SU524530A3 - Фурма доменной печи - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к устройствам дл  впрыскивани  жидкого топлива в шахтную печь, в частности - в доменную.

Известна фурма доменной печи типа сопла Лавал  с форсункой дл  подачи топлива в канал.

Жидкое топливо, предварительно распыленное с помощью вспомогательного газа, инжектируетс  в смешивающем сопле, за которым расположен диффузор пр молинейного сечени , величина полуугла раскрыти  которого устанавливаетс  между О и 7,5 (предпочтительно между О и 3,5 ), В таком устройстве исключаетс  в смеси дугье-топливо выходна  скорость из фурмы, равна  или больша  звукового числа М 1 дл  обеспечени  проникновени  этой смеси до центральной зоны печи.

Однако при эксплуатации известного устройства возникают большие изменени  импульса газов, проникающих в горн (т. е. количества движени ), в зависимости от количества инжектируемого жидкого топлива , что вызывает в шахтных печах изменние хода плавки, иногда привод щее к зна2

читальным нарушени м. Это требует значительного изменени  в количестве инжектируемого жидкого топлива.

Целью изобретени   вл етс  устранение значительных изменений импульса газов, проникающих в горн, в зависимости от количества инжектируемого жидкого топлива, которое может измен тьс  от нул  до стехиометрии и больше, обеспечива  при этом наилучшие услови , т. е. сокраща  до минимума образование сажистого углерода.

Это достигаетс  сжиганием на носке фурмы смеси дутье-жидкое топливо, полученной в особых услови х, и устранением любого сгорани  этой высоковоспламен ющейс  смеси до ее подхода к носку фурмы.

С целью улучшени  процесса горени  топлива в предлагаемой фурме поверхность стенок диффузора выполнена криволинейной, образующа  которой представл ет собой кривую с всегда положительной второй производной . Кроме того, криволинейный участок диффузора удлинен пр молинейным коническим участком.

Образующа  пр молинейной части образует с касательной в начале криволинейной образующей, с которой она соединена, угол равнБ1й не более 15 , и преимущественно пор дка между 1О и 12 .

В предложенной фурме услови  истечени  дуть , инжектирующего жидкое топливо , и в частности, импульсное количество смеси на носке фурмы, а также потери напора в диффузоре измен ютс  незначительно по отношению к подаче дуть  шахтной печи без инжектировани  жидкого топлива независимо от количества инжектируемого жидкого топлива.

Кроме того, обеспечиваетс  изменение инжектируемого количества без изменени  диаметра носка фурмы, что позвол ет, в частности, повысить расход жидкого топлива , подаваемого в шахтную печь.

На фиг. 1 изображен продольный разрез профил  внутреннего сечени  фурмы с криволинейным диффузором5 на фиг, 2 - то же, криволинейный участок диффузора удлинен пр молинейным коническим участком; на фиг. 3 - схематический продольный разрез фурмы доменной печи.

Дл  получени  полного горени  топлива необходимо, чтобы жидкое топливо было хорощо распылено и равномерно перемешано с потоком дуть .

Распыление осуществл етс  за счет инжектировани  жидкого топлива в гор чее дутье, которое переноситс  на большой скорости через проход в соответствующем учаске трубопровода сечени  CL . При этом жид кое топливо должно воспламен тьс  в носке фурмы с минимумом крекинга горючего на предшествующих участках.

С другой стороны, распределение жидкого топлива в гор чем дутье улучшаетс  тем быстрее в направлении истечени , чем мельче было распыление. Дл  этого скорость дуть  в зоне инжектировани  должна быть, по крайней мере, равна звуковому числу М 0,3, что дает верхний предел сечени  CL

Необходимо избегать горени  распыленно горючей смеси в дутье до носка фурмы во избежание того, чтобы импульс струи, вход щей в печь, не измен лс  с количеством инжектируемого жидкого топлива. Дл  этого можно было бы проводить это распыление возл носка. Но скорость дуть  на его входе в горн зависит от условий работы шахтной печи и представл ет собой один из параметров регулировани  работы печи. Следовательно , примен емые скорости подачи дуть  значительно ниже скоростей, которые обеспечивают хорошее распыление. Выходное сечение А в носке фурмы, обусловленное уелов  ми работы доменной печи, следовательно 5эльше сечени  CL, определенного ранее.

С целью перехода от скоростей выше звкового числа М О,3, которые обеспечивают хорошее распыление, к скорост м более низким, обусловленным работой устройства, в предлож енной фурме применен диффузор с посто нно увеличивающимс  сечением, соедин ющий зону инжектировани  с носком фурмы.

