Спосіб нагріву доменного дуття у безшахтному повітронагрівачі доменної печі

Спосіб нагріву доменного дуття у безшахтному повітронагрівачі, що включає подачу потоків газу і повітря горіння по газовому і повітряному колекторах, розділення їх на окремі струмені за допомогою каналів подачі газу і повітря, що сполучаються з колекторами, в розташовану у верхній частині купола повітронагрівача і співвісну з ним форкамеру, введення струменів у форкамеру і створення в її просторі по висоті верхньої і нижньої зон горіння, введення потоків газу і повітря в C2 2 92764 1 3 насадки, а газовий аналіз продуктів горіння після виходу з насадки не забезпечує відсутність пальних компонентів на її вході. Найближчим по сукупності суттєвих ознак і технічному результату, що досягається, до винаходу, що заявляється, є спосіб нагріву доменного дуття у безшахтному повітронагрівачі (див. заявку UA №. u 200806146 від 12.05.08г.), вибраний як прототип, який включає подачу газу і повітря горіння по газових і повітряних колекторах верхнього і нижнього ярусів, розділення їх на окремі струмені за допомогою каналів подачі газу і повітря, що сполучаються з колекторами, в розташовану у верхній частині купола повітронагрівача і соосну з ним форкамеру, введення струменів у форкамеру зустрічно на верхньому ярусі і закручування їх на нижньому ярусі по траєкторії, розташованій в горизонтальній площині і направленій під кутом до радіусів форкамери, що проходять через центри отворів цих каналів у форкамеру, перемішування газу з повітрям, спалювання газу і нагрів насадки повітронагрівача в газовий період і подальший нагрів дуття в дутьовой період. У просторі форкамери по висоті створюють верхню і нижню зони горіння подачею різної кількості газу і повітря горіння, причому підводять потоки газу і повітря для кожної зони горіння окремо так, що струмені газу і струмені повітря подають у форкамеру у верхній зоні горіння форкамери назустріч один одному по радіусах форкамери, а струмені газу і повітря, що вводяться у форкамеру і закручувані по траєкторії, направленій під кутом до радіусів форкамери, що проходять через центри отворів цих каналів у форкамеру, вводять в нижню зону горіння. При цьому, у верхню зону горіння подають на спалювання 30-70% газу і повітря від їх загальної кількості, що йде на нагрів дуття, а температуру у форкамері в періоди нагріву і дуття підтримують в інтервалі 650-750° С, при цьому газ і повітря в нижній зоні горіння подають у форкамеру під кутом 12-85°С до радіусів, проведених в горизонтальній площині з вертикальної осі форкамери в центри вихідних отворів газу і повітря нижніх колекторів (нижньої зони горіння). Суттєвими ознаками прототипу, співпадаючими з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є подача потоків газу і повітря горіння по газовому і повітряному колекторам, розділення їх на окремі струмені за допомогою каналів подачі газу і повітря, що сполучаються з колекторами, в розташовану у верхній частині купола повітронагрівача і соосну з ним форкамеру, введення струменів у форкамеру і створення в її просторі по висоті верхньої і нижньої зон горіння, введення потоків газу і повітря в кожну зону горіння окремо з подачею струменів газу і струменів повітря у форкамеру назустріч один одному так, що струмені газу і повітря у верхній зоні горіння направляють по радіусах форкамери, а струмені газу і повітря, що вводяться в нижню зону горіння, закручують по траєкторії, направленій під кутом до радіусів форкамери, що проходять через центри вихідних отворів цих каналів у форкамеру, перемішування газу з повітрям, спалювання газу і нагрів насадки повітронаг 92764 4 рівача в газовий період і нагрів дуття в дутьовий період. Недоліком прототипу є відсутність контролю якості спалювання палива безпосередньо перед входом в насадку повітронагрівача, що призводить до появи в продуктах горіння горючих компонентів CO і ін. і можливості догорання горючих компонентів усередині насадки, що призводить до виходу її з ладу. Крім того, в прототипі відсутній контроль рівномірності розподілу продуктів горіння по перетину насадки. В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб нагріву доменного дуття у безшахтному повітронагрівачі доменної печі шляхом обмеження вмісту в продуктах горіння на вході в насадку горючих компонентів, а також шляхом рівномірного розподілу витрати продуктів горіння по перетину насадки за рахунок раціональної подачі палива і повітря горіння у верхню і нижню зони горіння купольного струменево-вихрового пальника. Поставлена задача вирішується тим, що в способі нагріву доменного дуття у бесшахтному повітронагрівачі, що включає подачу потоків