УСТАНОВКА И СПОСОБ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ПОДОГРЕВА СЫРЬЯ И ЕГО НЕПРЕРЫВНОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОДАЧИ В ДУГОВУЮ ПЕЧЬ
UNIT AND METHOD FOR PREHEATING AND CONTINUOUSLY HORIZONTALLY SUPPLYING RAW MATERIALS INTO ARC FURNACE

Область техники
Настоящее изобретение относится к области технологий металлургии, и, в частности, оно относится к установке и способу для предварительного подогрева сырья и его непрерывной горизонтальной подачи в дуговую печь.
Уровень техники
Экономия электроэнергии и сокращение расходов в процессе выплавки стали в дуговых печах, безопасность окружающей среды и автоматизация всегда являются одними из основных направлений развития технологий выплавки стали в дуговых печах.
Дуговая печь с предварительным подогревом скрапа представляет собой энергосберегающую модель дуговой печи, и технология предварительного подогрева скрапа дымовыми газами в дуговой печи, развитие которой началось в конце 80-х годов прошлого века, является типовой энергосберегающей технологией, при этом представителем такого типа технологий является, например, технология CONSTEEL (US5400358). Технология CONSTEEL за приблизительно 30 лет своего развития стала относительно зрелой технологией, в которой плавка в горизонтальной ванне расплавленного металла снижает нагрузку на электросеть; эта технология обладает преимуществом, заключающимся в снижении объема работ по обслуживанию корпуса электрической печи, и обеспечивает определенный эффект энергосбережения в процессе реального производства. Тем не менее технология CONSTEEL в процессе использования также показала недостатки, например более низкую экономию электроэнергии по сравнению с шахтными печами и т. п. Революция сланцевого газа в США привела к снижению цен на углеродные источники химической энергии, такие как нефть, природный газ и т. п., и внедрение в технологию CONSTEEL преобразования внешней химической энергии сделало ее экономически выгодной технологией. За счет дополнительного применения химической энергии на транспортерной ленте в существующих печах CONSTEEL удалось повысить эффективность предварительного подогрева скрапа; подобные идеи усовершенствования технологии CONSTEEL изложены в патентных заявках под номером CN103003453B и CN104583700A. В традиционных дымоходах CONSTEEL установлены форсунки или сопла, о чем также говорится в US5400358, однако, поскольку в традиционном варианте CONSTEEL канал для предварительного подогрева одновременно является также общим каналом для дымовых газов, площадь и высота канала являются большими, что обуславливает недостаточный теплообмен между газом из сопел и скрапом, а также низкий тепловой КПД.
Сущность изобретения
В связи с этим цель настоящего изобретения заключается в предоставлении установки для предварительного подогрева сырья и его непрерывной горизонтальной подачи в дуговую печь, а также способа предварительного подогрева сырья и его непрерывной горизонтальной подачи в дуговую печь, в которых в дополнение к основе традиционной технологии CONSTEEL используется химическая энергия и за счет разделения потока дымовых газов на рукава и оптимизации прохождения дымовых газов уменьшается объем входящего потока холодного воздуха, в результате чего обеспечивается более высокий тепловой КПД химической энергии.
Для достижения указанной цели согласно настоящему изобретению предложено следующее техническое решение: установка для предварительного подогрева сырья и его непрерывной горизонтальной подачи в дуговую печь, содержащая канал для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья, сопла для подачи газа сгорания, при этом в указанном канале в направлении транспортировки сырья с интервалом расположены первое пылеулавливающее отверстие, расположенное за герметичным отверстием для загрузки сырья и вблизи к нему, и второе пылеулавливающее отверстие, расположенное в задней секции указанного канала и вблизи к отверстию для впуска сырья в дуговую печь, причем участок указанного канала между двумя пылеулавливающими отверстиями образует первую зону интенсивного предварительного подогрева, а участок указанного канала между вторым пылеулавливающим отверстием и отверстием для впуска сырья в дуговую печь образует вторую зону предварительного подогрева, при этом указанные сопла расположены под наклоном с интервалом в указанной первой зоне указанного канала, при этом сопла выполнены с возможностью подачи потока газа сгорания к первому пылеулавливающему отверстию и направления его горизонтальной составляющей противоположно направлению транспортировки сырья.
Кроме того, высота указанного канала в первой зоне интенсивного предварительного подогрева меньше высоты канала во второй зоне предварительного подогрева.
