СПОСОБ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 2019 года по МПК C21B5/00 C21B7/16 F27B1/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу работы доменной печи, посредством которого увеличивают температуру горения путем подачи угольной пыли из фурмы доменной печи, тем самым, достигая повышения производительности и сокращения выбросов CO₂.

Уровень техники

В последние годы глобальное потепление из-за роста выбросов углекислого газа стало проблемой, и контроль выбросов CO₂ является важной задачей в сталелитейной промышленности. В результате в последнее время при функционировании доменных печей активно внедряют работу с низким соотношением восстановителя (сокращенно, с низким RAR, общее количество восстановителя подаваемого из фурмы, и кокса, загружаемого сверху печи, на производство тонны чушкового чугуна). Так как кокс, загружаемый сверху печи, и угольную пыль, подаваемую из фурмы, используют, в основном, в качестве восстановителя в доменной печи, чтобы достичь низкого соотношения восстановителя и, в конечном счете, контроля за выбросами углекислого газа, эффективной мерой будет заменить кокс или подобный материал на восстановитель, обладающий высоким содержанием водорода, такой как СПГ (сжиженный природный газ) и тяжелая нефть. В ПЛ 1, описанной ниже, форсунка, из которой топливо подают через фурму, выполнена в виде тройной трубки, угольную пыль подают из внутренней трубки тройной форсунки, СПГ подают из зазора между внутренней трубкой и промежуточной трубкой, кислород подают из зазора между промежуточной трубки и внешней трубки, и СПГ воспламеняют, так что температура угольной пыли увеличивается, и повышается эффективность сгорания угольной пыли. Кроме того, в ПЛ 2, описанной ниже, кислород подают из форсунки, состоящей из единственной трубки, расположенной в воздухопроводе (воздуходувной трубке), в центральную часть воздуха высокой температуры, проходящего в воздухопроводе, и температура кислорода повышается до нескольких сотен градусов Цельсия, и, более того, угольную пыль подают из трубки, устроенной так, чтобы проходить через фурму, и угольная пыль контактирует с горячим кислородом, имеющим температуру несколько сотен градусов Цельсия, так что температура угольной пыли повышается, и повышается эффективность сгорания угольной пыли.

Список источников

Патентная литература

ПЛ. 1. JP 2011-174171 A

ПЛ. 2. JP 2013-531732 A

Раскрытие изобретения

Техническая задача

Тем не менее, как описано в ПЛ 1, когда угольную пыль, СПГ и кислород подают из тройной форсунки, СПГ воспламеняется перед угольной пылью, так как СПГ является легковоспламеняющимся, как говорят, горючим, и при горении СПГ используют кислород, подаваемый из форсунки, так что контакт между кислородом и угольной пылью ухудшается, и эффективность сгорания может снизиться. Более того, так как внешний диаметр тройной форсунки большой, то тройную форсунку иногда нельзя вставить в имеющееся отверстие для вставки форсунки, и в таком случае внутренний диаметр отверстия для вставки форсунки необходимо увеличить. Более того, так как СПГ является легковоспламеняющимся и сгорает быстро, то когда СПГ быстро сжигают на конце форсунки, температура конца форсунки растет, и может возникнуть повреждение конца форсунки, вызванное износом, такое как трещина и эрозия. Если происходит такое повреждение конца форсунки, вызванное износом, то может возникнуть обратный ход пламени, закупорка форсунки и т.п. Кроме того, как описано в ПЛ 2, когда угольную пыль подают из конца фурмы, и угольная пыль контактирует с горячим кислородом, улучшается рост температуры угольной пыли, но угольную пыль подают в зону циркуляции быстро, и, таким образом, нет времени для сгорания угольной пыли в воздухопроводе и в фурме, и, в результате, можно не достичь увеличения эффективности сгорания угольной пыли.

Настоящее изобретение было сделано в виду описанных выше задач, и цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ работы доменной печи, с помощью которого повышают эффективность сгорания твердого топлива, такого как угольная пыль, тем самым, позволяя увеличить производительность и снизить выбросы CO₂.

