Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ФУРМЕННОГО ПРИБОРА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Область изобретения

В общем, данное изобретение относится к новаторскому устройству фурменного прибора доменной печи, прежде всего для подачи воздуха горячего дутья в доменную печь, а также подачи топлива и кислорода к доменной печи через устройство фурменного прибора.

Предпосылки создания изобретения

Вдувание вспомогательного топлива (природный газ, нефть, уголь или другие каменноугольные материалы) в доменную печь была обусловлена экономическими факторами. В середине прошлого столетия нефть, из-за ее низкой стоимости, была предпочтительным вспомогательным топливом, способствующим снижению потребления дорогих металлургических коксующихся углей и предотвращению инвестиций, связанных с расширением установки коксования.

Первую главную переоценку относительно вспомогательного вдувания топлива были вынуждены произвести в связи с нефтяным кризисом в 1970-х годах. Хотя вдувание угольной пыли было реализовано в некоторых доменных печах, начиная с начала 1960-х годов, только в 1980-х годах из-за резкого скачка цены на нефть интерес к пылеугольному вдуванию возрос.

Вторая, более поздняя переоценка вспомогательного вдувания топлива в доменную печь вызвана кардинальным увеличением стоимости энергии, включая цену на природный газ и несвязное развитие цен на некоксующиеся угли. Благодаря более высокой доступности, очень вероятно, что цены на некоксующийся уголь в будущем также останутся ниже, чем цены на нефть и природный газ.

Известно, что вдувание топлива, такого как, например, гранулированный или порошкообразный уголь, которое вдувается через несколько фурм в нижнюю часть доменной печи, имеет много преимуществ. Прежде всего, вдувание пылеугольного топлива уменьшает общую стоимость изготовленного горячего металла, не только благодаря замене кокса, но также из-за повышения производительности и возможности оперативного контроля работы доменной печи.

Вдувание порошкообразного или гранулированного угля традиционно выполняется посредством трубки для вдувания топлива в воздух горячего дутья на определенном расстоянии выше по потоку от открывающегося в печь конца фурмы. Другими словами, уголь вводится через проход горячего воздуха в фурме. Поданный через трубку для вдувания топлива уголь находится во взвешенном состоянии в транспортирующем газе.

Принимая во внимание все экономические и экологические преимущества вдувания пылеугольного топлива, уровень вдувания будет расти. Более важная проблема, связанная с ростом уровня вдувания, относится к характеру сгорания угля в доменной печи. Неэффективное сжигание угля в канале приведет к тому, что несожженные угольные частицы затрудняют проходимость в пустых пространствах шихты и, таким образом, приводят к ухудшению работы доменной печи и снижению производительности.

Для того чтобы минимизировать коксовую загрузку в доменной печи, сжигание пылеугольного топлива внутри канала должно быть максимальным. Это может быть выполнено за счет улучшения смешивания хорошо рассеянной угольной пыли с обогащенным кислородом горячим газом. Поскольку время пребывания и удерживания угольных частиц в канале находится в диапазоне только нескольких миллисекунд, важно очень быстро достичь точки воспламенения.

Точка воспламенения конкретного пылеугольного топлива зависит от типа пылеугольного топлива и его гранулометрического состава и параметров, таких как, например, обогащение кислородом, а также горячего дутья, кислорода, транспортирующего пылеугольное топлива газа и температуры пылеугольного топлива.

Поскольку в доменную печь подается больше топлива, количество окислительного газа должно быть увеличено для того, чтобы обеспечить правильное сгорание дополнительного топлива. Как правило, дополнительный окислительный газ подается через отдельную трубку для вдувания газа, имеющее свое газовое выпускное отверстие около выпускного отверстия трубки для вдувания топлива. Альтернативно, объединенное вдувание топлива и окислительного газа было предложено, например, в ЕР 0447908, причем вдувание выполняется через соосную трубку, причем внешняя трубка располагается, окружая внутреннюю трубку. Внутренняя трубка образует разделительную стену между окислительным газом и топливом, пока оба не достигнут выходного сопла трубки. Такие соосные трубки для вдувания часто упоминаются как кислородно-газовые трубки. В ЕР 0447908 окислительный газ передается во внешней трубке, а топливо передается во внутренней трубке.

