Фурменный прибор доменной печи Советский патент 1983 года по МПК C21B7/16 

Изобретение относится к черной ме таллургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано в устройствах для подвода дутья в доменную печь. Производительность современных доменных печей в значительной мере зависит от эффективного использовани топлива, возможности увеличения его расхода, хорошего смещения газа с дутьем, процесса смесеобразования топлива с дутьевыми компонентами с возможностью регулирования расхода дутья в различных секторах печи. Известен фурменный прибор, через который топливо и дутье попадают в рабочее пространство доменной печи, содержащий дутьевое сопло и фурму в качестве основных конструктивных элементов по организации топливодутьевого потока Cl. В фурменных приборах топливо, например природный газ, поступает в поток дутья через одно или несколько отверстий, расположенных по окружнос ти фурмы. Струя газа вводится во вну реннюю полость фурмл либо в радиальном направлении, либо под углом, ино да навстречу потоку дутья - для лучшего смещения. Недостатком данного устройства является то, что изменения расходов . топлива и дутья происходят в противоположных направлениях: с увеличением расхода топлива расход дутья уменьшается и наоборот. Причиной уменьшег ния расхода дутья при увеличении расхода топлива является увеличение количества образующихся газов и сопротивлений, создаваемых горением в полости фурмы, а также упругой топливной струей. Все это приводит к повышению отношения топливо/дутье, что снижает температурный уровень, вызы вает увеличение вязкости шлака и неполноту горения топлива, ухудшает дренаж жидких продуктов и повышает прогар фурм. Наиболее близким к предлагаемому является фурменный прибор, содержащий дутьевое сопло и фурму, при этом подводящий топливо патрубок пропущен через стенку дутьевого сопла и расположен выходным торцом в приосевой зоне фурмы 2. Недостатком известного устройства является снижение расхода дутья через канал фурмы за счет упругого действия единичной струи топлива и роста гидравлического сопротивления по- центру канала в процессе воспламенения и горения топлива в фурме, низкая эксплуатационная стойкость патрубка, подводящего топливо за счет размещения его в очаге горения и интенсивного воздействия на него окислительных компонентов высокотем |пературного дутья. В результате перечисленного возрастает отношение топливо/дутье и вязкость шлака, при этом ухудгиается степень использования химической энергии восстановительных газов в фурменной зоне и дренаж жидких продуктов, что в цело снижает производительность доменной печи. . Цель изобретения - повышение про изводительности доменной печи. Поставленная цель достигается те 4tTO фурменный прибор доменной печи, содержащий дутьевое сопло, сочленен йое с фурмой, снабжен установленным на дутьевом сопле кольцевьзм коллектором с периферийной подачей энерго носителя сопла которого выполнены под-yглoм 6-18 к продольной оси дутьевого сопла, в направлении его выходного торца. . На фиг. 1 приведен фурменный при бор, с кольцевым коллекторе, установленным на дутьевом сопле, продол /ный разрез-, на фиг. 2 - дутьевое сопло в месте установки коллектора, поперечный разрез; на фиг. 3 - вид стрелке А. Фурменный .прибор доменной печи с держит фурму 1, к которой непосредственно и плотно примыкает дутьевое сопло 2 своим выходным торцом 3, на пример , посредством шаровых поверхностей, а другим (выходньм) торцом сопло 2 также посредством шарового соединения соединено с подвижным ко леном 4, которое закреплено на тягах и дополнительно подвешено к неподвижному колену 5, соединенному через патрубок 6 с кольцевым дутьев pacпpJeдeлитeльным коллектором 7. В результате упора сопла 2 к фур ме 1, последняя плотно соединена с холодильником 8, а тот в свою очере с амбразур9й 9. Для охлаждения прибора в фурму 1, холодильник 8 и амбразуру 9 подается под давлением охлаждающая среда, например вода, Дутьевые сопла изготовляют литыми или сварными. Сварное сопло 2 выпол нено из внутренней жаропрочной трубы 10, наружной трубы 11, между которыми уложен изолирующий слой 12, например из каолиновой ваТы. Выходная часть стенки сопла 2 водоохлаждаемая. Сварные сопла по сравнению с лит ми допускают более высокую температуру дутья, больший срок службы, меньший вес и лучшие условия обслуживания. На дутьевом сопле 2 установлен кольцевой коллектор 13, кольцевой или торроидальной формы, снабженный подводом 14 и соплами 15, выходные торцы которых расположены по периферии дутьевого сопла 2 и вьгееде- , ны в его полост под углом 6-18® в направлении выходного торца. В зависимости от характеристики и энергопараметров истекающей через сопла 15 среды, они выполнены цилиндрически-, ми, сужающимися или расширяющимися (в виде сопла Лаваля), а также в виде кольцевой щели. Целесообразно выходные торцы сопел 15 разместить на расстоянии 0,.72 диаметра дутьевого канала от выходного торца сопла 2. При прохожде.