Фурма доменной печи

Рта т е н т i.,о -; е;,, н ч ..;,, библи от< н;„-,-,,,. «

Ова ИСАНИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

П)524530

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (51) <, Кл 2

С 21 В 7/16 (22) Заявлено 13.03.73 (21) 1811692/

/1894684/02 (23) Приоритет 08.07,72 (32) 08.07 71

Государственный комитет

Совета еаиннстроа СССР оо делам изооретений и открытий (31) 7125093 (33) Франция (43) Опубликовано05.08.76.Бюллетень % 29 (45) Дата опубликования описания 30.09. 76. (53) УДК669.162. . 221.28(088.8) Иностранцы

Поль Бруле и Жерар Кюййе (Франция) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"Компани Франсэз де Рафинаж э Вандель-Сиделор" (Франция) (71) Заявитель (54) ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к устройствам для впрыскивания жидкого топлива в шахтную печь, в частности — в доменную, Известна фурма доменной печи типа сопла Лаваля с форсункой для подачи топлива в канал.

Жидкое топливо, предварительно распыленное с помошью вспомогательного газа, инжектируется в смешивающем сопле, за которым расположен диффузор прямолиней- щ ного сечения, величина полуугла раскрытия о которого устанавливается между 0 и 7,5 о (предпочтительно между 0 и 3,5 ). В таком устройстве исключается в смеси дутье-топливо выходная скорость из фурмы, 15 равная или большая звукового числа М 1 для обеспечения проникновения этой смеси до центральной зоны печи.

Однако при эксплуатации известного устройства возникают большие изменения "им- 20 пульса" газов, проникающих в горн (т. е. количества движения), в зависимости от количества инжектируемого жидкого топлива, что вызывает в шахтных печах изменение хода плавки, иногда приводящее к зна- 25 чительным нарушениям, Это требует значительного изменения в количестве инжектируемого жидкого топлива.

Целью изобретения является устранение значительных изменений импульса газов, проникаюших в горн, в зависимости от количества инжектируемого жидкого топлива, которое может изменяться от нуля до стехиометрии и больше, обеспечивая при этом наилучшие условия, т. е. сокращая до минимума образование сажистого углерода.

Это достигается сжиганием на носке фурмы смеси "дутье-жидкое топливо", полученной в особых условиях, и устранением любого сгорания этой высоковоспламеняющейся смеси до ее подхода к носку фурмы.

С целью улучшения процесса горения топлива в предлагаемой фурме поверхность стенок диффузора выполнена криволинейной, образующая которой представляет собой кривую с всегда положительной второй производной. Кроме того, криволинейный участок диффузора удлинен прямолинейным коническим участком.

524530

Образующая прямолинейной части образует с касательной в начале криволинейной образующей, с которой она соединена, угол, равнв и не более 15, и преимущественно о порядка между 10 и 12 .

В предложенной фурме условия истечения дутья, инжектирующего жидкое топливо, и в частности, импульсное количество смеси на носке фурмы, а также потери напора в диффузоре изменяются незначительно по отношению к подаче дутья шахтной печи без инжектирования жидкого топлива независимо от количества инжектируемого жидкого топлива.

Кроме того, обеспечивается изменение инжектируемого количества без изменения диаметра носка фурмы, что позволяет, в частности, повысить расход жидкого топлива, подаваемого в шахтную печь.

На фиг. 1 изображен продольный разрез профиля внутреннего сечения фурмы с криволинейным диффузором; на фиг. 2 — то же, криволинейный участок диффузора удлинен прямолинейным коническим участком; на фиг. 3 — схематический продольный разрез фурмы доменной печи.

Для получения полного горения топлива необходимо, чтобы жидкое топливо было хорошо распылено и равномерно перемешано с потоком дутья. 30

Распыление осуществляется за счет инжектирования жидкого топлива в горячее дутье, которое переносится на большой скорости через проход в соответствующем участке трубопровода сечения CL При этом жид- у кое топливо должно воспламеняться в носке фурмы с минимумом крекинга горючего на предшествующих участках.

С другой стороны, распределение жидкого топлива в горячем дутье улучшается тем 40 быстрее в направлении истечения, чем мельче было распыление. Для этого скорость дутья в зоне инжектирования должна быть, по крайней мере, равна звуковому числу

М = 0,3, что дает верхний предел сечения 45

О.

Необходимо избегать горения распыленной горючей смеси в дутье до носка фурмы во избежание того, чтобы импульс струи, входящей в печь, не изменялся с количеством Ю инжектируемого жидкого топлива. Йля этого можно было бы проводить это распыление возле носка. Но скорость дутья на его входе в горн зависит от условий работы шахтной печи и представляет собой один из параметров регулирования работы печи. Следовательно, применяемые скорости подачи дутья значительно ниже скоростей, которые обеспечивают хорошее распыление. Выходное сечение А в носке фурмы, обусловленное усло- + виями работы доменной печи, следовательно, больше сечения G., определенного ранее.