Недостаток этих систем заключается в том, что подаваемый через отдельную трубку для вдувания газа или кислородно-газовую трубку окислительный газ является холодным. Следовательно, когда окислительный газ встречает топливо, воспламенение и сгорание топлива не происходят, пока не будет достигнута температура воспламенения смеси окислительного газа и топлива.

Было также предложено увеличить содержание кислорода в воздухе горячего дутья за счет увеличения содержания кислорода при вдувании холодного воздуха прежде, чем последний будет подогрет в воздухонагревателе. За счет подачи дополнительного окислительного газа через воздухонагреватель окислительный газ нагревается и может быть доставлен через воздуховодную трубу к топливу при более высокой температуре. Однако высокая концентрация кислорода в воздухе горячего дутья может привести к тому, что будут подгорать уплотнения и другие металлические части. При более высоких концентрациях кислорода риск пожара увеличивается. Как правило, поэтому расход кислорода в воздухе горячего дутья ограничивают приблизительно до 30%. Однако, для того чтобы улучшить условия сгорания топлива, могут быть желательны более высокие концентрации кислорода.

Цель изобретения

Целью настоящего изобретения является создание улучшенного устройства фурменного прибора доменной печи. Эта цель достигнута за счет устройства, как изложено в п.1 формулы изобретения.

Раскрытие изобретения

Данное изобретение предлагает устройство фурменного прибора шахтной печи, причем устройство фурменного прибора включает в себя корпус фурмы, выполненный для установки в стене шахтной печи, причем корпус фурмы содержит переднюю поверхность, обращенную внутрь шахтной печи, и противоположную заднюю поверхность, причем от задней поверхности до передней поверхности простирается канал фурмы. Кроме того, устройство фурменного прибора содержит воздуховодную трубу, подсоединенную между задней поверхностью корпуса фурмы и системой подачи воздуха горячего дутья, причем воздуховодная труба имеет переднюю часть, соединяющуюся с корпусом фурмы, и противоположную заднюю часть, соединяющуюся с системой подачи воздуха горячего дутья. Для подачи топлива в шахтную печь предусмотрена трубка для вдувания топлива, а для подачи окислительного газа в шахтную печь предусмотрена трубка для вдувания газа, причем трубка для вдувания топлива проходит через корпус фурмы. Согласно важному аспекту изобретения трубка для вдувания газа расположена в задней части воздуховодной трубы, причем трубка для вдувания газа расположена таким образом, чтобы подавать окислительный газ в центральную часть потока воздуха горячего дутья, подаваемого через воздуховодную трубу.

За счет подачи окислительного газа в воздух горячего дутья в задней части воздуховодной трубы, окислительный газ входит в контакт с воздухом горячего дутья, поскольку он перемещается через воздуховодную трубу к корпусу фурмы.

За счет этого контакта окислительный газ захватывает тепло от воздуха горячего дутья, повышая тем самым свою температуру. Окислительный газ, который был нагрет до более высокой температуры, входит таким образом в контакт с подпитываемым топливом, улучшая тем самым условия горения.

Повышенные температуры окислительного газа представляет особый интерес, если в качестве топлива используется уголь. Действительно, хотя уголь имеет преимущество обеспечения высокого коэффициента замены кокса, у него имеется недостаток, связанный с тем, что его трудно воспламенить. Однако более горячий окислительный газ улучшает условия воспламенения смеси уголь/топливо, а также обеспечивает его легкое и хорошее сгорание.

