Способ отвода конвертерного газа и газоотводящий тракт конвертера

(19) (11) 5/3 ОБРЕТ ОПИСАН К АВТОРСКОМ ВИДЕТЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургическийинститут им. Л.И.Брежнева(54). СПОСОБ ОТВОДА КОНВЕРТЕРНОГОГАЗА И ГАЗООТВОДЯЩИЙ ТРАКТ КОНВЕРТЕРА(57) 1. Способ отвода конвертерного:газа, включающий его улавливаниес дожиганием в газоходе, охлаждениеи очистку продуктов сгорания,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повьппения степени утилизацииэнергии конвертерного газа, дожигание конвертерного газа производятподогретым компремированным воздухомс непрерывной подачей в зону горенияпылевидной ионизирующей добавки ис последующим воздействием электромагнитным полем на ионизированный поток продуктов сгорания для генерации электрического тока, который отводят от ионизированного потока продуктов сгорания при помощи замкнутой электроцепи к нагрузке и используют для технологических процессов.2. Газоотводящий тракт конвертера, содержащий последовательно соединенные между собой участками гаэохода уловитель, охладитель-теплоаккумулятор в виде насадки из огнеупорного материала, газоочистку, нагнетатель и дымовую трубу, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что он снабжен полюсами й магнита постоянного тока и электро- ф дами, при этом уловитель сопряжен с участком газохода, образующим камеру сгорания, а вдоль участка газохода, расположенного между камерой сгорания и охладителем-теплоаккумулятором, размещены симметрично его оси снаружи полюса магнита постоянного тока, а внутри - электроды, при этом вертикальные осевые плоскости симметрии каждой пары полюсов и электродов . соответственно перпендикулярны друг другуИзобретение относится к черной металлургии, а именно к кислородноконвертерному производству стали, и может быть использовано для утилизации энергии конвертерного газа. Цель изобретения - повышение степени утилизации энергии конвертерного газаДожигание конвертерного газа подогретым воздухом необходимо для достижения температуры продуктов сгоранияО2500-ЭООО С, при которой достаточно интенсивно идет их термическая ионизация. Так, при дожигании холодным воздухом температура продуктов сгорания с учетом физического тепла конвертерного газа составляет немногим более 2000 С, а при дожигании воздухом, нагретым до 1000-1200 С, температура продуктов сгорания после дожигания с учетом расхода тепла на ионизацию составляет около ЗОООС.Компремирование воздуха, подаваемого на дожигание, способствует повышению энергетического потенциала продуктов сгорания за счет создания их избыточного давления, что в дальнейшем при квазиадиабатном истечении приводит к достижению скоростей движения ионизированного потока в несколько сот метров в секунду, при которых воздействие на поток электромагнитного поля вызывает генерацию электрического тока.Непрерывная подача в зону горения пылевидной ионизирующей добавки при водит к повьппению степени ионизации высокотемпературных продуктов сгорания, что делает их достаточно высокоэлектропроводными с удельной проводимостью около 0,1 Ом "см . В качестве ионизирующей добавки целесообразно применять сравнительно недорогие легкоионизируемые соединения щелочных металлов (К, Иа и др,), например карбонат калия КСО .Подача добавки в пылевидном состоянии способствует ее быстрому и равномерному распределению в потоке высокотемпературных продуктов сгорания, что ускоряет процесс усвоения потоком частиц добавки и, соответственно, интенсифицирует ионизацию продуктов сгорания. Вместе с этим подача добавки в зону горения, где имеет место наиболее высокая температура при отводе газа, обеспечивает ускоренное термическое диспергирование добавки, рического тока.На. фиг. 1 изображен газоотводящийтракт конвертера для осуществленияпредлагаемого способа; на фиг, 2сечение А-А на фиг, 1. 50 55 Газоотводящий тракт конвертера выполнен в виде последовательно соединенных между собой участками газо- хода уловителя 1, охладителя-теплоаккумулятора 2, газоочистки 3, нагнетателя 4 и дымовой трубы 5. Со стороны охладигеля-теплоаккумулятора 2 уловитель 1 сопряжен с участком 6 газо- хода, который вместе с установленныкотсрое также способствует ускорениюионизации потока.