Решение задачи

Чтобы решить вышеописанные задачи, в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения способ работы доменной печи включает в себя следующее: когда горячий воздух подают в доменную печь из воздухопровода через фурму, используют двойную трубку в качестве передней форсунки для подачи твердого топлива в воздухопровод; подают твердое топливо или газ, поддерживающий горение, из внутренней трубки передней форсунки или из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой, и подают соответственно газ, поддерживающий горение, или твердое топливо из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой или из внутренней трубки передней форсунки; располагают дальнюю форсунку ниже по потоку в направлении подачи горячего воздуха от подающего конца передней форсунки; и подают горючий газ из дальней форсунки.

Примеры твердого топлива в настоящем изобретении включают в себя угольную пыль.

Кроме того, газ, поддерживающий горение, в настоящем изобретении представляет собой газ, концентрация кислорода в котором составляет по меньшей мере 50% объема или больше.

Кроме того, горючий газ, используемый в настоящем изобретении, представляет собой газ, горючесть которого выше, чем у угольной пыли, и в дополнение к водороду, бытовому газу, СПГ и пропану, содержащему водород в качестве основного компонента, на сталелитейном заводе вырабатывают конвертерный газ, доменный газ, коксовый газ и т.п. Более того, также можно использовать сланцевый газ, эквивалентный СПГ. Сланцевый газ – это природный газ, получаемый из сланцевого пласта, и его называют природным газом нетипичного происхождения, потому что его добывают не в обычных газовых месторождениях. Горючий газ, такой как бытовой газ, воспламеняется/сгорает очень быстро, горючий газ с высоким содержанием водорода обладает высокой калорийностью сгорания, и, более того, горючий газ предпочтителен с точки зрения воздухопроницаемости и теплового баланса доменной печи, потому что не содержит шлак в отличие от угольной пыли.

Полезные эффекты изобретения

В способе работы доменной печи в соответствии с настоящим изобретением твердое топливо и газ, поддерживающий горение, подают из передней форсунки, выполненной в виде двойной трубки, а горючий газ подают из дальней форсунки, расположенной ниже по потоку в направлении подачи горячего воздуха, так что кислород, который используют для сжигания горючего газа, подают из передней форсунки, а твердое топливо, температуру которого повысили при сжигании горючего газа, сжигают вместе с подаваемым кислородом или кислородом в воздухе. Поэтому, повышается эффективность сгорания твердого топлива, и, соответственно, становится возможным эффективно повысить производительность и сократить выбросы CO₂.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан один вариант выполнения доменной печи, к которой применяют способ работы доменной печи в соответствии с настоящим изобретением, вид в продольном разрезе;

на фиг. 2 показаны углы расположения передней форсунки и дальней форсунки в воздухопроводе и в фурме, представленных на фиг. 1, вид в продольном сечении;

на фиг. 3 показаны положения передней форсунки и дальней форсунки в воздухопроводе и в фурме, представленных на фиг. 1, вид в поперечном сечении;

на фиг. 4 приведена схема работы передней форсунки и дальней форсунки, показанных на фиг. 2;

на фиг. 5 показана диаграмма молярной доли СПГ;

на фиг. 6 показана диаграмма молярной доли СПГ при изменении углового положения подачи горючего газа вдоль окружности воздухопровода;

на фиг. 7 показана схема направления подачи горючего газа, подаваемого через дальнюю форсунку относительно направления дутья;

на фиг. 8 показана схема направления подачи горючего газа, подаваемого через дальнюю форсунку относительно направления дутья;

на фиг. 9 показана схема направления подачи горючего газа, подаваемого через дальнюю форсунку относительно направления дутья;

на фиг. 10 показана диаграмма молярной доли СПГ при изменении положения подачи горючего газа относительно направления дутья;

на фиг. 11 показана диаграмма молярной доли СПГ при изменении расстояния дальней форсунки от передней форсунки; и

на фиг. 12 показана диаграмма молярной доли СПГ при изменении скорости подачи горючего газа из дальней форсунки.