Кроме того, во второй зоне предварительного подогрева указанного канала установлены под наклоном с интервалом сопла для подачи газа сгорания, причем сопла выполнены с возможностью направления горизонтальной составляющей потока газа сгорания противоположно направлению транспортировки сырья.
Кроме того, к указанному первому пылеулавливающему отверстию подсоединен трубопровод смешанных дымовых газов, а к указанному второму пылеулавливающему отверстию подсоединен трубопровод горячих дымовых газов, причем указанные трубопроводы смешанных дымовых газов и горячих дымовых газов подсоединены к пылеосадительной камере.
Кроме того, указанные трубопровод смешанных дымовых газов и трубопровод горячих дымовых газов выполнены в сообщении с пылеосадительной камерой посредством устройства регулирования и распределения дымовых газов и дымохода.
Кроме того, указанные трубопровод смешанных дымовых газов и трубопровод горячих дымовых газов снабжены регулирующими клапанами и выполнены в сообщении с пылеосадительной камерой посредством дымохода.
Кроме того, установка дополнительно содержит устройство быстрого охлаждения дымовых газов, подсоединенное к пылеосадительной камере.
Кроме того, установка дополнительно содержит магнитное дисковое подвесное устройство для загрузки скрапа, при этом указанное устройство непосредственно или посредством вибрирующего подающего устройства подает сырье на участок приема сырья указанного канала.
Способ предварительного подогрева сырья и его непрерывной горизонтальной подачи в дуговую печь с использованием представленной выше установки, который включает этапы, на которых:
- подогревают сырье во второй зоне предварительного подогрева посредством общего потока F0 дымовых газов, выходящего из дуговой печи;
- разделяют общий поток дымовых газов на первый рукав F1 потока дымовых газов и второй рукав F2 потока дымовых газов с помощью устройства регулирования и распределения дымовых газов или регулирующих клапанов и посредством расположенных с интервалом относительно друг друга первого пылеулавливающего отверстия, соединенного с трубопроводом смешанных дымовых газов, и второго пылеулавливающего отверстия, соединенного с трубопроводом горячих дымовых газов, ; при этом
- первый рукав F1 потока дымовых газов, содержащий большую часть горячих дымовых газов, выводят через второе пылеулавливающее отверстие,
- а второй рукав F2 потока дымовых газов, содержащий оставшуюся часть горячих дымовых газов, направляют в первую зону интенсивного предварительного подогрева сырья, в которой указанный второй поток F2 дымовых газов в процессе прохождения совместно с газом сгорания, поступающим из установленных с наклоном в упомянутой первой зоне сопел, и обеспечивают интенсивный подогрев сырья за счет прямого воздействия струйного потока упомянутого газа сгорания, под действием которого указанный поток F2 дымовых газов проникает вместе с ним в зазоры в слое сырья; при этом
- поток холодного воздуха, входящего через герметичное отверстие для загрузки сырья, указанный газ сгорания и указанный поток F2 дымовых газов выводят через первое пылеулавливающее отверстие.
Кроме того, с помощью устройства регулирования и распределения дымовых газов или регулирующих клапанов регулируют пропорции распределения дымовых газов, проходящих, соответственно, по трубопроводу смешанных дымовых газов и трубопроводу горячих дымовых газов, и регулируют объем первого рукава потока дымовых газов и второго рукава потока дымовых газов, а также температуру смешанных дымовых газов, входящих в трубопровод смешанных дымовых газов.
Настоящее изобретение характеризуется следующими преимуществами:
1. Поскольку пара пылеулавливающих отверстий обеспечивает разделение и направление потока дымовых газов дуговой печи, то в традиционной технологии CONSTEEL изменяется направление потоков дымовых газов и структура каналов; большая часть дымовых газов выводится через второе пылеулавливающее отверстие, расположенное недалеко от дуговой печи, что снижает объем дымовых газов в зоне интенсивного предварительного подогрева и позволяет проектировать высоту канала в соответствии с требованиями, предъявляемыми к смешанному газу, то есть газу сгорания из сопел и газам дуговой печи, а также к выравниванию динамического давления текучей среды, чтобы обеспечивалось прямое воздействие струйного потока пламени из сопел на слои скрапа в зоне интенсивного предварительного подогрева и в то же время проникание рукава потока дымовых газов под действием струйного потока пламени в зазоры в скрапе, что позволяет повысить эффект теплообмена с рукавом потока дымовых газов и также обеспечивает относительное увеличение теплового КПД сгорания у сопел.
