SU992587A1 - Фурменный прибор доменной печи - Google Patents

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано в устройствах для подвода дутья в доменную печь.

Производительность современных доменных печей в значительной мере зависит от эффективного использования топлива, возможности увеличения его расхода, хорошего смещения газа с ~ дутьем, процесса смесеобразования топлива с дутьевыми компонентами с возможностью регулирования расхода дутья в различных секторах печи.

Известен фурменный прибор, через который топливо и дутье попадают в рабочее пространство доменной печи, содержащий дутьевое сопло и фурму в качестве основных конструктивных элементов по организации топливодутьёвого потока £1].

В фурменных приборах топливо, например природный газ, поступает в поток дутья через одно или несколько отверстий, расположенных по окружности фурмы. Струя газа вводится во внутреннюю полость фурил либо в радиальном направлении, либо под углом, иногда навстречу потоку дутья - для лучшего смещения.

Недостатком данного устройства является то, что изменения расходов топлива и дутья происходят в противо5 положных направлениях: с увеличением расхода топлива расход дутья уменьшается и наоборот. Причиной уменьшег ния расхода дутья при увеличении расхода топлива является увеличение ко1Q личества образующихся газов и сопротивлений, создаваемых горением в полости фурмы, а также упругой топливной струей. Все это приводит к повышению отношения топливо/дутье, что снижает температурный уровень, выэы*5 вает увеличение вязкости шлака и неполноту горения топлива, ухудшает дренаж жидких продуктов и повышает прогар фурм.

„ Наиболее близким к предлагаемому является фурменный прибор, содержащий дутьевое сопло и фурму, при этом подводящий топливо патрубок пропущен через стенку дутьевого сопла и расположен выходным торцом в приосевой 25 зоне фурмы Г2]·

Недостатком известного устройства является снижение расхода дутья через канал фурмы за счет упругого действия единичной струи топлива и роста гидравлического сопротивления .992587 по· центру канала в процессе воспламенения и горения топлива в фурме, низкая эксплуатационная стойкость патрубка, подводящего топливо за счет размещения его в очаге горения и интенсивного воздействия на него , 5 окислительных компонентов высокотемпературного дутья. В результате перечисленного возрастает отношение топливо/дутье и вязкость шлака, при этом ухудшается степень использова- 10 ния химической энергии восстановительных газов в фурменной зоне и дренаж жидких продуктов, что в целом снижает производительность доменной печи. 15

Цель изобретения - повышение производительности доменной печи.

Поставленная цель достигается тем, что фурменный прибор доменной печи, содержащий дутьевое сопло, сочленен- эд Ное с фурмой, снабжен установленным на дутьевом сопле кольцевым коллектором с периферийной подачей энергоносителя сопла которого выполнены под-углом?'6-18° к продольной оси 25 дутьевого сопла, в направлении его выходного торца.

На фиг. 1 приведен фурменный прибор с кольцевым коллектором, уста новленным на дутьевом сопле, продоль-. /ный разрез·, на фиг. 2 - дутьевое сопло в месте установки коллектора, поперечный разрез; на фиг. 3 - вид по стрелке А.

Фурменный прибор доменной печи со*, держит фурму 1, к которой непосред ственно и плотно примыкает дутьевое сопло 2 своим выходным торцом 3, например , посредством шаровых поверхностей, а другим (выходным) торцом сопло 2 также посредством шарового 40 соединения соединено с подвижным коленом 4, которое закреплено на тягах и дополнительно подвешено к неподвижному колену 5, соединенному через патрубок 6 с кольцевым дутьевым45 распределительным коллектором 7. *

В результате упора сопла 2 к фурме 1, последняя плотно соединена с холодильником 8, а тот в свою очередь с амбразурой 9. Для охлаждения при- 50 бора в фурму 1, холодильник 8 и амбразуру 9 подается под давлением охлаждающая среда, например вода. Дутьевые сопла изготовляют литыми или сварными. Сварное сопло 2 выпол- 55 нено из внутренней жаропрочной трубы 10, наружной трубы 11, между которыми уложен изолирующий слой 12, например из каолиновой ваты. Выходная часть стенки сопла 2 водоохлаж- 60 живания. На дутьевом сопле 2 установлен кольцевой коллектор 13, кольцевой или торроидальной формы, снабженный подводом 14 и соплами 15, выходные торцы которых расположены по периферии дутьевого сопла 2 и выведе- . ны в его полост» под углом 6-18® в направлении выходного торца. В зависимости от характеристики и энергопараметров истекающей через сопла 15 среды, они выполнены цилиндрическими , сужающимися или расширяющимися (в виде сопла Лаваля), а также в виде кольцевой щели.

