени  уменьшаетс  на 6-8% - за счет сокращени  совместного пути движени  смеси и недостаточного развити  тепломассообменных процессов между компонентами смеси.

При рассто нии между вводом топлива в сопло 2 и выходным торцом, равным верхнему за вл емому пределу, степень окислени  топлива и равномерность теплонапр жени  - в допустимых пределах, однако наблюдаетс  незначительный рост гидравлического сопротивлени .

При увеличении этого рассто ни , например , при величине, равной 3,6-4,0 диаметра прибора, достигаетс  высока  технологическа  однородность смеси, при этом гидравлическое сопротивление тракта возрастает на 10-15%, что снижает равномерность распределени  дуть  по фурменным приборам на печь.

Таким образом, совокупность за вл емых отличительных признаков приводит к повышению качества смещени  топливо- дутьевых компонентов и выравниванию температурного уровн  в тракте за счет увеличени  равномерности радиального взаимодействи  реагентов при совместном их движении в дутьевом тракте фурменного прибора, что способствует также рациональному гидродинамическому режиму без увеличени  дополнительных энергозатрат на печь. Это приводит к повышению химической энергии потока, истекающего из фурменного прибора в печь, лучшему его

использованию и, как следствие, к существенному уменьшению удельного расхода кокса, а также к повышению производительности печи.

Пример. Исходные данные: место

реализации - доменный цех меткомбината Запорожсталь ; характеристика шахтной печи -доменна  печь полезным объемом л

1513 м ; количество фурменных приборов - 16 шт; расход дуть  на печь - 2660 м3/мин;

расход природного газа на печь -260 м /мин; температура дуть  - 1200°С; температура природного газа - 20°С; давление дуть  - 315 кПа; давление природного газа - 600 кПа; степень обогащени  дуть  кислородом - 27%; продолжительность опробовани  6 мес.

Результаты опытно-промышленного оп- робывани .

Сопоставление предлагаемого способа

производили с известным способом., изложенным в за вке в качестве прототипа.

На фиг.2 приведены эпюры скоростей газового потока на выходе из фурмы и теп- лонапр жений в сечении, отсто щем от выхода фурменного прибора на 100 мм.

Результаты испытаний предлагаемого способа сведены в табл.1 и 2.

40

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ ввода реагентов через фурменный прибор доменной печи, включающий подачу дуть  и топлива, вводимого в виде пучка газовых струй в дутьевой поток, о тличающийс  тем, что, с целью снижени  расхода кокса в печи путем увеличени  степени взаимодействи  топливо-дутьевых компонентов и повышени  равномерности поверхностного теплокапр жени  на стенки фурменного прибора, пучок газовых струй подают коаксиально дутью в направлении его движени  с центральным углом раскрыти  граничных струй пучка, равным 60-90°, и на рассто нии 25-35 среднего диаметра канала фурменного прибора от его выходного торца.

   Таблица 1 Результаты опытно-промышленного опробовани  предлагаемого способа

   Температура измер лась на рассто нии 100мм от выходного сечени ..

   Температура измер лась на рассто нии 100мм от выходного сечени .

   Дутье

   Г

   4

   Фиг. /

   Таблица 2

   1

   Ъ

   J

   Ц„..|

   Эпюра сггорос/псй гпзоЈэ У ПО/поко #0 Јлгхр&е из

   /7 Ј/7Л&№ / & sHrf/SV С/ f}& Ј-Ј Ј ЈГ/77А Л С&