2. Традиционная установка CONSTEEL содержит в задней секции лишь одно пылеулавливающее отверстие, а канал должен обеспечивать прохождение большого объема дымовых газов, и поскольку отсутствует возможность его оптимизации, то эффективность предварительного подогрева скрапа соплами в канале сравнительно низкая. В отличие от традиционной технологии CONSTEEL, технология разделения дымовых газов на рукава согласно настоящему изобретению оптимизирует высоту канала установки CONSTEEL, чтобы изначально установленными соплами обеспечивался прямой нагрев скрапа в зоне интенсивного предварительного подогрева, что приводит к повышению эффективности использования внешней химической энергии и усиливает эффект предварительного подогрева с применением внешней химической энергии.
3. Согласно настоящему изобретению первое пылеулавливающее отверстие предотвращает прохождение холодного воздуха в канал в зоне интенсивного предварительного подогрева; сопла, установленные в зоне интенсивного предварительного подогрева, могут непосредственно нагревать скрап и обеспечивать заполнение зоны интенсивного предварительного подогрева высокотемпературными дымовыми газами, что значительно повышает тепловой КПД сопел.
4. Сопла I расположены под наклоном в направлении первого пылеулавливающего отверстия, а поток газа сгорания движется в направлении, противоположном второму пылеулавливающему отверстию; горизонтальная составляющая струйного потока из нескольких рядов сопел I вместе с узким каналом для предварительного подогрева создают эффект струйного насоса; в канале в первой зоне предварительного подогрева создается динамическое давление, которое заставляет газ двигаться в направлении первого пылеулавливающего отверстия; каждое из пылеулавливающих отверстий посредством трубопровода для дымовых газов выполнено в сообщении с устройством регулирования и распределения дымовых газов; устройство регулирования и распределения дымовых газов осуществляет отдельное регулирование пропорции распределения дымовых газов в первом пылеулавливающем отверстии и втором пылеулавливающем отверстии, что имеет очень большое значение.
5. Обеспечена возможность регулирования температуры дымовых газов после смешивания, чтобы предотвращался выброс диоксинов в процессе предварительного подогрева скрапа.
Описание прилагаемых графических материалов
Для обеспечения лучшего понимания целей, технических решений и преимуществ настоящего изобретения ниже настоящее изобретение описано со ссылками на прилагаемые графические материалы, в которых:
на фиг. 1 представлено схематическое изображение системы согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 представлено схематическое изображение варианта конструкции на фиг. 1.
Обозначения на фигурах:
канал 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья; дуговая печь 2; первое пылеулавливающее отверстие 3; второе пылеулавливающее отверстие 4; герметичное отверстие 5 для загрузки сырья; сопло I 6; сопло II 7; трубопровод 8 смешанных дымовых газов; трубопровод 9 горячих дымовых газов; пылеосадительная камера 10; устройство 11 регулирования и распределения дымовых газов; дымоход 12; датчик 13 давления дымовых газов; регулирующий клапан 14; устройство 15 быстрого охлаждения дымовых газов; магнитное дисковое подвесное устройство 16 для загрузки скрапа.
F0 - общий поток дымовых газов, выводимый из дуговой печи;
F1 - первый рукав потока дымовых газов, текущий в направлении второго пылеулавливающего отверстия;
F2 - второй рукав потока дымовых газов, текущий в направлении первого пылеулавливающего отверстия;
F3 - поток холодного воздуха, поступающий через герметичное отверстие для загрузки сырья в первую зону предварительного подогрева;
F4 - газ сгорания, выбрасываемый соплами I;
FF - газ после смешивания потоков F1, F2, F3 и F4;
Р0 - давление для приведения в движение потока газа, создаваемое в канале в первой зоне предварительного подогрева;
Р1 - отрицательное давление в области первого пылеулавливающего отверстия;
Р2 - отрицательное давление в области второго пылеулавливающего отверстия.
Подробное описание вариантов осуществления
Ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы приведено подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фигурах, установка для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья согласно настоящему изобретению содержит канал 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья и дуговую печь 2; в указанном канале 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья в направлении транспортировки сырья с определенным интервалом расположены первое пылеулавливающее отверстие 3 и второе пылеулавливающее отверстие 4; указанное первое пылеулавливающее отверстие 3 расположено за герметичным отверстием 5 для загрузки сырья канала 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья и недалеко от герметичного отверстия 5 для загрузки сырья; указанное второе пылеулавливающее отверстие 4 расположено в задней секции канала 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья и недалеко от отверстия для впуска сырья в дуговую печь 2; участок канала для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья между двумя пылеулавливающими отверстиями образует первую зону I предварительного подогрева, а участок канала для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья между вторым пылеулавливающим отверстием 4 и отверстием для впуска сырья в дуговую печь образует вторую зону II предварительного подогрева; установка также содержит несколько установленных под наклоном и с определенным интервалом сопел I 6, расположенных в первой зоне предварительного подогрева канала 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья, при этом горизонтальная составляющая потока газа сгорания из всех указанных сопел I 6 направлена противоположно направлению транспортировки сырья.
