Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА В МАГИСТРАЛЬНОМ ТРУБОПРОВОДЕ ГОРЯЧЕГО ГАЗА

Область техники

В общем, данное изобретение относится к устройству для регулирования температуры и/или скорости потока газа в магистральном трубопроводе горячего газа для подачи горячего газа в доменную печь, прежде всего для подачи двух отдельных потоков горячего газа при разных постоянных температурах в доменную печь.

Уровень техники

В доменные печи обычно подают газ, полученный из теплового регенератора, такого как каупер или нагреватель с галечным теплоносителем. Одним характерным свойством таких регенераторов является тот факт, что температура горячего газа, выходящего из регенератора во время этапа дутья, постепенно уменьшается. При этом, в общем, желательно подавать в доменную печь горячий газ постоянной температуры. Поэтому постепенное уменьшение температуры горячего газа должно быть адаптировано посредством примешивания холодного газа в количествах, выбранных для получения постоянной температуры. Действительно, колебания температуры должны быть ослаблены. В общем, это достигается посредством примешивания холодного газа в количествах, достаточных для снижения температуры горячего газа до ее низшего значения, то есть до температуры горячего газа в конце цикла дутья. С помощью добавления надлежащего количества холодного газа к горячему газу, температура горячего газа понижается до постоянной температуры для подачи газа в доменную печь при постоянной температуре.

В последние годы было обнаружено, что для улучшения производительности доменной печи может быть выгодно подавать два отдельных потока горячего газа к доменной печи на двух разных уровнях. Предпочтительно, два отдельных потока горячего газа при разных постоянных температурах. Это было, например, предложено в совместно рассматриваемой патентной заявке LU 91542, поданной 17.03.2009.

Техническая проблема

Таким образом, целью изобретения является создание устройства для регулирования температуры горячего газа, в котором могут быть созданы два отдельных потока при разных температурах. Эту цель достигнута с помощью устройства по пункту 1 формулы изобретения.

Общее описание изобретения

Данное изобретение предлагает устройство для регулирования температуры горячего газа в магистральном трубопроводе горячего газа для подачи горячего газа в доменную печь. Такое устройство содержит смесительный резервуар с камерой, впускным окном для получения горячего газа, впускным окном для получения холодного газа и выпускным окном для удаления смешанного газа, и регулировочную систему для управления количеством холодного газа, подаваемого в камеру. Согласно важному аспекту изобретения смесительный резервуар содержит корпус с определенными в нем первой смесительной камерой и второй смесительной камерой. Первая и вторая смесительные камеры гидродинамически соединены, т.е. сообщаются, друг с другом с помощью сужения типа трубы Вентури. Первая смесительная камера снабжена первым впускным окном для подачи горячего газа в первую смесительную камеру, вторым впускным окном для подачи холодного газа в первую смесительную камеру, и третьем впускным окном для подачи холодного воздуха во вторую смесительную камеру. Первая смесительная камера также снабжена первым выпускным окном для подачи первого потока смешанного газа из первой смесительной камеры в первую газовую распределительную систему для подачи первого потока смешанного газа в доменную печь на первом уровне, в то время как вторая смесительная камера снабжена вторым впускным окном для подачи второго потока смешанного газа из второй смесительной камеры во вторую газовую распределительную систему для подачи второго потока смешанного газа в доменную печь на втором уровне. Первый поток смешанного газа имеет температуру, отличную от температуры второго потока смешанного газа.

Поэтому данное изобретение предлагает единственный смесительный резервуар, имеющий две смесительные камеры для получения двух отдельных газовых потоков, имеющих две разные температуры. Горячий газ может иметь температуру T1, постепенно уменьшающуюся от максимальной температуры T_max до минимальной температуры T_min. Холодный газ может иметь температуру Т2 В первой смесительной камере холодный газ добавляют к горячему газу в количествах, необходимых для получения смешанного газа при постоянной температуре Т3, соответствующей по существу минимальной температуре T_min. Во второй смесительной камере холодный газ при температуре Т2 добавляют к уже смешанному газу при постоянной температуре Т3 для доведения температуры смешанного газа до постоянной температуры Т4, при этом Т4<Т3. В результате, смесительный резервуар согласно данному изобретению позволяет подавать газ в доменную печь на двух отдельных уровнях и при двух отдельных постоянных температурах. Доводы за и преимущества подачи газа на двух отдельных уровнях и при двух отдельных постоянных температурах в доменную печь описаны в совместно рассматриваемой патентной заявке LU 91542, включаемой сюда посредством ссылки.