Осуществление изобретения

Далее со ссылкой на чертежи будет описан один вариант осуществления способа работы доменной печи в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1 представлен общий вид доменной печи, к которой применяют способ работы доменной печи в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Как показано на чертеже, воздухопровод 2 для подачи горячего воздуха соединен с фурмой 3 доменной печи 1, а форсунка 4 устроена так, чтобы проникать в воздухопровод 2. В качестве горячего воздуха можно использовать воздух. Пространство для горения, называемое зоной 5 циркуляции, находится у слоя отложения кокса перед фурмой 3 в направлении подачи горячего воздуха, и сокращение железной руды, то есть, производство чушкового чугуна, в основном происходит в зоне горения. Хотя на чертеже в воздухопровод 2 с левой стороны чертежа вставлена только одна форсунка 4, как известно, форсунка 4 может быть вставлена в любой воздухопровод 2 и фурмы 3, расположенные по периметру стенки печи. Кроме того, число форсунок на каждую фурму не ограничено одной, и можно вставить две или более форсунки. Кроме того, в качестве форсунок можно применять форсунки из одной трубки, форсунки из двойной трубки, и наборы из нескольких форсунок. Однако вставить форсунку из тройной трубы в имеющееся отверстие воздухопровода 2 для вставки форсунки трудно. Более того, в последующем описании форсунку 4, которая проникает в воздухопровод 2, также называют передней форсункой.

Например, когда угольную пыль в качестве твердого топлива подают из форсунки 4, то угольная пыль проходит вместе с несущим газом, таким как N₂. Если из форсунки 4 подают только угольную пыль в качестве твердого топлива, то летучие вещества и связанный углерод угольной пыли, которые прошли через фурму 3 из форсунки 4, и были поданы в зону 5 циркуляции, сгорают вместе с коксом, и остается агрегат углерода и шлака, называемый полукоксом, и его выводят из зоны 5 циркуляции в виде несгоревшего полукокса. Так как несгоревший полукокс накапливается в печи, тем самым, ухудшая воздухопроницаемость в печи, то необходимо, чтобы в зоне 5 циркуляции угольная пыль сгорала как можно больше, то есть, необходимо увеличить сгораемость угольной пыли. Так как скорость горячего воздуха перед фурмой 3 в направлении подачи горячего воздуха составляет приблизительно 200 м/с, и область присутствия кислорода в зоне 5 циркуляции от конца форсунки 4 составляет приблизительно от 0,3 до 0,5 м, то необходимо увеличить температуру и повысить эффективность контакта (диффузионную способность) частиц угольной пыли с кислородом, фактически до уровня 1/1000 с.

Угольную пыль, которая была подана в зону 5 циркуляции из фурмы 3, сначала нагревают посредством конвекции от воздушного дутья, и, более того, температура частиц резко возрастает под действием передачи тепла излучением и кондуктивной передачи тепла от пламени в зоне 5 циркуляции, при этом тепловое разложение начинается с момента времени, когда температура выросла до 300°C или выше, воспламеняются летучие вещества, чтобы создать пламя, и температура горения достигает 1400-1700°C. Когда летучие вещества исчерпаны, угольная пыль становится вышеописанным полукоксом. Полукокс представляет собой, главным образом, связанный углерод, и, таким образом, вместе с реакцией окисления также возникает реакция, называемая реакцией растворения углерода. К этому моменту увеличение летучих веществ в порошкообразном угле, подаваемом в воздухопровод 2 из форсунки 4, упрощает воспламенение угольной пыли, рост величины сгорания летучих веществ повышает скорость роста температуры и максимальную температуру угольной пыли, а увеличение диффузионной способности и температуры угольной пыли увеличивает скорость реакции полукокса. Более конкретно, полагают, что когда летучее вещество расширяется, превращаясь в газ, угольная пыль рассеивается, летучее вещество воспламеняют, и угольную пыль быстро нагревают, а ее температура быстро растет от теплоты ее сгорания. В отличие от этого, например, СПГ в качестве горючего газа подают в воздухопровод 2 из форсунки 4 вместе с угольной пылью, при этом полагают, что СПГ контактирует с кислородом в воздухопроводе, СПГ воспламеняют, и угольная пыль быстро нагревается, и ее температура быстро возрастает от теплоты ее горения, тем самым, облегчая воспламенение угольной пыли.

