Способ отвода конвертерного газа и газоотводящий тракт конвертера Советский патент 1986 года по МПК C21C5/38 

to

15

20

25

1242527

Изобретение относится к черной еталлургии, а именно к кислородно- онвертерному производству cTajiH, и ожет быть использовано для утилизаии энергии конвертерного газа.

Цель изобретения - повышение стеени утилизации энергии конвертерного аза.

Дожигание конвертерного газа подоретым воздухом необходимо для достиения температуры продуктов сгорания 2500-3000 С, при которой достаточно нтенсивно идет их термическая ионизация , Так, при дожигании холодным оздухом температура продуктов сгораия с учетом физического тепла конертерного газа состаЪляет немногим более 2000 С, а при дожигании воздуом, нагретым до 1000-1200 С, темпеатура продуктов сгорания после дожигания с учетом расхода тепла на ионизацию составляет около .

Компремирование воздуха, подаваемого на дожигание, способствует повыению энергетического потенциала проуктов сгорания за счет создания их збыточного давления, что в дальнейем при квазиадиабатном истечении приводит к достижению скоростей вижения ионизированного потока в несколько сот метров в секунду, при которых воздействие на поток электромагнитного поля вызывает генера1щю электрического тока.

Непрерывная подача в зону горения пьтевидной ионизирующей добавки при- водит к повышению степени ионизации высокотемпературных продуктов сгорания, что делает их достаточно высоко- электропров одными с удельной проводимостью около 0,1 . В качестве ионизирующей добавки целесообразно применять сравнительно недорогие легкоионизируемые соединения щелочных металлов (К, Na и др.), например карбонат калия .

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 55 наиболее высокая температура при отводе газа, обеспечивает ускоренное термическое диспергирование добавки,

30

3:5

40

45

50

кот ио

тым пре ле чив выс пот пра эл ис вн

ко ,доп ме зва ади дви ния зу в ск с и пр дв .эл от ной дв ра эл в мо ко пр де ск ис

ис сг ме ма ко ри

тр пр се

вы ди хо ку те ох те хо

5

0

5

5

0

:5

0

5

0

которое также способствует ускорению ионизации потока.

Таким образом, дожигание подогретым и компремированным воздухом с непрерывной подачей в зону горения пылевидной ионизирующей добавки обеспечивает на выходе из камеры сгорания высокотемпературный ионизационный поток продуктов сгорания, который практически является проводником электрического тока. Последующее истечение продуктов сгорания без внешнего подвода или отвода тепла,

которое с учетом реальных условий, ,допускающих незначительный теплообмен с окружающей средой, можно назвать квазиадиабатным (т.е. почти адиабатным), приводит к ускорению движения потока за счет преобразования его тепловой энергии, характеризуемой температурой и давлением, в кинетическую энергию, определяемую скоростью потока. Одновременное с истечением воздействие на электропроводный поток продуктов сгорания, движ:/щийся с большой скоростью, .электромагнитного поля приводит в соответствии с явлением электромагнитной индукции к возникновению электродвижущей сипы в объеме продуктов сгорания, которая при наличии замкнутой электрической цепи обуславливает в потоке электрический ток. Причем мощность вырабатываемого электрического тока пропорциональна электропроводности продуктов сгорания, определяемой степенью их ионизации, и скорости потока,, зависящей от его исходного энергетического потенциала.

Таким образом, квазиадиабатное истечение электропроводных продуктов сгорания, сопровождающееся одновременным воздействием на поток электромагнитного поля, приводит при отводе конвертерного газа к генерации электрического тока.

На фиг. 1 изображен газоотводящий тракт конвертера для осуществления предлагаемого способаj на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Газоотводящий тракт конвертера выполнен в виде последовательно соединенных между собой участками газохода уловителя 1, охладителя-теплоак- кумулятора 2, газоочистки 3, нагнетателя 4 и дымовой трубы 5. Со стороны охладителя-теп-лоаккумулятора 2 уловитель 1 сопряжен с участком 6 газохода, который вместе с установленными в его полости фурмами 7 для подвода окислителя образует камеру 8 сгорания .

Снаружи вдоль участка 9 газохода между камерой 8 сгорания и охладите- лем-теплоаккумулятором симметрично продольной оси 00 участка размещены северный 10 и южный 11 полюса элект- ромагнита. 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 DE симметрии поперечного сечения участка 9 газохода.

Электроды, анод 12 и, катод 13-, присоединеЕ1ы 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 из 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, ас участком 20 газоотводящего тракта, расположенным со стороны газоочистки 3, с помощью перекидного клапана 21.

