СПОСОБ ДОЗИРОВАННОГО ВВОДА МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ В ПРОМЫШЛЕННУЮ ПЕЧЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК C21B7/16 

Изобретение относится к способу дозированного ввода мелкозернистых, в частности пылевидных, твердых веществ, а именно угольной пыли, из содержащей запас твердого вещества, находящейся под давлением дозировочной емкости в имеющую несколько мест ввода промышленную печь, в частности шахтную печь, такую, как доменная печь или вагранка, при котором твердое вещество подводят к отдельным местам ввода в потоке газа-носителя с большой нагруженностью твердым веществом соответственно через подающий трубопровод, причем газ-носитель подводят к нижнему конечному участку дозировочной емкости в потоке, обеспечивающем локальное разрыхление на нижнем участке запаса твердого вещества, и подающие трубопроводы входят в зону разрыхления.

Изобретение относится к устройству для осуществления названного выше способа с выполненной в виде напорного резервуара дозировочной емкостью, заполняемой на ее верхнем участке подводимым к печи твердым веществом и имеющей на ее нижнем конечном участке несколько открытых вверх камер, в которые соответственно входит по меньшей мере один ведущий к месту ввода подающий трубопровод и которые соответственно снабжены газопроницаемым дном для набегающего потока, на стороне которого, удаленной от столба твердого вещества, входит трубопровод газа-носителя для подведения газа-носителя.

Для экономии дорогостоящих видов топлива, таких, например, как жидкое топливо или кокс, часть топлива может заменяться угольной пылью, получаемой в дробильной и сушильной установке из несортированного угля, причем угольную пыль вводят в промышленную печь с помощью соответствующего устройства за счет пневматической подачи.

При этом наиболее существенное металлургическое требование состоит в том, чтобы дозировка угольной пыли, следовательно вводимое в печь за единицу времени количество угольной пыли, осуществлялась с возможно большей точностью для того, чтобы металлургические процессы в печи подвергались в этой степени возможно меньшим колебаниям.

Так как угольную пыль, например в случае доменной печи, вводят не в одном месте, а должны подводить к каждой фурме, то промышленные печи имеют в общем несколько мест ввода; при этом следующее требование состоит в том, что угольная пыль должна подаваться к отдельным местам ввода соответственно равномерно.

Различные твердые вещества, соответственно сорта, твердого вещества обладают в общем при одинаковых условиях различными механическими свойствами в псевдоожиженном состоянии и проявляют в соответствии с этим различные свойства в отношении их подачи, которые определяются эмпирическим путем. Подводимый к камерам дозированной емкости под днищами для набегающего потока поток газа-носителя должен иметь (по меньшей мере) такие параметры, чтобы он при подаваемом сорте твердого вещества постоянно следовательно, также при наибольшем возникающем в дозировочной емкости рабочем давлении приводил к достаточному разрыхлению твердого вещества в локальной зоне разрыхления, то есть чтобы достигалась, соответственно превышалась, при любом рабочем состоянии так называемая точка разрыхления имеющегося в дозировочной емкости засыпанного твердого вещества. Эта точка разрыхления в случае мелкозернистого твердого вещества является лишь в незначительной степени зависимой от давления, при котором находится засыпанное твердое вещество.

Для решения настоящей проблемы в литературе уже распространены различные предложения, которые частично также уже опробованы по меньшей мере на опытах; тем не менее с помощью имеющихся до сих пор предложений по решению не удалось оптимальным образом удовлетворить требования, предъявляемые к такого рода способу и устройству для осуществления способа.

