Фурма доменной печи

Отатбньо-т зинич; г бит 1 ло 1 еЯн ;,а О П АНИ Сотоз СоветскихСоциалистических 1)524530 еспубли К ПА 7(22) Заявлено 1 сДпф,у 21 В 7 3) Прио1) 7125 Государственный комитет Совета Министров СССР оо делам изооретений и открытийно 05. 08,76.Бюлл 9,162 (088,(45) Дата опубликования описани Иностранцыоль Бруле и Жерар Кюййе(Франция) 2) Авторы изобретени Иностранная фирм мпани Франсэз де Рафинажнение ла Лаваляв канал,Жидкое азов от кооплива, до стеленно орое мож сопле, зарямолинейраскрыти Ои 75 я при этошая до ми углерода. на носке пливо", по- устранение спламеняюоску фурмь ьВ таси дуфурмы, аМ 1 С целью лучшения педлагаемой а горен топлива в п20 стенок диффу образующая фурме поверхность ена криволинейной, дставляет собой ора выполи торой пре да положи в ю ельнои второй проиволинейный учасямолинейным коизводной, К ток диффузо оме того,а удлиненастком. наческим уч Изобретение относится к устроиствам впрыскивания жидкого топлива в шах в частности - в доменную,на фурма доменной печи типа со с форсункой для подачи топлива топливо, предварительно распыомошью всттомогательного газа,инжектируется в смещивающемкоторым расположен диффузор пного сечения, величина полуугла яо которого устанавливается междуо(предпочтительно между 0 и 3,5 )ком устройстве исключается в сметье-топливо выходная скорость изравная или большая звукового числдля обеспечения проникновения этой смеси до центральной зоны печи.Однако при эксплуатации известного устройства возникают большие изменения фимпульса" газов, проникающих в горн (т. е. количества движения), в зависимости от количества инжектируемого жидкого топлива, что вызывает в шахтных печах измен ние хода плавки, иногда приводящее к з 2ительным нарушениям, Это требу ительного изменения в количест ируемого жидкого топлива,Целью изобретения является устрнгчительных изменений импульса г проникающих в горн, в зависимост личества инжектируемого жидкого кот ет изменяться от нул хиометрии и больше, обеспечив 10 наилучшие условия, т, е. сокра нимума образование сажистого Это достигается сжиганием фурмы смеси "дутье-жидкое то лученной в особых условиях, и 15 любого сгорания этой высоково щейся смеси до ее подхода к нОбразующая прямолинейной части образует с касательной в начале криволинейнойобразующей, с которой она соединена, угол,равнвй не более 15, и преимущественноопорядка между 10 и 12,В предложенной фурме условия истечения дутья, инжектирующего жидкое топливо, и в частности, импульсное количествосмеси на носке фурмы, а также потери напора в диффузоре изменяются незначительно по отношению к подаче дутья шахтнойпечи без инжектирования жидкого топливанезависимо от количества инжектируемогожидкого топлива.Кроме того, обеспечивается изменениеинжектируемого количества без изменениядиаметра носка фурмы, что позволяет, вчастности, повысить расход жидкого топлива, подаваемого в шахтную печь.На фиг. 1 изображен продольный разрезпрофиля внутреннего сечения фурмы с криволинейным диффузором; на фиг, 2 - то же,криволинейный участок диффузора удлиненпрямолинейным коническим участком; нафиг. 3 - схематический продольный разрезфурмы доменной печи.Для получения полного горения топливанеобходимо, чтобы жидкое топливо было хорошо распылено и равномерно перемешанос потоком дутья. 30Распыление осуществляется за счет инжектирования жидкого топлива в горячеедутье, которое переносится на большой скорости через проход в соответствующем участке трубопровода сечения С., При этом жидкое топливо должно воспламеняться в носке фурмы с минимумом крекинга горючегона предшествующих участках.С другой стороны, распределение жидкого топлива в горячем дутье улучшается тем 40быстрее в направлении истечения, чем мельче было распыление. Для этого скоростьдутья в зоне инжектирования должна быть,по крайней мере, равна звуковому числуМ = 0,3, что дает верхний предел сечения 45О.Необходимо избегать горения распыленнойгорючей смеси в дутье до носка фурмы воизбежание того, чтобы импульс струи, входящей в печь, не изменялся с количеством Юинжектируемого жидкого топлива. Для этогоможно было бы проводить это распыление возленоска. Но скорость дутья на его входе вгорн зависит от условий работы шахтной печи и представляет собой один из парамет- Ыров регулирования работы печи. Следовательно, применяемые скорости подачи дутьязначительно ниже скоростей, которые обеспечивают хорошее распыление, Выходное сечение А в носке фурмы, обусловленное усло- Ю виями работы доменной печи, следовательно,больше сечения О определенного ранее.С целью перехода от скоростей выше звукового числа М = 0,3, которые обеспечивают хорошее распыление, к скоростям болеенизким, обусловленным работой устройства,в предложенной фурме применен диффузор спостоянно увеличивающимея сечением, соединяющий зону инжектирования с носкомО фурмы.