Охладитель-теплоаккумулятор 2 оборудован воздушным компрессором 22 нагнетательный патрубок 23 которого связан через общий воздухопровод 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 воздуховодов 31 и 32 через общий воздухопровод 33 с коллектором 34 фурм 7 для подвода окислителя в камеру 8 сгорания. Воздуховоды 25, 26, 31 и 32 оборудованы соответственно отсечными клапанами 35 - 38, а общий

425274

воздуховод 33 - патрубком 39 с отсеч- шм клапаном 40, которые служат для подачи в камеру сгорания пылевидной ионизирующей добавки. Патрубок 39 рас5 положен на конечном участке воздуховода 33 перед коллектором 34, на расстоянии, обеспечивающем равномерное распределение порошка добавки в потоке воздуха, подаваемого в камеру его10 рания.

Участок 41 газохода, расположенный между газоочисткой 3: и нагнетателем 4, сообщен с атмосферой через патрубок 42, оборудованный отсечным

)5 клапаном 43. .

В зазоре между торцами уловителя 1 и конвертером 44 размещено уплот- нительное устройство 45, которое обеспечивает герметизацию стыка между гор20 ловиной конвертера и уловителем, что исключает выбивание конвертерного газа при работе газоотводящего тракта и конвертера под наддувом.

В предлагаемом газоотводящем трак25 те сопряжение уловителя с участком газохода, образующим камеру сгорания,

обусловлено необходимостью тщательной организации процесса дожигания, с целью получения максимально воз- , можных температур продуктов сгорания. При этом уловитель выполняет функцию топливоподводящего устройства, а полость участка газохода, сопряженная с уловителем и оборудованная фурмами для подвода окислителя,

1C

фактически является камерой сгорания, в которой происходит смесеобразование газа с окислителем, воспламенение и горение конвертерного газа. Образованная таким образом камера сгорания позволяет локализовать процесс горения на определенном участке газоотводящего тракта, что обеспечивает здесь наиболее интенсивное тепловыделение и, как следствие, .наиболее высокую темцератуву продуктов сгорания, необходимую для их ионизации. При этом отсутствие специально образованной камеры сгорания приводит к увеличению протяженности участка газоотводящего тракта, занятого . смесеобразованием и горением конвертерного газа. -Это рассредотачивает тепловыделение в пространстве, увеличивает потери тепла в окружающую сре55 ду и снижает температуру продуктов сгорания, затрудняя их ионизацию.

Размещение снаружи вдоль участка .газохода между камерой сгорания и

40

45

50

охладителем-теплоаккумулятором симметрично оси участка полюсов электромагнита постоянного тока необходимо для воздействия на ионизонанный поток высокотемпературных продуктов сгорания магнитного поля, что в соответствии с явлением электромагнитной индукции приводит к возникновению в потоке ЭДС. Размещение внутри участка газохода между камерой сгорания и охладителем-теплоаккумулятором симметрично оси участка электродов необходимо для отвода электрического тока, возникакяцего в потоке продуктов сгорания в результате электромагнитной индукции. Причем, в соответствии с правилом правой руки, которое связывает направления магнитного потока. Потока ионизиро- ванных продуктов сгорания и индуцируемого электрического тока, вертикальные осевые плоскости симметрии пары полюсов и пары электродов должны быть перпендикулярны друг другу.

Способ отвода конвертерного газа и работа газоотводящего тракта конвертера осуществляются следующим образом.

В период продувки газ выходит из конвертера,44 с температурой 1600- 1900 С, попадает в уловитель 1, а затем через сопряженный с уловителем участок 6 газохода проходит в полость камеры 8 сгорания, где происходит смесеобразование его с воздухом, воспламенение и дожигание. Воздух в камеру сгорания подается в ком премированном виде с абсолютным давлением 10 бар и температурой 1000- 1200°Ci Между фурмами 7 воздух распределяется с помощью коллектора 34. Подогрев воздуха производится в одной из частей огнеупорной насадки охладителя-теплоаккумулятора 2, которые работают поочередно в режиме нагрева и охлаждения.

Образующиеся продукты сгорания имеют температуру 2750-2950°С. Причем частично тепло, выделяющееся в процессе горения, расходуется на ионизацию продуктов сгорания. Достаточно высокая степень ионизации достигается за счет Непрерывной подачи в зону горения пылевидной ионизирую- ш,ей добавки в количестве 30 кг/мин, что обеспечивает удельную проводимос продуктов сгорания около 0,1 Ом. см, fe качестве ионизирующей добавки

д 0 5

о

5

0

0

используют порошок карбоната калия / , которьй подают в поток воздуха,идущего на, горение,через патрубок 39