Таким образом, дожигание подогретым и компремированным воздухом с непрерывной подачей в зону горения пылевидной ионизирующей добавки обеспечивает на выходе из камеры сгораниявысокотемпературный ионизационныйпоток продуктов сгорания который 10 практически является проводникомэлектрического тока. Последующееистечение продуктов сгорания безвнешнего подвода или отвода тепла,которое с учетом реальных условий, 15допускающих незначительный теплообмен с окружающей средой, можно назвать квазиадиабатным (т.е. почтиадиабатным), приводит к ускорениюдвижения потока за счет преобразования его тепловой энергии, характеризуемой температурой и давлением,в кинетическую энергию, определяемуюскоростью потока. Одновременноес истечением воздействие на электропроводный поток продуктов сгорания,движуиуйся с большой скоростью,.электромагнитного поля приводит в соответствии с явлением электромагнитной индукции к возникновению электродвижущей силы в объеме продуктов сгорания, которая при наличии замкнутойэлектрической цепи обуславливаетв потоке электрический ток. Причеммощность вырабатываемого электрического тока пропорциональна электропроводности продуктов сгорания, определяемой степенью их ионизации, искорости потока,. зависящей от егоисходного энергетического потенциала.Таким образом, квазиадиабатное 40 истечение электропроводных продуктовсгорания, сопровождающееся одновременным воздействием на поток электромагнитного поля, приводит при отводеконвертерного газа к генерации элект 1242527ми в его полости фурмами 7 для подвода окислителя образует камеру 8 сгорания.Снаружи вдоль участка 9 газохода между камерой 8 сгорания и охладителем-теплоаккумулятором симметрично продольной оси 00 участка размещены северный 10 и южный 11 полюса электромагнита. Внутри вдоль участка 9 газохода также симметрично его оси 00 размещены электроды; анод 12 и катод 13 При этом вертикальная плоскость симметрии полюсов 10 и 11 электромагнита, проходящая через ось 00 и ось ВС симметрии поперечного сечения участка 9 газохода, перпендикулярна вертикальной плоскости симметрии анода 12 и катода 13, проходящей через ось 00 и ось ВЕ сим,метрии поперечного сечения участка 9 газохода,Электроды, анод 12 и,катод 13., присоединены соответственно проводниками 14 и 15 электрического тока к электронагрузке, что обеспечивает в случае возникновения между электродами ЭДС замкнутую электрическую цепь, по которой можно отводить генерируемый электрический ток.Насадка охладителя-теплоаккумуля - тора 2 выполнена иэ огнеупорного материала в виде двух параллельных по ходу теплоносителей и разобщенных между собой частей: левой 16 и правой 17. Правая 17 и левая 16 части насадки охладителя-теплоаккумулято-. ра 2 сообщаются с участком 18 газо- отводящего тракта, расположенным со стороны камеры сгорания, с помощью перекидного клапана 19, а с участ.ком 20 газоотводящего тракта, распо-. ложенным со стороны газоочистки 3, с помощью перекидного клапана 21.Охладитель-теплоаккумулятор 2 оборудован воздушным компрессором 22, нагнетательный патрубок 23 которого связан через общий воэдухопровод 24 и далее через воздуховоды 25 и 26 с входными для воздуха камерами 27 и 28. Выходные воздушные камеры,29 и 30 соответственно левой 16 и правой 17 частей насадки сообщены с помощью воздуховадов 31 и 32 через общий воздухопровод 33 с коллектором 34 фурм 7 для подвода окислителя в камеру 8 сгорания. Воэдуховоды 25, 26, 31 и 32 оборудованы соответственно отсечными клапанами 35 - 38, а общий 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 воздуховод 33 - патрубком 39 с отсечным клапаном 40, которые служат дляподачи в камеру сгорания пылевиднойионизирующей добавки. Патрубок 39 расположен на конечном участке воздуховода 33 перед коллектором 34 на расстоянии, обеспечивающем равномерноераспределение порошка добавки в потоке воздуха, подаваемого в камеру сгорания.Участок 41 газохода, расположенный между газоочисткой 3;и нагнетателем 4, сообщен с атмосферой через патрубок 42, оборудованный отсечнымклапаном 43,В зазоре между торцами уловителя 1 и конвертером 44 размещено уплотнительное устройство 45, которое обеспечивает герметизацию стыка между горловиной конвертера и уловителем, чтоисключает выбивание конвертерного газа при работе газоотводящего трактаи конвертера под наддувом.