Согласно описанию изобретения к выложенной заявке [1] предусмотрено, что как регулирование общей величины подачи подводимого к печи твердого вещества (все подающие трубопроводы), так и регулирование величин подачи твердого вещества отдельных подающих трубопроводов осуществляют за счет изменения количества газа-носителя, подводимого к нижнему конечному участку дозировочной емкости. Это совершается с помощью измерительных мест для потока пыли, приданных каждому отдельному подающему трубопроводу, причем измерительные места для потока пыли соответственно воздействуют на исполнительный клапан, расположенный в каждом трубопроводе для подачи газа-носителя. Однако такое регулирование мощности подачи через поток газа-носителя не всегда приводит к желаемым результатам. В отношении этой технологии помимо прочего следует установить то, что количественное измерение доли твердого вещества такого рода двухкомпонентных потоков является сравнительно неточным даже при больших затратах, если с помощью такого измерения должны определяться абсолютные величины. Сюда добавляется то, что в случае предложенного в описании изобретения принципа действия точная регулировка величины подачи отдельных подающих трубопроводов очевидным образом достигается лишь с трудом, так как вызванные измерительными местами для потока пыли изменения подачи газа-носителя могут сильно изменять состояние псевдоожижения твердого вещества в начале подающих трубопроводов [1]
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ дозированного ввода мелкозернистых твердых веществ в промышленную печь, включающую загрузку их в дозирующую емкость, выдачу в разводящие трубопроводы под воздействием газа, подаваемого сверху в емкость над поверхностью загруженных материалов и в аэрирующее устройство в нижней ее части, непрерывное измерение массы дозирующей емкости, сравнение измерений с заданным общим расходом материала в печь, регулирование общего расхода выдаваемого из емкости материала в печь изменением количества подаваемого в дозирующую емкость газа, и подачу вторичного газа в разводящие трубопроводы [2]
Устройство для осуществления этого способа содержит дозирующую емкость, выполненную в виде напорного резервуара с насадками в нижней части в форме стаканов, открытых в верхней части с газопроницаемым дном, под которым расположен трубопровод аэрирующего газа и по меньшей мере один разводящий трубопровод, оборудованный емкостным расходомером поступающей через него массы материала, трубопровод верхнего газа с регулятором его расхода, байпасный трубопровод, соединенный с нижней частью дозирующей емкости и разводящими трубопроводами.

Недостатком известного решения является недостаточная точность дозирования при подаче пылевидного топлива в печь.

В основе изобретения лежит задача создать такой способ, а также пригодное для осуществления способа устройство описанных в начале видов, с помощью которых при возможно меньших капиталовложениях обеспечивается точное, надежное при эксплуатации и стабильное, в значительной степени независимое от вынужденно изменяющихся соответствующих свойств твердого вещества дозирование вводимого в печь заданного общего количества твердого вещества, причем общее количество твердого вещества помимо этого в значительной степени равномерно подается к отдельным местам ввода печи и в отдельных подающих трубопроводах имеется возможно больший диапазон регулирования для соответствующей величины подачи твердого вещества и при этом далее является возможно меньшим, соответственно ограниченным малым участком, износ подающих трубопроводов.

В качестве решения технологической части этой задачи согласно изобретению предусматривается то, что для регулирования общей величины подачи в печь всех подающих трубопроводов содержащую запас твердого вещества дозировочную емкость непрерывно взвешивают, что фактический вес дозировочной емкости (вместе с содержимым) сравнивают с ее заданным весом, следующим из начального веса, заданной производительности выгрузки и прошедшего с момента начала выгрузки времени, и при превышении заданного веса по максимуму, соответственно по минимуму, давление в дозировочной емкости повышают, соответственно понижают, и что регулирование величины подачи каждого подающего трубопровода происходит известным самим по себе образом за счет добавления вторичного газа, причем вторичный газ подводят к подающим трубопроводам соответственно рядом с соответствующим местом ввода промышленной печи вверх по потоку к дроссельному месту.