Как сказано во введении, повышенные концентрации кислорода в воздухе горячего дутья могут привести к тому, что уплотнения и другие металлические части будут подгорать, и увеличится риск пожара. Поскольку окислительный газ, согласно настоящему изобретению, вводится в заднюю часть воздуховодной трубы, из этого следует, что риск ограничивается воздуховодной трубой, то есть частью устройства, расположенной ниже по потоку точки вдувания окислительного газа. Этот риск не существует в части устройства, расположенной выше по потоку от точки вдувания окислительного газа, включающей в себя, среди прочего, воздухонагреватель и кольцевой воздухопровод. В воздуховодной трубе риск повреждения изоляции и других металлических частей уменьшается, потому что прямой контакт окислительного газа со стенами воздуховодной трубы уменьшен. Действительно, окислительный газ центрально подается в воздух горячего дутья. Другими словами воздух горячего дутья окружает окислительный газ по мере его перемещения к доменной печи. Поскольку воздух горячего дутья преимущественно имеет более высокую вязкость, чем вдуваемый в центральную часть воздуха горячего дутья окислительный газ, окислительный газ имеет тенденцию оставаться концентрированным в центре, то есть далеко от стен воздуховодной трубы.

Настоящее устройство фурменного прибора позволяет использовать летучие компоненты (ЛК) угля в качестве топлива. Действительно, такие ЛК угля требуют высокого содержания кислорода для того, чтобы поддержать соответствующую адиабатическую температуру в зоне горения перед фурмами (АТЗГ). Дополнительный кислород имеет тенденцию увеличивать АТЗГ, тогда как энергия крекинга сжигания угля имеет тенденцию понижать АТЗГ. Так как ЛК угля имеют более высокую энергию крекинга, для поддержания АТЗГ необходима увеличенная концентрация кислорода. Благодаря данному изобретению содержание кислорода может быть увеличено, позволяя тем самым использовать ЛК угля.

Система подачи воздуха горячего дутья может содержать кольцевой воздухопровод горячего дутья и нисходящую ветвь для соединения с воздуховодной трубой, причем воздуховодная труба содержит колено в своей задней части, причем колено соединяет воздуховодную трубу с нисходящей ветвью. Преимущественно, трубка для вдувания газа расположена тогда в колене. Такое колено может содержать удлинение на одной оси с воздуховодной трубой, в оконечной части удлинения расположен визир. Расположение трубки для вдувания газа в колене устройства фурменного прибора позволяет вдуванию окислительного газа происходить в точке наиболее удаленной от корпуса фурмы, обеспечивая тем самым более длительное время пребывания и удержание окислительного газа в воздухе горячего дутья и, таким образом, обеспечивая максимальную отдачу теплоты воздухом горячего дутья. Кроме того, путь от колена до точки, где вводится топливо, является, в общем, прямым, сохраняя тем самым окислительный газ концентрированным в центре потока воздуха горячего дутья и предотвращая чрезмерное смешивание окислительного газа с воздухом горячего дутья.

Предпочтительно, трубка для вдувания газа расположена таким образом, чтобы не загораживать зрительную линию между визиром и корпусом фурмы. Однако не должны быть исключены и другие расположения.

Согласно одному варианту осуществления изобретения трубка для вдувания газа расположена параллельно и соосно со зрительной линией между визиром и корпусом фурмы, причем зрительная линия проходит через трубку для вдувания газа. Трубка для вдувания газа содержит боковое входное отверстие газа для подачи окислительного газа к трубке для вдувания газа. За счет расположения трубки для вдувания газа таким образом, поданный в трубку для вдувания газа окислительный газ проходит непосредственно перед окном визира, сохраняя тем самым окно свободным от конденсации и пыли. Действительно, в известных из уровня техники установках воздуху горячего дутья разрешается вытекать из колена до окна визира. Из-за более высокой температуры воздуха горячего дутья, на окне визира происходит конденсация.