В настоящем варианте осуществления в качестве твердого топлива используют угольную пыль, а в качестве газа, поддерживающего горение, используют кислород (чистый кислород). Кроме того, применяют форсунку в виде двойной трубы в качестве передней форсунки 4, при этом угольную пыль или кислород подают из внутренней трубы передней форсунки, выполненной в виде двойной трубы, а соответственно кислород или угольную пыль подают из зазора между внутренней трубой и внешней трубой. Что касается подачи из двойной трубы, угольную пыль могут подавать из внутренней трубы, а кислород могут подавать из зазора между внутренней трубой и внешней трубой, либо кислород могут подавать из внутренней трубы, а угольную пыль могут подавать из зазора между внутренней трубой и внешней трубой. Здесь, угольную пыль подают из внутренней трубы передней форсунки 4, выполненной в виде двойной трубы, а кислород подают из зазора между внутренней трубой и внешней трубой.

В настоящем варианте осуществления, как показано на фиг. 2, дальняя форсунка 6 расположена ниже по потоку в направлении подачи горячего воздуха относительно передней форсунки 4, и СПГ в качестве горючего газа подают из дальней форсунки 6. В частности, дальняя форсунка 6 расположена так, чтобы проникать в фурму 3. Центральное положение подающей конечной части вышеописанной передней форсунки 4 задано так, чтобы, например, находиться в 100 мм от конца фурмы 3 в направлении, противоположном направлению дутья, а расстояние от центрального положения подающей конечной части передней форсунки 4 до центрального положения проникающей в фурму дальней форсунки 6 задано равным, например, 80 мм. Кроме того, как показано на фиг. 2 и 3, передняя форсунка 4 в соответствии с настоящим вариантом осуществления расположена так, чтобы проходить через верхнюю часть воздухопровода 2 к центральной оси воздухопровода 2. В отличие от этого, как ясно показано на фиг. 3, дальняя форсунка 6 проходит в фурму 3 под углом θ от 160° до 200° вдоль окружности воздухопровода 2 от места, где расположена передняя форсунка 4. Другими словами, дальняя форсунка 6 расположена напротив передней форсунки 4. Следует отметить, что длина от центрального положения, на которую вставляют проникающую в фурму часть дальней форсунки 6, составляет 10 мм.

Здесь, плотность угольной пыли составляла 1400 кг/м³, в качестве несущего газа использовали N₂, и угольную пыль подавали в количестве 1100 кг/ч. Кроме того, кислород подавали в количестве 100 м³/ч (при нормальных условиях), а что касается условий подачи из воздухопровода 2, то температура дутья составляла 1200°C, объем дутья составлял 1200 м³/ч (при нормальных условиях), скорость подачи составила 150 м/с, и использовали воздух. Касательно условий подачи СПГ, объем дутья составлял 350 м³/ч (при нормальных условиях), а скорость потока – 146 м/с.

Основной поток угольной пыли (включая кислород и несущий газ), подаваемый из передней форсунки 4, проходит под действием дутья, как показано сплошной линией на фиг. 4. Однако частицы порошка, имеющие большую массу, то есть, обладающие большой инерцией, также присутствуют в угольной пыли, и такая угольная пыль, имеющая большую массу, проходит вперед в направлении дутья от основного потока угольной пыли, как показано пунктирной линией (пунктирной стрелкой) на фиг. 4. Чтобы обеспечить эффект роста температуры при сгорании СПГ для угольной пыли, находящейся вдали от основного потока угольной пыли, угол θ вдоль окружности воздуховода расположения дальней форсунки 6 относительно положения передней форсунки 4 был задан равным от 160° до 200°, так что дальняя форсунка 6 находилась напротив передней форсунки 4.

Чтобы доказать это, производилась оценка молярной доли СПГ вокруг угольной пыли при различном изменении угла вдоль окружности, под которым располагалась форсунка 6 относительно форсунки 4, и производили анализ текучей среды в зоне 5 циркуляции с использованием компьютера с применением программного обеспечения общего назначения для анализа текучей среды. Как показано на фиг. 2, место оценки молярной доли СПГ было задано на расстоянии 30 мм от центрального положения подающей концевой части передней форсунки 4 в направлении подачи горячего воздуха, т.е. место в зоне 5 циркуляции в 200 мм от концевой части фурмы 3 в направлении дутья. При анализе текучей среды с использованием компьютера, как показано на фиг. 5, была сгенерирована сетка для моделирования текучей среды, и молярную долю СПГ в газе ячейки, в котором имеются частицы угольной пыли, определяли как молярную долю СПГ, контактирующего с частицами угольной пыли. В качестве оценки брали среднее значение молярной доли СПГ в газе, контактирующем со всеми частицами угольной пыли в точке оценки на расстоянии 300 мм от центрального положения подающей концевой части передней форсунки 4 в направлении дутья.

