Повітряна фурма доменної печі

Воздушная фурма доменной печи, содержащая полый водоохлаждаемый корпус с фланцем и внутренним стаканом, с расположенными в верхней части внутреннего стакана, выступающими в рабочий канал фурмы соплами для подачи природного газа, отличающаяся тем, что сопла выполнены прямоугольным сечением с отношением сторон, равным 2, причем меньшая сторона ориентирована по оси фурмы, а суммарная площадь сечения сопел определяется соотношением: fc = (0,006 ¸ 0,02) fф, м2 где fф – средняя площадь поперечного сечения фурмы на участке от ввода природного газа до среза фурмы, м2; (0,006 ¸ 0,02) – коэффициенты, зависящие от относительного расхода природного газа на фурму. В.Ш. (13) 32425 (11) воздуха, за счет чего обеспечивается полнота сгорания газа в фурменной зоне и повышается эффективность его применения. Поставленная задача решается тем, что в воздушной фурме доменной печи, содержащей полый водоохлаждаемый корпус с фланцем и внутренним стаканом с расположенными в верхней части внутреннего стакана, выступающими в рабочий канал фурмы соплами для подачи природного газа, согласно изобретению, сопла выполнены прямоугольным сечением с отношением сторон, равным 2, причем меньшая сторона ориентирована по оси фурмы, а суммарная площадь сечения сопел определена соотношением: где fф – средняя площадь поперечного сечения фурмы на участке от ввода природного газа до среза фурмы, м2; (0,006 – 0,02) – коэффициенты, зависящие от относительного расхода природного газа на фурму. Эффективность использования природного газа в доменной плавке во многом зависит от развития и перемешивания струй газа в поперечном потоке дутья во внутренней полости фурмы. Развитие струй газа в потоке дутья и протекающие в них процессы зависят от формы ст UA fc = (0,006 – 0,02) fф, м2, (19) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для подачи природного газа в фурменную зону доменной печи. Наиболее близкой по технической сущности является фурма для подачи воздуха и природного газа в доменную печь, содержащая полый водоохлаждаемый корпус и расположенную в верхней его части трубку для ввода газа в воздушный поток, проходящую через полость корпуса и снабженную выступающим в рабочий канал фурмы сменяемым наконечником. Подобная конструкция фурмы не обеспечивает полноты сгорания газа из-за неудовлетворительного перемешивания его с набегающим потоком воздуха, термическая стойкость наконечника, находящегося в зоне высоких температур, низкая. Опытным путем и расчетно-теоретическим анализом установлено, что при применении на доменных печах фурм указанной конструкции недожог природного газа доходит до 30% от расходуемого количества, а выступающие в полость фурмы концы трубок, отгорают, уменьшая заглубление струи газа в поток дутья. В основу изобретения заложено создание воздушной фурмы, в которой посредством усовершенствования конструкции узла ввода природного газа достигается улучшение качества перемешивания струи газа с набегающим потоком C2 ____________________ 32425 руи в устье (круглая, прямоугольная, плоская) и критерия Эйлера. Первый параметр относится к определяющим конструктивным, второй – определяющим режимным параметрам. Влияние формы струи в устье проявляется через величину миделевого сечения, т.е. площади сечения струи реагента в плоскости, перпендикулярной потоку дутья. Чем она больше, тем интенсивнее процесс смесеобразования, так как поток дутья действует на большую площадь струи меньшей толщины. Влияние режимного параметра проявляется через коэффициент расхода, величина которого показывает, какая часть общей площади выходного сопла свободна для прохода газа. Этот показатель характеризует качество конструкции сопла и полноту использования давления газа. С ростом коэффициента расхода существенно повышается равномерность профиля скоростей и концентраций струи газа в устье и глубина проникновения ее в поперечный поток дутья, что увеличивает равномерность распределения газа по сечению внутреннего стакана фурмы и интенсифицирует процесс смесеобразования. При ровном профиле скоростей и концентраций газа будет иметь место примерное равенство соотношения "газдутье" в любой точке миделевого сечения. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез фурмы по месту подвода природного газа; на фиг. 2 показано поперечное сечение фурмы по месту расположения сопел и положение струи газа на отметке проникновения его в поток дутья относительно среза сопла; на фиг. 3 показан вид выходной части сопла по стрелке Б. Воздушная фурма содержит полый водоохлаждаемый корпус 1 с фланцем 2 и внутренним стаканом 3. В верхней части внутреннего стакана 3 расположены сопла 4, заглубленные в рабочий канал фурмы 5. Сопла 4 имеют прямоугольное сечение в выходной части 6. Положение струи газа относительно среза сопла 4 условно изображено окружностями 7. Работа устройства характеризуется следующим образом. Природный газ равномерно подается в рабочий канал воздушной фурмы 5 через выходную часть сопел 4, прямоугольное сечение которых обеспечивает направленную рассредоточенную подачу газа в нижнюю половину фурмы 5. По мере движения в канале