В предлагаемом газоотводящем тракте сопряжение уловителя с участкомгазохода, образующим камеру сгорания,обусловлено необходимостью тщательнойорганиэации процесса дожигания,с целью получения максимально возможных температур продуктов сгорания. При этом уловитель выполняетфункцию топливоподводящего устройства, а полость участка газохода, сопряженная с уловителем и оборудованная фурмами для подвода окислителя,фактически является камерой сгорания,в которой происходит смесеобразование газа с окислителем, воспламенение и горение конвертерного газа.Образованная таким образом камерасгорания позволяет локализовать процесс горения на определенном участкегазоотводящего тракта, что обеспечивает здесь наиболее интенсивное тепловыделение и, как следствие, .наиболее высокую температуру продуктовсгорания, необходимую для их ионизации. При этом отсутствие специальнообразованной камеры сгорания приводит к увеличению протяженности участка газоотводящего тракта, занятогосмесеобразованием и горением конвертерного газаЭто рассредотачиваеттепловыделение в пространстве, увеличивает потери тепла в окружающую среду и снижает температуру продуктовсгорания, затрудняя их ионизацию.Размещение снаружи вдоль участкагазохода между камерой сгорания иохладителем-теплоаккумулятором симметрично оси участка полюсов электромагнита постоянного тока необходимодля воздействия на ионизованный по 5ток высокотемпературных продуктовсгорания магнитного поля, что в соответствии с явлением электромагнитной индукции приводит к возникновению в потоке ЭДС. Размещение внутриучастка газохода между камерой сгорания и охладителем-теплоаккумулятором симметрично оси участка электродов необходимо для отвода электрического тока, возникающего в потоке 15продуктов сгорания в результатеэлектромагнитной индукции. Причем,в соответствии с правилом правойруки, которое связывает направлениямагнитного потока, потока ионизированных продуктов сгорания и индуцируемого электрического тока, вертикальные осевые плоскости симметриипары полюсов и пары электродов должны быть перпендикулярны друг другу 25Способ отвода конвертерного газаи работа газоотводящего тракта конвертера осуществляются следующим образом.В период продувки газ выходит изконвертера.44 с температурой 16001900 С, попадает в уловитель 1, азатем через сопряженный с уловителемучасток 6 газохода проходит в полость камеры 8 сгорания, где проис 35ходит смесеобразоание его с возду"хом, воспламенение и дожигание. Воздух в камеру сгорания подается в компремированном виде с абсолютным давлением 10 бар и температурой 10001200 С; Между фурмами 7 воздух рас-пределяется с помощью коллектора 34.Подогрев воздуха производится в одной из частей огнеупорной насадкиохладителя-теплоаккумулятора 2 кото 45рые работают поочередно в режименагрева и охпаждения,Образующиеся продукты сгоранияимеют температуру 2750-2950 С. Причем частично тепло, выделяющееся50в процессе горения, расходуется наионизацию продуктов сгорания, Достаточно высокая степень ионизации достигается за счет непрерывной подачив зону горения пыпевидной ионизируюшей добавки в количестве 30 кг/мин,55что обеспечивает удельную проводимость-лпродуктов сгорания около О, 1 Омсм,Б качестве ионизирующей добавки используют порошок карбоната калия 1,КСО, который подают в поток воздуха,идущего на, горение, через патрубок 39 Ионизированные продукты сгоранияс абсолютным давлением 8,0-9,9 бариз газохода камеры 8 сгорания посту-пают в участок 9 газохода, расположенный между камерой сгорания и охладителем-теплоаккумулятором, где происходит их квазиадиабатное истечение. Истечение происходит за счет поддержания на участке 9 газохода соответствующего режима давления и сопровождается увеличением скорости потока продуктов сгорания до 530 м/с. Режимдавления поддерживается изменениемпроизводительности нагнетателя 4 и ха-.рактеризуется в начале участка 9газохода давлением 8,0-9,0 бар, ав конце участка 1,1-1,2 бар. В результате квазиадиабатного истечения происходит также снижение температуры продуктов сгорания, которая в концеучастка 9 газохода составляет 19502050 С,В процессе истечения на ионизированные продукты сгорания воздействуют магнитным полем, которое обусловлено наличием северного и южного полюсов 10 и 11 электромагнита, расположенных снаружи вдоль участка 9 газохода. Индукция магнитного поля составляечф 4 Т. В результате взаимодействия магнитного поля и потока ионизированных продуктов сгорания, движущихся со скоростью до 530 м/с, в соответствии с явлением электромагнитнойиндукции в потоке на участке 9 газохода возникает ЭДС, которая приводитк генерации электрического тока.