В контексте данного изобретения следует отметить, что «горячий газ» может относиться, например, к воздуху, обогащенному воздуху, рециркулированному колошниковому газу или декарбонизированному колошниковому газу.

Предпочтительно, третье впускное окно образовано посредством множества отверстий, расположенных по окружности второй смесительной камеры. Такое устройство, которое может быть распределительной системой типа «паук», обеспечивает, что подаваемый во вторую смесительную камеру холодный газ хорошо перемешивается с горячим дутьевым газом, образуя тем самым однородную смесь.

Предпочтительно, третье впускное окно образовано посредством множества отверстий, расположенных по окружности сужения типа трубы Вентури. Эти отверстия, предпочтительно, открываются в сторону обращенной ко второй камере части сужения типа трубы Вентури, заставляя тем самым поступающий холодный воздух перемещаться по направлению ко второй смесительной камеры. Таким образом, можно предотвратить обратный поток газа из второй смесительной камеры по направлению к первой смесительной камере.

Предпочтительно, отверстия третьего впускного окна не направлены к вертикальной оси устройства. Вместо этого, впускные окна расположены так, чтобы образовывать вихревое движение внутри второй смесительной камеры, обеспечивая тем самым однородную смесь во второй смесительной камере.

Согласно одному варианту осуществления смесительный резервуар также содержит четвертое впускное окно во второй смесительной камере для подачи газа во вторую смесительную камеру, при этом четвертое впускное окно расположено напротив второго впускного окна. Предпочтительно, четвертый трубопровод сопряжен с четвертым впускным окном для подачи газа к смесительному резервуару, и в четвертом трубопроводе может быть расположен регулирующий клапан для регулировки потока газа в смесительный резервуар. Хотя газом, поданным через четвертый трубопровод, может быть холодный газ, предпочтительным может являться использование четвертого трубопровода для подачи инертного газа во вторую газовую распределительную систему. Действительно, четвертое впускное окно может быть использован в целях безопасности, например, для продувки второй газовой распределительной системы. Быстрое заполнение инертным газом второй газовой распределительной системы может быть достигнуто благодаря подаче инертного газа через четвертое впускное окно.

Первый трубопровод может быть сопряжен с первым впускным окном для подачи горячего газа из регенератора к смесительному резервуару. Такой первый трубопровод, предпочтительно, содержит устройство ослабления для ослабления перепадов температур горячего газа, полученного из регенератора. Поступающий из регенератора горячий газ имеет температуру, варьирующуюся между максимальной температурой T_max в начале фазы дутья регенератора и минимальной температурой T_min в конце фазы дутья. Устройство ослабления поглощает некоторое количество теплоты из горячего газа во время начала фазы дутья регенератора и передает это тепло обратно в горячий газ во время конца фазы дутья, образуя тем самым горячий дутьевой воздух, имеющий ослабленный (сглаженный) перепад температур. Ослабленная максимальная температура T_att-max ниже по потоку от сглаживающего устройства ниже, чем максимальная температура T_max выше по потоку от сглаживающего устройства. Схожим образом, ослабленная минимальная температура T_att-min ниже по потоку от сглаживающего устройства выше, чем минимальная температура T_min выше по потоку от сглаживающего устройства. Поскольку ослабленная минимальная температура T_att-min выше, чем минимальная температура T_min, количество газа, необходимого для достижения постоянной заданной температуры во время всей фазы дутья регенератора, может быть уменьшено. Благодаря сглаживающему устройству может быть достигнуто более эффективное использование природных ресурсов для получения заданной температуры. Альтернативно, может быть достигнута более высокая температура дутья, уменьшая тем самым количество загружаемого в доменную печь кокса.

Устройство ослабления может содержать конструкцию из аккумулирующих теплоту пластин или слой гальки, через который проходит горячий газ.

Предпочтительно, второй трубопровод сопряжен со вторым впускным окном для подачи холодного газа к смесительному резервуару, а третий трубопровод сопряжен с третьим впускным окном для подачи холодного газа к смесительному резервуару, и регулирующий клапан расположен как во втором, так и в третьем трубопроводе для регулировки потока холодного газа в смесительном резервуаре.

Первый питающий трубопровод может быть сопряжен с первым выпускным окном для подачи первого потока смешанного газа из первой смесительной камеры в первую газовую распределительную систему, а второй питающий трубопровод может быть сопряжен со вторым выпускным окном для подачи второго потока смешанного газа из второй смесительной камеры во вторую газовую распределительную систему. Благодаря вышеописанному смесительному резервуару, первый и второй потоки смешанного газа через первый и второй питающие трубопроводы имеют отдельные постоянные температуры.