На фиг. 6 показана молярная доля СПГ в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, при изменении угла вдоль окружности, под которым располагалась форсунка 6 относительно форсунки 4. При этом направление подачи СПГ, подаваемого из дальней форсунки 6, было установлено в сторону центра фурмы 3 (или воздухопровода 2) в радиальном направлении и перпендикулярно направлению подачи горячего воздуха (0° относительно направления подачи горячего воздуха, как описано ниже). Также следует отметить, что, в качестве сравнительного примера, на чертеже также показана кривая (прямая) для случая отсутствия подачи СПГ из дальней форсунки, когда воздух, к которому добавляют 350 м³/ч (при нормальных условиях) СПГ, выдувают, не подавая при этом СПГ из дальней форсунки, так что молярная доля СПГ в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, является постоянной. Как видно на чертеже, молярная доля СПГ в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, увеличивается, когда угол θ вдоль окружности воздуховода, под которым расположена дальняя форсунка 6 относительно передней форсунки 4, составляет от 160° до 200°, и становится максимальной, когда угол θ вдоль окружности воздуховода, под которым расположена дальняя форсунка 6 относительно передней форсунки 4, составляет 180°. Как описано выше, это означает, что дальняя форсунка 6 расположена так, чтобы находиться напротив передней форсунки 4, так что СПГ, подаваемый из дальней форсунки 6, в достаточной мере подают на поток угольной пыли, подаваемый из передней форсунки 4, включая угольную пыль, отклоняющуюся от основного потока, и считают, что в результате улучшается воспламеняемость угольной пыли в зоне 5 циркуляции.

Кроме того, считают, что направление подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно направления дутья также влияет на молярную долю СПГ в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, т.е. на воспламеняемость угольной пыли в зоне 5 циркуляции. Например, если направление подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха, которое перпендикулярно направлению подачи горячего воздуха, обозначить через 0°, а направления подачи СПГ (угол γ на фиг. 2), направленные по потоку и против потока подачи горячего воздуха, считать положительным и отрицательным соответственно, то если направление подачи СПГ относительно направления подачи горячего воздуха отрицательное, то есть, направлено против потока, как показано на фиг. 7, то СПГ сносит потоком горячего воздуха, и он может не достичь потока угольной пыли, подаваемого из передней форсунки 4. Кроме того, также если направление подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха является положительным, то есть, в направлении по потоку, как показано на фиг. 8, то СПГ сносит потоком горячего воздуха, и он может не достичь потока угольной пыли, подаваемого из передней форсунки 4. Поэтому, если направление подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха равно 0°, то есть перпендикулярно направлению подачи горячего воздуха или близко к перпендикулярному, как показано на фиг. 9, то СПГ может достичь потока угольной пыли, подаваемого из передней форсунки 4 в поток горячего воздуха. Поэтому, полагают, что направление подачи СПГ относительно направления подачи горячего воздуха может слегка отклоняться в положительном или отрицательном направлении от перпендикуляра к направлению дутья, взятого в качестве центра.

Чтобы доказать это, производилась оценка молярной доли СПГ вокруг угольной пыли при различном изменении направления подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха, и, так же как в вышеприведенном случае, производили анализ текучей среды в зоне 5 циркуляции с использованием компьютера с применением программного обеспечения общего назначения для анализа текучей среды. Аналогично, место оценки молярной доли СПГ было задано на расстоянии 30 мм от центрального положения подающей концевой части передней форсунки 4 в направлении подачи горячего воздуха, т.е. место в зоне 5 циркуляции в 200 мм от концевой части фурмы 3 в направлении дутья. Кроме того, также при анализе текучей среды с использованием компьютера, также как и выше, молярную долю СПГ в газе ячейки, в котором присутствуют частицы угольной пыли, определяли как молярную долю СПГ, контактирующего с частицами угольной пыли, и выполняли оценку средним значением молярной доли СПГ в газе, контактирующем со всеми частицами угольной пыли в точке оценки, находящейся на расстоянии 300 мм от центрального положения подающей концевой части передней форсунки 4 в направлении дутья.