Согласно настоящему изобретению, поскольку пара пылеулавливающих отверстий обеспечивает разделение общего потока F0 дымовых газов дуговой печи, то в традиционной технологии CONSTEEL направление потоков дымовых газов меняется. Первый рукав F1 потока дымовых газов (большая часть дымовых газов дуговой печи) вытягивается через второе пылеулавливающее отверстие 4, расположенное недалеко от отверстия для впуска сырья в дуговую печь; предварительный подогрев сырья на этом участке обеспечивается в основном за счет дымовых газов, поэтому этот участок также можно назвать зоной предварительного подогрева дымовыми газами; второй рукав F2 потока дымовых газов (оставшаяся часть дымовых газов дуговой печи) проходит через первую зону I предварительного подогрева и обеспечивает предварительный подогрев дымовыми газами сырья, находящегося на этом участке; сопла I 6, установленные под наклоном на этом участке, выбрасывают на сырье струи пламени и вместе с проходящим в этом участке вторым рукавом F2 потока дымовых газов производят предварительный подогрев сырья, находящегося на этом участке, поэтому этот участок также можно назвать зоной интенсивного предварительного подогрева. Горизонтальная составляющая струйного потока установленных под наклоном сопел I 6 направлена к первому пылеулавливающему отверстию от второго пылеулавливающего отверстия (то есть направление горизонтальной составляющей струйного потока противоположно направлению транспортировки сырья), чтобы могло обеспечиваться прямое воздействие струйного потока пламени из сопел I 6 на слои скрапа в зоне интенсивного предварительного подогрева; в то же время под действием струйного потока пламени рукав потока дымовых газов проникает в зазоры в скрапе, что также позволяет повысить эффект теплообмена с рукавом потока дымовых газов и обеспечивает относительное увеличение теплового КПД сгорания у сопел I 6. Кроме того, расположенное за герметичным отверстием 5 для загрузки сырья первое пылеулавливающее отверстие 3 предотвращает прохождение холодного воздуха в канал в зоне интенсивного предварительного подогрева; сопла, установленные в зоне интенсивного предварительного подогрева, могут непосредственно нагревать скрап и обеспечивать заполнение зоны интенсивного предварительного подогрева высокотемпературными дымовыми газами, что дополнительно повышает тепловой КПД сопел I 6.
Согласно настоящему изобретению высота канала в первой зоне I предварительного подогрева указанного канала 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья меньше высоты канала во второй зоне II предварительного подогрева. Так как пара пылеулавливающих отверстий обеспечивает разделение общего потока F0 дымовых газов дуговой печи, обеспечивается уменьшение объема дымовых газов в зоне интенсивного предварительного подогрева, и высоту канала можно проектировать в соответствии с требованиями, предъявляемыми к смешанному газу (то есть выбрасываемый из сопел газ F4 сгорания + второй рукав F2 потока дымовых газов), а также к выравниванию динамического давления текучей среды. Другими словами, согласно настоящему изобретению, в котором применяется технология разделения потока дымовых газов, за счет снижения высоты канала в первой зоне предварительного подогрева соплами I 6 в зоне интенсивного предварительного подогрева может обеспечиваться прямой нагрев скрапа, что приводит к повышению эффективности использования внешней химической энергии и усиливает эффект предварительного подогрева с применением внешней химической энергии.
Согласно настоящему изобретению во второй зоне II предварительного подогрева указанного канала 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья с определенным интервалом расположено несколько установленных под наклоном сопел II 7; горизонтальная составляющая потока газа сгорания из всех указанных сопел II 7 направлена противоположно направлению транспортировки сырья. Дополнительная установка сопел II 7 позволяет за ограниченное время предварительного подогрева дополнительно повысить эффективность предварительного подогрева сырья во второй зоне II предварительного подогрева.
Согласно настоящему изобретению к указанному первому пылеулавливающему отверстию 3 подсоединен трубопровод 8 смешанных дымовых газов, а к указанному второму пылеулавливающему отверстию 4 подсоединен трубопровод 9 горячих дымовых газов; указанные трубопровод 8 смешанных дымовых газов и трубопровод 9 горячих дымовых газов подсоединены к пылеосадительной камере 10.