С целью перехода от скоростей выше звукового числа М = 0,3, которые обеспечивают хорошее распыление, к скоростям более низким, обусловленным работой устройства, в предложенной фурме применен диффузор с постоянно увеличивающимоя сечением, соединяющий зону инжектирования с носком р фур ы.

Смесь топливо-вещество, поддерживающая горение, должна передаваться до носка фурмы за вермя, меньшее времени воспламенения жидкого топлива. В результате постепенного нагревания в горячем дутье время максимального пребывания равно времени воспламенения. Согласно характеристикам дутья и жидкого топлива (температура, расход и т. д.) в различных условищ ях работы шахтной печи время пребывания приводит к ограничению длины L отделяющей зону инжектирования от носка фурмы. Через будет обозначено критическое значение этой длины,,, следоващ тельно, является максимальным значением (, в данных условиях.

С целью предотвращения воспламенения распыленной горючей смеси в дутье до носка фурмы необходимо также устранить в диффузоре рециркулирующие потоки, появления ударной волны и другие аналогичные явления ударной волны. Скорость дутья должна все время оставаться дозвуковой. Сечение сс. диффузора, подающего дутье, в зоне инжектирования определяется, следовательно, таким образом, чтобы скорость дутья находилась между числом М около

0,3 и числом М1 с учетом максимальных характеристик дутья (расход, температура, давление).

Диффузор должен, кроме того, исключать местные потери напора, способствующие появлению рециркулирующих потоков. Для этого нужно уменьшить опасность воспламенения в пограничном слое потока дутья, истекающем в этом диффузоре. Отношение

CL — нижнего и верхнего сечений и максиЯ мально возможная длина Lr для диффузора с возрастающим сечением не позволяют придавать ему известную расходящуюся коническую форму с достаточно малым углом для того, чтобы устранить любое отслаивание. Поэтому предложено придавать фурме форму криволинейного диффузора, обеспечивающую истечение слоями на стенку.

Для подачи горючего служит трубопровод 1 с сечением Я., в котором величина скорости дутья находится между звуковым числом М около 0,3 и звуковым числом

М1. ИнжектироЬание жидкого топлива осу524530 ществляется в зоне 2 через оцин или несколько инжекторов, подающих жидкое топливо слоями, строго перпендикулярными к истечению дутья. Смесь дутье-топливо в распыленном виде направляется затем криво- 5 линейным диффузором 3 на носок 4 фурмы, который выходит в печь 5.

Нижнее сечение а.диффузора 3 является сечением трубопровода, подающего дутье в зоне 2 инжектирования, верхнее сечение 10

А диффузора 3 является сечением носка

4 фурмы на выходе в шахтную печь 5. Длина L должна быть не менее длины с определенной ранее, т. е. должна равняться максимальному расстоянию между зоной ин- 15 жектирования и носком фурмы. Если обозначить через Я. " длину криволинейного диффузора, " f " равно " \. ", когда инжектирование осуществляется на входе диффузора.

Когда инжектирование осуществляется выше 20 входа диффузора, t» больше Л . Образующие кривые диффузора 3 являются криволинейными и отличаются уравнениями, вторая производная которых всегда положительна, Каждая образующая имеет своим началом 25 точку Б, находящуюся на линии соединения начала диффузора и трубопровода, подающего дутье, и проходит через точку B нижнего сечения диффузора, обусловленного выходным сечением фурмы.

Если огибающая поверхность топлива, которое рассеивается от зоны 2 инжектирования, вписывается внутри диффузора 3, топлива на внутренней стенке диффузора нет.

Стенка будет практически защищена тонким

35 слоем дутья, устраняющим риск воспламенения в пограничном слое.

Если огибающая поверхность встречает стенку диффузора 3 перед концом отмечает3 40 ся легкое растекание жидкого топлива на внутренней стенке диффузора, Но так как опасность воспламенения в пограничном слое остается небольшой, несмотря на малую скорость истечения, градиент скорости из45 меняется очень быстро около стенки, стенки диффузора выполнены охлаждаемыми, что устраняет возможность загорания.

Тонкий пограничный слой создает гетерогенное распределение топлива и дутье 50 котороедолжно быть пониженным, особенно когда количество инжектируемого топлива высоко и близко к стехиометрии.

С другой стороны, ограниченный угол раскрытия диффузора 3, за пределами которого в пограничном слое происходит турбулентное истечение, благоприятствует воспламенению смеси до ее прихода к носку фурмы. В любой точке криволинейной образующей угол определяется касательной в этой точке и касательной с началом диффузора и должен оставаться меньше половины угла раскрытия. B частности, угол А (фиг.1) определяется касательными в точках Б и В о т и должен быть не более 15 (преимущесто о венно между 10 и 12 ).

Если при размерах диффузора и форме рассматриваемых образующих полуугол раскрытия в точке В становится больше этого предела, криволинейная образующая БВ диффузора заменяется криволинейной образующей БГ, удлиненной прямой ГВ в точке

Г и образующей с касательной в начальной точке Б с БГ угол, равный предельному углу диффузора 3 (фиг. 2). Точка Г может быть определена, так как касательная в этой точке с образующей БГ совпадает с прямой ВГ.

