Способ ввода реагентов в фурменный прибор доменной печи Советский патент 1991 года по МПК C21B7/16 

СО

с

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при подаче топлива и дутья в печь. Целью изобретения является снижение расхода кокса путем повышения полноты взаимодействия топливно-дутьевых компонентов. Способ ввода реагентов в фурменный прибор доменной печи включает подачу горячего дутья и топлива, вводимого сопутно дутьевому потоку, и отличается от известного тем, что топливо перед истечением формируют на горизонтальном прямолинейном участке в виде кольцевой струи, при этом длина участка составляет 6-8 диаметров средней линии кольцевой струи. 5 ил, 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам ввода реагентов в фурменный прибор доменной печи.

Целью изобретения является снижение расхода кокса путем повышения полноты взаимодействия топливно-дутьевых компонентов.

Сущность способа заключается в том, что топливо перед истечением формируют на горизонтальном прямоугольном участке в виде кольцевой струи, при этом длина участка составляет 6-8 диаметров средней линии кольцевой струи.

На фиг.1 схематически показан способ ввода реагентов в фурменный прибор доменной печи; на фиг.2 - эпюры плотностей и профиля скоростей: дутья, топлива, их смеси -для прототипа: на фиг.З - 5 - то же, для предлагаемого решения.

Согласно изобретению высокотемпературное обогащенное дутье 1 подают в полость дутьевого сопла 2 фурменного прибора, в выходной части которого вводят топливо 3 в виде кольцеобразной струи 4 со сквозным центральным каналом 5, через который часть дутья в количестве 0,4 - 1,5% поступает в зону истечение топлива. Перед истечением в полость сопла 2 топливо формируют на горизонтальном прямолинейном участке по оси сопла, при этом длина участка формирования составляет 6 - 8 диаметров средней линии кольцевой струи dcp.

Подача топлива в полость дутьевого сопла 2 происходит в виде полого цилиндра, окруженного с внутренней и наружной поверхности дутьем, что приводит к взаимодействию трех сопутных потоков.

о

2

ON СЛ

Ю

Центральный дутьевой поток, в процессе непосредственного контакта с кольцевым топливным, поджигает его, что сопровождается мгновенным расширением последнего с возрастанием реакционной поверхности, вступающей во взаимодействие о основным потоком дутья. При этом контакт топливных и дутьевых компонентов происходит под непрерывным воздействием усиливающейся поперечной (радиальной) турбулизации, источник которой расположен в центральной части дутьевого канала.

До полного распределения углеводородных компонентов в периферийные слои дутья максимальный температурный уровень сосредоточен в приосевой области, что активизирует радиальное смещение и усредняет плотность топливно-дутьевого потока за счет развития поперечных пульсаций, поступающих с центра при воспламенении, при этом происходит поперечное усреднение температурного уровня потока, В связи с расположением источника радиальной турбулизации в центральной части, происходит равномерное насыщение углеводородными компонентами дутьевого потока по всему объему полости сопла 2. Таким образом, подача в полость дутьевого сопла 2 кольцевой струи топлива коакси- ально дутью, т.е. с наружной и внутренней оболочкой дутья, обеспечивает усиление поверхности контакта и повышение равномерности и плотности потока технологически требуемой однородности смеси в пределах фурменного прибора, что, в свою очередь, обеспечивает интенсивное окисление углевородородов и предотьра- щает сажеобразование при термическом разложении той части, для окисления которой не хватает кислорода из-за плохой организации взаимодействия компонентов.

Радиальный процесс взаимодействия топливно-дутьевых компонентов при предельном их поступлении выравнивает профиль скорости смешанного потока и снижает величину гребней в эпюре скоростей (см.фиг.З и пример конкретного выполнения). Указанный процесс активизируется за счет предварительного формирования топливного потока на горизонтальном прямолинейном участке длиной 6-8 диаметров средней линии струи непосредственно перед истечением. Такое формирование кольцевой струи приводит к увеличению ее поперечной сплошности в пределах топливного тракта, к устранению застойных и вихревых зон. Это стабилизирует истечение такой струи, характеризующейся значительно меньшей толщиной топливного потока в

сравнении с круглой струей, и повышает дальнобойность струи после ее истечения, а это дополнительно способствует усреднению компонентов на сравнительно коротком пути. В результате резко повышается степень окисления топлива, что приводит к существенной величине экономии кокса.