В частности, в этом варианте осуществления в области первого пылеулавливающего отверстия 3 и второго пылеулавливающего отверстия 4 установлены датчики 13 давления дымовых газов; трубопровод 8 смешанных дымовых газов и трубопровод 9 горячих дымовых газов посредством устройства 11 регулирования и распределения дымовых газов соединены в дымоходе 12, а дымоход 12, в свою очередь, подсоединен к пылеосадительной камере 10. Чтобы обеспечить эффективность пылеулавливания во всей дуговой печи 2, необходимо обеспечить достаточный объем откачивания (за счет отрицательного давления) на втором пылеулавливающем отверстии 4; если бы перед зоной интенсивного предварительного подогрева не было предусмотрено первое пылеулавливающее отверстие 3, то большой объем холодного воздуха после поступления сначала в зону интенсивного предварительного подогрева затем поступал бы во второе пылеулавливающее отверстие 4, что привело бы к снижению теплового КПД у сопел I 6, поскольку они должны были бы нагревать эту часть холодного воздуха. Сопла I 6 наклонены в направлении первого пылеулавливающего отверстия, при этом направление горизонтальной составляющей их струйного потока газа сгорания противоположно направлению транспортировки сырья; струйный поток, образуемый несколькими рядами сопел I 6, вместе с узким каналом для предварительного подогрева создают эффект струйного насоса; газ в зоне интенсивного предварительного подогрева формирует тягу в направлении первого пылеулавливающего отверстия, то есть создает динамическое давление потока; такое динамическое давление потока может компенсировать отрицательное давление для пылеулавливания во втором пылеулавливающем отверстии 4, и в результате возникает небольшое отрицательное давление в первом пылеулавливающем отверстии. В сочетании с регулированием пропорции распределения дымовых газов в первом пылеулавливающем отверстии 3 и втором пылеулавливающем отверстии 4 посредством устройства 11 регулирования и распределения дымовых газов можно минимизировать объем холодного воздуха в герметичном отверстии для загрузки сырья, даже почти до 0, и тем самым обеспечить общее повышение теплового КПД всей системы для горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья. Кроме того, второй рукав F2 потока дымовых газов, поступающий в зону интенсивного предварительного подогрева, также может восполнять количество тепла, теряемое вследствие потерь на охлаждение канала 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья, что также может повысить тепловой КПД газа для предварительного подогрева скрапа в зоне интенсивного предварительного подогрева. Необходимо отметить, что устройство 11 регулирования и распределения дымовых газов согласно настоящему изобретению может представлять собой трехходовой пластинчатый клапан, а также другое устройство для регулирования дымовых газов.
В качестве альтернативного решения вышеописанному варианту осуществления можно отказаться от использования устройства 11 регулирования и распределения дымовых газов и на соответственно трубопроводе 8 смешанных дымовых газов и трубопроводе 9 горячих дымовых газов непосредственно установить регулирующий клапан 14; затем непосредственно соединить трубопровод 8 смешанных дымовых газов и трубопровод 9 горячих дымовых газов с дымоходом, чтобы обеспечить возможность регулирования с помощью регулирующих клапанов 14 сопротивления в трубопроводе 8 смешанных дымовых газов и трубопроводе 9 горячих дымовых газов.
Настоящее изобретение также содержит устройство 15 быстрого охлаждения дымовых газов, подсоединенное к пылеосадительной камере 10 и предназначенное для охлаждения и понижения температуры дымовых газов.
Настоящее изобретение также содержит магнитное дисковое подвесное устройство 16 для загрузки скрапа; указанное магнитное дисковое подвесное устройство 16 для загрузки скрапа предназначено для размещения скрапа на участке приема сырья канала 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья. Разумеется, перед участком приема сырья канала для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья также можно установить вибрирующее подающее устройство; в этом случае магнитное дисковое подвесное устройство 16 для загрузки скрапа размещает скрап на вибрирующем подающем устройстве, при этом вибрирующее подающее устройство служит элементом для временного хранения сырья и может обеспечивать бесперебойную подачу сырья на участок приема сырья канала для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья.
