Способ ввода реагентов через фурменный прибор доменной печи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 С 21 В 7/16 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АТЕНТУ ев,ка,ожП(71) Институт черной металлургии(56) Авторское свидетельство СССРКт 908810, кл. С 21 В 7/16, 1979,(54) СПОСОБ ВВОДА РЕАГЕНТОВ ЧЕФУРМЕННЫЙ ПРИБОР ДОМЕННОЙ Изобретение относится 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 зависят от эффективного использования топлива и хорошо организованного процесса смесеобразования топлива с дутьевыми компонентами,Известно, что в доменную печь топливо и дутье подают посредством фурменных приборов, куда вводят указанные реагенты различными способами, В известных способах струя топлива вводится в дутье либо в радиальном направлении, либо под углом, а иногда навстречу - для улучшения процесса смесеобразования в пределах фурменного прибора, Однако, известные решения не создают те,нологически требуемой однородности и равномерной плотности смеси, что отрицательно сказывается на распределении восстановительных газов по сечению(57) Использование: черная металлургия, Сущность: пучок газовых струй топлива подают коаксиально дутью в направлении его движения с центральным углом раскрытия граничных струй пучка, равным 60 - 900, и на расстоянии 2,5 - 3,5 среднего диаметра канала фурменного прибора от его выходного торца, Способ позволяет снизить расход кокса в печи путем увеличения степени взаимодействия топливо-дутьевых компонентов. 2 табл, 2 ил. печи и является причинои выпадения сажистоо углерода - явления значительно ухудшающего дренаж жидких продуктов плавки в околофурменнам 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) является способ ввода реагента через фурменный прибор доменной печи, включающий подачуф дутья и топлива, вводимого в виде пучка газовых струй в дутьевой поток, реализованный в известном решении, Согласно указанному способу, взятому в качестве прототипа, плоскость расположения продольных осей газовых струй и продольной оси подвода топлива ориентированы к направлению потока окислителя под углом 90, при этом ввод топлива осуществлен вдутьевом канале фурмы с зоной истечения газовых струй в ее пристенном участке.Существенным недостатком способа, реализованного в прототипе, является невысокая степень взаимодействия топливодутьевых компонентов и неравномерность поверхностного теплонапряжения на стенки фурменного прибора. Это связано с перпендикулярной подачей топлива, сносом его дутьевым потоком, обладающим большей кинетической энергией, малой длиной зоны смещения топливо-дутьевых компонентов, локальным перенапряжением в зоне истечения топлива, перегревом охладителя в охлаждаемой полости фурмы. Такой вводтоплива затормаживает идеформирует слои дутьевого потока, слабо смешиваясь с ними из-за неравномерного распределения газовых струй в поперечном сечении дутья, их низкой пробивной способности, располокения равнодействующей взаимодействующих потоков в верхней полусфере дутьевого канала, недостаточного развития поперечных пульсаций,Слаборазвитая поперечная турбулизация в топливо-дутьевом потоке приводит к неравномерному распределению теплонапряженности в дутьевом канале, Это вызывается развитым температурным перепадом между перпендикулярным вводом топливного потока и периферией дутьевого потока, а также поперечной пульсацией, Одновременно происходит деформация профиля скорости взаимодействующих реагентов вызванная активизацией осевой (центральной) части дутьевого потока в сравнении с периферийными локальными слоями движущегося смешанного потока,Отсутствие развитого горизонтального прямолинейного участка смешения перед процессом истечения 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 появлению режима неорганизованной пульсации, к росту гидравлического сопротивления в тракте, к локальному языковому процессу горения, Ввод такой топливной струи в дутьевую сопровокдается искривлением профиля скорости в дутьевом тракте и значительным усилием локального взаимодействия топливо-дутьевых компонентов в процессе их контакта,Повышение неравномерности температур в топливо-дутьевом потоке и искакение профиля его скорости приводят в полости фурменного прибора к одностороннему горению струи топлива. Это приводит к пере 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гревуфурменного прибора с одной стороны, что ухудшает герметичность стыков, приводит к поорыву пламени в месте разгерметизации, а также к перегреву охладителя и отложению солей в охлаждаемых полостях, т.е, к преждевременной замене фурмы. Кроме того, неравномерность теплонапряженности и искажение профиля скорости повышает неравномерность распределения кинетической энергии смешанного потока, что приводит к изменениям в циркуляционных зонах печи и уменьшению дальнобойности топливо-дутьевого потока. Все это, в конечном итоге приводит к перерасходу кокса на печи, что снижает технологические и зкономические показатели плавки за счет ухудшения эффективности использования топлива и частоты замены фурм, т.