нии сопел через водоохлаждаемук ;стенку дутьевого сопла 2 их следует выполнять стальными или меднцми, а (при прохождении сопел 16 через неохлаждаемую (изолированную) стенку ИЗжаропрочной стали или чугуна. Устрюйство работает следующим образом. Энергоноситель, например топливный газ, азот, сжатый воздух, кислород, распыленный мазут и др. с давлением, превосходящим давление дутья на 0,2 МПа и более, через подвод 14 поступает в распределительный коллектор 13, откуда через сопла 15 вдувается в полость дутьевого сопла 2 в виде активных равномерно рассредоточенных по сечению и высокоскоростных (более 300 м/с) периферийных струй или кольцевого потока, в результате чего у корней струй и в приосевой зоне дутьевого канала прибора (сопла 2 и фурмы 1) создается значительное разрежение (область пониженного давления) f что способствует эжектированию (всасыванию) потока дутья. В процессе совместного движения потоков энергоносителя, дутья и топлива происходит их взаимодействие по длине и по сечению дутьевого канала, которое не сопровождается повышением гидравлического сопротивления по центру канала, одновременно интенсифицируется смешение взаимодействующих потоков за счет увеличения степени турбулизации вокруг атакукйшх струй энергоносителя, при этом последние не деформируются по длине ка.рала. Таким образом, смешанный поток обладает в процессе истечения из фурмы 1 большей кинетической энергией за счет увеличения его линейной скорости, в результате чего возрастает его дальнобойность и глубина проникновения в рабочем пространстве печи, что в целом увеличивает степень реагирования взаимодействующих компонентов. При. использовании в качестве энер гоносителя топливного газа отпадает необходимость в топливоподводящем патрубке, обычно расположенном в охлаждаемой полости фурмы 1, что допол нительно удлинит ее эксплуатационную стойкость за счет повышения степени однородности охладителя и ликвидации местного мощного высокотемпературного очага в зоне расположения патрубка, Кроме того, возрастает надежность топливовводного узла в сравнении с прототипом за счет размещения сопел 15вне активной высокотемпературной и окислительной зоны, рассредоточе ния факелов по периметру дутьевого соп ла, возможности повышения скорости истечения, уменьшения наружных разме ров сопел, повьнаения длительностиj ; сохранения рабочего профиля сопел 16и чистоты его поверхности. При использовании пылеугольного топлива ввод пылеподводящего патруб- ка целесообразно .выполнить перед кол цевым коллектором 13.В этом случае истекающий пылеугольный поток втягивается в зону разряжения, создаваемого соплами 15 и пылеугольный поток движется в дутьевом канале по центру канала при повьшенной степени поперечной турбулизации, что увеличивает время контакта частичек с газовыми компонентами и снижает возмоя ность их поверхностного оседания. При использовании в качестве энергоносителя инертного газа целесообразен его предварительный подогрев, что сократит расхода его на вдувание при сохранении оптимальных величин фактичес ких скоростей. Выполнение сопел 15 под углом 6-18 повышает эжекционную способность устройства, снижает его гидрав лическое, сопротивление, интенсифицирует смесеобразование в дутьевом канале фурменного прибора, увеличивает скорость и дальнобойность движущегося потока, не требует предварительно го повьииения давления дутья. Выполнение сопел коллектора под .углом менее указанного нижнего преде ла увеличивает потери на трение пери ферийного потока энергоносителя,снижает степень турбулизадии в радиальном направлении, ухудшает однород ность смешанного потока, приближает область горения топлива к .поверхности дутьевого канала при его использовании в качестве энергоносителя, способствует вводу восстановительных компонентов в восстановительную область фурменной зоны печи, усложняет изготовление устройства. Выполнение сопел под углом более указанного верхнего предела приводит к деформации струй энергоносит.еля, к повышению сопротивления в дутьевом канапе и, как следствие, к снижению эжектирующего.действия, к интенсификации взаимодействия струи энергоносителя, к снижению кинетической энергии топливодутьевого потока. , Размещение выходных торцов сопел 15 на расстоянии 0,7-2 диаметра дутьевого сопла 2 от выходного его торца обеспечивает оптимальный процесс смесеобразования в пределах фурменного прибора при наименьших потерях энергии струи э..нергоносителя. Приближение к вых,одн6му торцу дутьевого сопла 2 сопел 15 коллектора 13 на расстояние меньше приведенного нижнего предела ухудшает смесеобразование взаимодействующих .потоков и усложняет установку распределительного коллектора. Удаление сопел 15 от выходного торца сопла 2 на расстояние более верхнего предела оказывает тормозящее действие на осевой поток за счет увеличения гидравлических потерь CKOpodTHoro потока. Таким образом, установка на дутьевом сопле кольцевого коллектора с периферийной подачей энергоносителя позволяет регулировать отношение топливо/дутье за счет возможности поднять расход дутья при увеличении расхода топлива, повысить проницаемость з;с пливодутьевых I компонентов в печи за счет увеличения пробиваемости ивтекакидего в рабочее пространство потока, улучшения процесса смесеобразования топливодутьевых компонентов оперативно реагировать на неравномерное распределение топлива по секторсш печи.путем изменения расхода энергоносителя, что позволяет в целом улучшить использованне тепловой и химической энергии газов. Конструкция кольцевого коллектора с периферийной подачей энергоносителя, рациональный предел углов наклона сопел и расположение их по длине дутьевого сопла получены в результате стендовых испытаний, проводимых в Институте черной металлургии. , Применение изобретения позволяет повысить производительность доменной печи и снизить расход кокса, в результате чеТро -годовой экономический эффект составляет 420 тыс.руб. Формула изобретения Фурменный прибор доменной печи, содержащий дутьевое сопло, сочлененное с фурмой, |6 т л и ч а Ю14 нЛс я тем, что, с целью повышения производительности печи, он снабжен установленным на дутьевом сопле кольцевым коллектором с периферийной подачей энергоносителя, сопла КОТОРСУ-