Спосіб визначення глибини проникнення струменя природного газу в порожнині повітряної фурми доменної печі

Реферат: Спосіб визначення глибини проникнення струменя природного газу в порожнині повітряних фурм доменної печі включає подачу природного газу в верхню половину дуттьового каналу фурми. Глибину проникнення струменя природного газу в потік дуття визначають на підставі співвідношення повних механічних енергій потоку дуття і струменя природного газу за формулою: E  h  25,89 пд  E   пг  1,39  e-0,051 Eпд Eпг , м де: Eпд , Eпг - повні, миттєві (за 1 секунду) енергії дуття і природного газу, Дж, які, відповідно, дорівнюють: Eпд  3712 , Eпг  3712 , Q дпTд n  89058,71 2 Q3 Tд дп 2 2 n3SфPд Дж с , QгпTг Q3 T2  49385,2 3 гп2 г 2 Дж с , n n Sг Pг 3 де Qдп , Qгп - витрати дуття і газу по контрольно-вимірювальних приладах, нм /с; Tд , Tг температури дуття і газу, К; n - кількість фурм; Sф , Sг - площі вихідних отворів фурми і газової трубки, м; Pд , Pг - відповідно, абсолютні тиски дуття і газу, Па. UA 101779 U (12) UA 101779 U UA 101779 U 5 10 15 20 Корисна модель належить до галузі чорної металургії, а саме до доменного виробництва, і може використовуватися при подачі в фурми природного газу для підвищення ефективності його використання. У практиці використання природного газу в доменній плавці є проблема, пов'язана з ефективністю його використання, особливо в даний час при високій його вартості. Численними дослідженнями встановлено, що природний газ, який подається по трубці у верхню половину дуттьового каналу фурми, недостатньо повно змішується з потоком дуття. Значна частина природного газу виноситься потоком дуття на периферію печі, відшаровується від потоку дуття, потрапляє в відновну зону і піддається піролізу. В результаті в просторі біля фурм утворюється сажа і поглинається тепло, при цьому менше використовується відновлювальна здатність водню, знижується величина коефіцієнта заміни коксу природним газом, захаращується горн і знижуються техніко-економічні показники доменної плавки. Ця обставина змушує фахівців постійно шукати, з одного боку, способи визначення глибини проникнення струменя природного газу в порожнині повітряної фурми печі, а з іншого, розробляти різні технічні рішення для забезпечення подачі природного газу по осі повітряної фурми доменної печі. Відомий спосіб визначення глибини проникнення струменя природного газу в порожнині повітряної фурми доменної печі, що включає подачу природного газу в верхню половину дуттьового каналу фурми трубками з різними вихідними перетинами, які складають 0,4-1,2 і 1,25,0 % площі вихідного перетину каналу фурми, що забезпечує витікання природного газу зі швидкостями, що складають 0,7-1,2 швидкості дуття, а глибину проникнення природного газу в потік дуття визначають за формулою: h  d  kc  25 г г  ,м д д де h - абсолютна глибина проникнення струменя природного газу в потік дуття, м; d діаметр вихідного перетину газопідвідної трубки, м;  г ,  д - швидкості потоків газу і дуття, 3 30 35 40 45 відповідно, м/с;  г ,  д - щільності потоків газу і дуття в робочих умовах, відповідно, кг/м , k c дослідний коефіцієнт [Авторське свідоцтво СРСР № 908812, МПК С21В 7/16, 1982, Бюл. № 8]. Недоліком відомого способу є те, що дана формула визначення глибини проникнення струменя природного газу в потік дуття виведена для умов розрахунку далекобійності круглого одиничного струменя в необмеженому пласко-паралельному потоці і справедлива при співвідношенні радіуса фурми до діаметру струменя природного газу більше 22. При зниженні цього відношення далекобійність струменя газу починає різко зменшуватися [Ахмедов Р.Б. Дутьевые газогорелочные устройства. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Недра, 1977. - 272 с. (с. 145).]. У реальних умовах доменної плавки і конструктивних елементів фурмених приладів максимально можливе таке відношення дорівнює 10. Все це призводить, з одного боку, до помилок у визначенні глибини проникнення струменя природного газу в потік дуття, а з іншого, до реального зниження глибини проникнення струменя газу в потік дуття і, отже, до поганого змішування природного газу з дуттям, сегрегації водню в периферійному газі і зниження ступеня використання його відновної спроможності. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення точності визначення глибини проникнення струменя природного газу в порожнині повітряної фурми доменної печі і, на цій основі, підвищення ефективності використання природного газу в доменній плавці. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб визначення глибини проникнення струменя природного газу в порожнині повітряної фурми доменної печі, який включає подачу природного газу в верхню половину дуттьового каналу фурми, має суттєві відмінності, які полягають у тому, що глибину проникнення струменя природного газу в потік дуття визначають на підставі співвідношення повних механічних енергій потоку дуття і струменя природного газу за формулою: 1,39 50 E пд  E пд   h  25,89  e -0,051 ,м E  E пг  пг  де: Eпд , Eпг - повні, миттєві (за 1 секунду) енергії дуття та природного газу, Дж, які, відповідно, дорівнюють: E пд  3712 , Q дпTд n  89058,71 2 Q 3 Tд дп 2 2 n 3 S фPд Дж с 1 UA 101779 U E пг  3712 , Qгп Tг Q3 T 2  49385,2 гп г Дж с 2 n n 3 Sг Pг2 ; 3 де Q дп , Qгп - витрати дуття і газу по контрольно вимірювальних приладах, нм /с; T д , Tг температури дуття і газу, К; n - кількість фурм; S ф , S г - площі вихідних отворів