Целесообразно выходные торцы сопел 15 разместить на расстоянии 0,72 диаметра дутьевого канала от выходного торца сопла 2. При прохождении сопел через водоохлаждаемую _;стенку дутьевого сопла 2 их следует выполнять стальными или медными, а |при прохождении сопел 16 через неохлаждаемую (изолированную) стенку из жаропрочной стали или чугуна.

Устройство работает следующим образом.

Энергоноситель, например топливный газ, азот, сжатый воздух, кислород, распыленный мазут и др. с давлением, превосходящим давление дутья > на 0,2 МПа и более, через подвод 14 поступает в распределительный коллектор 13, откуда через сопла 15 вдувается в полость дутьевого сопла 2 в виде активных равномерно рассредоточенных по сечению и высокоскоростных (более 300 м/с) периферийных струй или кольцевого потока, в результате чего у корней струй и в приосевой зоне дутьевого канала прибора (сопла 2 и фурмы 1) создается значительное разрежение (область пониженного давления) 7 что способствует эжектированию (всасыванию) потока дутья.

В процессе совместного движения •потоков энергоносителя, дутья и топлива происходит их взаимодействие по длине и по сечению дутьевого канала, которое не сопровождается повышением гидравлического сопротивления по центру канала, одновременно интенсифицируется смешение взаимодействующих потоков за счет увеличения степе.ни турбулизации вокруг атакующих струй энергоносителя, при этом последние не деформируются по длине канала .

Таким образом, смешанный поток обладает в процессе Истечения из фурмы 1 большей кинетической энергией за счет увеличения его линейной скоросдаемая/

Сварные сопла по сравнению с литыми допускают более высокую температуру дутья, больший срок службы, меньший вес и лучшие условия обслу_чти, в результате чего возрастает его дальнобойность и глубина проникнове‘ния в рабочем пространстве печи, что в целом увеличивает степень реагиро65 вания взаимодействующих компонентов.

При. использовании в качестве энергоносителя топливного газа отпадает необходимость в топливоподводящем патрубке, обычно расположенном в охлаждаемой полости фурмы 1, что дополнительно удлинит ее эксплуатационную стойкость за счет повышения степени однородности охладителя и ликвидации местного го очага ка.

Кроме мощного высокотемпературнов зоне расположения патруб10 того, возрастает надежность • топливовводного узла в сравнении с прототипом за счет размещения сопел вне активной высокотемпературной и окислительной зоны, рассредоточения факелов по периметру дутьевого сопла, возможности повышения скорости истечения, уменьшения наружных размеров сопел, повышения длительности ^сохранения рабочего профиля сопел и чистоты его поверхности.

При использовании пылеугольного топлива ввод пылеподводящего патрубка целесообразно выполнить перед кольцевым коллектором 13.В этом случае истекающий пылеугольный поток втягивается в зону разряжения, создаваемого соплами 15 и пылеугольный поток движется в дутьевом канале по центру канала при повышенной степени поперечной турбулизации, что увеличивает время контакта частичек с газовыми компонентами й снижает возможность их поверхностного оседания. При использовании в качестве энергоносителя инертного газа целесообразен его предварительный подогрев, что сократит расхода его на вдувание при сохранении оптимальных величин фактических скоростей.

Выполнение сопел 15 под углом 6-18° повышает эжекционную способность устройства, снижает его гидравлическое сопротивление, интенсифицирует смесеобразование в дутьевом канале фурменного прибора, увеличивает скорость и дальнобойность движущегося потока, не требует предварительного повышения давления дутья.

Выполнение сопел коллектора под углом менее указанного нижнего предела увеличивает потери на трение периферийного потока энергоносителя,снижает степень турбулизации в радиальном направлении, ухудшает однородность смешанного потока, приближает область горения топлива к поверхности дутьевого канала при его использовании в качестве энергоносителя, способствует вводу восстановительных компонентов в восстановительную область фурменной зоны печи, усложняет изготовление устройства.