Ионизированные продукты сгорания с абсолютным давлением 8,0-9,9 бар из газохода камеры 8 сгорания поступают в участок 9 газохода, расположенный между камерой сгорания и охладителем-теплоаккумулятором, где происхо- дит 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. Режим давления поддерживается изменением производительности нагнетателя 4 и характеризуется в начале участка 9 газохода давлением 8,0-9,0 бар, а в конце участка 1,1-1,2 бар. В результате квазиадиабатного истечения происходит также снижение температуры продуктов сгорания, которая в конце участка 9 газохода составляет 1950- 2050 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 составляет 4 Т. В результате взаимодействия магнитного поля и потока ионизированных продуктов сгорания, движущихся со скоростью до 530 м/с, в соответствии с явлением электромагнитной индукции в потоке на участке 9 газохода возникает ЭДС, которая приводит .к генерации электрического тока. / Отвод тока электромагнитной индукции от потока продуктов сгорания производится с помощью замкнутой электроцепи, включающей последовательно соединенные 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 электромагнитного поля, дальнейшее охлаждение продук-, той сгорания производится путем отдачи тепла одной из частей огнеупорной насадки (16 или 17) охладителя-тепло- аккумулятора 2, в который продукты сгорания попадают с температурой

1850-1900 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, подавае - мого в камеру 8 сгорания. Причем перекидка клапанов 19 и 21 производится с частотой, обеспечивающей температуру воздуха на входе в камеру 8 сгорания не менее 1.000 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 регулиру ется пoлoжeния iи отсечных клапанов 35 - 38, согласуемыми с положениями перекидных клапанов 19 и 21,

В насадке охладителя-теплоаккуму- лятора 2 продукты сгорания охлаждаются до 300-350 С и поступают на газо- о шстку 3, где происходит вьвделение из газового потока конвертерного уноса и ионизирующего порошка карбоната калия. Причем улавливаемая газоочисткой смесь конвертерного уноса и карбоната калия может быть самостоятельно или с дополнительной присадкой использована в качестве ионизирующей добавки, что обеспечивает циркуляцию добавки в процессе отвода газа- и значительно сокращает потребление .

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

2425278

в него атмосферного воздуха через патрубок 42 при открытом отсечном клапане 43, который в период продувки находится в закрытом состоянии. 5 Таким образом в межпродувочный период достигается отсутствие прососа холодного воздуха через газоотводя- щий тракт и сохраняется аккумулированное ранее в период продувки тепло,

10 что обеспечивает в начале очередной продувки подачу в камеру сгорания нагретого воздуха. Компрессор 22 в межпродувочный период либо отключается, либо используется для венти(5 ляционно-продувочных операций, которые осуществляются на отдельных участках газоотводящего тракта конвертера с целью обеспечения его взрыво- безопасности (вентиляционно-продувоч20 ная система, возд гхопроводов не показана) .

Таким образом,,в результате применения предлагаемого способа отвода конвертерного газа с помощью газоот25 водящего тракта конвертера достигается повьгшение экономии энергии газа, которая реализуется путем выработки электроэнергии. Электрическая мощность системы утилизации при отводе

30 конвертерного газа от 250-тонного конвертера составляет 30-35 МВт, а количество вьфабатываемой электро- энергии в год может составить около 60 млн кВт-ч.

Вьфабатываемую при отводе конвертерного газа электроэнергию можно использовать в различных направлениях, в том числе и для технологии кислородно-конвертерного процесса, например для питания электрофильтров при электроочистке конвертерного газа от пыли или для электропереплава лома перед загрузкой его в конвертер. Вьфабатываемьй постоянный электричес- кий ток можно аккумулировать с последующей вьщачей накопленной электроэнергии потребителю или преобразовать его в переменный ток с выдачей продукции в энергосистему.

35

40

45

К нагрузке

ff С

Фиг.г

Составитель Л.Шарапова Редактор В.Петраш Техред М.ХоданичКорректор ,Л.Патай

.-«i.-..-..и.-,-,-.,,в.в. .-.--«..- ™.«..--.- -.--ч --.-.---.-- - --.««-.-.,«-ч-. - .--. - - --.-т- i«-.

Заказ 3670/27 Тираж 552Подписное

ВНИИГШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, 1-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

1. Способ отвода конвертерного газа, включающий его улавливание с дожиганиек в газоходе, охлаждение и очистку продуктов сгорания, отличающийся тем, что, с целью повышения степени утилизации энергии конвертерного газа, дожигание конвертерного газа производят подогретым компремирован|1ым воздухом с непрерывной подачей в 3o;iy горения пыпевидной ионизирующей добавки и с 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 газохода уловитель , охладитель-теплоаккумуля- тор в виде насадки из огнеупорного материала, газоочистку, нагнетатель и дымовую трубу, отличающий- с я тем, что он снабжен полюсами магнита постоянного тока и электродами, при этом уловитель сопряжен с участком газохода, образующим камеру сгорания, а вдоль участка газохода, расположенного между камерой сгорания и охладителем-теплоаккумулято- ром, размещены симметрично его оси снарутки полюса магнита постоянного тока, а внутри - электроды, при этом вертикальные осевые плоскости симметрии каждой пары полюсов и электродов . соответственно перпендикулярны друг другу. § (Л