Смесь топливо-вещество, поддерживающаягорение, должна передаваться до носкафурмы за вермя, меньшее времени воспламенения жидкого топлива, В результатепостепенного нагревания в горячем дутьевремя максимального пребывания равно времени воспламенения, Согласно характеристикам дутья и жидкого топлива (температура, расход и т. д.) в различных условищ ях работы шахтной печи время пребыванияприводит к ограничению длины, отделяющей зону инжектирования от носка фурмы, Черезбудет обозначено критическое значение этой длины, , , следоващ тельно, является максимальным значениемв данных условиях,С целью предотвращения воспламененияраспыленной горючей смеси в дутье до носка фурмы необходимо также устранить вдиффузоре рециркулирующие потоки, появления ударной волны и другие аналогичныеявления ударной волны, Скорость дутья должна все время оставаться дозвуковой. Сечение а, диффузора, подающего дутье, взоне инжектирования определяется, следовательно, таким образом, чтобы скоростьдутья находилась между числом М около0,3 и числом М 1. с учетом максимальныххарактеристик дутья (расход, температура,давление).Диффузор должен, кроме того, исключатьместные потери напора, способствующиепоявлению рециркулирующих потоков. Дляэтого нужно уменьшить опасность воспламенения в пограничном слое потока дутья,истекающем в этом диффузоре. Отношениеа.- нижнего и верхнего сечений и максиЯмально возможная длина Ь для диффузорас возрастающим сечением не позволяютпридавать ему известную расходящуюсяконическую форму с достаточно малым углом для того, чтобы устранить любое отслаивание. Поэтому предложено придавать фурме форму криволинейного диффузора, обеспечивающую истечение слоями на стенку.Для подачи горючего служит трубопровод 1 с сечением О , в котором величинаскорости дутья находится между звуковымчислом М одо 0,3 и звуковым числомМ 1. ИнжектироЬание жидкого топлива осуществляется в зоне 2 через один или несколько инжекторов, подающих жидкое топливо слоями, строго перпендикулярными кистечению дутья, Смесь дутье-топливо в распыленном виде направляется затем криволинейным диффузором 3 на носок 4 фурмы,который выходит в печь 5,Нижнее сечение а.диффузора 3 является сечением трубопровода, подающего дутьев зоне 2 инжектирования, верхнее сечение 10А диффузора 3 является сечением носка4 фурмы на выходе в шахтную печь 5. Длина 1. должна быть не менее длины Ьсопределенной ранее, т. е, должна равнятьсямаксимальному расстоянию между зоной инжектирования и носком фурмы. Если обозначить через Я. ф длину криволинейного диффузора, "" равно ". ", когда инжектирование осуществляется на входе диффузора,Когда инжектирование осуществляется выше 20входа диффузора, 1 больше Л . Образующие кривые диффузора 3 являются криволинейными и отличаются уравнениями, втораяпроизводная которых всегда положительна,Каждая образующая имеет своим началом 25точку Б, находящуюся на линии соединенияначала диффузора и трубопровода, подающего дутье, и проходит через точку В нижнего сечения диффузора, обусловленного выходным сечением фурмы.30Если огибающая поверхность топлива,которое рассеивается от зоны 2 инжектирования, вписывается внутри диффузора 3, топлива на внутренней стенке диффузора нет.Стенка будет практически защищена тонким35слоем дутья, устраняющим риск воспламенения в пограничном слое,Если огибающая поверхность встречаетстенку диффузора 3 перед концом отмечает 40ся легкое растекание жидкого топлива навнутренней стенке диффузора, Но так какопасность воспламенения в пограничномслое остается небольшой, несмотря на малуюскорость истечения, градиент скорости из 45меняется очень быстро около стенки, стенкидиффузора выполнены охлаждаемыми, чтоустраняет возможность загорания.Тонкий пограничный слой создает гетерогенное распределение топлива и дутье 50котороедолжно быть пониженным, особеннокогда количество инжектируемого топливавысоко и близко к стехиометрии.С другой стороны, ограниченный уголраскрытия диффузора 3, за пределами которого в пограничном слое происходит турбулентное истечение, благоприятствует воспламенению смеси до ее прихода к носкуфурмы, В любой точке криволинейной образующей угол определяется касательной в этой точке и касательной с началом диффузора и должен оставаться меньше половины угла раскрытия. В частности, угол А (фиг,1) определяется касательными в точках Б и Вои должен быть не более 15 (преимущесто овенно между 10 и 12 ).Если при размерах диффузора и форме рассматриваемых образующих полуугол раскрытия в точке В становится больше этого предела, криволинейная образующая БВ диффузора заменяется криволинейной образующей БГ, удлиненной прямой 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 касательная в этой точке с образующей БГ совпадает с прямой ВГ.