Кроме того, содержащиеся в воздухе горячего дутья частицы пыли могут осаждаться на окне визира, затрудняя тем самым обзор через визир. Настоящее устройство трубки для вдувания газа позволяет более холодному окислительному газу быть поданным мимо окна визира, исключая тем самым такую конденсацию и осадки пыли.

Согласно одному варианту осуществления изобретения трубка для вдувания топлива проходит через корпус фурмы так, чтобы подавать топливо в канал фурмы, причем трубка для вдувания топлива открывается в боковую стенку канала фурмы. Это позволяет окислительному газу вступать в контакт с топливом внутри канала. Сгорание топлива производится внутри канала, минимизируя тем самым подачу не сожженного топлива в доменную печь.

Согласно другому варианту осуществления изобретения трубка для вдувания топлива проходит через корпус фурмы так, чтобы подавать топливо в доменную печь, причем трубка для вдувания топлива открывается в переднюю поверхность корпуса фурмы. Такое устройство может иметь тип, раскрытый в параллельной заявке того же заявителя LU 91543, зарегистрированной 24.03.2009 года, которая включается сюда по ссылке, причем трубка вдувания расположена в выполненном в корпусе фурмы проходе трубки, причем проход трубки расположен между внутренней стеной и внешней стеной корпуса фурмы и простирается от задней поверхности до передней поверхности, проход трубки открывается в переднюю поверхность корпуса фурмы. За счет расположения трубки вдувания в таком проходе трубки через корпус фурмы трубка вдувания не подвергается воздействию теплоты от воздуха горячего дутья, продуваемого через воздуховодную трубу и фурму. Следовательно, трубка вдувания не подвергается риску воздействия воздухом горячего дутья.

Предпочтительно, топливо, подаваемое через трубку для вдувания топлива, является порошкообразным или гранулированным углем. Однако также могут использоваться гранулированные пластмассы, животный жир или животная мука, жидкое топливо, природный газ или измельченные шины.

Преимущественно, подаваемый через трубку для вдувания газа окислительный газ является газом с высоким содержанием кислорода, предпочтительно окислительный газ является по существу чистым кислородом. В контексте настоящего приложения имеющий высокое содержание кислорода газ будет газом с содержанием кислорода по меньшей мере 80%, а чистый кислород - газ с содержанием кислорода по меньшей мере 95%.

Предпочтительно, подаваемый к воздуховодной трубе воздух горячего дутья имеет температуру между 1000 и 1300°C. Окислительный газ при достижении корпуса фурмы может иметь температуру несколько сотен градусов по Цельсию.

Краткое описание фигур

Данное изобретение будет более понятно из следующего описания со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 - схематический разрез через устройство фурменного прибора согласно одному варианту осуществления изобретения,

фиг.2 - схематический разрез через устройство фурменного прибора согласно другому варианту осуществления изобретения, и

фиг.3 - схематический разрез через устройство фурменного прибора согласно еще одному варианту осуществления изобретения.

Описание предпочтительного варианта осуществления

На фиг.1 показано устройство 10 фурменного прибора для подачи воздуха горячего дутья через стену 12 печи. Устройство 10 фурменного прибора содержит расположенную в стене 12 печи фурму 14. Фурма 14 удерживается в положении посредством фурменного холодильника 16 и держателя 18 фурменного холодильника.

Фурма 14 имеет корпус 20 фурмы с внешней стеной 22, переднюю поверхность 24 и противоположную заднюю поверхность 26. Центрально через корпус 20 фурмы расположен канал 28 фурмы, который простирается от задней поверхности 26 к передней поверхности 24. Канал 28 фурмы образует внутреннюю стену 30 в корпусе 20 фурмы. Задняя поверхность 26 фурмы 14 выполнена для приема передней части 32 воздуховодной трубы 34, которая подсоединена противоположной задней частью 36, по существу в форме колена 37, к системе подачи воздуха горячего дутья, представленной здесь кольцевым воздухопроводом 38 и нисходящей ветвью 39. Воздуховодная труба 34 выполнена и расположена для подачи воздуха горячего дутья от кольцевого воздухопровода 38 к каналу 28 фурмы для вдувания в доменную печь.

