КОКСОГАЗОВАЯ ВАГРАНКА Российский патент 1998 года по МПК F27B1/08 

Изобретение относится к конструкциям вагранок для плавки и перегрева расплава, в частности для получения расплава из минерального сырья, в производстве теплоизоляционных минераловатных изделий.

Известна коксогазовая вагранка чугунолитейного производства, содержащая шахту, воздушные фурмы и газовые горелки с горелочными туннелями [1].

В данной коксогазовой вагранке газовые горелки с горелочными туннелями расположены выше воздушных фурм на расстоянии 600-900 мм. Данная конструкция коксогазовой вагранки позволяет производить плавку расплава, в основном чугуна.

Однако введение продуктов горения природного газа в верхние слои холостой колоши из кокса приводит к бурному развитию реакции восстановления СО₂ и Н₂О углеродом кокса, так как в данной области уже нет свободного кислорода. Эти реакции идут с большим расходом тепла, что приводит к снижению температуры продуктов сгорания и к увеличению расхода технологического топлива (в данном случае кокса) для плавления и перегрева расплава.

При таком расположении воздушных фурм и газовых горелок с горелочными туннелями примерно половина природного газа, сжигаемого в газовых горелках, удаляется из коксогазовой вагранки в виде СО и Н₂.

При этом в выбросах из вагранки будет содержаться 16-20% CO и 3% Н₂.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой конструкции является коксогазовая вагранка, содержащая следующие общие признаки с предлагаемым решением: шахту летку для выпуска расплава и расположенные в одной горизонтальной плоскости воздушные фурмы и газовые горелки с горелочными туннелями [2].

Данная конструкция позволяет ограничить возможность протекания эндотермической реакции продуктов сгорания с раскаленным коксом холостой колоши.

Однако расположение воздушных фурм и газовых горелок в зоне выдачи расплава, то есть непосредственно над леткой для выпуска расплава из шахты вагранки минераловатного производства не дает равномерного истечения струи из летки. Струя беспрерывно пульсирует и происходят выплески расплава, что приводит к сбою процесса получения волокон минеральной ваты при переработке расплава.

В минераловатном производстве струя расплава, вытекающая из летки вагранки, должна точно попадать на валок волокнообразующей установки - центрифуги.

При нестабильной выдаче и пульсации струи расплава этого не происходит, что приводит к увеличению количества расплава, попадающего в отходы, а также к увеличению содержания неволокнистых включений в минеральной вате, т. е. к снижению качества ваты, ухудшению ее теплотехнических свойств.

Это происходит из-за воздействия динамического напора струй воздуха и факелов горения природного газа, истекающих с большой скоростью из воздушных фурм и горелочных туннелей газовых горелок, расположенных в зоне выдачи расплава непосредственно над леткой, на вытекающий расплав.

Неопределенность соотношений суммарной площади сечения воздушных фурм в данной конструкции приводит или к нестабильному и неполному горению природного газа, что ведет к увеличению СО и Н₂ в продуктах сгорания вагранки, или к периферийному ходу продуктов сгорания природного газа, выходящих из горелочных туннелей ("пристенный эффект"), при этом происходит снижение температуры в шахте, так как значительная часть тепла от продуктов сгорания в данном случае теряется через стенки шахты, не имеющей футеровки и постоянно охлаждаемой водой. Поэтому для стабилизации процесса и получения расплава с заданной температурой необходим повышенный расход технологического топлива. Т. е. данная конструкция не позволяет рационально и полно сжигать технологическое топливо, что приводит к его повышенному расходу, а также к ухудшению экологической обстановки.

Неопределенность углов наклона воздушных фурм и газовых горелок с горелочными туннелями в данной конструкции может привести к недостаточному перегреву расплава, особенно при переплавке тугоплавких горных пород минерального сырья. Так, при одинаковом угле наклона к горизонтальной плоскости воздушных фурм и газовых горелок, происходит неинтенсивное ("вялое") горение кокса в горне вагранки. В связи с тем, что воздух, попадающий из воздушных фурм в горн вагранки, разбавляется продуктами сгорания, истекающих под таким же углом атаки из горелочных туннелей, происходит снижение концентрации кислорода в смеси, а значит и неинтенсивное горение кокса в горне вагранки. Температура в этой зоне резко падает, что ведет к охлаждению расплава, протекающего через горн к летке для его выдачи на дальнейшую переработку.