фурми і газової 2 5 10 трубки, м ; Pд Pг - відповідно, абсолютні тиски дуття і газу, Па. Спосіб здійснюється таким чином. Критерієм працездатності струменя природного газу, в даному випадку для проникнення в потік дуття до осі повітряної фурми, є не швидкість струменя природного газу, а його повна енергія, що складається з енергії тиску і кінетичної енергії. При цьому потік дуття перешкоджає цьому проникненню, так як сам володіє великим запасом повної енергії, що складається з кінетичної енергії та енергії тиску потоку дуття. Тільки при визначеному співвідношенні цих повних енергій стає можливим проникнення струменя природного газу до осі повітряної фурми, що покращує змішування зазначених потоків і забезпечує повноту згоряння природного газу в зоні горіння перед фурмою доменної печі. Спочатку визначають повні енергії потоку дуття E пд  і струменя природного газу Eпг  за рівняннями: E пд  3712 , 15 E пг  3712 , Q дпTд n  89058,71 Qгп Tг  n 2 Q 3 Tд дп 2 2 n 3 S фPд Q3 T 2 49385,2 гп г 2 n 3 Sг Pг2 Дж с , Дж с 3 де Q дп Qгп - витрати дуття і газу по контрольно вимірювальних приладах, нм /с; T д , Tг температури дуття і газу, К; n - кількість фурм; S ф , S г - площі вихідних отворів фурми і газової 2 20 трубки, м ; Pд Pг - відповідно абсолютні тиски дуття і газу, Па. Глибину проникнення струменя природного газу в потік дуття визначають на підставі співвідношення повних механічних енергій потоку дуття і струменя природного газу за формулою: 1,39 E пд  E пд   h  25,89  e -0,051 ,м , E  E пг  пг  де: Eпд , Eпг - повні енергії дуття і природного газу, Дж/с. 25 30 35 40 45 Якщо виявляється, що глибина проникнення струменя природного газу в потік дуття не відповідає радіусу фурми, вживають заходів щодо виправлення цього положення, наприклад, збільшують температуру підігріву природного газу перед подачею в фурми доменної печі. Таким чином, у заявленого способу визначення глибини проникнення струменя природного газу в порожнині повітряного фурми доменної печі є особливості, що не збігаються з властивостями відомими технічними рішеннями, а саме, вперше запропоновано підтримувати в певному співвідношенні не площі вихідних отворів фурми і трубки підведення газу і не швидкості дуття та газу, а відношення повної енергії потоку дуття до повної енергії струменя природного газу, що відносно до першого параметра більш вірно, так як мірою роботи, що здійснюється струменем природного газу при проштовхуванні газу до осі фурми, є тільки повна енергія струменя природного газу [Справочник по гидравлическим расчетам. Под редакцией Киселева П.Г. Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1972. - 312 с.]. Приклад здійснення способу. 3 На доменній печі об'ємом 2700 м , що працює на повітряних фурмах діаметром 0,165 м при 3 витраті дуття 80 нм /с, його температурі 873 К, абсолютному тиску дуття 435698 Па, подавали 3 природний газ в фурму зверху через трубку діаметром 0,025 м, при витраті газу 5,0 нм /с, абсолютному тиску 709275 Па і температурі 573 К (газ нагрівали на одну фурму газоповітряним пальником типу "труба в трубі"). У зв'язку з тим, що температура дуття була низька і фурми працювали "холодно", на дослідній фурмі добре було видно струмінь природного газу. У даних дуттьових умовах, за рахунок нагріву природного газу, забезпечили глибину проникнення струменя газу в потік дуття приблизно 0,08-0,09 м (визначали візуально за профілем вихідного отвору фурми). Повні енергії струменя дуття і струменя газу дорівнювали, відповідно, 1109185 Дж/с і 45523 Дж/с. Розрахована за рівнянням: 2 UA 101779 U  E пд h  25,89 E  пг 5 10     1,39  e -0,051 E пд E пг ,м глибина проникнення струменя природного газу дорівнює 0,088 м, що добре відповідає фактичним даним. Для нагріву газу можна застосовувати, наприклад, газові нагрівачі регенеративного типу з кучною насадкою, обладнані короткофакельними пальниками в куполі, описані в роботі [Тихомиров Е.Н. Восстановительные газы и кислород в доменной плавке. - М.: Металлургия, 1982. - 104 с. (С. 62)]. Запропонований спосіб дозволяє з високою точністю визначати глибину проникнення струменя природного газу в дуттьовому каналі повітряної фурми доменної печі і на цій основі ефективно регулювати процес змішування природного газу з дуттям. При цьому підвищується ступінь використання відновлювальної здатності водню, росте еквівалент заміни коксу природним газом і знижується витрата коксу в доменній плавці. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб визначення глибини проникнення струменя природного газу в порожнині повітряних фурм доменної печі, що включає подачу природного газу в верхню половину дуттьового каналу фурми, який відрізняється тим, що глибину проникнення струменя природного газу в потік дуття визначають на підставі співвідношення повних механічних енергій потоку дуття і струменя природного газу за формулою: E  h  25,89 пд  E   пг  1,39  e-0,051 Eпд Eпг , м, де: Eпд , Eпг - повні, миттєві (за 1 секунду) енергії дуття і природного газу, Дж, які, відповідно, дорівнюють: Eпд  3712 , 25 Eпг  3712 , Q дпTд n  89058,71 2 Q3 Tд дп 2 2 n3SфPд , Дж с , QгпTг Q3 T2  49385,2 3 гп2 г 2 , Дж с , n n Sг Pг 3 де Qдп , Qгп - витрати дуття і газу по контрольно-вимірювальних приладах, нм /с; Tд , Tг температури дуття і газу, К; n - кількість фурм; Sф , Sг - площі вихідних отворів фурми і газової трубки, м; Pд , Pг - відповідно, абсолютні тиски дуття і газу, Па. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3