RU2016066C1

RU2016066C1 - Blast furnace tuyere apparatus

Info

Publication number: RU2016066C1
Authority: RU
Inventors: И.Г. Товаровский; А.А. Касаткин; Е.Г. Шадек; И.В. Мураш; И.Я. Толмачев; Ю.А. Дронов; А.П. Пухов; В.С. Шведов
Original assignee: Научно-исследовательский центр "Экология" Научного объединения "Ивтан" РАН
Priority date: 1992-08-25
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: tuyere apparatus has a tuyere with a blast pipeline and fuel ( for example, coal dust) feeding, a transitional pipe bend, placed between a distributing collector and a tuyere blast feeding. The pipe bend is made as conjugated chambers with individual tangential input and output branch pipes. Input branch pipe of the first along the blast way chamber is connected with the distributing collector and has a coal dust fuel feeding jet. The output branch pipe of the second chamber is connected with the blast nozzle. According to the design, the first chamber is made in the form of a helical spiral canal, that embraces the second chamber and is tangentially connected with it. Axis of input and output branch pipes are located in one vertical plane. That type of chambers positioning and coaxiality of input and output branch pipes helps to realize a process of vortex high temperature gasification of coal dust directly in tuyere apparatus. EFFECT: apparatus has better dimensions, terms of maintenance and mounting, suits to sizes of existing blast furnace tuyere apparatus. 3 dwg

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в особенности к доменному производству, и может быть использовано в устройствах подачи дутья и топлива в шахтные печи, например, в доменную печь. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to blast furnace production, and can be used in devices for supplying blast and fuel to shaft furnaces, for example, to a blast furnace.

Известен фурменный прибор доменной печи, содержащий фурму с подводами дутья и топлива, например, пылеугольного, переходное колено между распределительным коллектором и подводом дутья. Known tuyere device of a blast furnace containing a tuyere with inlets of blast and fuel, for example, pulverized coal, a transition elbow between the distribution manifold and the inlet of the blast.

В этом устройстве невозможно осуществить газификацию угольной пыли с получением горячего восстановительного газа. It is not possible to gasify coal dust in this device to produce hot reducing gas.

Наиболее близким техническим решением является конструкция фурменного прибора, содержащего фурму с подводами дутья и топлива, например, пылеугольного, переходное колено между распределительным коллектором дутья к фурме, выполненное в виде сочлененных камер с индивидуальными тангенциальными входным и выходным патрубками, причем входной патрубок первой по ходу дутья камеры соединен с коллектором и снабжен форсункой подвода пылеугольного топлива, а выходной патрубок второй камеры соединен с дутьевым соплом. The closest technical solution is the design of the tuyere device containing a tuyere with inlets of blast and fuel, for example, pulverized coal, a transition elbow between the distribution manifold of the blast to the tuyere, made in the form of articulated chambers with individual tangential inlet and outlet nozzles, the inlet branch of the first along the blast the chamber is connected to the collector and is equipped with a nozzle for supplying pulverized coal fuel, and the outlet pipe of the second chamber is connected to the blast nozzle.

В известном устройстве происходит полная газификация пылеугольного топлива с получением горячего восстановительного газа, который вдувается через фурму в горн доменной печи для замещения кокса. In the known device there is a complete gasification of pulverized coal to produce hot reducing gas, which is blown through the lance in the furnace of a blast furnace to replace coke.

Решение этой задачи в известном устройстве сопряжено с некоторыми трудностями, связанными с его конструктивными недостатками. Это, во-первых, относительно большие габариты фурменного прибора, особенно в длину, что обусловлено наличием двух сочлененных, соосно расположенных цилиндрических камер. Во-вторых, тангенциальные подвод дутья из распределительного коллектора в первую камеру и выход из второй камеры (в сопло) несоосны, т.е. оси этих потоков в плане не совпадают. The solution of this problem in the known device is associated with some difficulties associated with its design flaws. This is, firstly, the relatively large dimensions of the tuyere device, especially in length, due to the presence of two articulated, coaxially arranged cylindrical chambers. Secondly, the tangential air supply from the distribution manifold to the first chamber and exit from the second chamber (into the nozzle) are not aligned, i.e. the axes of these flows do not coincide in plan.

