СПОСОБ ВДУВАНИЯ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ
METHOD OF COAL DUST BLOWING INTO BLAST FURNACE

Изобретение относится к способу вдувания угольной пыли в доменную печь, прежде всего, через форсунку для вдувания угольной пыли, имеющую внутреннюю трубу для транспортировки угольной пыли и наружную трубу, коаксиальную внутренней трубе, для транспортировки горючего газа.
Описание известного уровня техники
Форсунки для вдувания угольной пыли обычно используются для вдувания угольной пыли в качестве замены кокса в доменную печь. Угольная пыль пневматически транспортируется через форсунку и подается в окисляющую атмосферу в фурме, через которую горячий воздух для дутья вдувается в печь. Для того чтобы полностью сжечь угольную пыль, реакция горения должна начинаться как можно ближе к концу форсунки. Так называемые форсунки Oxycoal состоят из внутренней трубы для транспортировки угольной пыли и наружной трубы, коаксиальной внутренней трубе, для транспортировки горючего газа, обычно чистого кислорода. Присутствие чистого кислорода на конце форсунки улучшает условия горения так, что реакция горения начинается на конце форсунки.
Однако было установлено, что пламя на конце форсунки нестабильно и время от времени затухает. В некоторых случаях пламя может автоматически снова воспламеняться без вмешательства. Однако, это не может быть гарантировано. Если горения угольной пыли на конце форсунки не происходит, потому что пламя погасло, угольная пыль и кислород подаются в доменную печь, и полное сгорание угольной пыли не может быть гарантировано.
Для того чтобы улучшить эффективность горения на конце форсунки было предложено определенное количество решений, обычно посредством улучшения смешивания угольной пыли и кислорода. Например, EP 1060272 описывает то, что сгорание угольной пыли может быть улучшено и пламя может поддерживаться за счет расположения завихрителя потока между соосными трубами так, чтобы передавать вихревое движение на подаваемый на конец форсунки кислород. Однако эффект завихрителя потока во многом зависит от структуры форсунки. Если угол спирали слишком глубокий, кислород направляется от угольной пыли, и эффективность горения снижается. Если спиральный угол слишком мелкий, улучшение эффективности горения является незначительным.
В EP 1060272 также предлагалось снабдить наружную поверхность стенки внутренней трубы множеством отверстий вблизи конца форсунки для уменьшения сопротивления потока жидкой среды и для улучшения смешивания угольной пыли с кислородом на конце форсунки.
Хотя вышеназванные системы в определенных условиях могут быть подходящими для улучшения эффективности горения, этот эффект негарантирован и остается риск, что пламя не поддерживается.
Цель изобретения
Следовательно, целью данного изобретения является разработка улучшенного способа для вдувания угольной пыли в доменную печь. Эта цель решена посредством способа по пункту 1 формулы изобретения.
Общее описание изобретения
Для того чтобы достичь этой цели, данное изобретение предлагает способ вдувания угольной пыли, при этом способ включает в себя следующие этапы:
- подготовку фурменного рукава для вдувания горячего воздуха для дутья из кольцевого трубопровода в под доменной печи через установленную в отверстии в стенке печи фурму,
- подготовку форсунки для вдувания угольной пыли в фурму, при этом форсунка для вдувания угольной пыли включает в себя внутреннюю трубу для транспортировки угольной пыли и расположенную коаксиально вокруг внутренней трубы наружную трубу для транспортировки горючего газа, внутренняя труба образует разделительную стенку для отделения угольной пыли от горючего газа, и форсунка для вдувания угольной пыли имеет расположенный в фурме конец форсунки,
- допущение образования на конце форсунки смеси угольной пыли и горючего газа, и
- сгорание смеси угольной пыли и горючего газа в фурме.
Согласно важному аспекту изобретения способ включает в себя следующие этапы:
- контроль присутствия или отсутствия горения пламени на конце форсунки, и
- при обнаружении, что на конце форсунки пламя не горит, повторное воспламенение пламени посредством временного уменьшения потока горючего газа через форсунку для вдувания угольной пыли.
