Пальник мартенівської печі

1. Пальник мартенівської печі, що містить сопловий модуль для подачі рідкого і газоподібного палива та два сопла для подачі інтенсифікатора горіння, що розташовані нижче нього по різні сторони від вертикальної осі вихідного перерізу пальника, який відрізняється тим, що відстань L1,i між 2 3 вести до аварійної ситуації (спалахнення та виходу пальника з експлуатації). Відомий газо-мазутний пальник для опалення мартенівської печі [2], який містить газо-мазутний сопловий модуль для подачі мазуту і природного газу, та розташований нижче нього двоканальний сопловий блок для подачі інтенсифікатора (кисню та/або стислого повітря), причому осі газомазутного соплового модуля і сопел для подачі інтенсифікатора розташовані в одній вертикальній площині. Відомий пальник дозволяє ефективно перерозподіляти потік інтенсифікатора між газомазутним факелом та ванною і за рахунок цього суттєво поліпшувати керування мартенівською плавкою. Проте, в зв'язку з тим, що безпосередньо з паливним факелом ефективно взаємодіє лише верхній струмінь інтенсифікатору (що подається через верхнє сопло), відомий пальник має ті ж самі недоліки, що і попереднє технічне рішення. Крім того, у випадках підвищеного теплового навантаження за рахунок збільшеннях витрати мазуту в умовах обмеженої пропускної здібності пальника по кисню, подача частини його через нижнє сопло може призвести до неповного спалювання мазуту в робочому просторі печі. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі за технічною суттю та результатом, що досягається, є відомий пальник мартенівської печі [3] - прототип, що містить сопловий модуль для подачі рідкого та газоподібного палива (мазуту і природного газу), та розташовані нижче нього по різні сторони від вертикальної осі вихідного перерізу пальника два сопла для подачі інтенсифікатора горіння: одне - для кисню, друге - для стислого повітря. При використанні відомого пальника можливо збільшити площу високотемпературної зони взаємодії інтенсифікатора з паливним факелом, інтенсифікувати тепло-масообмін між факелом та ванною, збільшити нагрівальну здібність печі та підвищити ефективність використання палива. Оскільки сопла для подачі інтенсифікатора не розташовані безпосередньо під сопловим модулем для подачі рідкого палива, то останнє в процесі експлуатації пальника не попадає в сопла для подачі інтенсифікатора. Це сприяє поліпшенню організації струменів інтенсифікатора та паливного факела в цілому, підвищенню ефективності використання палива, надійності та безпеки роботи пальника. Крім того, при використанні відомого пальника можливо збільшити окислювальний потенціал факелу та забезпечити більш повне спалювання рідкого палива, в тому числі при великих його витратах, що особливо важливо для пальників без подачі додаткового окислювача (у вигляді розпилювача рідкого палива) через сопловий модуль. Проте у відомому технічному рішенні не вказані важливі конструктивні параметри пальника відстань між горизонтальними площинами, що проходять через центри вихідних перерізів соплового модуля та будь-якого з сопел для подачі інтенсифікатора, а також відстань між вертикальною віссю вихідного перерізу пальника та центром ви 51209 4 хідного перерізу будь-якого з сопел для подачі інтенсифікатора. Якщо значення вказаних конструктивних параметрів не будуть знаходитися в оптимальних діапазонах, то надані вище технічні переваги відомого пальника не будуть забезпечені. Крім того, у відомому технічному рішенні використовуються два різних інтенсифікатора: по одному соплу подається кисень, по другому - стисле повітря. Це призводить до вкрай нерівномірного температурного поля у нижній частині факела, зниження нагрівальної здібності печі та ефективності використання палива, нерівномірного зносу вогнетривкої футерівки агрегату. При поданні в робочий простір печі