Предпочтительно, устройство также содержит средство для измерения объема газового потока первого потока смешанного газа, и средство для измерения объема газового потока второго потока смешанного газа. Таким средством может быть трубка Вентури в первой или второй газовой распределительной системе, акустическими излучателями и ресиверами, осредняющая напорная трубка Annubar в первом или втором питающем трубопроводе. Эти средства могут быть представлены индивидуально или в сочетании друг с другом.

Предпочтительно, устройство также содержит средство для регулирования объема газового потока первого потока смешанного газа, и средство для регулирования объема газового потока смешанного газа.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты осуществления изобретения будут описаны с помощью примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображены:

Фиг.1 схематичный вид распределительной системы со смесительным резервуаром согласно данному изобретению, и

Фиг.2 схематичный вид альтернативного сглаживающего устройства для представленной на фиг.1 распределительной системы.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

На фигуре 1 в общем изображена распределительная система 10 для подачи горячего газа из одного или более регенераторов (не показаны) в доменную печь (не показана). Горячий газ в определенном количестве регенераторов, обычно воздухонагревателей доменной печи или кауперов, в общем нагревается до температуры между примерно 1000°С и 1250°С. Регенераторы и их работа хорошо известны специалисту и не требуют описания здесь. Так как регенераторы поставляют горячий газ с постепенно уменьшающейся температурой и так как, в общем, желательно подавать горячий газ в доменную печь при постоянной температуре, в распределительной системе расположено устройство для регулирования температуры горячего газа. В таком устройстве в поток горячего газа подают регулируемое количество холодного газа с тем, чтобы привести температуру горячего газа к постоянной температуре, в общем - наименьшей температуре горячего газа, поступающего из регенераторов.

Устройство для регулирования температуры горячего газа согласно изобретению содержит, как показано на фиг.1, смесительный резервуар 14, имеющий первую смесительную камеру 16 и вторую смесительную камеру 18. Первая и вторая смесительные камеры 16, 18 гидродинамически соединены друг с другом посредством сужения 20 типа трубы Вентури.

Первая смесительная камера содержит первое впускное окно 22 с сопряженным первым трубопроводом 24 для приема горячего газа из регенераторов. Первая смесительная камера 16 также содержит второе впускное окно 26 с сопряженным вторым трубопроводом 28 для приема холодного газа. Для регулирования количества холодного газа, поданного в первую камеру 16, во втором трубопроводе 28 расположен первый клапан 30.

Поданный через первый трубопровод 24 горячий газ имеет температуру, варьирующуюся между максимальной температурой T_max в начале фазы дутья регенератора и минимальной температурой T_min в конце фазы дутья. Для получения постоянной температуры для подачи в доменную печь, регулируемое количество холодного газа смешивают с горячим газом с тем, чтобы получить минимальную температуру T_min.

Предпочтительно, первый трубопровод 24 содержит устройство 32 ослабления, первый вариант осуществления которого показан на фиг.1. Устройство 32 ослабления, которое можно описать как небольшой горизонтальный регенератор, расположено на одной линии с первым трубопроводом 24 и имеет увеличенное поперечное сечение. Устройство 32 ослабления содержит керамический материал, способный поглощать некоторое количества тепла из горячего газа во время начала фазы дутья регенератора и передавать это тепло обратно в горячий газ во время конца фазы дутья, ослабляя (сглаживая) тем самым разницу температур между T_max и T_min. Керамическим материалом может быть группа нагревательных пластин, схематично обозначенных ссылочным обозначением 34. Однако могут также рассматриваться и другие керамические материалы, такие как трубы или кирпичи. Ослабленная максимальная температура T_att-max ниже по потоку от устройства 32 ослабления ниже, чем максимальная температура T_max выше по потоку от устройства 32 ослабления. Схожим образом ослабленная минимальная температура T_att-min ниже по потоку от устройства 32 ослабления выше, чем минимальная температура T_min выше по потоку от устройства 32 ослабления. Поскольку количество холодного газа рассчитано для получения самой низкой температуры, подаваемой к смесительному резервуару 14, и поскольку ослабленная минимальная температура T_att-min выше, чем минимальная температура T_min, количество необходимого для достижения этой постоянной температуры холодного газа может быть уменьшено во время всей фазы дутья регенератора. Другими словами, посредством смесительного резервуара 14 требуется вновь удалить меньшее количество тепла, добавленного к горячему газу в регенераторе.