Горение пламени контролируется, и как только пламя погаснет, поток горючего газа к концу форсунки уменьшается. Изобретателями было установлено, что короткое уменьшение или прерывание вдувания горючего газа позволяет обеспечить повторное воспламенение пламени на конце форсунки так, что улучшенное сгорание угольной пыли в фурме может быть быстро восстановлено.
Предпочтительно, в то время пока временно уменьшается поток горючего газа через форсунку для вдувания угольной пыли, поток угольной пыли через форсунку для вдувания угольной пыли поддерживается.
Предпочтительно контроль горения пламени на конце форсунки осуществляется непрерывно. Поэтому пламя может быть повторно воспламенено как можно быстрее для того, чтобы минимизировать количество подаваемой в доменную печь несгоревшей угольной пыли.
Предпочтительно контроль горения пламени на конце форсунки осуществляется с помощью средств обнаружения блокировки фурмы. Применение таких средств обнаружения блокировки фурмы позволяет осуществить контроль пламени с помощью устройств, которые уже установлены на доменных печах. Так как не требуется никаких дополнительных детекторов, отсутствует необходимость выделения денежных средств на расходы на установку и обслуживание.
Согласно первому осуществлению изобретения способ включает в себя:
- оснащение средства обнаружения блокировки фурмы датчиками давления для измерения падения давления в горячем воздухе для дутья через сечение фурменного рукава выше по потоку от конца форсунки, и
- контроль падения давления через сечение фурменного рукава, и на основании этого определение присутствия или отсутствия горения пламени на конце форсунки.
Средство для измерения падения давления в фурменном рукаве в данный момент применяется для обнаружения блокировки фурмы. Действительно, возможно, что выход фурмы в доменную печь становится заблокированным. Если это происходит, и затем угольная пыль вводится в фурму, фурменный рукав наполняется угольной пылью. Как только выявлена блокировка фурмы, что выражается внезапным уменьшением падения давления, подача угольной пыли и горючего газа прекращается для предотвращения заполнения фурменного рукава и кольцевого трубопровода угольной пылью.
Изобретатели отметили, что на падение давления также оказывает влияние реакция горения на конце форсунки. Если пламя на конце форсунки горит, в фурме вырабатывается тепло, так что расширение горячего дутья, которое происходит вследствие увеличения температуры, приходит к более высокому падению давления на фурме. Это немного уменьшает скорость потока горячего дутья и, следовательно, падение давления в выпускной трубе фурменного рукава.
Поэтому внезапное увеличение падения давления может интерпретироваться как признак того, что пламя больше не горит на конце форсунки.
Обычно используемое для обнаружения блокировки фурмы средство измерения падения давления может использоваться для контроля горения пламени на конце форсунки.
Падение давления может измеряться между кольцевым трубопроводом и участком фурменного рукава выше по потоку от конца форсунки. Средство измерения падения давления может, например, включать в себя датчик давления, расположенный в участке фурменного рукава выше по потоку от конца форсунки. Дополнительно, в участке фурменного рукава выше по потоку от конца форсунки может быть расположена трубка Вентури и соединяться с датчиком давления.
Основанный на измеренном падении давления сигнал может использоваться в алгоритме обработки сигналов для обнаружения присутствия или отсутствия горения пламени.
Например, если падение давления увеличено на предварительно установленную величину, можно сделать вывод о том, что пламя на конце форсунки не горит. Также можно сделать вывод о том, что пламя на конце форсунки не горит, если падение давления увеличено на предварительно определенную величину за предварительно определенное время. Так как на падение давление влияют многие параметры, сигнал о падении давления имеет много разновидностей даже при нормальных условиях эксплуатации. Поэтому является предпочтительным сделать вывод о том, что пламя не горит, только если падение давления увеличено на определенную величину или увеличено на определенный период или на оба фактора.
Согласно второму варианту осуществления изобретения способ включает в себя:
- оснащение фурменного рукава по существу горизонтальной воздуходувкой для вдувания горячего воздуха для дутья в под доменной печи,
- оснащение средства обнаружения блокировки фурмы датчиком интенсивности света, расположенным в осевом совмещении с воздуходувкой, и
- контроль интенсивности света в фурме, и на основании этого определение присутствия или отсутствия горения пламени на конце форсунки.