газу і повітря горіння по газовому і повітряному колекторам, розділення їх на окремі струмені за допомогою каналів подачі газу і повітря, що сполучаються з колекторами, в розташовану у верхній частині купола повітронагрівача і соосну з ним форкамеру, введення струменів у форкамеру і створення в її просторі по висоті верхньої і нижньої зон горіння, введення потоків газу і повітря в кожну зону горіння окремо з подачею струменів газу і струменів повітря у форкамеру назустріч один одному так, що струмені газу і повітря у верхній зоні горіння направляють по радіусах форкамери, а струмені газу і повітря, що вводяться в нижню зону горіння, закручують по траєкторії, направленій під кутом до радіусів форкамери, що проходять через центри вихідних отворів цих каналів у форкамеру, перемішування газу з повітрям, спалювання газу і нагрів насадки повітронагрівача в газовий період і нагрів дуття в дутьовий період, згідно винаходу поверх насадки укладають водоохолоджувану вимірювальну трубу, виконану з можливістю відбору проб димових газів і проведення вимірів витрат димових газів по перетину насадки, при цьому на початку нагріву насадки на кожну зону горіння подають по 50% всього газу і всього повітря горіння, потім визначають на вході в насадку вміст СО в димових газах, по його величині не змінюючи загальної витрати газу на опалювання повітронагрівача і коефіцієнта надлишку повітря, рівного 1,051,10, збільшують витрату газу і повітря на нижню зону горіння з кроком 2,5-5% від загальної витрати газу і повітря горіння до тих пір, поки в продуктах горіння перед входом в насадку вміст CO складе 10 - 100 мг/м3 і ведуть процес нагріву насадки при досягнутому мінімальному вмісті CO. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак винаходу, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Вміст СО в димі перед входом в насадку 10100 мг/м3 вибрано виходячи з таких міркувань: 5 10мг/м3 реально досягнутий мінімальний кінцевий вміст СО в димі при струменево-вихровому купольному опалюванні, 100мг/м3 - граничний допустимий кінцевий вміст СО в димових відхідних газах доменних повітронагрівачів згідно нормам передових країн, (наприклад, норми ТА Luft, ФРН). Згідно винаходу коефіцієнт витрати повітря підтримуємо в межах п = 1,05-1,10 з наступних міркувань : якщо п 1,10, то надлишок повітря горіння буде зайвим, оскільки приведе до зниження температури під куполом нижче заданої, а також до перевитрати палива через зниження КВТ( коефіцієнта використання палива). Первинний розподіл компонентів горіння, з'єднаних однотипним характером їх введення в сопла на два горизонти (яруси): верхній і нижній в співвідношенні 50:50% пов'язаний із зручністю прийняття цього співвідношення як початкового для подальшого пошуку раціонального співвідношення розподілу витрат компонентів горіння. Подальша зміна витрат компонентів горіння з кроком 2,5-5% пов'язана з наступним. При кроці, меншому 2,5%, процес усунення горючих компонентів в димі перед входом в насадку подовжується в часі і, крім того, може вийти із зони точності і чутливості проведення автоматичного газового аналізу на газоаналізаторі. При кроці, більшому 5%, факел може скоротитися так, що суттєво зростуть температури в горловині форкамери, що призведе до скорочення її стійкості. Управління довжиною факела і розподілом диму по перетину насадки за допомогою контролю вмісту CO безпосередньо перед входом в насадку і зміною витрат компонентів горіння через нижній рівень проводиться тому, що внесок тангенціального введення струменів газу і повітря в їх змішення і довжину факела, що утворюється, більше, могутніше, ніж зустрічно-радіального введення на верхньому рівні завдяки більш високим температурам диму на нижньому рівні, а також наявності закручування струменів на цьому рівні. При пошуку варіанту мінімуму вмісту в димі безпосередньо на вході в насадку горючих компонентів і подальшому знаходженні його, одночасно знайдено і якнайкращий розподіл продуктів горіння по перетину насадки, оскільки ведучим вибрано управління тангенціальними потоками газу і повітря горіння нижній зоні. Додатковими передумовами для останнього є: дифузорна форма входу диму в насадку і закручування потоків у нижній зоні горіння у форкамері пальника. Запропонований спосіб реалізується у повітронагрівачі, представленому на фіг. 1. Повітронагрівач оснащений купольним пальником, що має сопла 4, 5, 6, 7 для введення газу і повітря, розташовані рядами у форкамері 13 і що розрізняються тим, що мають для кожного ряду різні в плані кути між осями сопел і радіусами, проведеними в центр отворів введення компонентів горіння, при цьому задані діаметри камери насадки 1 і горловини 12 форкамери 13, число рядів, кількість і діаметр вказаних сопел, відстані між рядами сопел і між нижнім рядом сопел 5 і 7 і верхнім рядом насадки 1. 