в якості інтенсифікатора стислого повітря внаслідок його баластної складової - азоту, погіршується тепловий ККД печі. Тому подача в якості інтенсифікатора одночасно кисню та стислого повітря може бути оправдана тільки у випадку відсутності або дефіциту кисню. В основу корисної моделі поставлене завдання вдосконалити відомий пальник мартенівської печі, в якому за рахунок оптимального розташування сопел для подачі інтенсифікатора відносно соплового модуля для подачі палива, а також відносно вертикальної осі вихідного перерізу пальника, оптимальних геометричних параметрів цих сопел забезпечується оптимальна організація факела у робочому просторі печі, збільшується її нагрівальна здібність та підвищується ефективність використання палива, що дозволить поліпшити теплову роботу печей, і, як наслідок, зменшити собівартість сталі (за рахунок зниження питомих витрат палива, кисню та вогнетривів на її виплавлювання) та підвищити продуктивність агрегатів (мартенівських печей). Рішення поставленого завдання здійснюється за рахунок того, що в пальнику мартенівської печі, що містить сопловий модуль для подачі рідкого і газоподібного палива, та два сопла для подачі інтенсифікатора горіння, що розташовані нижче нього по різні сторони від вертикальної осі вихідного перерізу пальника, відстань L1,i між горизонтальними площинами, що проходять через центри вихідних перерізів соплового модуля та будь-якого з сопел для подачі інтенсифікатора, а також відстань L2,i між вертикальною віссю вихідного перерізу пальника та центром вихідного перерізу будьякого з сопел для подачі інтенсифікатора визначені з співвідношень: L1,i 4 14; L 2,i L 2,i 2 7, dвих ,i де і - умовний номер сопла для подачі інтенсифікатора; dвих,і, - діаметр вихідного перерізу і-го сопла для подачі інтенсифікатора, м. Крім того центри вихідних перерізів сопел для подачі інтенсифікатора розташовані в одній горизонтальній площині. А також сопла для подачі інтенсифікатора кисню мають однакові діаметри вихідних перерізів та розташовані на однаковій відстані від вертикальної осі вихідного перерізу пальника. 5 Використання пальників для опалення мартенівських печей з означеним вище взаємним розташуванням сопел для подачі інтенсифікатора відносно соплового модуля для подачі палива, а також відносно вертикальної осі вихідного перерізу пальника, оптимальних геометричних параметрів цих сопел, дозволяє організовувати в робочому просторі печей факел раціональної структури з необхідною площею високотемпературної зони взаємодії інтенсифікатора з ним, інтенсифікувати тепло-масообмін між факелом та ванною, збільшити нагрівальну здібність печі та підвищити ефективність використання палива, надійність та безпеку роботи пальника. За умови, що центри вихідних перерізів сопел для подачі інтенсифікатора розташовані в одній горизонтальній площині, забезпечується найбільш рівномірні температурне поле та окислювальний потенціал факелу по висоті печі, що створює суттєво сприятливі умови для підвищення рівномірності нагріву та протікання хімічних реакцій по площі сталеплавильної ванни, та об'єму газової фази в агрегаті. Крім того при цьому спрощується конструкція та технологія виготовлення пальника. За умови, що сопла для подачі інтенсифікатора - кисню мають однакові діаметри вихідних перерізів та розташовані в одній горизонтальній площині на однаковій відстані від вертикальної осі вихідного перерізу пальника, забезпечується найбільш рівномірні температурне поле та окислювальний потенціал факелу по ширині печі, що створює суттєво сприятливі умови для підвищення рівномірності нагріву та протікання хімічних реакцій по площі сталеплавильної ванни та об'єму газової фази в агрегаті. Крім того при цьому спрощується конструкція та технологія виготовлення сопел для подачі інтенсифікатора та пальника в цілому. Кисень в якості інтенсифікатора