Отвод тока электромагнитной индукцииот потока продуктов сгорания производится с помощью замкнутой электроцепи, включающей последовательносоединенные анод 12, проводник 14,нагрузку (не показана), проводник 15,катод 13 и полость участка 9 газохода заполненную потоком ионизированных продуктов сгорания.После истечения, сопровождающегося воздействием электромагнитногополя, дальнейшее охлаждение продук-,тов сгорания производится путем отдачи тепла одной из частей огнеупорнойнасадки (16 или 17) охладителя-теплоаккумулятора 2, в который продуктысгорания попадают с температурой1850-1900 С. Тепловой режим (нагрев или охлаждение) частей насадки определяется положением перекидных клапанов 19 и 21. В то время, как, например, левая часть 16 насадки находится в режиме нагрева, ее правая часть 17 находится в режиме охлаждения путем просасывания через нее компремированного воздуха, подаваемого в камеру 8 сгорания. Причем перекидка клапанов 19 и 21 производится с частотой. обеспечивающей температуру воздуха на входе в камеру 8 сгорания не менее 1000 С.Компремирование воздуха осуществляется в воздушном компрессоре 22, откуда через нагнетательный патрубок 23 и общий воздухопровод 24 он подается в левую 16 или правую 17 часть насадки. Направление воздуха в ту или иную часть насадки регулируется положениями отсечных клапа- . нов 35 - 38, согласуемьции с положениями перекидных клапанов 19 и 21,В насадке охладителя-теплоаккумулятора 2 продукты сгорания охлаждаются до 300-350 С и поступают на газоочистку 3, где происходит выделение из газового потока конвертерного уноса и ионизирующего порошка карбоната калия. Причем улавливаемая газоочисткой смесь конвертерного уноса и карбоната калия может бьггь самостоятельно или с дополнительной присадкой К СО использована в качестве ионизирующей добавки, что обеспечивает циркуляцию добавки в процессе отвода газа. и значительно сокращает потребление КСО .После газоочистки продукты сгорания выбрасываются с помощью нагнетателя 4 через дымовую трубу 5 в атмосферу. В междупродувочный период, когда нет выхода конвертерного газа, производительность нагнетателя 4 резко снижают и поддерживают нагнетатель в рабочем состоянии путем подсоса 510 15 20 25 30 35 40 45 в него атмосферного воздуха черезпатрубок 42 при открытом отсечномклапане 43, который в период продувки находится в закрьггом состоянии.Таким образом в межпродувочный период достигается отсутствие прососахолодного воздуха через газоотводящий тракт и сохраняется аккумулированное ранее в период продувки тепло,что обеспечивает в начале очереднойпродувки подачу в камеру сгораниянагретого воздуха. Компрессор 22в межпродувочный период либо отключается, либо используется для вентиляционно-продувочных операций, которые осуществляются на отдельных участках газоотводящего тракта конвертера с целью обеспечения его взрывобезопасности (вентиляционно-продувочная система воздухопроводов не показана).Таким образом, в результате применения предлагаемого способа отводаконвертерного газа с помощью газоотводящего тракта конвертера достигает"ся повышение экономии энергии газа,которая реализуется путем выработкиэлектроэнергии, Электрическая мощность системы утилизации при отводеконвертерного газа от 250-тонногоконвертера составляет 30-35 МВт, аколичество вырабатываемой электроэнергии в год может составить около60 млн кВт ч,Вырабатываемую при отводе конвертерного газа электроэнергию можноиспользовать в различных направлениях,в том числе и для технологии кислородно-конвертерного процесса, например для питания электрофильтров приэлектроочистке конвертерного газа отпыли или для электропереплава ломаперед загрузкой его в конвертер.Вырабатываемый постоянный электричес-кий ток можно аккумулировать с последующей выдачей накопленной электроэнергии потребителю или преобразоватьего в переменный ток с выдачей процукции в энергосистему.1242527 Фиг,оставитель Л. Шараповаехред М.Ходанич Корректор , Л.Пата актор В.Петр аз Зб 70/2 ПИ по дел113035, Иос фическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектна эводственно-пол Тираж 552 ударственного к м изобретений и а, Ж, Раушск Подписноемитета СССРоткрытийя наб., д. 4/5