Устройство 32 ослабления позволяет подавать в доменную печь газ с более высокой температурой. С другой стороны, устройство 32 ослабления позволяет регенератору функционировать при более низких температурах, что может быть предпочтительно, прежде всего, если газ содержит рециркулирующий декарбонизированный колошниковый газ с высоким содержанием водорода, который может вступать в реакцию при высоких температурах. Устройство 32 ослабления также позволяет быстрее достигать рабочей температуры. Такое более эффективное использование природных ресурсов приводит к уменьшению выбросов CO₂.

Второй вариант осуществления устройства 36 ослабления, показанный на фиг.2, содержит галечную камеру 38, заполненную галечным материалом 40, поглощающим тепло. В первом трубопроводе 24 расположен газоход 41 так, чтобы вынудить горячий газ проходить через галечную камеру 38.

Первая смесительная камера 16 содержит первое выпускное окно 42 с сопряженным первым питающим трубопроводом 44 для подачи регулирующего температуру газа к первому газовому распределительному устройству 46, содержащему первый кольцевой трубопровод 48 горячего дутья и первый комплект фурм 50.

Вторая смесительная камера 18 гидродинамически соединена с первой смесительной камерой 16 посредством сужения 20 типа трубы Вентури. Из первой смесительной камеры 16 во вторую смесительную камеру 18 подают уже смешанный газ при однородной температуре. Третий трубопровод 52 сопряжен со смесительным резервуаром 14 для подачи холодного газа во вторую смесительную камеру 18, предпочтительно посредством распределительной системы 54 типа «паук», через несколько третьих впускных окон 56. Второй клапан 58 расположен в третьем трубопроводе 52 для регулирования количества холодного газа, подаваемого во вторую смесительную камеру 18. Следует отметить, что третьи впускные окна 56 расположены, предпочтительно, в обращенной к смесительной камере 18 конической части сужения 20 типа трубы Вентури, обеспечивая тем самым, что поданный через третий трубопровод 52 холодный газ направляется во вторую смесительную камеру 18 в направлении от первой смесительной камеры 16. Тем самым можно предотвратить любой обратный поток газа из второй смесительной камеры к первой смесительной камере 16 или в первую смесительную камеру 16. Кроме того, третьи впускные окна 56 расположены, предпочтительно, так, чтобы вызывать вихревое движение внутри второй смесительной камеры 18. Для достижения этого третьи впускные окна 56 расположены под углом относительно радиального направления смесительного резервуара 14, то есть третьи впускные окна 56 не направлены к оси смесительного резервуара 14.

Вторая смесительная камера 18 содержит второе выпускное окно 60 с сопряженным вторым питающим трубопроводом 62 для подачи регулирующего температуру газа ко второму газовому распределительному устройству 64, содержащему второй кольцевой трубопровод 66 горячего дутья и второй комплект фурм 68.

Предпочтительно, смешивание горячего газа с холодным газом регулируют с помощью первого и второго клапанов 30, 58 таким образом, что газ, имеющий постоянную температуру, выбранную в диапазоне между 900°С и 1250°С, подают в первое газовое распределительное устройство 46, в то время как газ, имеющий постоянную температуру, выбранную в диапазоне между 850°С и 950°С, подают во второе газовое распределительное устройство 64.

Данное изобретение позволяет газу выходить из смесительного резервуара 14 на двух отдельных уровнях и при двух отдельных постоянных температурах.

Согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрен четвертый трубопровод 70 с сопряженным третьим клапаном 72 для дальнейшей подачи газа ко второй смесительной камере 18 через четвертое впускное окно 74. Хотя поданный через четвертый трубопровод 70 газ может являться холодным газом, он также может быть инертным газом, используемым для заполнения инертным газом второго газового распределительного устройства 64, если это необходимо. По этой причине, четвертое впускное окно 74 расположено, предпочтительно, напротив второго выпускного окна 60.

Как первый, так и второй питающие трубопроводы 44, 62 содержат регулирующий клапан 76, 78 для регулирования количества газа, подаваемого к первому и второму газовому распределительному устройству 46, 64. В первом и втором питающих трубопроводах 44, 62 также могут быть предусмотрены газовые шиберы 79, 79'.

Скорость подаваемого к доменной печи потока газа может быть измерена разными средствами такими, как трубки 80, 80' Вентури в каждой из фурм 50, 68, трубки 82, 82' Вентури в первом и втором питающих трубопроводах 44, 62, осредняющие напорные трубки 84, 84' Annubar или акустические излучатели 86, 86' с их сопряженными акустическими ресиверами 88, 90, 88', 90'. Следует отметить, что эти средства могут быть использованы независимо или в сочетании друг с другом.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