Жидкое топливо в смеси с дутьем, направ. ляемое диффузором 3, в котором оно может воспламениться, поступает в носок фурмы, где оно воспламеняется и горит очень быстро в нормальных условиях работы печи, Изменение импульса инжектируемых газов по отношению к инжектированию классического горячего дутья без жидкого топлива составляет максимум 10% и не влечет, следовательно, нарушений в работе шахтной печи.В частности, уравнение каждой криволинейной образующей может иметь следующий вид:1+ + - 1 1 Л (Мось Х-Х абсцисс является осью истечения,а ось ординат - У-У осью, перпендикулярной к прерыдущей в плоскости, определенной образующей и осью истечения,А - длина криволинейной части диффузора;- ордината точки Г;- ордината точки Б;В этом случае градиент давления остается постоянным в направлении истечения ипотери напора минимальны,Фурма длиной 600 мм с диаметром вноске 165 мм, применяемая на доменнойпечи, имеет следующие характеристики:Диаметр го.рна 8,80 мКоличество фурм 20Средняя температурадутья 950 ССредняя подача дутьябез обогащения кислородом 6000 м /час.зУстройство, подающее дутье в горн доменной печи (фиг. 3) охлаждается известным способом. Оно содержит рыльную часть6, корпус 7 фурмы, водяную камеру 8 содним или несколькими подводами 9 и одним или несколькими отводами 10 воды.Трубопровод фурмы по оси Х-Х состоит из нескольких деталей. Участок входного сечения смешивающего сопла 11 равен участку сечения трубопровода сопла 12, а участок его нижнего сечения равен участку сечения цилиндрической части (диаметр 110 мм) образующей пережим 1 3, который расположен за ней. форма смешивающего сопла 11 и 1 О длина пережима 13 должны обеспечивать минимальные потери напора, Пережим имеет длину 210 мм,Смешивающее сопло 11 и пережим 13 улучшают стабилизацию истечения дутья. дУчасток сечения пережима 13 гораздо меньше, чем участок сечения трубопровода сопла 1 2, что обеспечивает удовлетворительное распыление жидкого топлива с помощью дутья. Скорость дутья в этом случае от 350 до 400 м/сек.В этом случае жидкое топливо инжектируется в пережим 13 на выходе криволиней. ного диффузора 3 через инжектирующий кран 2 к 14, который распределяет жидкое топливо в плоскости, строго перпендикулярной направлению дутья.Расстояние между зоной 2 инжектирова- що ния и носком 4, которое определяется таким образом, чтобы время пребывания смеси топпиво-дутье в трубопроводе фурмы было бы меньше времени ее воспламенения, равно 290 мм. 35Пережим 13 удлиняется вверху диффузором, сначала криволинейным участком длиною Л =252 мм, затем прямолинейным участком рыльной части 6 длиною 38 мм.Так как инжектирование осуществляется в этом случае на входе диффузора, общая длина диффузора равна длине 1 Верхнее сечение диффузора круглое и его диаметр является диаметром пережима 13. Его нижнее сечение также круглое с диаметром, 45 равным диаметру носка 4.Направляющие криволинейной части диффузора в этом случае являются круглыми, все образующие представлены одним уравне=в + в котором К - представляет собой радиус нижнего сечения криволинейной части диффузора, Г - радиус верхнего сечения,Этот диффузор имеет концевую прямолинейную часть с радиусом К, следовательно, не является радиусом носка фурмы в точке Г, а является радиусом трубопровода, подающего дутье, в точке Г, а Л представляет собой абсциссу этой точки Г, 2=75,5 мм Г = 55 мм Прямая ВГ образует с касательной в точке Б которая в этом случае параллель- Фо на оси Х-Х, угол 11 В данных условиях при температурео дутья 950 С по кругу и дутье, обогащенном кислородом на 25%, пропорция жидкого топлива, добавленного к дутью, близка к стехиометрической, либо около 535 л/час, тяжелое жидкое топливо, смешанное с дутьем воспламеняется непосредственно в носке фурмы в печи, Изменение импульса очень мало и не нарушает хода работы печи. Горение значительно интенсивнее и полнее, чем с обычными инжекционными устройствами. Формула изобретения1. Фурма доменной печи типа сопла Лаваля, имеющая форсунку для подачи жидкого топлива в канал, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью улучшения процесса горения топлива, поверхность стенок диффузора выполнена криволинейной, образующая которой представляет собой кривую с всегда положительной второй производной.2. Фурмапоп. 1, отличающа - я с я тем, что криволинейный участок диффузора удлинен прямолинейным коническим участком,3. Фурмапоп. 1, отличающа - я с я тем, что угол раствора диффузора составляет 10-12о524530 Составитель Б. Раковский Братчикова Техред А, Демьянова Корректор Й. Мельниченкоакт Подписи Заказ 4978/394 Тираж БНИИПИ Государственного по делам изобрет 113035, Москва, Л(-35, тров С та Совета Миоткрытий комитений на уш П "Патент" г, Ужгород, ул, Проектная, 4 илиал