Целью изобретения является обеспечение равномерного истечения струи расплава из выпускной летки со стабильным дебитом и без пульсаций и, в связи с этим, полное исключение сбоя технологического процесса получения волокон минеральной ваты при переработке струи расплава, повышение температуры расплава, позволяющей получать высококачественную экологически чистую минеральную вату из тугоплавких горных пород минерального сырья, а также обеспечение более полного горения технологического топлива в коксогазовой вагранке, снижение его расхода и снижение вредных выбросов СО из вагранки.

Цель достигается тем, что в коксогазовой вагранке, содержащей шахту, летку для выпуска расплава и расположенные в чередующемся порядке воздушные фурмы и газовые горелки с горелочными туннелями, воздушные фурмы и газовые горелки с горелочными туннелями установлены в шахте вагранки с противоположной стороны летки для выпуска расплав на участке 0,6-0,75 периметра шахты, причем суммарная площадь сечения горелочных туннелей составляет 1,2-2,0 суммарной площади сечения воздушных фурм, а угол наклона оси газовых горелок с горелочными туннелями к горизонтальной плоскости равен 0,5-0,2 угла наклона оси воздушных фурм к той же плоскости.

Расположение воздушных фурм и газовых горелок с горелочными туннелями с противоположной стороны летки для выпуска расплава на участке 0,6-0,75 периметра шахты позволяет исключить воздействие динамического напора струй воздуха и факелов горения природного газа на расплав, истекающей из летки на перерабатывающее устройство, при этом обеспечивается равномерное истечение струи расплава со стабильным дебитом и без пульсаций.

При увеличении участка расположения воздушных фурм и газовых горелок с горелочными туннелями на шахте вагранки с противоположной стороны летки для выпуска расплава более чем 0,75 ее периметра струи воздуха и факелов горения природного газа, истекающих с большой скоростью из ближних к летке воздушных фурм и газовых горелок, достигают ее пределов и из-за своего высокого динамического напора, подхватывают расплав, выплескивают его из летки, что приводит к неравномерности истечения струи, ее беспрерывной пульсации. Результат этого - снижение качества минеральной ваты, увеличение потерь расплава.

При уменьшении участка расположения воздушных фурм и газовых горелок с горелочными туннелями на шахте вагранки с противоположной стороны легки для выпуска расплава менее чем 0,6 ее периметра происходит одностороннее плавление шихты и не обеспечивается равномерное распределение температуры в объеме холостой колоши, что ведет к снижению производительности вагранки и снижению температуры расплава.

Соотношение суммарной площади сечения горелочных туннелей к суммарной площади сечения воздушных фурм в пределах 1,2-2,0 позволяет наиболее полно производить совместное сжигание природного газа и кокса в коксогазовой вагранке. Такое соотношение дает наиболее высокую температуру продуктов сгорания, а значит и достаточный прогрев расплава при заданной производительности коксогазовой вагранки. Обеспечение полного сжигания природного газа при таком соотношении значительно снижает образование СО и Н₂ в продуктах сгорания и они содержат в основном СО₂ и Н₂О. Следует отметить, что скорость сгорания кокса в присутствии СО₂ и Н₂О ниже, чем в присутствии только воздуха, поэтому кислородная зона в холостой коксовой колоше будет более растянута, что значительно снижает скорость эндотермических реакций восстановления СО₂ и Н₂О углеродом кокса холостой колоши выше воздушных фурм. Это позволяет снизить: содержание СО₂ в выбросах из вагранки в 8-10 раз; расхода сжигаемого газа на 10-15%; кокса на 20-30%. При уменьшении соотношения суммарной площади сечения горелочных туннелей к суммарной площади сечения воздушных фурм менее 1,2 резко возрастает скорость продуктов сгорания, имеющих высокую температуру, в горелочных туннелях, при этом значительно возрастает сопротивление проникновения продуктов сгорания, выходящих из горелочных туннелей, в холостую колошу. Продукты сгорания, отражаясь от холостой колоши, проходят вдоль холодных стен ватержакета вагранки, не проникая внутрь холостой колоши ("пристенный эффект"). При этом резко снижается температура продуктов сгорания, так как значительная часть тепла от продуктов сгорания теряется через стенки водоохлаждаемой шахты, не имеющей футеровки. В связи с этим для стабилизации процесса плавки необходим повышенный расход технологического топлива.