На фиг. 10 показана молярная доля СПГ в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, при изменении направления подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха. При этом угол вдоль окружности воздуховода, под которым располагалась дальняя форсунка 6 относительно передней форсунки 4, составлял 180°, то есть, передняя форсунка 4 и дальняя форсунка 6 расположены так, что находились друг напротив друга. Кроме того, СПГ из дальней форсунки 6 подавали в сторону центра фурмы 3 (или воздухопровода 2) в радиальном направлении. Также следует отметить, что, в качестве сравнительного примера, на чертеже для случая отсутствия подачи СПГ из дальней форсунки также показана кривая (прямая), когда воздух, к которому добавляют 350 м³/ч (при нормальных условиях) СПГ, выдувают, не подавая при этом СПГ из дальней форсунки, так что молярная доля СПГ в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, является постоянной. Как ясно видно на чертеже, молярная доля СПГ для частиц угольной пыли увеличивается в диапазоне от -30° на отрицательной стороне, т.е. в направлении дутья, до 45° на положительной стороне, т.е. в направлении против дутья, с точки зрения направления подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха, и становится максимальной, когда направление подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха перпендикулярно направлению дутья, т.е. 0°. Как описано выше, это означает, что направление подачи СПГ задают таким, чтобы это направление было перпендикулярно направлению подачи горячего воздуха или близко к перпендикулярному, так чтобы СПГ, подаваемый из дальней форсунки 6 в достаточной мере попадал на поток угольной пыли, подаваемый из передней форсунки 4, и при этом считают, что в результате улучшается воспламеняемость угольной пыли в зоне 5 циркуляции.

Далее, чтобы подтвердить смешиваемость потока угольной пыли и потока СПГ, которую рассматривали на фиг. 4, оценивали молярную долю СПГ вокруг угольной пыли при различных изменениях расстояния от дальней форсунки 6 до передней форсунки 4, и, аналогично вышеописанному, выполняли анализ текучей среды в зоне 5 циркуляции с помощью компьютера с использованием программного обеспечения общего назначения для анализа текучей среды. Оценку молярной доли СПГ выполняли так же, как и выше, угол вдоль окружности воздуховода, под которым расположена дальняя форсунка 6 относительно передней форсунки 4, составляет 180°, направление подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха перпендикулярно направлению дутья, т.е. 0°, а остальные условия такие же, как были выше. На фиг. 11 показан результат тестирования. На чертеже в качестве сравнительного примера, для случая отсутствия подачи СПГ из дальней форсунки также показана кривая (прямая), когда воздух, к которому добавляют 350 м⁵/ч (при нормальных условиях) СПГ, выдувают, не подавая при этом СПГ из дальней форсунки, так что молярная доля СПГ в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, является постоянной. Как ясно видно на чертеже, если расстояние от дальней форсунки 6 до передней форсунки 4 составляет 27 мм или больше, то молярная доля СПГ, когда СПГ подают из дальней форсунки 6, превосходит молярную долю СПГ, когда СПГ не подают из дальней форсунки 6, и молярная доля СПГ линейно возрастает по мере увеличения расстояния. Полагают, что это происходит из-за того, что поток угольной пыли из передней форсунки 4 и поток СПГ из дальней форсунки 6 были смешаны при удерживании дальней форсунки 6 на некотором расстоянии от передней форсунки 4. Однако при работе, когда расстояние от дальней форсунки 6 до передней форсунки 4 превосходит 80 мм, возникают проблемы, например, дальняя форсунка 6 становится ближе к фурме, вызывая эрозию, и давление в воздухопроводе 2 возрастает, так как угольная пыль воспламеняется до достижения местоположения дальней форсунки 6, тем самым, становится невозможным подавать СПГ из дальней форсунки 6. Таким образом, расстояние от дальней форсунки 6 до передней форсунки 4 предпочтительно составляет от 27 мм до 80 мм, а оптимальное значение равно 80 мм.