Смесь топливо-вещество, поддерживающа горение, должна передаватьс  до носка фурмы за верм , меньщее времени воспламенени  жидкого топлива. В результате постепенного нагревани  в гор чем дутье врем  максимального пребывани  равно времени воспламенени . Согласно характеристикам дуть  и жидкого топлива (температура , расход и т. д.) в различных услови х работы щахтной печи врем  пребывани  приводит к ограничению длины L , отдел ющей зону инжектировани  от носка фурмы . Через LJ, будет обозначено критическое значение этой длины, , следовательно ,  вл етс  максимальным значением L в данных услови х.

С целью предотвращени  воспламенени  распыленной горючей смеси в дутье до носка фурмы необходимо также устранить в диффузоре рециркулирующие потоки, по влени  ударной волны и другие аналогичные  влени  ударной волны. Скорость дуть  должна все врем  оставатьс  дозвуковой. Сечение OL диффузора, подающего дутье, в зоне инжектировани  определ етс , следовательно , таким образом, чтобы скорость дуть  находилась между числом М около 0,3 и числом Ml с учетом максимальных характеристик дуть  (расход, температура, давление).

Диффузор должен, кроме того, исключать местные потери напора, способствующие по влению рециркулирующих потоков. Дл  этого нужно уменьшить опасность воспламенени  в пограничном слое потока дуть , истекающем в этом диффузоре. Отношение -jj- нижнего и верхнего сечений и максимально возможна  длина Ц. дл  диффузора с возрастающим сечением не позвол ют придавать ему известную расход щуюс  коническую форму с достаточно малым углом дл  того, чтобы устранить любое отслаивание . Поэтому предложено придавать фурме форму криволинейного диффузора, обеспечивающую истечение сло ми на стенку.

Дл  подачи горючего служит трубопровод 1 с сечением CL, в котором величина скорости дуть  находитс  между звуковым числом М около 0,3 и звуковым числом Ml, Инжектирование жидкого топлива осуществл етс  в зоне 2 через один или несколько инжекторов, подающих жидкое топливо сло ми, строго перпендикул рными к истечению дуть . Смесь дутье-топливо в ра пыленном виде направл етс  затем криволинейным диффузором 3 на носок 4 фурмы, который выходит в печь 5. Нижнее сечение о, диффузора 3  вл етс  сечением трубопровода, подающего дутье в зоне 2 инжектировани , верхнее сечение А диффузора 3  вл етс  сечением носки 4 фурмы на выходе в шахтную печь 5. Дли на L должна быть не менее длины L, , определенной ранее, т. е. должна равн тьс  максимальному рассто нию между зоной ийжектировани  и носком фурмы. Если обозна чить через Л. длину криволинейного диффузора L равно Л. , когда инжектирование осуществл етс  на входе диффузора Когда инжектирование осуществл етс  выше входа диффузора, L больше А. . Образующие кривые диффузора 3  вл ютс  криволинейными и отличаютс  уравнени ми, втора  производна  которых всегда положительна. Кажда  образующа  имеет своим началом точку Б, наход щуюс  на линии соединени  начала диффузора и трубопровода, подающего дутье, и проходит через точку В нижнего сечени  диффузора, обусловленного выхо ным сечением фурмы. Если огибающа  поверхность топлива, которое рассеиваетс  от зоны 2 инжектиро ни , вписываетс  внутри диффузора 3, топлива на внутренней стенке диффузора нет. Стенка будет практически защищена тонким слоем дуть , устран ющим риск воспламенени  в пограничном слое. Если огибающа  поверхность встречает стенку диффузора 3 перед концом, отмечает с  легкое растекание жидкого топлива на внутренней стенке диффузора. Но так как опасность воспламенени  в пограничном слое остаетс  небольщой, несмотр  на малу скорость истечени , градиент скорости измен етс  очень быстро около стенки, стенк диффузора выполнены охлаждаемыми, что устран ет возможность загорани . Тонкий пограничный слой создает гетерогенное распределение топлива и дутье, которое должно быть пониженным, особенно когда количество инжектируемого топлива высоко и близко к стехиометрии. С другой стороны, ограниченный угол раскрыти  диффузора 3, за пределами которого в пограничном слое происходит турбулентное истечение, благопри тствует воспламенению смеси до ее прихода к носку фурмы. В любой точке криволинейной образующей угол определ етс  касательной в этой точке и касательной с началом диффузора и должен оставатьс  меньше половины угла раскрыти . В частности, угол L (фиг.1) определ етс  касательными в точках Б и В, и должен быть не более 15 (преимущественно между 10 и 12 ). Если при размерах диффузора и форме рассматриваемых образующих полуугол раскрыти  в точке В становитс  больше этого предела, криволинейна  образующа  БВ диффузора замен етс  криволинейной образующей БГ, удлиненной пр мой ГВ в точке Г и образующей с касательной в начальной точке Б с БГ угол, равный предельному углу диффузора 3 (фиг. 2). Точка Г может быть определена, так как касательна  в этой точке с образующей БГ совпадает с пр мой ВГ. Жидкое топливо в смеси с дутьем, направл емое диффузором 3, в котором оно может воспламенитьс , поступает в носок фурмы, где оно воспламен етс  и горит очень быстро в нормальных услови х работы печи. Изменение импульса инжектируемых газов по отношению к инжектированию классического гор чего дуть  без жидкого топлива составл ет максимум 10% и не влечет, следовательно , нарушений в работе шахтной печи. В частности, уравнение каждой криволи ,нейной образующей может иметь следующий вид: Х-Х абсписс  вл етс  осью истечени , а ось ординат - У-У осью, перпендикул рной к прерыдущей в плоскости, определенной образующей и осью истечени , - длина криволинейной части диффузора; YJ, - ордината точки Г; Yg - ордината точки Б; В этом случае градиент давлени  остает«:с  посто нным в направлении истечени  и потери напора минимальны. Фурма длиной 600 мм с диаметром в носке 165 мм, примен ема  на доменной печи, имеет следующие характеристики: Диаметр горна8,80 м Количество фурм2О Средн   температура Средн   подача дуть  без обогащени  кислородом бООО м /час. Устройство, подающее дутье в горн доменной печи (фиг. 3) охлаждаетс  известным способом. Оно содержит рыльную часть 6, корпус 7 фурмы, вод ную камеру 8 с одним или несколькими подводами 9 и одним или несколькими отводами 10 воды. Трубопровод фурмы по оси Х-Х состоит из нескольких деталей. Участок входного се чени  смешивающего сопла 11 равен участку сечени  трубопровода сопла 12, а участок его нижнего сечени  равен участку сечени  цилиндрической части (диаметр 110м образующей пережим 13, который расположе за ней. Форма смещивающего сопла 11 и длина пережима 13 должны обеспечивать минимальные потери напора. Пережим имеет длину 210 мм. Смешивающее сопло 11 и пережим 13 улучшают стабилизацию -истечени  дуть . Участок сечени  пережима 13 гораздо меньше, чем участок сечени  трубопровода сопла 12, что обеспечивает удовлетворитель ное распыление жидкого топлива с помощью дуть . Скорость дуть  в этом случае от 350 до 4ОО м/сек. В этом случае жидкое топливо инжектируетс  в пережим 13 на выходе криволинейного диффузора 3 через инжектирующий кран 14, который распредел ет жидкое топливо в плоскости, строго перпендикул рной направлению дуть .