Как было указано выше, чтобы обеспечить эффективность пылеулавливания в дуговой печи 2, использование второго пылеулавливающего отверстия 4 в качестве основного пылеулавливающего отверстия должно не только обеспечивать выведение первого рукава F1 потока дымовых газов, но и должно обеспечивать определенное отрицательное давление Р2 в области второго пылеулавливающего отверстия 4. Второй рукав F2 потока дымовых газов входит в канал в первой зоне I предварительного подогрева; в первой зоне I предварительного подогрева расположено несколько рядов установленных под наклоном вниз сопел I 6; горизонтальная составляющая струйного потока из всех сопел I 6 вместе с этим участком канала создают эффект струйного насоса (многоступенчатого струйного насоса с несколькими рядами сопел I 6), что позволяет увеличить давление Р0 для приведения потока в движение (динамическое давление потока), создаваемое в канале в первой зоне I предварительного подогрева; указанное давление для приведения потока в движение может уравновешивать (P0=P2), или частично уравновешивать (P0<P2), или превышать (P0>P2) отрицательное давление Р2 во втором пылеулавливающем отверстии 4. Разумеется, в области первого пылеулавливающего отверстия 3 также может создаваться определенное отрицательное давление Р1 для отсечения потока F3 холодного воздуха и предотвращения его попадания в зону интенсивного предварительного подогрева; поток F3 холодного воздуха, поток газа F4 сгорания, выбрасываемый из сопел, и второй рукав F2 потока дымовых газов выводятся через второе пылеулавливающее отверстие 4; распределение объема потоков F1 и F2 регулируется с помощью датчиков 13 давления, установленных в обоих пылеулавливающих отверстиях, и за счет этого выполняется регулирование сопротивления в трубопроводе 8 смешанных дымовых газов и трубопроводе 9 горячих дымовых газов, что обеспечивает оптимальное равновесие дымовых газов в канале 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья.
Ниже приводится описание с анализом нескольких рабочих режимов, применяемых в процессе предварительного подогрева в этой системе:
Рабочий режим 1: если P0=P2, то есть тяга, создаваемая при выбрасывании газов горения в первой зоне I предварительного подогрева, приближается к значению отрицательного давления во втором пылеулавливающем отверстии 4, то отрицательное давление P1 в первом пылеулавливающем отверстии составляет приблизительно 0; в этом случае второй рукав F2 потока дымовых газов в первой зоне I предварительного подогрева составляет 0; и хотя лишь небольшой объем потока F3 холодного воздуха вместе с потоком газа F4 сгорания из сопел попадает в первое пылеулавливающее отверстие 3, тем не менее, управление системой в этом рабочем режиме относительно сложно осуществлять.
Рабочий режим 2: если P0>P2, то есть второй рукав F2 потока дымовых газов и поток газа F4 сгорания из сопел в первой зоне I предварительного подогрева активно поступают в первое пылеулавливающее отверстие 3; в этом случае Р1 должно быть небольшим отрицательным давлением, иначе в отверстие для загрузки сырья будут просачиваться дымовые газы. Так как Р1 является небольшим отрицательным давлением, это обеспечивает прохождение сквозь герметичное отверстие 5 для загрузки сырья сравнительно небольшого объема потока F3 холодного воздуха и сравнительно большого объема второго рукава F2 потока дымовых газов; в этом случае предварительный подогрев скрапа будет обеспечиваться вторым рукавом F2 потока дымовых газов и потоком газа F4 сгорания из сопел.
Рабочий режим 3: если P0<P2, P1>P2-P0, и P1 представляет собой определенное отрицательное давление, то в этом случае в первую зону I предварительного подогрева будет попадать определенный объем потока F3 холодного воздуха; однако объем поступающего потока F3 холодного воздуха будет намного меньше, чем в случае P0≤0, а общий объем дымовых газов F2+F3+F4, вытягиваемый первым пылеулавливающим отверстием, будет сравнительно небольшим; предварительный подогрев скрапа будет обеспечиваться вторым рукавом F2 потока дымовых газов и потоком газа F4 сгорания из сопел.
Рабочий режим 2 и рабочий режим 3 являются базовыми рабочими режимами этой системы; в двух указанных рабочих режимах посредством датчиков 13 давления, установленных в двух пылеулавливающих отверстиях, настраивается ПЛК; посредством ПЛК осуществляется управление устройством 11 регулирования и распределения дымовых газов, сопел I 6 и сопел II 7, в результате чего осуществляется регулирование распределения объема потоков F1 и F2.