Отмеченные обстоятельства усложняют устройство узла подвода дутья, затрудняют компоновку прибора, в особенности в тех случаях, когда его требуется разместить в существующих габаритах оборудования доменной печи, в пределах используемых на практике обычных фурменных приборов, без существенных переделок. В этих случаях, чтобы установить известную конструкцию - прототип приходится менять отвод от распределительного коллектора к прибору (т.н. "граммофон"). The aforementioned circumstances complicate the construction of the blast supply unit, complicate the layout of the device, especially in those cases when it needs to be placed in the existing dimensions of the blast furnace equipment, within the limits of conventional tuyere devices used in practice, without significant alterations. In these cases, in order to establish a known design, the prototype has to be changed from the distribution manifold to the device (the so-called “gramophone”).

Изобретение решает задачу создания фурменного прибора, обеспечивающего газификацию пылеугольного топлива и вдувание получаемого восстановительного газа в домну при улучшении условий монтажа и обслуживания, без переделок существующего оборудования и с использованием имеющихся элементов. The invention solves the problem of creating a tuyere device that provides gasification of pulverized coal and blowing the resulting reducing gas into the blast furnace while improving installation and maintenance conditions, without altering existing equipment and using existing elements.

Сущность изобретения заключается в том, что в фурменном приборе, содержащем фурму с подводами дутья и топлива, например пылеугольного, переходное колено между распределительным коллектором и подводом дутья к фурме, выполненное в виде сочлененных камер с индивидуальными тангенциальными входным и выходным патрубками, причем входной патрубок первой по ходу дутья камеры соединен с распределительным коллектором и снабжен форсункой подачи пылеугольного топлива, а выходной патрубок второй камеры соединен с дутьевым соплом, согласно изобретению первая камера выполнена в виде изогнутого в форме винтовой спирали канала, охватывающего вторую камеру и соединенного с нею тангенциально, причем оси входного и выходного патрубков расположены в одной вертикальной плоскости. The essence of the invention lies in the fact that in a tuyere device containing a tuyere with inlets of blast and fuel, for example pulverized coal, a transition elbow between the distribution manifold and the supply of blast to the tuyere, made in the form of articulated chambers with individual tangential inlet and outlet nozzles, and the inlet first along the blast of the chamber is connected to the distribution manifold and is equipped with a nozzle for supplying pulverized coal, and the outlet pipe of the second chamber is connected to the blast nozzle, according to the invention The first chamber is made in the form of a channel curved in the form of a helical spiral, covering the second chamber and tangentially connected to it, with the axes of the inlet and outlet pipes located in the same vertical plane.

Такое расположение камер и соосность входного и выходного патрубков позволяют реализовать процесс вихревой высокотемпературной газификации угольной пыли непосредственно в фурменном приборе. При этом предлагаемый прибор выигрывает в габаритах, улучшаются условия обслуживания и монтажа, конструкция вписывается в размеры существующих фурменных приборов доменной печи. This arrangement of the chambers and the alignment of the inlet and outlet nozzles make it possible to realize the process of vortex high-temperature gasification of coal dust directly in the tuyere. At the same time, the proposed device wins in size, service and installation conditions are improved, the design fits into the dimensions of existing tuyere appliances of the blast furnace.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство в продольном разрезе; на фиг. 2 - то же, в плане; на фиг.3 - разрез А-А фиг.2. Figure 1 shows the proposed device in longitudinal section; in FIG. 2 - the same in plan; figure 3 is a section aa of figure 2.