При способе согласно изобретению за счет описанного выше гравиметрического дозирования вводимого в печь за единицу времени общего количества твердого вещества и его регулирования через разность давлений между давлением в дозировочной емкости и в печи, соответственно на конце подающих трубопроводов, достигается в рамках поставленных требований исключительно высокая точность, которая, как правило, настолько велика, что регулирующее общую производительность выгрузки давление в дозировочной емкости в общем изменяют лишь во временные интервалы величиной порядка 5 10 минут, причем эта точность достигается при сравнительно малых затратах. При этом регулирование разностного давления преимущественно осуществляют известным самим по себе образом за счет подвода, соответственно отвода, находящегося под давлением верхнего газа. Количество подводимого верхнего газа назначают при этом преимущественно таким, что не только замещается верхним газом количество соответственно выгружаемого из дозировочной емкости твердого вещества и заполняются газом соответствующие имеющемуся рабочему давлению объемы промежутков между частицами твердого вещества, но что также постоянно часть подводимого верхнего газа течет до локальной зоны разрыхления и вместе с твердым веществом, а также подводимым к дозировочной емкости на нижнем конечном участке газом-носителем выгружается подающими трубопроводами. Последнее проявило себя в высшей степени целесообразным для обеспечения постоянного дополнительного притекания твердого вещества в камеры, а также желаемого высокого нагружения твердым веществом.

В противоположность описанному выше известному ранее способу количество газа-носителя, подводимого во времени к нижнему конечному участку дозировочной емкости (отнесенное к нормальному состоянию), при способе согласно изобретению для определенного сорта твердого вещества преимущественно удерживают постоянным, причем количество газа-носителя назначают таким, что при соответствующем сорте твердого вещества при максимальном возникающем в дозировочной емкости рабочем давлении оно все еще приводит к разрыхлению твердого вещества в локальной зоне разрыхления.

Часть изложенной выше задачи, относящаяся к устройству, решается согласно изобретению за счет того, что дозировочная емкость известным самим по себе образом выполнена в виде весовой емкости, в верхний конечный участок которой входит снабженный регулировочным клапаном трубопровод верхнего газа для подведения находящегося под избыточным давлением верхнего газа, что имеется (первое) регулирующее устройство, с помощью которого фактический вес дозировочной емкости (вместе с содержанием) соответственно через заданные временные интервалы сравнивается с ее заданным весом и при превышении заданного веса по максимуму, соответственно по минимуму, давление в дозировочной емкости с помощью регулирования напора верхнего газа повышается, соответственно понижается, а при совпадении заданного веса с фактическим весом удерживается постоянным, что поперечное сечение подающих трубопроводов на участке, непосредственно расположенном перед соответствующим местом ввода вверх по потоку, соответственно существенно уменьшено, что соответственно байпасный тpубопpовод, направляющий вторичный газ, входит в каждый подающий трубопровод рядом с сужением поперечного сечения вверх по потоку, что в каждом подающем трубопроводе имеется измерительное устройство, с помощью которого определяется относительная фактическая величина подачи соответствующего подающего трубопровода, что имеется устройство образования средней величины, с помощью которой определяется расчетная средняя величина подачи для каждого подающего трубопровода, и что в каждом подающем трубопроводе имеется (второе) регулирующее устройство, с помощью которого повышается, соответственно понижается, подводимое к подающему трубопроводу количество вторичного газа, когда определенная измерительным устройством фактическая величина подачи подающего трубопровода больше, соответственно меньше, средней величины подачи для каждого подающего трубопровода, определенной устройством образования средней величины.

Помимо описанного гравиметрического дозирования вводимого в печь общего количества твердого вещества и его регулирования через разность давлений в дозировочной емкости и в печи соответственно на конце подающих трубопроводов, следующий существенный признак настоящего изобретения состоит в сужении поперечного сечения трубопроводов на их конечном участке и подведении вторичного газа к подающим трубопроводам более или менее непосредственно рядом с сужением поперечного сечения. За счет сужения поперечного сечения подающих трубопроводов в месте сужения вследствие падения давления в подающих трубопроводах имеется значительная разность давлений по отношению к давлению в дозировочной емкости, и с другой стороны, вследствие связанного с сужением поперечного сечения дросселирования по отношению к давлению в печи, так что с помощью направляющих вторичный газ байпасных трубопроводов соответственно должно вводиться в подающие тpубопpоводы сравнительно большое количество газа и в соответствии с этим получается сравнительно большой диапазон регулирования для количества твердого топлива, текущего из отдельных подающих трубопроводов в печь, так как введенный в подающий трубопровод вторичный газ соответственно разбавляет двухкомпонентную смесь и в соответствии с этим при увеличенном добавлении вторичного газа в печь поступает из соответствующего трубопровода меньшее количество твердого вещества за единицу времени.