Аналогично, производилась оценка молярной доли СПГ вокруг угольной пыли при различном изменении скорости подачи горючего газа из дальней форсунки 6, и, так же как в вышеприведенном случае, производили анализ текучей среды в зоне 5 циркуляции с использованием компьютера с применением программного обеспечения общего назначения для анализа текучей среды. Оценку молярной доли СПГ выполняли так же, как и выше, угол вдоль окружности воздуховода, под которым расположена дальняя форсунка 6 относительно передней форсунки 4, составляет 180°, направление подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха перпендикулярно направлению дутья, т.е. 0°, а остальные условия такие же, как были выше. На фиг. 12 показан результат тестирования. На чертеже в качестве сравнительного примера, для случая отсутствия подачи СПГ из дальней форсунки также показана кривая (прямая), когда воздух, к которому добавляют 350 м³/ч (при нормальных условиях) СПГ, выдувают, не подавая при этом СПГ из дальней форсунки, так что молярная доля СПГ в газе, контактирующем с частицами угольной пыли, является постоянной. Как ясно видно на чертеже, если скорость подачи горючего газа из дальней форсунки 6 составляет 50 м/с или больше, то молярная доля СПГ, когда СПГ подают из дальней форсунки 6, превосходит молярную долю СПГ, когда СПГ не подают из дальней форсунки 6, и молярная доля СПГ линейно возрастает по мере увеличения скорости подачи горючего газа, и происходит насыщение при скорости подачи горючего газа, равной 146 м/с. Полагают, что это происходит из-за того, что поток угольной пыли из передней форсунки 4 и поток СПГ из дальней форсунки 6 были смешаны вблизи от центра воздухопровода при до некоторой степени высокой скорости подачи горючего газа из дальней форсунки 6. Тем не менее, если скорость подачи горючего газа из дальней форсунки 6 становится большой, то потери давления, рост издержек и т.п. нежелательны при работе, и, таким образом, предпочтительно, чтобы скорость подачи горючего газа из дальней форсунки 6 составляла от 60 м/с до 146 м/с, а оптимальное значение равно 146 м/с.

Поэтому, при выполнении этих условий угольная пыль контактирует с кислородом на конце форсунки, так что до некоторой степени происходит горение, более того, угольная пыль контактирует с СПГ, подаваемым из дальней форсунки 6, так что рост температуры угольной пыли становится быстрым, и можно повысить воспламеняемость угольной пыли. Кроме того, быстрое горение угольной пыли на конце форсунки является контролируемым, и, таким образом, можно предотвратить растрескивание и эрозию конца форсунки из-за воздействия теплоты.

Чтобы подтвердить эффект способа работы доменной печи, в доменной печи, имеющей 38 фурм, внутренний объем которой равен 5000 м³, осуществляли работу в течение трех дней двумя способами, когда осуществляли подачу СПГ из дальней форсунки 6, и когда дальнюю форсунку 6 не использовали (СПГ добавляли в подаваемый воздух), соответственно, и эффект был подтвержден путем записи изменений среднего расхода кокса (кг на тонну горячего металла), при следующих условиях: требуемый объем производства горячего металла равен 11500 т в день, соотношение угольной пыли составило 150 кг на тонну горячего металла, расстояние от дальней форсунки 6 до передней форсунки 4 составило 80 мм, а скорость подачи горючего газа из дальней форсунки 6 равна 146 м/с, и были заданы вышеописанные условия дутья, условия подачи угольной пыли, условия подачи кислорода. Следует отметить, что направление подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно направления подачи горячего воздуха было перпендикулярным направлению подачи горячего воздуха, а угол вдоль окружности воздуховода, под которым расположена дальняя форсунка 6 относительно передней форсунки 4, был равен 180°. В результате, расход кокса, когда дальнюю форсунку не использовали, составил 370 кг на тонну горячего металла, в то время как расход кокса, когда СПГ подавали из дальней форсунки 6, составил 368 кг на тонну горячего металла. Соответственно, при подаче СПГ из дальней форсунки 6 повысилась эффективность сгорания угольной пыли, а расход кокса можно сократить. Кроме того, было подтверждено, что не было повреждений концевой части передней форсунки 4, выполненной в виде двойной трубы, вызванных износом, таких как растрескивание и эрозия.