Кроме того, предусмотрена трубка 40 для вдувания топлива для подачи топлива, в общем порошкообразного или гранулированного угля, в доменную печь на уровне фурмы. За счет вдувания топлива в доменную печь количество подаваемого в печь кокса может быть уменьшено. Поскольку топливо, такое как, например, уголь, в общем, дешевле, чем кокс, это приводит к сокращению эксплуатационных расходов доменной печи.

Согласно показанному на фиг.1 варианту осуществления изобретения трубка 40 для вдувания топлива расположена в проходе 42 трубки, выполненном в корпусе 20 фурмы. Такой проход 42 трубки располагается между внутренней стеной 30 и внешней стеной 22 корпуса 20 фурмы и простирается от задней поверхности 26 до передней поверхности 24. Таким образом, проход 42 трубки открывается в переднюю поверхность 24 корпуса 20 фурмы. Подвод трубки 40 для вдувания топлива через проход 42 трубки в корпусе 20 фурмы позволяет предотвратить вхождение топлива в контакт с воздухом горячего дутья внутри устройства фурменного прибора. Такое устройство трубки 40 для вдувания топлива сохраняет последнюю защищенной от высоких температур воздуха горячего дутья и поэтому позволяет продлить срок ее службы. Более подробная информация и преимущества устройства трубки 40 для вдувания топлива в проходе 42 трубки можно найти в параллельной заявке LU 91543 того же заявителя.

Для того чтобы способствовать сгоранию топлива, в общем, предусмотрены трубки для вдувания газа для подачи к топливу окислительного газа, такого так, например, кислород. Такая трубка для вдувания газа может быть в форме отдельной трубки или интегрированной внутрь трубки для вдувания топлива. Такие интегрированные трубки являются соосными трубками, содержащими две соосные трубы, для переноса топлива и окислительного газа, удерживая их отдельно, пока они не достигнут наконечника трубки.

В противоположность известным из уровня техники системам, где трубки для вдувания газа расположены для подачи окислительного газа непосредственно или, по меньшей мере, поблизости от введенного топлива, изобретатели нашли выгодным обеспечить отдельную трубку 44 для вдувания газа, расположенную в колене 37 воздуховодной трубы 34. Такая трубка 44 для вдувания газа расположена так, чтобы подавать окислительный газ центрально в поток воздуха горячего дутья, подаваемого через воздуховодную трубу 34.

Воздух горячего дутья окружает окислительный газ по мере его перемещения через воздуховодную трубу 34 к фурме 20. Вводя окислительный газ в воздух горячего дутья в колене 37 воздуховодной трубы 34, окислительный газ фактически вводится в самом удаленном месте от фурмы 20, но все еще на одной оси с воздуховодной трубой 34. Как следствие, время пребывания окислительного газа в воздухе горячего дутья максимально, что, в свою очередь, вызывает максимальный отбор теплоты от окружающего воздуха горячего дутья. Осевая центровка пути окислительного газа с воздуховодной трубой важна для того, чтобы сохранять окислительный газ сконцентрированным центрально в потоке воздуха горячего дутья, то есть минимизировать нежелательное смешивание окислительного газа в воздухе горячего дутья. Действительно, изгиб на пути потока вызывает турбуленции, которые вынуждают эти два газа смешиваться.

В общем, колено 37 воздуховодной трубы 34 содержит удлинение 46 на одной оси с воздуховодной трубой 34. В общем, в конце удлинения 46 располагается визир 48. Такой визир 48 может использоваться для того, чтобы осмотреть через воздуховодную трубу 34 канал 28 фурмы и следить за горением пламени в наконечнике 20 фурмы. Через визир 48 могут контролироваться условия горения в доменной печи. При некоторых обстоятельствах выпускное отверстие 20 фурмы может стать заблокированным. Такая блокировка может также быть обнаружена осмотром через визир 48.