В настоящее время средство для измерения интенсивности света в фурме используется для обнаружения блокировки фурмы. В случае обнаружения существенного уменьшения интенсивности света в фурме, фурма по всей вероятности является заблокированной, и поэтому подача угольной пыли и горючего газа прекращается для того, чтобы предотвратить заполнение фурменного рукава и кольцевого трубопровода угольной пылью.
Уменьшение интенсивности света можно также интерпретировать как показатель того, что на конце форсунки пламя больше не горит. Действительно, наличие пламени в фурме создает свет в фурме. Поэтому отсутствие пламени приводит к уменьшенной интенсивности света в фурме.
Средство для измерения интенсивности света, используемое обычно для обнаружения блокировки фурмы, может использоваться для контроля горения на конце форсунки.
Можно сделать вывод о том, что пламя на конце форсунки не горит, если интенсивность света в фурме уменьшена на предварительно определенную величину за предварительно определенное время.
Согласно третьему варианту осуществления способ включает в себя:
- оснащение фурменного рукава по существу горизонтальной воздуходувкой для вдувания горячего воздуха для дутья в под доменной печи,
- оснащение средства обнаружения блокировки фурмы камерой, расположенной в осевом совмещении с воздуходувкой, и
- контроль изображения в фурме, и на основании этого определение присутствия или отсутствия горения пламени на конце форсунки для вдувания угольной пыли.
В настоящее время средство контроля изображения из фурмы используется для обнаружения блокировки фурмы. В случае, если фурма заблокирована, изменяется характеристика изображения из фурмы, и в зависимости от измененной характеристики подача угольной пыли и горючего газа прекращается для предотвращения заполнения фурменного рукава и кольцевого трубопровода угольной пылью.
Изменение в характеристиках изображения из фурмы может также интерпретироваться как показатель того, что на пламя конце форсунки больше не горит.
Средство контроля изображения из фурмы, используемое обычно для обнаружения блокировки фурмы, может использоваться для контроля горения пламени на конце форсунки. Можно сделать вывод о том, что пламя на конце форсунки не горит, если изображение из фурмы изменяется согласно предварительно заданной схеме. Можно сделать вывод о том, что пламя на конце форсунки не горит, если изображение из фурмы имеет значительное сходство с предварительно заданным образцовым изображением.
Изображение из фурмы предпочтительно анализируется с помощью алгоритма обработки изображения.
Согласно четвертому варианту осуществления изобретения способ включает в себя:
- оснащение фурменного рукава по существу горизонтальной воздуходувкой для вдувания горячего воздуха для дутья в под доменной печи,
- подготовку средства измерения температуры, расположенного в осевом совмещении с воздуходувкой, и
- контроль температуры в фурме или вблизи нее, и на основании этого определение присутствия или отсутствия горения пламени на конце форсунки для вдувания угольной пыли.
С каждой фурмой может быть соединен пирометр и можно измерять температуру пламени в печи перед фурмой. Сигнал температуры позволяет осуществлять контроль горения пламени на конце форсунки. Если температура падает на предварительно определенное количество или если температура остается ниже заданного граничного значения на предварительно определенное время, следует сделать вывод о том, что пламя на конце форсунки пламя больше не горит.
Предпочтительно используемый в сочетании с такими форсунками горючий газ для вдувания угольной пыли является кислородом.
Краткое описание фигур
Данное изобретение становится более очевидным из последующего описания одного не ограничивающего варианта осуществления со ссылкой на приложенный чертеж, где показан разрез через установку, используемую для осуществления способа согласно данному изобретению.
Подробное описание изобретения
На чертеже показана система 10 горячего дутья, имеющая окружающий доменную печь кольцевой трубопровод 12 и множество фурменных рукавов 14 для вдувания горячего вдуваемого воздуха через отверстие в стенке 16 доменной печи в под доменной печи. Фурменные рукава 14 являются стальными трубами с огнеупорной футеровкой для вдувания горячего вдуваемого воздуха из кольцевого трубопровода 12 в доменную печь. Как правило, каждый из них включает в себя угловой первый участок 14', именуемый также выпускным трубопроводом, и по существу горизонтальный второй участок 14'', также именуемый воздуходувкой. Второй участок 14'' имеет выпуклую сферическую переднюю часть, выполненную и расположенную так, чтобы входить в воздухонепроницаемое зацепление с вогнутым концом фурмы 15, установленным в отверстии в стенке 16 печи. Первый участок 14' расположен под углом относительно горизонтального участка 14'' и соединен с кольцевым трубопроводом для направления горячего вдуваемого воздуха из кольцевого трубопровода 12 во второй участок 14''.