При увеличении соотношения суммарной площади сечения воздушных фурм более 2,0 происходит недопустимое снижение скорости продуктов сгорания в горелочных туннелях, горение ухудшается, факел сильно растягивается, что также приводит к снижению температуры продуктов сгорания и даже к дестабилизации горения природного газа, при этом происходит резкое повышение содержания СО в продуктах сгорания.

Выполнение угла наклона оси газовых горелок с горелочными туннелями к горизонтальной плоскости в пределах 0,5-0,2 угла наклона оси воздушных фурм к той же плоскости позволяет вдувать чистый воздух из воздушных фурм в горн вагранки, то есть без примеси продуктов сгорания природного газа. Это позволяет интенсивно сжигать кокс в горне вагранки и значительно повысить температуру в данной части шахты коксогазовой вагранки, при этом температура расплава, выходящего из вагранки, достигает 1500-1560^oС, что на 150-200^oС больше, чем на коксовых вагранках.

На фиг. 1 показана предлагаемая коксогазовая вагранка в продольном разрезе; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - продольный разрез летки для выпуска расплава из шахты.

Коксогазовая вагранка содержит водоохлаждаемую шахту 1, летку для выпуска расплава 2, воздушные фурмы 3 и газовые горелки 4 с горелочными туннелями 5. Воздушные фурмы 3 и газовые горелки 4 расположены на одном уровне и смонтированы в шахту вагранки с противоположной стороны летки для выпуска на участке 0,6-0,75 периметра шахты. Причем размеры горелочных туннелей 5 газовых горелок 4 выполнены таким образом, что их суммарная площадь сечения должна быть равна 1,2-2,0 суммарной площади сечения воздушных фурм, а угол наклона оси газовых горелок с горелочными туннелями к горизонтальной поверхности находится в пределах 0,5-0,2 угла наклона оси воздушных фурм к той же поверхности.

Коксогазовая вагранка работает следующим образом. В шахту 1 загружается холостая коксовая колоша. Кокс разжигается, а затем постоянно сжигается, при постоянной подачей воздуха в воздушные фурмы, при этом уровень холостой колоши в процессе плавки поддерживается постоянным с помощью рабочих коксовых колош, периодически загружаемых в шахту.

После розжига кокса в газовые горелки 4 подается воздух и природный газ, который сжигается в горелочных туннелях 5. Затем в шахту 1 загружается шихта, состоящая из минерального сырья, которая подогревается, плавится и перегревается, проходя через слой раскаленной холостой колоши. Готовый расплав непрерывно выпускается через летку 2.

Данная конструкция коксогазовой вагранки обеспечивает равномерное истечение струи расплава из летки для его выпуска со стабильным дебитом и без пульсаций с температурой 1500-1560^oС, что исключает сбой технологического процесса получения волокон минваты при распылении струи расплава и позволяет получать высококачественную экологически чистую минвату из тугоплавких горных пород например, базальта). При этом обеспечивается снижение расхода природного газа на 10-15%, расхода кокса на 20-30% и содержания СО в выбросах из коксогазовой вагранки в 8-10 раз.

Использование: в промышленности строительных материалов, область применения - получение расплава, в частности из минерального сырья, в производстве минераловатных теплоизоляционных изделий. Сущность изобретения: воздушные фурмы и газовые горелки с горелочными туннелями, расположенные в чередующемся порядке в шахте коксогазовой вагранки, установлены в шахте с противоположной стороны летки для выпуска расплава на участке 0,6 - 0,75 периметра шахты, причем суммарная площадь сечения горелочных туннелей составляет 1,2 - 2,0 суммарной площади сечения воздушных фурм, а угол наклона оси газовых горелок с горелочными туннелями к горизонтальной плоскости равен 0,5 - 0,2 угла наклона оси воздушных фурм к той же плоскости. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Коксогазовая вагранка, содержащая шахту, летку для выпуска расплава и расположенные в чередующемся порядке воздушные фурмы и газовые горелки с горелочными туннелями, отличающаяся тем, что воздушные фурмы и газовые горелки с горелочными туннелями установлены в шахте вагранки с противоположной стороны летки для выпуска расплава на участке 0,6 - 0,75 периметра шахты. 2. Вагранка по п.1, отличающаяся тем, что суммарная площадь сечения горелочных туннелей составляет 1,2 - 2,0 суммарной площади сечения воздушных фурм. 3. Вагранка по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона оси газовых горелок с горелочными туннелями к горизонтальной плоскости равен 0,5 - 0,2 угла наклона оси воздушных фурм к той же поверхности.