е, снижается коэффициент замены кокса топливом, в частности природным газом (ориентировочно на 25-30 оь, т,е, величина коэффициента замены изменяется с 0,9 до 0,6),Целью изобретения является снижение расхода кокса на печи путем увеличения степени взаимодействия топливо-дутьееых компонентов и повышения равномерности поверхностного теплонапрякения на стенки фурменного прибора.Указанная цель достигается тем, что пучок газовых струй топлива подают коаксиально дутью в направлении его движения о центральным углом раскрытия граничных струй пучка равным 60 - 90 О и на расстоянии 2,5-3,5 среднего диаметра канала фурменного прибора от его выходного торца.Известный способ включает подачу дутья и топлива, вводимого в виде пучка газовых струй в дутьевой поток,Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что пучок газовых струй подают коэксиально дутью в направлении его движения, тем, что пучок струй имеет коническую форму с центральным углом раскрытия граничных струй, равным 60 - 90 и, тем, что истечение газовых струй, образующих пучок, осуществляют нг расстоянии 2,5 - 3,5 среднего диаметра фурменного прибора от его выходного торца, т,е. от границы фурмапечь.При сравнительном анализе известных технических решений с предлагаемым не выявлено признаков сходных с заявляемыми, следовательно можно сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия",На фиг,1 схематически показан способ ввода реагентов в фурменный прибор доменной печи; на фиг,2 - эпюры теплонапряжения в дутьевом канале прибора впроцессе взаимодействия реагентов.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Согласно заявляемого способа высокотемпературное, обогащенное кислородом, дутье (окислитель) 1 подают в полость дутьевого сопла 2 фурменного прибора, где коаксиально вводят топливо 3 в виде конического пучка равномерно распределенных газовых струй 4 с центральным углом раскрытия граничных струй(по их осям), равным 60 - 90, при этом истечение газовых струй (вылет из газового сопла) осуществляют на расстоянии 2,5 - 3,5 внутреннего диа - метра фурменно го прибора от его выходного торца. При разных величинах диаметров дутьевого сопла и центрального канала фурмы следует принимать их средний внутренний диаметр. На указанном расстоянии происходит смещение топливо-дутьевых компонентов в пределах дутьевого канала фурменного прибора, В процессе истечения топлива 3 таким образом, взаимодействие осуществляется путем контакта отдельных расширяющихся газовых струй 4, равномерно распределенных в поперечном сечении сопла 2 и движущихся в направлении дутья, Это приводит к поперечно-продольному смещению реагентов с равномерно распределенными равнодействующими векторами соударяемых слоев в направлении дутьевого потока, обладающего большей кинетической знергией. Такое взаимодействие носит спокойный характер без удлиненных возмущений и локальных деформаций, процесс смещения происходит стабилизированно с постоянным реагированием по сечению дутьевого канала и последовательно нарастающей и равномерной поперечно организованной турбулизацией в топливо-дутьевом потоке, что активизирует процесс смещения, при зтом смешиваемый поток характеризуется отсутствием как застойных зон, так и зон неорганизованных вихрей, что не создает условия для режима неорганизованной пульсации, формирует устойчивый гидродинамический режим с нижним гидравлическим сопротивлением в дутьевом тракте,До полного распределения углеводородных компонентов в периферийные слои дутья максимальный температурный уровень сосредоточен в приосевой области, что активизирует радиальное смещение и усредняет плотность топливо-дутьевого потока за счет развития поперечных пульсаций, поступающих с центра при воспламенении, при этом происходит поперечное усреднение температурного уровня потока, В связи с располокением 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 раскрытия пучка в 60 - 90 и на расстоянии 2,5 - 3,5 диаметра прибора от его выходного торца, обеспечивает увеличение поверхности контакта и повышение равномерности поверхностного теплонапряжения 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 сэжеобразование при термическом разложении той его части, для окисления которой не хватает кислорода изза плохой организации взаимодействия компонентов присущей прототипу.Радиальный процесс взаимодействия 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 выполнения), Указанный процесс активизируется за счет предварительного формирования дробленного топливного потока с заявляемым углом раскрытия на горизонтальном прямолинейном участке заявляемой длины непосредственно перед истечением, Такое формирование процесса смещения 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 сопровождается высокой равномерностью поверхностного теплового напряжения на стенки фурменного прибора, что дополнительно повышает качество смешения, а следовательно и степень окисления топлива, - и создает благоприятные условия для охлаждаемых полостей фурменного прибора, т.