Сильное сужение поперечного сечения на конце подающих трубопроводов обеспечивает помимо этого также то большое преимущество, что в несуженной части подающих трубопроводов, длина которых может составлять от 100 до 200 м, можно работать со сравнительно малой скоростью подачи, составляющей, например, от 0,8 до 3 м/с и вызывающей соответственно лишь небольшой износ, тогда как скорость потока является сравнительно высокой лишь в суженной части (например, от 18 до 30 м/с) и только на этом коротком участке подающего трубопровода возникает усиленный износ, причем эти короткие участки после соответствующего износа могут заменяться.

Сужение поперечного сечения в подающих трубопроводах осуществляется преимущественно непpеpывно, причем между участком подающего тpубопpовода, имеющим большее поперечное сечение, и его участком, имеющим меньшее поперечное сечение, может иметься выполненный коническим или аналогичным по форме промежуточный участок.

Соотношение поперечных сечений между несуженной и суженной частями подающего трубопровода согласно изобретению может составлять приблизительно 10:1 25:1, причем пpеимущественно пpедусмотpено то, что несуженное поперечное сечение подающих трубопроводов соответственно имеет диаметр от приблизительно 25 до 40 мм, тогда как суженное поперечное сечение имеет диаметр от 6 до 8 мм.

В качестве устройства измерения веса для измерений веса дозировочной емкости вместе с содержанием преимущественно предусмотрены электрические динамометры, на которые опирается дозировочная емкость, и их измерительные сигналы подаются на первое регулирующее устройство. Такого рода динамометры не только исключительно стабильны и сравнительно дешевы, но также обладают в рамках описанных выше условий достаточно большой точностью для гравиметрического дозирования.

В отношении измерительных устройств для определения сравнительной фактической величины подачи в подающих трубопроводах не требуется, чтобы речь шла об исключительно дорогостоящих измерительных устройствах, которые измеряли бы величину расхода в подающих трубопроводах со сравнительно большой точностью, так как согласно изобретению требуется производить лишь сравнительное измерение величины подачи в отдельных подающих трубопроводах друг относительно друга, потому, что с помощью этих измерительных устройств в противоположность известным ранее устройствам, таким как описанное выше устройство согласно описанию изобретения к выложенной заявке ФРГ N 2934130, не должны измеряться абсолютные величины. В соответствии с этим преимущественно предусмотрено то, что при упоминании об этих измерительных устройствах речь идет о емкостным образом работающих измерительных устройствах, причем ухудшения результатов измерения за счет изменения влажности и т.д. при этом сравнительном измерении не играют роли, так как свойства подаваемого материала в отдельных подающих трубопроводах в один и тот же момент времени в основном являются одинаковыми.

Дальнейшие предпочтительные осуществления настоящего изобретения описаны в дополнительных пунктах формулы изобретения.

На фиг. 1 показано упрощенное схематическое изображение устройства; на фиг.2 место сужения подающего трубопровода.

На фиг. 1 показано сильно схематизированное и упрощенное изображение устройства для дозированного ввода угольной пыли в неизображенную в основном доменную печь 1, у которой обозначена лишь одна фурма 2 из нескольких распределенных по периметру доменной печи фурм, соответственно входящих в дутьевой канал 3. Вдуваемый в доменную печь 1 через фурменный прибор 2 измельченный и осушенный материал загружают в питающий бункер 4. Из питающего бункера 4 материал (например, угольная пыль) через ячейковый барабанный шлюз 5 попадает в шлюзовую емкость 6, которая после заполнения закрывается в сторону питающего бункера 4 с помощью клапана 7. Вслед за тем шлюзовую емкость 6 на ее нижнем конечном участке через трубопровод 8 заполняют от ресивера 9 шлюзовым газом до тех пор, пока не достигается рабочее давление расположенной ниже шлюзовой емкости 6, также выполненной в виде напорного резервуара дозирующей емкости 10, и находящаяся в шлюзовой емкости 6 угольная пыль после открытия клапанов 11 поступает в дозирующую емкость 10. После заполнения дозирующей емкости 10 клапаны 11 закрываются.