Устройство содержит фурму 1, две сочлененные камеры - наружную 2 в виде криволинейного канала прямоугольного или квадратного сечения и внутреннюю 3, цилиндрическую. Первая по ходу дутья камера 2 выполнена в виде изогнутого в форме винтовой спирали канала, охватывающего снизу камеру 3 и соединенного с нею тангенциально (см. фиг.3). Камера 2 имеет тангенциальный патрубок 4 подвода дутья с установленной в нем форсункой (патрубком) 5 подвода угольной пыли. Патрубок 4 соединяется непосредственно с отводом от распределительного коллектора (не показан), а форсунка 5 - с системой пневмотранспорта пылеугольного топлива (также не показаны). На фиг.1 в разрезе видна сферическая стыковочная поверхность патрубка 4 (шаровой разъем). Выходной тангенциальный патрубок 6 второй камеры 3 имеет фланец, который также по сферической поверхности стыкуется с дутьевым соплом (подводом дутья в домну) 7, а последнее - с фурмой 1. The device contains a lance 1, two articulated chambers - an outer 2 in the form of a curved channel of rectangular or square section and an inner 3, cylindrical. The first along the blast chamber 2 is made in the form of a channel curved in the form of a spiral spiral, covering the bottom of chamber 3 and tangentially connected to it (see Fig. 3). The chamber 2 has a tangential nozzle 4 for supplying blast with a nozzle (nozzle) 5 for supplying coal dust installed in it. The nozzle 4 is connected directly to the outlet from the distribution manifold (not shown), and the nozzle 5 is connected to the pulverized coal pneumatic conveying system (also not shown). In Fig. 1, a spherical connecting surface of the nozzle 4 (ball connector) is seen in section. The output tangential branch pipe 6 of the second chamber 3 has a flange, which also joins the blast nozzle (supply of blast into the blast furnace) 7 along the spherical surface and the latter with the lance 1.

Таким образом, прямоугольный канал - камера 2 огибает внутреннюю цилиндрическую камеру 3 снизу, по винтовой спирали, делая по длине камеры 3 полвитка - от одного ее торца до второго, и входит в нее, камеру 3, тангенциально через цилиндрическую поверхность у второго торца (фиг.1, 2, 3). При этом патрубок 4 (подача дутья из распределительного коллектора к прибору) и патрубок 6 (выход продуктов газификации из камеры 3) с дутьевым соплом 7 (подвод дутья в фурму) расположены в одной вертикальной плоскости. Thus, the rectangular channel - chamber 2 bends around the inner cylindrical chamber 3 from below, in a helical spiral, making along the length of chamber 3 half-turn - from one end to the second, and enters into it, chamber 3, tangentially through the cylindrical surface at the second end (Fig. .1, 2, 3). At the same time, pipe 4 (supply of blast from the distribution manifold to the device) and pipe 6 (outlet of gasification products from chamber 3) with the blast nozzle 7 (supply of blast to the tuyere) are located in one vertical plane.

Стенки обеих камер и патрубков выполнены двойными с зазором 8 между ними для прохода охладителя (воды, паро-водяной эмульсии, пара). (Патрубки подвода и отвода воды не показаны). Внутренняя огневая поверхность камер и патрубков ошипована и покрыта огнеупорной обмазкой 9 (например, огнеупорной массой на основе окислов циркония). The walls of both chambers and pipes are double with a gap of 8 between them for the passage of the cooler (water, steam-water emulsion, steam). (Water inlet and outlet pipes not shown). The inner fire surface of the chambers and nozzles is studded and coated with a refractory coating 9 (for example, a refractory mass based on zirconium oxides).

Устройство стыкуется с существующими элементами посредством разъемных соединений: на входе - с отводом от коллектора, на выходе - с соплом. Это обеспечивает возможность отсоединения прибора как единого узла для замены сопла и фурмы, ремонта. The device fits into existing elements through detachable connections: at the inlet - with a tap from the collector, at the outlet - with a nozzle. This provides the ability to disconnect the device as a single unit to replace the nozzle and lance, repair.