Как было описано, в способе работы доменной печи в соответствии с настоящим вариантом осуществления угольную пыль в качестве твердого топлива и кислород в качестве газа, поддерживающего горение, подают из передней форсунки 4, выполненной в виде двойной трубки, а СПГ в качестве горючего газа подают из дальней форсунки 6, расположенной ниже по потоку в направлении подачи горячего воздуха, так что кислород, который используют для сжигания СПГ, подают из передней форсунки 4, а угольную пыль, температуру которой повысили при сжигании СПГ, сжигают вместе с подаваемым кислородом или кислородом в воздухе. Поэтому, повышается эффективность сгорания угольной пыли, и, соответственно, становится возможным эффективно повысить производительность и сократить выбросы CO₂.

Кроме того, если направление, перпендикулярное направлению подачи горячего воздуха, обозначить через 0°, а направление по потоку и направление против потока подачи горячего воздуха считать положительным и отрицательным соответственно, то направление подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно направления дутья равно от -30° до +45°. Соответственно, эффективность сгорания угольной пыли без сомнений повышается.

Кроме того, положение подачи СПГ из дальней форсунки 6 относительно положения, в котором передняя форсунка 4 вставлена в воздухопровод 2, составляет от 160° до 200° с точки зрения угла вдоль окружности воздухопровода. Соответственно, эффективность сгорания угольной пыли без сомнений повышается.

Кроме того, расстояние от дальней форсунки до передней форсунки, задают равным от 27 мм до 80 мм, так что эффективность сгорания угольной пыли без сомнений повышается.

Кроме того, скорость подачи горючего газа из дальней форсунки задают равным от 50 м/с до 146 м/с, так что эффективность сгорания угольной пыли без сомнений повышается.

Цифровые обозначения ссылочных позиций

1. доменная печь

2. воздухопровод

3. фурма

4. передняя форсунка

5. зона циркуляции

6. дальняя форсунка

Изобретение относится к металлургии, а именно к доменному производству. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива, газа, поддерживающего горение, и горючего газа через фурмы, включает несколько этапов, на которых применяют двойную трубу в качестве передней форсунки для подачи твердого топлива в воздухопровод, подают твердое топливо или газ, поддерживающий горение, из внутренней трубки первой форсунки или из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой, и подают соответственно газ, поддерживающий горение, или твердое топливо из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой или из внутренней трубки передней форсунки. При этом располагают дальнюю форсунку ниже по потоку в направлении подачи горячего воздуха от подающего конца передней форсунки и подают горючий газ из дальней форсунки, в котором скорость подачи горючего газа из дальней форсунки составляет от 50 до 146 м/с. Повышается эффективность сгорания твердого топлива, такого как угольная пыль, увеличивается производительность и сокращаются выбросы CO₂. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива, газа, поддерживающего горение, и горючего газа через фурмы, при этом способ включает в себя следующие этапы, на которых:

применяют двойную трубу в качестве передней форсунки для подачи твердого топлива в воздухопровод;

подают твердое топливо или газ, поддерживающий горение, из внутренней трубки первой форсунки или из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой, и подают соответственно газ, поддерживающий горение, или твердое топливо из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой или из внутренней трубки передней форсунки;

располагают дальнюю форсунку ниже по потоку в направлении подачи горячего воздуха от подающего конца передней форсунки; и

подают горючий газ из дальней форсунки, в котором

скорость подачи горючего газа из дальней форсунки составляет от 50 м/с до 146 м/с.

2. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива, газа, поддерживающего горение, и горючего газа через фурмы по п. 1, в котором, если направление, перпендикулярное направлению подачи горячего воздуха, обозначить через 0°, а направление по потоку и направление против потока подачи горячего воздуха считать положительным и отрицательным соответственно, то направление подачи горючего газа из дальней форсунки относительно направления дутья составляет от -30° до +45°.

3. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива, газа, поддерживающего горение, и горючего газа через фурмы по п. 1 или 2, в котором угол вдоль окружности воздухопровода положения подачи горючего газа из дальней форсунки относительно положения, в котором передняя форсунка вставлена в воздухопровод, составляет от 160° до 200°.

4. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива, газа, поддерживающего горение, и горючего газа через фурмы по п. 1 или 2, в котором расстояние от дальней форсунки до передней форсунки составляет от 27 мм до 80 мм.

5. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива, газа, поддерживающего горение, и горючего газа через фурмы по п. 3, в котором расстояние от дальней форсунки до передней форсунки составляет от 27 мм до 80 мм.