Жидкое топливо в смеси с дутьем, направляемое диффузором 3, в котором оно может воспламениться, поступает в носок фурмы, где оно воспламеняется и горит очень быстро в нормальных условиях работы печи.

Изменение импульса инжектируемых газов по отношению к инжектированию классического горячего дутья без жидкого топлива составляет максимум 10% и не влечет, следовательно, нарушений в работе шахтной печи.

Вчастности,,уравнение каждой криволинейной образующей может иметь следующий вид:

1+ «у — 1 — (g) ось Х-Х абсцисс является осью истечения, а ось ординат — У-У осью, перпендикулярной к прерыдущей в плоскости, определенной образующей и осью истечения, iL — длина криволинейной части диффузора; — ордината точки Г; — ордината точки Б;

В этом случае градиент давления остает ся постоянным в направлении истечения и потери напора минимальны. хурма длиной 600 мм с диаметром в носке 165 мм, применяемая на доменной печи, имеет следующие характеристики:

Диаметр горна 8,80 м

Количество фурм 20

Средняя температура дутья 950 С

Средняя подача дутья без обогащения кислородом 6000 м /час. з

Устройство, подающее дутье в горн доменной печи (фиг. 3) охлаждается известным способом. Оно содержит рыльную часть

6, корпус 7 фурмы, водяную камеру 8 с

524530 одним или несколькими подводами 9 и одним или несколькими отводами 10 воды.

Трубопровод фурмы по оси Х-Х состоит из нескольких деталей. Участок входного сечения смешивающего сопла 11 равен участку сечения трубопровода сопла 12, а участок его нижнего сечения равен участку сечения цилиндрической части (диаметр 110мм) образующей пережим 13, который расположен за ней. Форма смешивающего сопла 1 1 и р длина пережима 13 должны обеспечивать минимальные потери напора. Пережим имеет длину 210 мм.

Смешивающее сопло 11 и пережим 13 улучшают стабилизацию .истечения дутья. д

Участок сечения пережима 13 гораздо меньше, чем участок сечения трубопровода сопла 12, что обеспечивает удовлетворительное распыление жидкого топлива с помощью дутья. Скорость дутья в этом случае от

350 до 400 м/сек.

В этом случае жидкое топливо инжектируется в пережим 13 на выходе криволинейного диффузора 3 через инжектирующий кран 2к

14, который распределяет жидкое топливо в плоскости, строго перпендикулярной направлению дутья.

Расстояние между зоной 2 инжектирова- gp ния и носком 4, которое определяется таким образом, чтобы время пребывания смеси топливо-дутье в трубопроводе фурмы было бы меньше времени ее воспламенения, равно 290 мм. 35

Пережим 13 удлиняется вверху диффузором, сначала криволинейным участком длиною =252 мм, затем прямолинейным участком рыльной части 6 длиною 38 мм.

Так как инжектирование осуществляется в 4О этом случае на входе диффузора, общая длина диффузора равна длине L, Верхнее сечение диффузора круглое и его диаметр является диаметром пережима 13. его нижнее сечение также круглое с диаметром, 45 равным диаметру носка 4.

Направляющие криволинейной части диффузора в этом случае являются круглыми, все образующие представлены одним уравне8 нием. Это уравнение (1 ), принимает, следовательно, следующий вид: в котором К вЂ” представляет собой радиус нижнего сечения криволинейной части диффузора, p — радиус верхнего сечения.

Этот диффузор имеет концевую прямолинейную часть с радиусом К, следовательно, не является радиусом носка фурмы в точке Г, а является радиусом трубопровода, подающего дутье, в точке Г, а Л представляет собой абсциссу этой точки Г.

R =75,5 мм

Г = 55 мм

Прямая ВГ образует с касательной в точке Б которая в этом случае параллельt о на оси Х-Х, угол 11

В данных услсльиях при температуре о дутья 950 С по кругу и дутье, обогащенном кислородом на 25%, пропорция жидкого топлива, добавленного к дутью, близка к стехиометрической, либо около 535 л/час, тяжелое жидкое топливо, смешанное с дутьем воспламеняется непосредственно в носке фурмы в печи. Изменение импульса очень мало и не нарушает хода работы печи. Горение значительно интенсивнее и полнее, чем с обычными инжекционными устройствами.

Формула изобретения

1. Фурма доменной печи типа сопла Лаваля, имеющая форсунку для подачи жидкого топлива в канал, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью улучшения процесса горения топлива, поверхность стенок диффузора выполнена криволинейной, образующая которой представляет собой кривую с всегда положительной второй производной.

2. Фурмапоп. 1, отличающа— я с я тем, что криволинейный участок диффузора удлинен прямолинейным коническим участком.

3. Фурмапоп. 1, отличающа— я с я тем, что угол раствора диффузора составляет 10-12 о

524530

Составитель Б. Раковский

Редактор Н. Братчикова Техред A.. демьянова Корректор Q. Мельниченко

Заказ 4978/394 Тираж 654 Подписное

IIHNNHN Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 21(-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент" г. Ужгород, ул. Проектная, 4