Рассто ние между зоной 2 инжектировани  и носком 4, которое определ етс  таким образом, чтобы врем  пребывани  смеси топпиво-цутье в трубопроводе фурмы было бы меньше времени ее воспламенени , равно 290 мм.

Пережим 13 удлин етс  вверху диффузором , сначала криволинейным участком длиною Л 252 мм, затем пр молинейным участком рыльной части 6 длиною 38 мм. Так как инжектирование осуществл етс  в этом случае на входе диффузора, обща  длина диффузора равна длине L, Верхнее сечение диф4гузора круглое и его диаметр  вл етс  диаметром пережима 13. Его нижнее сечение также круглое с диаметром, равным диаметру носка 4.

Направл ющие криволинейной части диффузора в этом случае  вл ютс  круглыми, все образующие представлены одним уравнемало и не нарушает хода работы печи. Горение значительно интенсивнее и полнее, чем с обычными инжекционными устройствами .

Claims (3)

1.Фурма доменной печи типа сопла Лавал , имеюща  форсунку дл  поаачи жидкого топлива в канал, отличающа с   тем, что, с целью улучшени  процесса горени  топлива, поверхность стенок диффузора выполнена криволинейной, образующа  которой представл ет собой кривую с всегда положительной второй производной,

2.Фурма поп, 1, отличающа с  тем, что криволинейный участок диффузора удлинен пр молинейным коническим участком.

3.Фурма по п. 1, отличающа с  тем, что угол раствора диффузора составл ет 1О-12 , нием. Это уравнение (I ), принимает, следовательно , следующий вид: чи-1 . в котором К - представл ет собой радиус нижнего сечени  криволинейной части диффузора , f - радиус верхнего сечени . Этот диффузор имеет концевую пр молинейную часть с радиусом R, следовательно, не  вл етс  радиусом носка фурмы в точке Г, а  вл етс  радиусом трубопровода, подающего дутье, в точке Г, а JL представл ет собой абсциссу этой точки Г. R 75,5 мм Г 55 мм Пр ма  ВГ образует с касательной в точке Б, котора  в этом случае параллельна оси Х-Х, угол 11°, В данных услови х при температуре дуть  950 С по кругу и дутье, обогащенном кислородом на 25%, пропорци  жидкого топлива, добавленного к дутью, близка к стехиометрнческой, либо около 535 л/час, т желое жидкое топливо, смешанное с дутьем воспламен етс  непосредственно в носке фурмы в печи. Изменение импульса очень