Выполнение сопел под углом более указанного верхнего предела приводит к деформации струй энергоносителя, к<

повышению сопротивления в дутьевом' канале и, как следствие, к снижению · эжектирующего.действия, к интенсификации взаиьюдействия струи энергоносителя, к снижению кинетической энергии топливодутьевого потока.

. Размещение выходных торцов сопел 15 на расстоянии 0,7-2 диаметра дутьевого сопла 2 от выходного его торца обеспечивает оптимальный процесс смесеобразования в пределах фурменного прибора при наименьших потерях энергии струи энергоносителя.

Приближение к f выходному торцу ’дутьевого сопла 2 сопел 15 коллектора 13 на расстояние меньше приведенного нижнего предела ухудшает смесеобразование взаимодействующих.пото. ков и усложняет установку распределительного коллектора.

Удаление сопел 15 от выходного торца сопла 2 на расстояние более верхнего предела оказывает тормозящее действие на осевой поток за счет увеличения гидравлических потерь ; скоростного потока.

Таким образом, установка на дутьевом сопле кольцевого коллектора с периферийной подачей энергоносителя позволяет регулировать отношение I топливо/дутье за счет возможности >поднять расход дутья при увеличении расхода топлива, повысить проницаемость топливодутьевыхi компонентов в печи за счет увеличения пробиваемости натекающего в рабочее пространство потока, улучшения процесса смесеобразования топливодутьевых компонентов, оперативно реагировать на неравномерное распределение топлива по секторам печи, путем изменения расхода энергоносителя, что позволяет в целом улучшить использование [тепловой и химической энергии газов.