горіння має суттєві переваги над стислим повітря, у якого є баластна складова - азот, подання котрого в робочий простір печі призводить до погіршення теплового ККД агрегату. Якщо величина L1,i менша за нижню меdвих,i жу з вищезгаданого діапазону значень, то в цьому випадку суттєво зменшується можливість регулювання параметрів факела за рахунок змінення витрати інтенсифікатора горіння через двоканальний сопловий блок. Внаслідок занадто близького розташування сопел для подачі інтенсифікатора до газо-мазутного соплового модуля, потік інтенсифікатора починає взаємодіяти з паливом близько до вихідного перерізу пальника, що суттєво скорочує факел. Площа високотемпературної зони взаємодії інтенсифікатора з паливним факелом є неприпустимо малою, внаслідок чого інтенсивність тепло-масообміну між факелом та ванною є недостатньою. При цьому змінення витрати інтенсифікатора через двоканальний сопловий блок дуже слабо впливає на далекобійність факела. Якщо величина L1,i у більша за верхню dвих,i межу з вищезгаданого діапазону значень, то в цьому випадку також суттєво зменшується можли 51209 6 вість регулювання параметрів факела за рахунок змінення витрати інтенсифікатора горіння через двоканальний сопловий блок. Внаслідок занадто далекого розташування сопел для подачі інтенсифікатора до газо-мазутного соплового модуля, вплив потоку інтенсифікатора через ці канали на параметри факела стає зовсім незначним. При цьому змінення витрати інтенсифікатора через двоканальний сопловий блок також дуже слабо впливає на далекобійність факела. Інтенсифікатор більшою мірою використовується для окислювання сталеплавильної ванни, що, в більшості випадків, з позицій технології виплавляння сталі, є небажаним. Крім того, в цьому випадку значно збільшуються конструктивні розміри пальника. Якщо величина L 2,i у менша за нижню dвих ,i межу з вищезгаданого діапазону значень, то в цьому випадку має місце сильна взаємодія струменів інтенсифікатора, які формуються на виході з сопел каналів двохканального соплового блоку, що суттєво зменшує площу високотемпературної зони взаємодії інтенсифікатора з паливним факелом, інтенсивність тепло-масообміну між факелом та ванною, нагрівальну здібність печі та, як наслідок, знижує ефективність використання палива, значно ускладнює керування параметрами факела. Якщо величина L 2,i у більша за верхню dвих ,i межу з вищезгаданого діапазону значень, то в цьому випадку суттєво збільшуються конструктивні розміри пальника та ускладнюється його виготовлення. Крім того, має місце взаємодія потоку інтенсифікатора з вогнетривкою футерівкою печі, що призводить до передчасного виходу її з ладу. Сутність корисної моделі пояснюється на Фіг.1, 2, де відображений пальник мартенівської печі, який має сопловий модуль для подачі рідкого і газоподібного палива, та два сопла для подачі інтенсифікатора горіння, що розташовані нижче нього по різні сторони від вертикальної осі вихідного перерізу пальника (на Фіг.1 - розріз А-А пальника; на Фіг.2 - вид спереду - торцева частина пальника). Пальник мартенівської печі (див. Фіг.1, 2) містить сопловий модуль для подачі рідкого (наприклад, мазуту) і газоподібного (наприклад, природного газу) палива, який має два ступеня розпилення рідкого палива, та два сопла для подачі інтенсифікатора (кисню та/або стислого повітря). Сопловий модуль складається з сопла 1 рідкого палива, сопла 2 розпилювача першого ступеня та сопла 3 розпилювача другого ступеня. Попершому ступеню розпилювання подається один з розпилювачів: природний газ, стисле повітря або водяний пар, по другому - природний газ, який одночасно є розпилювачем та газоподібним паливом. Нижче соплового модуля розташовано двоканальний сопловий блок для подачі інтенсифікатора, який має сопло 4 лівого каналу, та сопло 5 правого каналу, які розташовані по різні сторони від вертикальної осі 6 вихідного перерізу пальника. 