Уменьшение длины прямолинейного участка менее нижнего значения указанного предела приводит к потере сплошности и появлению неорганизованной продольной пульсации топливной струи - за счет заметного влияния застойных зон и вихревых контуров при повороте струи. Это приводит

в процессе истечения к продольному искажению профиля скорости смешанного потока, к насыщению углеводородными компонентами преимущественно центрального слоя топливно-дутьевого потока, что в

конечном итоге не обеспечивает экономию кокса.

Увеличение длины прямолинейного участка более верхнего значения указанного предела повышает гидравлическое сопротивление топливного тракта. Это снижает эффект взаимодействия кольцевой топливной струи с центральной дутьевой струей, что способствует выделению сажистого углерода в приосевой области и

снижению поперечной однородности потока в целом, что в конечном итоге также снижает показатели по расходу кокса. При длине прямолинейного участка, равной 6 диаметрам средней линии топливной струи,

застойные зоны в топливном тракте незначительны и носят локальный характер, не оказывающий заметного влияния на гидродинамику струи. При этом вихревые контуры периодически появляются и исчезают,

т.е. режим течения носит переходный характер. Это в свою очередь, приводит к непродолжительному искажению профиля скорости и гасится самопроизвольно. При этом, концентрация углеводородсодержащих компонентов по сечению потока достаточно равномерна, т.е. достигается равноплотность потока, а эпюра скорости близка к средней скорости.

При длине прямолинейного участка, равной восьми диаметрам средней линии топливной струи, гидравлическое сопротивление топливного и центрального дутьевого трактов незначительно возрастает (рост

гидравлического сопротивления составляет не более 3%). При этом выделения сажистого углерода не наблюдается, поток достаточно однороден, т.е. равноплотен по сечению.

Пример. Исходные данные:

место реализации - доменный цех мет- комбината Запорожсталь, доменная печь полезным объемом 1513 м3;

количество фурменных приборов 16 шт.;

расход дутья на печь 2660 м /мин;

расход природного газа на печь 260 м3/мин;

температура дутья 1200°С;

температура природного газа 20°С;

давление дутья 315 МПа;

давление природного газа 600 МПа;

степень обогащения дутья кислородом 27%;

продолжительность опробования 12 мес.

Результаты опытно-промышленного опробования.

Сопоставление данного способа производили с известным способом, изложенным в заявке в качестве прототипа. На фиг.2 -5 показаны эпюры скоростей потока дутья 1, топлива в сопле 2, дутья, проходящего через центральную трубу,и результирующая эпюра скорости газового потока в сопле фурменного прибора. Эпюры скоростей построены для сечения,отстоящего от выходного торца фурмы на расстоянии 200 - 300 мм. Эпюры плотностей подобным эпюрам скоростей газовых потоков.

На фиг.2 показан случай, соответствующий прототипу заявляемого способа; на фиг.З - случай, соответствующий заявляе0

5

0

5

0

5

мому способу; на фиг.4 - случай, при кото ром длина горизонтального прямолинейного участка меньше заявляемого предела и равна четырем диаметрам средней линии кольцевой струи; на фиг.5 - случай, при котором длина горизонтального прямолинейного участка больше заявляемого предела и равна девяти диаметрам средней кольцевой струи.

Видно, что на фиг.З профиль скорости и, соответственно, плотности наиболее ровный по сечению топливно-дутьевого потока, что приводит к наибольшей степени окисления топлива. Результаты взаимодействия топливно-дутьевых компонентов в виде конечного результата, т.е. экономии кокса представлены в прилагаемой таблице.

Таким образом, максимальная экономия кокса 4-6 кг/т чугуна достигается при величине l/dcp 6-8, которая является оптимальной.

Формула изобретения

Способ ввода реагентов в фурменный прибор доменной печи, включающий подачу горячего дутья и топлива, вводимого сопут- но дутьевому потоку, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода кокса за счет повышения полноты взаимодействия топливно-дутьевых компонентов, толливо перед истечением формируют в виде кольцевой струи на горизонтальном прямолинейном участке, длина которого составляет 6-8 диаметров средней линии кольцевой струи.

(. f ( (

L v л. х

и

V

Фиа /

Фиг. 2

Фие.Ъ

Фиг. 4