фурмы и далее в фурменной зоне он прогревается, частично горит, частично подвергается пиролизу и под действием подъемных сил поднимается вверх, пересекая поток дутья, чем достигаются оптимальные условия для сжигания газа в большей части потока дутья. Сопла ввариваются так, что не менее 1/4 их длины находится в водоохлаждаемой полости. Подача природного газа через сопла прямоугольного сечения с отношением сторон, равным 2, и суммарной площадью выходных сечений fc = (0,006 – 0,02)fф, м2, обеспечивает, во-первых, оптимальные с точки зрения конструкции соплового ввода геометрические соотношения между площадями сопла на входе и выходе, что приводит к повышению эксплуата ционной стойкости выступающей в рабочий канал части сопла за счет минимизации его размеров; во-вторых, повышенную площадь миделевого сечения газовой струи; в-третьих, наиболее полное использование давления природного газа в магистрали и близкие к предельно возможным коэффициенты расхода. Конструктивно наибольшее влияние на величину коэффициента расхода оказывает отношение площади выходного сечения сопла к входному. Это отношение равно: fc £ 0,5, Fc где fc – площадь выходного сечения сопла, м2; Fc – площадь входного сечения сопла, м2. Наибольшая технологичность изготовления и минимизация размеров выступающей в рабочий канал фурмы части сопла достигаются при выполнении последнего в виде цилиндрического насадка. В этом случае при истечении из сопла прямоугольного сечения газовая струя будет иметь максимальное значение миделевого и поперечного сечений при отношении сторон сопла, равном 2. Действительно, приняв fc = 0,5 Fc, или H × b = 0,5 × 0,785 × dо2, где dо – диаметр входного сечения сопла, м, H и b – соответственно большая и меньшая стороны сечения сопла, м, получим H = =0,886 × dо, b = 0,443 × dо или H/b = 2. Аналогичный результат дает и простое геометрическое построение. Экспериментально установлено, что определяющим технологическим параметром, влияющим на величину коэффициента расхода при истечении из канала в сносящий поток, является критерий Эйлера, вычисленный как отношение избыточного давления в канале к скоростному напору в сносящем потоке. Dq ³ 3 влияние сносящего потока на q коэффициент расхода невелико (5, с. 159), где – DP = (Pгаза – Pдутья) избыточное давление природного газа, кгс/м2; При g1 = 2 r д × Wд 2g – скоростной напор дутья в фурме, кгс/м2; rд × Wд – соответственно плотность и скорость дутья в действительных условиях, кг/м3, м/с. На практике избыточное давление реализуется в скоростной напор струи газа g2 rг × Wг , кгс/м2, 2g где rг и W г – соответственно плотность и скорость природного газа в действительных условиях, кг/м3, м/с. Уравнение оптимальных газодинамических условий истечения струи природного газа в поток дутья принимаем в виде g2 = DР = 2 r × Wд rг × Wг2 = 10 д . 2g 2g (1) 32425 Практика использования комбинированного дутья показывает, что скорость газа на входе во внутренний стакан фурмы значительно ниже критической (396 м/с). Поэтому для анализа формулы (1) можно использовать зависимости, характеризующие параметры истечения газа без учета его сжимаемости и удобные для анализа. Необходимое сечение одиночного сопла или суммарное сечение заданного числа сопел при докритической скорости истечения в среду с давлением дутья (Pд) находим из равенства двух выражений для определения скорости природного газа на срезе газового насадка при условии, что статическое давление в струе истекающего газа на срезе сопла равно давлению дутья в фурме: 2g × DР , gг Vг × Тг , 273 × 3600 × m × fс × Pд или fc = 0,143 (0,04 – 0,14)fф = (0,006 – 0,02)fф, м2. Для подтверждения правомочности выбранной методики выполним сравнительный расчет величины сечений газовых сопел по точным (с учетом сжимаемости) и приближенным (без учета сжимаемости) формулам для условий приведенного выше примера и расхода природного газа = 900 нм3/ч на фурму. (2) (3) Wг = Wг = = 1) W г = fc = где gг – удельныйвес природного газа при P и Т, кгс/м3; Vг – расход природного газа на фурме, м3/ч. На практике Vг = (0,04 – 0,14) Vд, причем первая цифра относится к низкопотенциальному дутью, вторая – высокопотенциальному; Tд – температура природного газа, 293 К; fc – площадь газового сопла, м2; m – коэффициент расхода, равный 0,8. Подставив (1) и (2) и приравняв (2) и (3) при средних параметрах комбинированного дутья (температура – 1103оС, давление – 3,6 х 10000 кгс/м2, расход – 11000 нм/ч на фурму, получим (0,04 - 0,14) × Vд × 273 273 × 3600 × 0,8 × fc × Pд æ ö 2 1103 + 273 Vд ÷ × 1,293 ç ç 3600 × fф ÷ 273 × Рд è ø 2g × 10 2g Pд × 273 0,8 × 293 2 × 9,81× 15000 × 293 × 104 0,8 × 3,6 × 104 × 273 = 33,1 м/с 900 × 293 -4 2 = 2,82 × 10 , м 273 × 3600 × 0,8 × 331× 3,6 Vг 2) fc = 5400 × m × Рг 1 g ог Тг = éæ Рд ö 1,53 æ Рд ö 1,77 ù ÷ ÷ -ç êç ÷ çР ÷ ú ç êè Рг ø è гø ú û ë Vг = 1 5400 × 0,8 × 5100 0,8 × 293 éæ 3,6 ö 1,53 æ 3,6 ö 1,77 ù ÷ -ç êç ÷ ÷ ç ç 5,1 ÷ ú ø û è ëè 5,1 ø = = 2,88 × 10-4, м2 где Pг = Pд + DP, кгс/м2. Результаты отличаются на 2,1%, приемлемо для инженерных расчетов. = Фиг. 1 3 что 32425 Фиг. 2 Фиг. 3 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 4