Форсунка 18 для вдувания угольной пыли предназначена для вдувания угольной пыли в доменную печь. Форсунка 18 является типа Oxycoal и включает в себя внутреннюю трубу 20 для транспортировки угольной пыли и расположенную коаксиально вокруг внутренней трубы 20 наружную трубу 22 для транспортировки горючего газа. Внутренняя труба 20 образует разделительную стенку для отделения угольной пыли от горючего газа на всем протяжении через форсунку 18 до тех пор, пока угольная пыль и горючий газ не будут смешаны на конце 24 форсунки 18 для вдувания угольной пыли.
Форсунка 18 для вдувания угольной пыли расположена таким образом, что ее конец 24 находится в области 26 выхода фурмы 15 вблизи отверстия в стенке 16 печи.
При работе горячее дутье вдувается из кольцевого трубопровода 12 через фурменный рукав 14 в под доменной печи. Дополнительно угольная пыль и горючий газа, обычно кислород, подаются через форсунку 18 для вдувания угольной пыли во второй участок 14'' фурменного рукава 14. На конце 24 форсунки угольная пыль входит в контакт с кислородом и образует смесь. Условия горения являются таковыми, что эта смесь воспламеняется и пламя горит на конце 24 форсунки внутри фурмы 15. Угольная пыль сгорает, предпочтительно полностью, внутри фурмы 15.
Так как пламя на конце 24 форсунки является нестабильным и время от времени гаснет, необходимо повторное воспламенение пламени. Повторное воспламенение пламени достигается временным уменьшением количества подаваемого через форсунку 18 кислорода. Это изменяет условия горения и при восстановлении подачи кислорода пламя повторно воспламеняется. Временное уменьшение потока горючего газа может вызвать нагрев и/или турбуленции на конце 24 форсунки, что способствует повторному воспламенению пламени.
Согласно данному изобретению определение присутствия или отсутствия горения пламени на конце 24 форсунки основано на системах, используемых в настоящий момент для обнаружения блокировки фурмы 15. Такие системы уже установлены на доменных печах и поэтому не вызывают дополнительных затрат.
Такие системы обнаружения блокировки могут включать в себя, например, средство для измерения падения давления во вдуваемом горячем воздухе поперек первого участка 14' фурменного рукава 14. С этой целью первый участок 14' может включать в себя поперечное сужение 28 типа трубки Вентури.
Альтернативно или дополнительно такие системы обнаружения блокировки могут включать в себя средство 30 обнаружения, расположенное в осевом совмещении со вторым участком 14'' фурменного рукава 14. На соединяющем первый и второй участки 14', 14'' фурменного рукава 14 изгибе 32 последний может включать в себя осевую удлинительную трубу 34, на конце которой может быть расположено средство 30 обнаружения.
Средство 30 обнаружения может быть датчиком интенсивности света для измерения интенсивности света в фурме 15. Уменьшение интенсивности света может быть интерпретировано как показатель того, что на конце 24 форсунки пламя больше не горит.
Средство 30 обнаружения может быть камерой для контроля изображения из фурмы 15. Полученное изображение может анализироваться процессором обработки изображений. Изменения некоторых характеристик изображения из фурмы 15 может также интерпретироваться как показатель того, что на конце 24 форсунки пламя больше не горит.
Ссылочные обозначения:
10 Система горячего дутья
12 Кольцевой трубопровод
14 Фурменный рукав
16 Стенка фурменной печи
14' Угловой первый участок
14'' Горизонтальный второй участок
15 Фурма
18 Форсунка для вдувания угольной пыли
20 Внутренняя труба
22 Наружная труба
24 Конец форсунки
26 Область выхода
28 Поперечное сужение
30 Средство обнаружения
32 Изгиб
34 Осевая удлинительная труба.