Согласно показанному на фиг.1 варианту осуществления изобретения трубка 44 для вдувания газа вставляется в колено 37 сверху от удлинения 46. Выходной конец 50 трубки 44 для вдувания газа центрально располагается в газовом проходе 52 через воздуховодную трубу 34. Ориентация трубки 44 для вдувания газа такова, что на выходном конце 50 направление потока окислительного газа параллельно, предпочтительно соосно, направлению потока воздуха горячего дутья.

На фиг.2 показан второй вариант осуществления данного изобретения с альтернативным устройством трубки 40 для вдувания топлива и альтернативным устройством трубки 44 для вдувания газа. Большинство признаков этого второго варианта осуществления изобретения идентично показанному на фиг.1 варианту осуществления изобретения, и поэтому здесь подробно описываться не будут. Идентичные ссылочные обозначения обозначают идентичные признаки.

Согласно показанному на фиг.2 варианту осуществления изобретения трубка 40' для вдувания топлива расположена в выполненном в корпусе 20 фурмы проходе 42' трубки. Такой проход 42' трубки простирается под углом от внешней стены 22 до внутренней стены 30. Таким образом, проход 42' трубки открывается во внутреннюю стену 30 корпуса 20 фурмы, и топливо подается в канал 28 фурмы. Введенное в канал 28 фурмы топливо входит в контакт с продуваемым через канал 28 фурмы окислительным газом, и воспламеняется внутри канала 28 фурмы.

Согласно показанному на фиг.2 варианту осуществления изобретения трубка 44' для вдувания газа вставляется в колено 37 снизу от удлинения 46. Ориентация трубки 44' для вдувания газа такова, что направление потока окислительного газа направляется к центру потока воздуха горячего дутья. Это устройство таково, что трубка 44' для вдувания газа не преграждает визуальный мониторинг условий эксплуатации через канал 28 фурмы.

Если визир не требуется, трубка для вдувания газа может также быть вставлена непосредственно через удлинение 46. Это, например, позволило бы трубке для вдувания газа быть соосной с воздуховодной трубой.

На фиг.3 показан третий вариант осуществления данного изобретения с альтернативным устройством для трубки 44 для вдувания газа. Большинство признаков этого третьего варианта осуществления изобретения идентично показанному на фиг.2 варианту осуществления изобретения и поэтому подробно здесь описываться не будут. Идентичные ссылочные обозначения обозначают идентичные признаки.

Согласно показанному на фиг.3 варианту осуществления изобретения трубка 44" для вдувания газа вставляется в колено 37 через удлинение 46. Трубка 44" для вдувания газа располагается таким образом, что проходит параллельно и соосно со зрительной линией между визиром 48 и корпусом 20 фурмы. Другими словами, зрительная линия проходит через трубку 44" для вдувания газа. В конце трубки 44" для вдувания газа, ближе к визиру 48, располагается распределительная камера 54 с боковым входным отверстием газа 56 для подачи окислительного газа к трубке 44" для вдувания газа. Распределительная камера 54 перенаправляет окислительный газ от трубы подачи окислительного газа 58 в трубку 44" для вдувания газа. Поскольку окислительный газ проходит через распределительную камеру 54, он течет перед окном визира 48, сохраняя, таким образом, окно свободным от конденсата и пыли.

Необходимо заметить, что альтернативное устройство трубки 40 для вдувания топлива никоим образом не связано с альтернативным устройством трубки 44 для вдувания газа. Действительно, устройство трубки для вдувания топлива может быть выбрано полностью независимо от устройства трубки для вдувания газа. Необходимо также заметить, что показанные устройства для трубки 40 для вдувания топлива, 40' и трубки 44, 44'для вдувания газа не подразумеваются как исчерпывающие.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