е. без перегрева охладителя и форсированного отложения солей в водяном тракте, а также сводит к минимуму возмокность разгерметизации стыков, В результате перечисленного длительность работы фурменного прибора увеличивается в условиях доменного цеха меткомбинатэ "Запорожсталь" на 30 - 50, а расход кокса в сравнении с прототипом снижается на 2 - 3 кг/т чугуна.При угле раскрытия пучка топливных струй, равном 60, обеспечивается достаточная степень окисления топлива и равномерность поверхностноготепло 1790607напряжения на стенки в зоне смещениякомпонентов.При угле раскрытия пучка, равном55-59, степень окисления топлива сокращается на 4 - 6%, а равномерность теплонапряжения на стенки снижается на8-12%. Это происходит за счет ухудшенияпроцесса смесеобразования и повышенияуглеводородных компонентов по центрудвижущегося потока, 10При угле раскрытия пучка топливныхструй, равном 90, достигается технологически требуемая однородность смеси передистечением в печь, при этом формируетсяустойчивый короткий факел, но появляется 15тенденция к незначительному росту гидравлического сопротивления,При расстоянии между вводом топлива в сопло 2 и выходным торцом прибора,равном нижнему заявляемому пределу заканчивается процесс смещения топливодутьевых компонентов при угле раскрытияпучка газовых струй в пределах 60 - 90, приэтом достигается достаточно высокая степень равномерности поверхностного теплонапряжения на стенки по всей длинесовместного тракта,При уменьшении этого расстояния, например при величине, равной 2,4,2,1 диаметра внутреннего прибора, однородность 30смеси снижается на 5 - 6/ а равномерностьтеплонапряжения уменьшается на 6 - 8%за счет сокращения совместного пути движения смеси и недостаточного развитиятепломассообменных процессов между 35компонентами смеси,При расстоянии между вводом топливав сопло 2 и выходным торцом, равным верхнему заявляемому пределу, степень окисления топлива и равномерность 40теплонапряжения - в допустимых пределах,однако наблюдается незначительный ростгидравлического сопротивления,При увеличении этого расстояния, например, при величине, равной 3,6 - 4,0 диаметра прибора, достигается высокаятехнологическая однородность смеси, приэтом гидравлическое сопротивление трактавозрастает на 10 - 15%, что снижает равномерность распределения дутья по фурменным приборам на печь,Таким образом, совокупность заявляемых отличительных признаков приводит кповышению качества смещения топливодутьевых компонентов и выравниванию 55температурного уровня в тракте за счет увеличения равномерности радиального взаимодействия реагентов при совместном их движении в дутьевом тракте фурменного прибора, что способствует также рациональному гидродинамическому режиму без увеличения 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.П р и м е р. Исходные данные; место реализации - доменный цех меткомбината "Запорожсталь"; характеристика шахтной печи - здоменная печь полезным объемом - 1513 м; количество фурменных приборов - 16 шт; расход дутья на печь - 2660 м /мин;з расход природного газа на печь - 260 м /мин; температура дутья - 1200 С; температура природного газа - 20 С; давление дутья - 315 кПа; давление природного газа - 600 кПа; степень обогащения дутья кислородом - 27%; продолжительность опробования 6 мес.Результаты опытно-промышленного опробывания,Сопоставление предлагаемого способа производили с известным способом излокенным в заявке в качестве прототипа,На фиг.2 приведены эпюры скоростей газового потока на выходе из фурмы и теплонапряжений в сечении, отстоящем от выхода фурменного прибора на 100 мм,Результаты испытаний предлагаемого способа сведены в табл,1 и 2.Формула изобретенияСпособ ввода реагентов через фурменный прибор доменной печи, включающий подачу дутья и топлива, вводимого в виде пучка газовых струй в дутьевой поток, о тл и ч а ю щ и й ся тем, что, с целью снижения расхода кокса в печи путем увеличения степени взаимодействия топливо-дутьевых компонентов и повышения равномерности поверхностного теглонапряжения на стенки фурменного прибора, пучок газовых струй подают коаксиально дутью в направлении его движения с центральным углом раскрытия граничных струй пучка, равным 60 - 90, и на расстоянии 25 - 35 среднего диаметра канала фурменного прибора от его выходного торца.1790607Таблица 1Результаты опытно-промышленного опробования предлагаемого способаТемпература измерялась на расстоянии 100 мм от выходного сечения.Таблица 2Температура измерялась на расстоянии 100 мм от выходного сечения,1790607 Зпюра скоростей еаэойго потока на ЬлодеиЗ ажурныяаюра скоростей еоэодо-. потока,ю Ьгходе аэ фур аке 1 дпагоегюй саосо Составитель С.МертехинаРедактор Т,Иванова Техред М.Моргентал Корректор М,Сливка оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 367 ВНИИ Тираж осударственного комитета по изобре 113035, Москва, Ж, Раушэ/7 юра теолоиаоррке.ьий оо А-А д сте,чке Подписноениям и открытиям при ГКНТ Сая наб., 4/5