Также необходимо особо подчеркнуть, что чрезвычайно важным является направление наклона струйного потока из сопел I 6 в первой зоне I предварительного подогрева, что определяет, каким будет характер воздействия P0 на P2: компенсирующим или усиливающим. Согласно настоящему изобретению, если значение P0 будет чрезмерно высоким и составит P0>P2, то в этом случае второй рукав F2 потока дымовых газов может вытягиваться первым пылеулавливающим отверстием 3, и при этом устройство 11 регулирования и распределения дымовых газов по сути будет регулировать распределение давления Р1 и Р2, благодаря чему система под управлением ПЛК достигает оптимального равновесия «тяга газа сгорания - статическое усилие для пылеулавливания», обеспечивается динамическое уплотнение системы и повышается тепловой КПД в первой зоне I предварительного подогрева, что говорит о большом значении наличия первого пылеулавливающего отверстия 3. Скрап в канале 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья сначала проходит через зону интенсивного предварительного подогрева, а затем попадает в зону предварительного подогрева дымовыми газами, и, поскольку температура дымовых газов в области отверстия для впуска сырья в дуговую печь сравнительно высокая, может обеспечиваться дополнительный предварительный подогрев скрапа.
Из вышеприведенного описания становится понятно, что особенностью этой системы является значительное уменьшение объема потока F3 холодного воздуха, попадающего в канал 1 для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья.
Также необходимо отметить, что направление потока дымовых газов в первой зоне I предварительного подогрева противоположно направлению потока сырья в виде скрапа; химическая энергия сопел I 6 усиливает предварительный подогрев скрапа и способствует повышению эффективности теплообмена. Снижение объема проходящего потока F3 холодного воздуха способствует повышению теплового КПД сообщаемой химической энергии.
3/
3
Предположим, что объем потока F3 холодного воздуха, поступающего в первую зону предварительного подогрева, равен 5000 мч (в традиционной дуговой печи consteel 75tEAF объем газов, поступающих в дымоход для предварительного подогрева, составляет 40000-60000 м/ч, то есть получается 1/10), а температура составляет 40 °C.
3
3
Объем газа F4 сгорания, выбрасываемый из сопел в первой зоне предварительного подогрева, равен 12500 м/ч (что соответствует потреблению 10 нм/т природного газа с использованием воздуха для поддержания горения в первой зоне предварительного подогрева в случае печи 75tEAF), а температура горения регулируется до значения приблизительно 1200 °C.
Для удобства оценивания предположим, что все потоки газа имеют одинаковую удельную теплоту сгорания, а тепловой КПД оборудования остается неизменным.
В таком случае температура после смешивания холодных и горячих газов в первой зоне предварительного подогрева составит приблизительно 868 °C.
Температура отходящих смешанных дымовых газов после предварительного подогрева скрапа в первой зоне предварительного подогрева составляет приблизительно 600 °C.
Тепловой эквивалент: (868-600)×(5000+12500) = 4690000 (Дж).
3
Если объем потока F3 холодного воздуха, проходящий в первую зону предварительного подогрева, равен 1000 м/ч, температура составит 40 °C.
3
Объем второго рукава F2 потока дымовых газов в первой зоне предварительного подогрева равен 5000 м/ч, а температура составляет 1100 °C.
Температура после смешивания газов в области первого пылеулавливающего отверстия составляет 1110 °C, а температура после смешивания газов в зоне интенсивного предварительного подогрева составляет приблизительно 1171 °C.
Тепловой эквивалент (рассчитанный согласно температуре в первом пылеулавливающем отверстии): (1110-600)×(1000+12500+5000) = 9435000 (Дж).
Повышение тепловой эффективности в зоне интенсивного предварительного подогрева: (9435000-4690000)/4690000=100%.
Основные причины повышения тепловой эффективности заключаются в следующем: 1) уменьшение количества тепла, уносимого холодным воздухом; 2) повышение теплообмена за счет разделения горячих дымовых газов на рукава потока.
Вышеприведенное является исключительно примером для анализа и описывает значительное влияние, оказываемое поступающим потоком холодного воздуха на тепловую эффективность предварительного подогрева за счет количества тепла, уносимого потоком холодного воздуха. Это и горение чистого кислорода уменьшают количество тепла, которое забирает азот в воздухе, при этом рабочие принципы повышения температуры горения и теплового КПД являются подобными. В процессе реальной эксплуатации путем регулирования работы сопел I 6 при условии удовлетворения требований к предварительному подогреву в рабочем режиме можно добиться снижения расхода топлива соплами.
Проектирование оборудования для непрерывной подачи и предварительного подогрева скрапа и области течения потоков дымовых газов может относительно хорошо повысить тепловой КПД сгорания, обеспечиваемый внешней химической энергией в зоне 21 интенсивного предварительного подогрева, а также способно повысить тепловой КПД всей системы.