Газовый трубопровод 12, ведущий от ресивера 9 до трубопровода 8 для шлюзового газа, через присоединительное место трубопровода 8 направляется дальше и соединен с трубопроводом верхнего газа 13, который ведет к верхнему участку дозирующей емкости 10 и снабжен регулировочным клапаном 14.

На нижнем конце дозирующей емкости 10 расположено несколько открытых вверх внутрь дозирующей емкости 10 камер 15, количество которых максимально соответствует количеству загружаемых угольной пылью фурм 2 доменной печи 1. Каждая камера 15 в ее нижней зоне снабжена газопроницаемым дном 16. Под дном 16 в камеру 15 введен разводящий трубопровод газа-носителя 17, причем трубопроводы газа-носителя 17 через клапан 18 соединены с газовым трубопроводом 12.

Разводящий трубопровод 17 имеет сужение, на участке 19 сужается непосредственно перед вводом в фурменный прибор. Сужение выполнено в виде конической промежуточной части 20, 21, причем большее сечение расположено со стороны дозирующей емкости, а меньшее перед вводом в фурму 2 перед участком 21 разводящего трубопровода.

Длина подающего трубопровода составляет 100 200 м, а поперечное сечение уменьшается с 25 см до 6 мм.

Идущий от ресивера 9 газовый трубопровод 12 напpавляется далее через присоединительное место трубопроводов газа-носителя 17 с байпасным трубопроводом 22, через который в соответствующий подающий трубопровод 19 направляется вторичный газ. В каждом байпасном трубопроводе 22 расположен регулировочный клапан 23, с помощью которого регулируется подводимое к соответствующему подающему трубопроводу 19 количество вторичного газа.

Перед присоединительным местом 24 для байпасного трубопровода 22 расположено вверх по потоку в каждом подающем трубопроводе 19 емкостное измерительное устройство 25, с помощью которого определяется относительная величина подачи соответствующего подающего трубопровода 19. Измерительные устройства 25 передают измеренные ими величины на содержащее помимо прочего вычислительное устройство регулирующее устройство 26, с помощью которого устанавливается необходимое для заданного расхода газа положение клапана 23 в байпасных трубопроводах 22.

Дозирующая емкость 10 опирается на динамометры 27, с помощью которых непрерывно измеряется ее вес (вместе с содержанием), причем измеренные величины направляются на регулирующее устройство 28, которое помимо того находится в соединении с регулировочным клапаном 14 трубопровода верхнего газа 13.

В зависимости от свойств угольной пыли в отношении заданного ее расхода дозировочной емкости 10 через трубопровод верхнего газа 13 устанавливают необходимое рабочее давление, причем разностное давление между давлением в дозировочной емкости 10 и давлением, имеющимся в доменной печи 1, соответственно давлением, имеющимся на конце подающих трубопроводов 19, во время опорожнения дозировочной емкости 10 удерживают постоянным.

Фактический вес дозировочной емкости 10 (вместе с содержанием) постоянно сравнивается регулирующим устройством 28 с заданным весом дозировочной емкости 10, то есть, следовательно, с тем весом, который должна иметь дозировочная емкость через время, прошедшее с момента начала опорожнения с учетом заданной производительности выгрузки. Если при этом фактический вес дозировочной емкости 10 соответствует ее заданному весу, то это показывает, что в соответствующий временной интервал заданное количество выгрузки также действительно было выгружено и подано в доменную печь 1, так что рабочие условия не изменяются. Если напротив фактический вес дозировочной емкости 10 больше, чем ее заданный вес к соответствующему моменту времени, то это означает, что из дозировочной емкости 10 было выгружено слишком мало угольной пыли. В таком случае регулирующее устройство 28, удерживающее ранее постоянным давление, в дозировочной емкости 10 повышает его, при этом регулирующее устройство 28 соответственно воздействует на регулировочный клапан 14 трубопровода верхнего газа 13. Если, напротив, к моменту времени измерения фактический вес меньше заданного веса дозировочной емкости 10 и в соответствии с этим из дозировочной емкости было выгружено слишком много угольной пыли, то регулирующее устройство 28 вызывает понижение постоянного до этого давления в дозировочной емкости 10 и тем самым соответствующее уменьшение производительности выгрузки.