Устройство работает следующим образом. Нагретое (не ниже 700^оС) воздушное или обогащенное кислородом дутье под избыточным давлением из коллектора направляют в камеру 2 через патрубок 4. Угольную пыль вводят в определенном соотношении к кислороду в поток окислительного дутья через форсунку 5 в патрубок 4. Здесь на входе в канал камеры 2 происходит зажигание топливо-окислительной смеси. Следуя по криволинейному каналу с большой скоростью (50-100 м/с), поток горящей смеси закручивается. Пройдя по каналу и сохраняя направление крутки, поток входит тангенциально в цилиндрическую камеру 3 у ее второго торца. В камере продолжается вращательное движение потока: пройдя вдоль цилиндрической поверхности камеры к противоположному торцу, вихревой поток устремляется в тангенциальный выходной патрубок 6, а из него по соплу 7 в фурму и в горн доменной печи.The device operates as follows. The heated (not lower than 700 ° ^C) air or oxygen-enriched blast of pressurized manifold is directed into chamber 2 through the pipe 4. The coal dust is injected in a specified ratio of oxygen in oxidizing stream blowing through a nozzle 5 into the tube 4. Here the inlet channel chamber 2 is the ignition of the fuel-oxidation mixture. Following the curved channel at high speed (50-100 m / s), the flow of the burning mixture swirls. Having passed along the channel and keeping the twist direction, the flow enters tangentially into the cylindrical chamber 3 at its second end. In the chamber, the rotational flow continues: passing along the cylindrical surface of the chamber to the opposite end, the vortex flow rushes into the tangential outlet pipe 6, and from it through the nozzle 7 into the lance and in the furnace of the blast furnace.

Таким образом, процесс газификации угольной пыли происходит в условиях интенсивно вращающегося вихревого потока, при этом резко интенсифицируются тепло-массообменные и физико-химические процессы взаимодействия топливодутьевых компонентов, происходит сепарация частиц шлака на стенки с образованием шлаковой пленки (гарниссажа). Thus, the process of gasification of coal dust occurs under conditions of an intensively rotating vortex flow, while heat-mass transfer and physicochemical processes of interaction of fuel-air components are sharply intensified, slag particles are separated into walls with the formation of a slag film (skull).

Процесс газификации заключается в неполном сжигании угольной пыли с коэффициентом расхода окислителя (кислорода) α=0,4-0,5; образующиеся при этом продукты газификации с температурой 1700^оС и выше практически без окислителей или с очень малым их содержанием (до 3-5%) вдуваются в доменную печь. Вместе с потоком горячего восстановительного газа из прибора выносятся расплавленные частицы шлака.The gasification process consists in the incomplete combustion of coal dust with an oxidizer (oxygen) consumption coefficient α = 0.4-0.5; formed in this gasification products with a temperature ^of 1700 C and higher with little or no oxidant or with very little of their content (3-5%) are blown into a blast furnace. Together with the flow of hot reducing gas from the device, molten slag particles are carried out.

Для создания нужной основности шлака, связывания и вывода серы в угольную пыль могут вносить флюсующие добавки, например известь, доломит и др., в процессе помола угля. При необходимости в патрубке 4 устанавливают запальник для зажигания смеси при пуске (не показан). To create the necessary basicity of slag, bonding and removing sulfur in coal dust, fluxing additives, for example, lime, dolomite, etc., can be added in the process of grinding coal. If necessary, a nozzle is installed in the pipe 4 to ignite the mixture at start-up (not shown).

Claims

A FURNACE DEVICE FOR A DOMAIN FURNACE, containing a lance with inlets of blast and fuel, for example pulverized coal, an adapter elbow between the distribution manifold and the inlet of the blast to the lance, made in the form of articulated chambers with individual tangential inlet and outlet nozzles, and the inlet of the first chamber the collector and is equipped with a nozzle for supplying pulverized coal fuel, and the outlet pipe of the second chamber is connected to the supply of blast to the tuyere, characterized in that the first chamber is made in the form of a curved in the form of the channel the helical coil covering the second chamber and tangentially connected with it, wherein the inlet and outlet nozzles axes being arranged in the same vertical plane.