Если установлены требования предотвращения выделения диоксинов в процессе предварительного подогрева скрапа, то в необходимом месте системы также можно установить устройство контроля температуры дымовых газов; обычно требуется, чтобы температура дымовых газов в первом пылеулавливающем отверстии 3 и втором пылеулавливающем отверстии 4 составляла больше 800 °C (например, 850-950 °C); в этом случае количество тепла, забираемое поступающим потоком холодного воздуха, будет более высоким (температура холодного воздуха от нагревания будет более высокой), и его влияние на тепловой КПД сопел I 6 будет более значительным.
Способ интенсивного предварительного подогрева, основанный на вышеуказанной установке для непрерывной горизонтальной подачи и предварительного подогрева сырья, заключающийся в том, что: посредством общего потока F0 дымовых газов, выходящего из дуговой печи 2, предварительно подогревают сырье во второй зоне II предварительного подогрева; посредством первого пылеулавливающего отверстия 3 и второго пылеулавливающего отверстия 4, расположенных с определенным интервалом относительно друг друга, общий поток F0 дымовых газов разделяют на первый рукав F1 потока дымовых газов и второй рукав F2 потока дымовых газов; первый рукав F1 потока выводят через второе пылеулавливающее отверстие 4, тогда как второй рукав F2 потока в процессе прохождения через первую зону I предварительного подогрева предварительно подогревает сырье в первой зоне предварительного подогрева; при этом в первой зоне предварительного подогрева расположены сопла I 6, которые выбрасывают газ F4 сгорания в первую зону предварительного подогрева; струйный поток пламени из сопел I 6 заставляет второй рукав F2 потока проникать вместе с ним в зазоры в слое сырья; поток F3 холодного воздуха, попадающий внутрь через герметичное отверстие 5 для загрузки сырья, газ F4 сгорания из сопел и второй рукав F2 потока дымовых газов выводят через первое пылеулавливающее отверстие 3.
В частности, первое пылеулавливающее отверстие 3 служит в качестве основного отверстия для выведения выбрасываемого из сопел газа F4 сгорания, а второе пылеулавливающее отверстие 4 служит в качестве основного отверстия для выведения первого рукава F1 потока дымовых газов; струйный поток пламени из сопел I 6 заставляет полученный второй рукав F2 потока дымовых газов проникать вместе с ним в зазоры в слое скрапа; горизонтальная составляющая струйного потока, выбрасываемого из нескольких рядов сопел I 6 в зоне интенсивного предварительного подогрева, направлена в сторону первого пылеулавливающего отверстия и создает давление Р0 для приведения потока в движение в канале в зоне интенсивного предварительного подогрева, которое компенсирует отрицательное давление Р2 для пылеулавливания во втором пылеулавливающем отверстии; с помощью датчика 13 давления дымовых газов контролируют соответствие требований в отношении небольшого отрицательного давления в первом пылеулавливающем отверстии, за счет чего уменьшается объем потока F3 холодного воздуха, поступающего в первое пылеулавливающее отверстие, и исключается поступление потока F3 холодного воздуха в зону интенсивного предварительного подогрева. Скрап, поступающий в зону предварительного подогрева дымовыми газами, после второго предварительного подогрева посредством первого рукава F1 потока дымовых газов и сопел II 7 подают в дуговую печь 2; все описанное обеспечивает повышение теплового КПД от предварительного подогрева соплами I, II и дымовыми газами дуговой печи, что обеспечивает интенсивный предварительный подогрев скрапа.
Кроме того, с помощью устройства 11 регулирования и распределения дымовых газов или регулирующего клапана 14 можно регулировать пропорции распределения дымовых газов, проходящих соответственно по трубопроводу 8 смешанных дымовых газов и трубопроводу 9 горячих дымовых газов, и тем самым регулировать объем потока F1 и F2, а также температуру смешанных дымовых газов (F2+F3+F4), входящих в трубопровод 8 смешанных дымовых газов, чтобы сделать производство более экологически безопасным.
Наконец, следует отметить, что вышеуказанные предпочтительные варианты осуществления предназначены только для целей описания технических решений согласно настоящему изобретению, а не для его ограничения; несмотря на то что настоящее изобретение было подробно описано в вышеуказанных предпочтительных вариантах осуществления, специалисты в данной области техники должны понимать, что без отклонения от объема настоящего изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения, в отношении формы и деталей могут быть внесены различные изменения.