7 Причому відстань L1,i (де i - умовний номер сопла: 1 - ліве, 2 - праве) між горизонтальними площинами, що проходять через центр 8 вихідного перерізу 7 соплового модуля та центр 9 або 10 вихідного перерізу сопел 4 або 5 відповідно для подачі інтенсифікатора, а також відстань L2,і між вертикальною віссю 6 вихідного перерізу пальника та центром 9 або 10 вихідного перерізу сопел 4 або 5 відповідно для подачі інтенсифікатора визначені зі співвідношень: L1,i L 4 14; 2,i 2 7, L вих,i dвих,i де dвих ,i - діаметр вихідного перерізу i-го сопла для подачі інтенсифікатора, м. У пальника мартенівської печі, який надано на Фіг.1-2, центри 9 та 10 вихідних перерізів сопел 4 та 5 відповідно для подачі інтенсифікатора розташовані в одній горизонтальній площині. Крім того сопла 4, 5 для подачі інтенсифікатора - кисню мають однакові діаметри вихідних перерізів ( dвих,1 dвих,2 ) та розташовані на однаковій відстані від вертикальної осі 8 вихідного перерізу пальника. Пристрій працює таким чином. Рідке паливо (мазут) подається через трубу 11 в сопло 1 і витікає через його вихідний переріз. Через кільцевий зазор між трубою 11 та трубою 12 для подачі розпилювача першого ступеня в сопло 2 подається розпилювач першого ступеня (природний газ, стисле повітря або водяний пар), який взаємодіючи з мазутом, за рахунок пневматичного диспергування роздроблює його на дрібні частинки (краплі). Суміш мазуту та розпилювача першого ступеня, яка утворюється при цьому, витікає через вихідний переріз сопла 2, взаємодіє з розпилювачем другого ступеня - газоподібним паливом (природним газом), який через кільцевий зазор між трубою 12 та трубою подачі розпилювача другого ступеня 13 подається в сопло 3. Через вихідний переріз сопла 3 в робочий простір мартенівської печі витікає суміш мазуту та його розпилювачів, яка взаємодіє з окиснювачем (з вентиляторним 51209 8 повітрям та інтенсифікатором) з утворенням газомазутного факелу. Через лівий 14 та правий 75 канали в сопла 4 та 5 одночасно подається інтенсифікатор (кисень та/або стисле повітря), який витікає через їх вихідні перерізи 9 та 10 та взаємодіє з факелом. При цьому в робочому просторі мартенівської печі формується факел раціональної структури з необхідною площею високотемпературної зони взаємодії з інтенсифікатором, що забезпечує високу інтенсивність тепло-масообміну між факелом та ванною, велику нагрівальну здібність печі та ефективне використання палива. За рахунок виключення попадання залишків рідкого палива в сопла для подання інтенсифікатора забезпечується надійна та безпечна робота пальника. Використання пальників зазначеної конструкції для опалення мартенівських печей з означеним вище взаємним розташуванням сопел для подачі інтенсифікатора відносно соплового модуля для подачі палива, а також відносно вертикальної осі вихідного перерізу пальника та оптимальними геометричними параметрами цих сопел, дозволяє поліпшити теплову роботу печей та надійність експлуатації пальникового обладнання, і, як наслідок, зменшити собівартість сталі (за рахунок зниження питомих витрат палива, інтенсифікатора горіння та вогнетривів на її виплавляння ) та підвищити продуктивність агрегатів (мартенівських печей). Джерела інформації: 1. Лисиенко В.Г., Китаев Б.И., Кокарев Н.И., Капичев А.Г. Усовершенствование методов сжигания мазута в мартеновских печах. - М.: Металлургия, 1967. - 246с. 2. Газомазутний пальник для опалення мартенівської печі. Патент України на корисну модель №12691, МПК F23C1/08, В08В11/00, В08В7/04. 3. Интенсификация выплавки качественных сталей с применением газо-мазутных горелок с повышенным газодинамических параметрами / Розин С.Е., Лисиенко В.Г., Фомин Н.А. и др. // Сталь. - 1977. - №8. - С.701-703. 9 Комп’ютерна верстка А. Рябко 51209 Підписне 10 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