Конструкция кольцевого Коллектора’ с периферийной подачей энергоносителя, рациональный предел углов наклона сопел и расположение их по длине дутьевого сопла получены в результате стендовых испытаний, проводимых в Институте черной металлургии. , Применение изобретения позволяет повысить производительность доменной печи и снизить расход кокса, в результате чеТо годовой экономический эффект составляет 420 тыс.руб.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к черной ме таллургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано в устройствах дл  подвода дуть  в доменную печь. Производительность современных доменных печей в значительной мере зависит от эффективного использовани топлива, возможности увеличени  его расхода, хорошего смещени  газа с дутьем, процесса смесеобразовани  топлива с дутьевыми компонентами с возможностью регулировани  расхода дуть  в различных секторах печи. Известен фурменный прибор, через который топливо и дутье попадают в рабочее пространство доменной печи, содержащий дутьевое сопло и фурму в качестве основных конструктивных элементов по организации топливодутьевого потока Cl. В фурменных приборах топливо, например природный газ, поступает в поток дуть  через одно или несколько отверстий, расположенных по окружнос ти фурмы. Стру  газа вводитс  во вну реннюю полость фурмл либо в радиальном направлении, либо под углом, ино да навстречу потоку дуть  - дл  лучшего смещени . Недостатком данного устройства  вл етс  то, что изменени  расходов . топлива и дуть  происход т в противоположных направлени х: с увеличением расхода топлива расход дуть  уменьшаетс  и наоборот. Причиной уменьшег ни  расхода дуть  при увеличении расхода топлива  вл етс  увеличение количества образующихс  газов и сопротивлений , создаваемых горением в полости фурмы, а также упругой топливной струей. Все это приводит к повышению отношени  топливо/дутье, что снижает температурный уровень, вызы вает увеличение в зкости шлака и неполноту горени  топлива, ухудшает дренаж жидких продуктов и повышает прогар фурм. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  фурменный прибор, содержащий дутьевое сопло и фурму, при этом подвод щий топливо патрубок пропущен через стенку дутьевого сопла и расположен выходным торцом в приосевой зоне фурмы 2. Недостатком известного устройства  вл етс  снижение расхода дуть  через канал фурмы за счет упругого действи  единичной струи топлива и роста гидравлического сопротивлени  по- центру канала в процессе воспламенени  и горени  топлива в фурме, низка  эксплуатационна  стойкость патрубка, подвод щего топливо за счет размещени  его в очаге горени  и интенсивного воздействи  на него окислительных компонентов высокотем |пературного дуть . В результате перечисленного возрастает отношение топливо/дутье и в зкость шлака, при этом ухудгиаетс  степень использовани  химической энергии восстановительных газов в фурменной зоне и дренаж жидких продуктов, что в цело снижает производительность доменной печи. . Цель изобретени  - повышение про изводительности доменной печи. Поставленна  цель достигаетс  те 4tTO фурменный прибор доменной печи, содержащий дутьевое сопло, сочленен йое с фурмой, снабжен установленным на дутьевом сопле кольцевьзм коллектором с периферийной подачей энерго носител  сопла которого выполнены под-yглoм 6-18 к продольной оси дутьевого сопла, в направлении его выходного торца. . На фиг. 1 приведен фурменный при бор, с кольцевым коллекторе, установленным на дутьевом сопле, продол /ный разрез-, на фиг. 2 - дутьевое сопло в месте установки коллектора, поперечный разрез; на фиг. 3 - вид стрелке А. Фурменный .прибор доменной печи с держит фурму 1, к которой непосредственно и плотно примыкает дутьевое сопло 2 своим выходным торцом 3, на пример , посредством шаровых поверхностей , а другим (выходньм) торцом сопло 2 также посредством шарового соединени  соединено с подвижным ко леном 4, которое закреплено на т гах и дополнительно подвешено к неподвижному колену 5, соединенному через патрубок 6 с кольцевым дутьев pacпpJeдeлитeльным коллектором 7. В результате упора сопла 2 к фур ме 1, последн   плотно соединена с холодильником 8, а тот в свою очере с амбразур9й 9. Дл  охлаждени  прибора в фурму 1, холодильник 8 и амбразуру 9 подаетс  под давлением охлаждающа  среда, например вода, Дутьевые сопла изготовл ют литыми или сварными. Сварное сопло 2 выпол нено из внутренней жаропрочной трубы 10, наружной трубы 11, между которыми уложен изолирующий слой 12, например из каолиновой ваТы. Выходна  часть стенки сопла 2 водоохлаждаема . Сварные сопла по сравнению с лит ми допускают более высокую температуру дуть , больший срок службы, меньший вес и лучшие услови  обслуживани . На дутьевом сопле 2 установлен кольцевой коллектор 13, кольцевой или торроидальной формы, снабженный подводом 14 и соплами 15, выходные торцы которых расположены по периферии дутьевого сопла 2 и вьгееде- , ны в его полост под углом 6-18® в направлении выходного торца. В зависимости от характеристики и энергопараметров истекающей через сопла 15 среды, они выполнены цилиндрически-, ми, сужающимис  или расшир ющимис  (в виде сопла Лавал ), а также в виде кольцевой щели. Целесообразно выходные торцы сопел 15 разместить на рассто нии 0,.72 диаметра дутьевого канала от выходного торца сопла