92764 6 Спосіб реалізується наступним чином. На верхній ряд насадки 1 укладають горизонтально вимірювальну водоохолоджувану трубу 2, що складається з двох труб з перфорацією. Отвори в трубі 2 для контролю витрати диму по перетину насадки лежать в одній горизонтальній площині і їх осі перпендикулярні до останньої і направлені назустріч потоку диму. Отвори ж для аналізу диму на СО другої труби і обидві ці труби не зв'язані між собою. За допомогою вимірювальної труби 2 проводиться аналіз димових газів на вміст СО, а також вимірюється витрата диму через отвори у вимірювальній трубі 2. Канали для вимірювання витрати диму по перетину насадки 1 у вимірювальній трубі 2 не сполучаються з отворами для газового аналізу. Для виконання газового аналізу проб, узятих за допомогою вимірювальної труби 2, проби охолоджуються, очищаються від пилу і направляються в газоаналізатор ( на фіг. 1 не показаний), електричний імпульс від якого передається в процесор 3. В процесор 3 надходить також інформація про витрати газу через верхній 4 (газ 1) і нижній 5 ряди газових сопел (газ 2), інформація про витрати повітря горіння через верхній 6 (повітря 1) і нижній 7 ряди сопел (повітря 2). Витрата газу на спалювання у верхній зоні крізь сопла 4 (газ 1) вимірюється діафрагмою 8, витрата газу у нижній зоні (газ 2) - діафрагмою 9, витрата повітря у верхній зоні крізь сопла 6 (повітря 1) - діафрагмою 10, у нижній зоні (повітря 2) діафрагмою 11, перетворені імпульси від яких поступають в процесор 3. При вибраних числі рядів m розташування сопел газу (повітря) 4,5,6,7, наприклад, m=2, відстані між рядами L1, відстані від нижнього ряду розташування сопел до дзеркала насадки (верхнього її ряду) L2, діаметрі d горловини 12 форкамери 13, діаметрі D камери насадки 1, коефіцієнті витрати повітря на верхньому і нижньому рядах сопел, рівному п=1,05-1,10, при первинній однаковій по 50% від загальної витрати установці витрат газу і повітря для нижньої і верхньої зон, а також при ухваленні для верхнього ряду сопел радіального зустрічного розташування сопел газу 4 і повітря 6, а для нижнього ряду сопел 5 і 7 тангенціального їх розташування з кутами, рівними α =10-90°, між радіусами, проведеними в центри отворів сопел з осі форкамери 13 і осями сопел 5 і 7 нижнього ряду, у разі виявлення у вимірювальній трубі 2 CO опалювального газу, за допомогою дросельних органів збільшуємо частку витрати компонентів горіння нижнього ряду з 50% до 52,5-55% і т.д. з кроком в 2,5-5%, поки вміст CO у вимірювальній трубі складе 10-100мг/м3. При цьому загальну теплову потужність опалювання, тобто сумарну витрату газу і повітря, що поступає на повітронагрівач, контрольований по витратах у верхній і нижній зоні форкамери, вимірювану відповідно діафрагмами 8, 9, 10, 11, не змінюємо, і також зберігаємо первинний коефіцієнт витрати повітря горіння у верхній і нижній зонах в межах 1,05-1,10, контролюючи його за допомогою 7 92764 діафрагм 10 і 11 відповідно, відкриваючи дросельний орган 14 на повітрі 2 у нижній зоні. Температуру під куполом 16 повітронагрівача підтримуємо на проектному рівні за інформацією з термопари 17. Здійснення контролю наявності пальних компонентів в продуктах горіння безпосередньо перед їх входом у насадку повітронагрівача за допомогою встановленої поверх верхнього ряду насадки вимірювальної водоохолоджуваної труби з отворами, крізь які забирають проби диму, і підключенням останньої до газоаналізатора з подальшою дією на дросельні органи, встановлені на підводах газу і повітря горіння до відповідних колекторів газу і повітря, обслуговуючих верхню і нижню зони горіння, з урахуванням свідчень витратомірів, що вимірюють кількості газу і повітря, що потрапляють Комп’ютерна верстка І.Скворцова 8 у верхню і нижню зони горіння форкамери, при збереженні коефіцієнта витрати повітря на верхню і нижню зони горіння в межах 1, 05-1,10 без зміни заданої загальної теплової потужності опалювання повітронагрівача, забезпечує зниження до мінімального рівня в продуктах горіння пальних компонентів (СО та ін.) і ліквідацію догорання пальних компонентів у середині насадки, що підвищує стійкість. Використання запропонованого способу забезпечує повне вигоряння горючого газу, що виражається у відсутності горючих компонентів в продуктах горіння безпосередньо перед їх входом в насадку, рівномірний розподіл продуктів горіння по перетину насадки, збільшення міжремонтного періоду її роботи Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601