Таким образом, с помощью сравнительно простых, стабильных и надежных при эксплуатации средств обеспечивается заданный общий расход угольной пыли, вводимый в доменную печь 1 в рамках требуемой точности.

Для обеспечения равномерности подачи пыли через отдельные разводящие трубопроводы 19 импульс расхода пыли, определяемый измерительным устройством 25, передается на регулирующее устройство 26 и расход вторичного газа устанавливается посредством клапана 23, воздействующего на расход вторичного воздуха из байпаса 22. Если при этом устанавливается то, что измеренная величина подачи определенного подающего трубопровода 19 больше вычисленной средней величины и в соответствии с этим величина подачи с целью обеспечения равномерности должна быть уменьшена, то регулирующее устройство 26 воздействует на регулировочный клапан 23 соответствующего байпасного трубопровода 22 таким образом, что подводимое к соответствующему подающему трубопроводу 19 в присоединительном месте 24 количество вторичного газа уменьшается так, что происходит соответствующее разбавление двухкомпонентного потока и тем самым уменьшение производительности выгрузки твердого вещества (угольной пыли) соответствующего подающего трубопровода 19. Если, напротив, установленная в подающем трубопроводе 19 величина подачи меньше средней величины, то происходит обратный процесс, то есть подводимый к подающему трубопроводу 19 поток вторичного газа соответственно уменьшается.

Так как присоединительные места 24 байпасных трубопроводов 22 расположены рядом с местом сужения 21, то, следовательно, за счет падения давления во время подачи в подающем трубопроводе 19 к дозировочной емкости 10, а также за счет снижения поперечного сечения в сторону доменной печи 1 имеется существенное падение давления, так что можно обеспечивать в отдельных подающих трубопроводах 19 большой диапазон регулирования величиной порядка 1:3 1: 4.

Использование изобретения позволит с помощью сравнительно простых, стабильных и надежных в эксплуатации средств обеспечить в рамках требуемой точности как общий расход измельченных материалов, вводимых в печь, так и равномерность их подачи через разводящие трубопроводы в различные места ввода печи.

Использование: относится к металлургии, в частности для загрузки в доменную печь или вагранку измельченным пылеугольным топливом. Сущность: заключается в том, что поток пылевидного материала перед вводом его в печь подвергают дросселированию, осуществляя при этом регулирования величины подачи материала посредством ввода вторичного газа перпендикулярно потоку материала. Для этого разводящие трубопроводы перед вводом материала в печь выполнены с плавным сужением от 25 - 40 мм до 6 - 8 мм. Дополнительно устройство снабжено регулятором расхода вторичного газа, который соединен с байпасным трубопроводом и узлом измерения количества подаваемого по разводящему трубопроводу материала. 2 с. и 8 з. п. ф-лы, 2 ил.

Способ дозированного ввода мелкозернистых твердых веществ в промышленную печь, включающий их загрузку в дозирующую емкость, выдачу в разводящие трубопроводы под воздействием газа, подаваемого сверху в емкость над поверхностью заруженных материалов и в аэрирующие узлы в нижней ее части, и регулирование подачи материала путем вторичного газа в разводящие трубопроводы, отличающийся тем, что осуществляют непрерывное измерение веса дозирующей емкости, сравнивают с ее заданным весом и при превышении или уменьшении фактическим весом заданного увеличивают или уменьшают давление газа в дозирующей воронке, при этом поток взвеси твердого вещества в газе в разводяющих трубопроводах подвергают перед вводом в печь дросселированию, а вторичный газ подают в поток материала перед узлом дросселирования.