2. 2. При прохожде .нии сопел через водоохлаждаемук ;стенку дутьевого сопла 2 их следует выполн ть стальными или меднцми, а (при прохождении сопел 16 через неохлаждаемую (изолированную) стенку ИЗжаропрочной стали или чугуна. Устрюйство работает следующим образом . Энергоноситель, например топливный газ, азот, сжатый воздух, кислород , распыленный мазут и др. с давлением , превосход щим давление дуть  на 0,2 МПа и более, через подвод 14 поступает в распределительный коллектор 13, откуда через сопла 15 вдуваетс  в полость дутьевого сопла 2 в виде активных равномерно рассредоточенных по сечению и высокоскоростных (более 300 м/с) периферийных струй или кольцевого потока, в результате чего у корней струй и в приосевой зоне дутьевого канала прибора (сопла 2 и фурмы 1) создаетс  значительное разрежение (область пониженного давлени ) f что способствует эжектированию (всасыванию) потока дуть . В процессе совместного движени  потоков энергоносител , дуть  и топлива происходит их взаимодействие по длине и по сечению дутьевого канала , которое не сопровождаетс  повышением гидравлического сопротивлени  по центру канала, одновременно интенсифицируетс  смешение взаимодействующих потоков за счет увеличени  степени турбулизации вокруг атакукйшх струй энергоносител , при этом последние не деформируютс  по длине ка .рала. Таким образом, смешанный поток обладает в процессе истечени  из фурмы 1 большей кинетической энергией за счет увеличени  его линейной скорости , в результате чего возрастает его дальнобойность и глубина проникновени  в рабочем пространстве печи, что в целом увеличивает степень реагировани  взаимодействующих компонентов. При. использовании в качестве энер гоносител  топливного газа отпадает необходимость в топливоподвод щем патрубке, обычно расположенном в охлаждаемой полости фурмы 1, что допол нительно удлинит ее эксплуатационную стойкость за счет повышени  степени однородности охладител  и ликвидации местного мощного высокотемпературного очага в зоне расположени  патрубка , Кроме того, возрастает надежность топливовводного узла в сравнении с прототипом за счет размещени  сопел 15вне активной высокотемпературной и окислительной зоны, рассредоточе ни  факелов по периметру дутьевого соп ла, возможности повышени  скорости истечени , уменьшени  наружных разме ров сопел, повьнаени  длительностиj ; сохранени  рабочего профил  сопел 16и чистоты его поверхности. При использовании пылеугольного топлива ввод пылеподвод щего патруб- ка целесообразно .выполнить перед кол цевым коллектором 13.В этом случае истекающий пылеугольный поток вт гиваетс  в зону разр жени , создаваемого соплами 15 и пылеугольный поток движетс  в дутьевом канале по центру канала при повьшенной степени поперечной турбулизации, что увеличивает врем  контакта частичек с газовыми компонентами и снижает возмо  ность их поверхностного оседани . При использовании в качестве энергоносител  инертного газа целесообразен его предварительный подогрев, что сократит расхода его на вдувание при сохранении оптимальных величин фактичес ких скоростей. Выполнение сопел 15 под углом 6-18 повышает эжекционную способность устройства, снижает его гидрав лическое, сопротивление, интенсифицирует смесеобразование в дутьевом канале фурменного прибора, увеличивает скорость и дальнобойность движущегос  потока, не требует предварительно го повьииени  давлени  дуть . Выполнение сопел коллектора под .углом менее указанного нижнего преде ла увеличивает потери на трение пери ферийного потока энергоносител ,снижает степень турбулизадии в радиальном направлении, ухудшает однород ность смешанного потока, приближает область горени  топлива к .поверхности дутьевого канала при его использовании в качестве энергоносител , способствует вводу восстановительных компонентов в восстановительную область фурменной зоны печи, усложн ет изготовление устройства. Выполнение сопел под углом более указанного верхнего предела приводит к деформации струй энергоносит.ел , к повышению сопротивлени  в дутьевом канапе и, как следствие, к снижению эжектирующего.действи , к интенсификации взаимодействи  струи энергоносител , к снижению кинетической энергии топливодутьевого потока. , Размещение выходных торцов сопел 15 на рассто нии 0,7-2 диаметра дутьевого сопла 2 от выходного его торца обеспечивает оптимальный процесс смесеобразовани  в пределах фурменного прибора при наименьших потер х энергии струи э..нергоносител . Приближение к вых,одн6му торцу дутьевого сопла 2 сопел 15 коллектора 13 на рассто ние меньше приведенного нижнего предела ухудшает смесеобразование взаимодействующих .потоков и усложн ет установку распределительного коллектора. Удаление сопел 15 от выходного торца сопла 2 на рассто ние более верхнего предела оказывает тормоз щее действие на осевой поток за счет увеличени  гидравлических потерь CKOpodTHoro потока. Таким образом, установка на дутьевом сопле кольцевого коллектора с периферийной подачей энергоносител  позвол ет регулировать отношение топливо/дутье за счет возможности подн ть расход дуть  при увеличении расхода топлива, повысить проницаемость з;с пливодутьевых I компонентов в печи за счет увеличени  пробиваемости ивтекакидего в рабочее пространство потока, улучшени  процесса смесеобразовани  топливодутьевых компонентов оперативно реагировать на неравномерное распределение топлива по секторсш печи.путем изменени  расхода энергоносител , что позвол ет в целом улучшить использованне тепловой и химической энергии газов. Конструкци  кольцевого коллектора с периферийной подачей энергоносител , рациональный предел углов наклона сопел и расположение их по длине дутьевого сопла получены в результате стендовых испытаний, проводимых в Институте черной металлургии. , Применение изобретени  позвол ет повысить производительность доменной печи и снизить расход кокса, в результате чеТро -годовой экономический эффект составл ет 420 тыс.руб. Формула изобретени  Фурменный прибор доменной печи, содержащий дутьевое сопло, сочлененное с фурмой, |6 т л и ч а Ю14 нЛс   тем, что, с целью повышени  производительности печи, он снабжен установленным на дутьевом сопле кольцевым коллектором с периферийной подачей энергоносител , сопла КОТОРСУ-