СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ТОПЛИВНОГО ГАЗА ДЛЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
SYSTEM OF PREPARING FUEL GAS FOR BLAST FURNACE

Изобретение относится к металлургии, в частности к доменному производству, и может использоваться для подготовки и вдувания газового топлива в воздушные фурмы доменных печей.
Известна система подготовки топливного газа для доменной печи, предназначенная для регулирования давления и расхода топливного газа, вдуваемого в доменную печь, и распределения его по воздушным фурмам [1]. Система включает трубопровод топливного газа с запорной, предохранительной, измерительной и регулирующей арматурой и аппаратурой, присоединенный к нему трубопровод инертного газа с запорной и регулирующей арматурой, обводной трубопровод топливного газа с запорной и регулирующей арматурой, разводящий кольцевой коллектор с патрубками для подвода газа к каждой воздушной фурме, снабженной запорной, предохранительной, измерительной и регулирующей арматурой и аппаратурой.
Недостатком известной системы подготовки топливного газа для доменной печи является отсутствие в ней смесительного устройства для получения газокислородной смеси с целью повышения эффективности сжигания топливного газа в фурменной зоне.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является система подготовки топливного газа для доменной печи, включающая трубопроводы топливного газа, инертного газа и кислорода, коллектор с трубопроводами для подвода газа к воздушным фурмам, обводной трубопровод, запорную, предохранительную, измерительную и регулирующую арматуру и аппаратуру, установленную на трубопроводах, содержащая цилиндрическую смесительную камеру с входным отверстием, соединенным с трубопроводом топливного газа, и выходным отверстием, соединенным с коллектором, в которую перпендикулярно оси цилиндра врезана перфорированная труба с заглушенным торцом, соединенная с трубопроводом подачи кислорода, а трубопровод инертного газа соединен с трубопроводом подачи кислорода [2].
Данная система подготовки топливного газа для доменной печи, являющаяся прототипом изобретения, во многом устраняет недостатки известных систем, но она также имеет следующие недостатки:
- система усложнена врезанным в трубопровод топливного газа смесителем с входным отверстием, соединенным с трубопроводом топливного газа, и выходным отверстием, соединенным с коллектором;
- врезанная перпендикулярно оси цилиндра перфорированная труба с заглушенным торцом, соединенная с трубопроводом подачи кислорода, не обеспечивает равномерного распределения кислорода по всему сечению цилиндрической смесительной камеры и получения гомогенной газокислородной смеси, что приводит к неполному окислению его в фурменной зоне, образованию сажистого углерода и снижению коэффициента замены кокса, особенно при больших расходах топливного газа.
Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков известной системы подготовки топливного газа для доменной печи, упрощение системы, обеспечение получения гомогенной смеси топливного газа и кислорода, максимальной полноты окисления топливного газа в фурменной зоне и максимально возможного сокращения расхода кокса на выплавку чугуна.
Решение указанной технической задачи достигнуто тем, что в известной системе подготовки топливного газа для доменной печи, включающей трубопроводы топливного газа, инертного газа и кислорода, коллектор с трубопроводами для подвода топливного газа к воздушным фурмам, обводной трубопровод, установленную на трубопроводах запорную, измерительную, регулирующую и предохранительную арматуру и аппаратуру, соединенную с трубопроводом кислорода перфорированную трубу с заглушенным торцом, согласно изобретению перфорированная труба с заглушенным торцом коаксиально размещена в ограниченном запорной арматурой участке трубопровода топливного газа, длина которого равна не менее 2,5-3,0 диаметра трубопровода топливного газа, а отверстия в перфорированной трубе выполнены в шахматном порядке, причем суммарная площадь отверстий составляет 0,5-0,7 площади поперечного сечения перфорированной трубы.
Изобретение иллюстрируется фигурами 1 и 2. На фиг.1 представлена схема системы подготовки топливного газа для доменной печи, а на фиг.2 - схема ограниченного задвижками участка трубопровода топливного газа с размещенной в нем коаксиально перфорированной трубой с заглушенным торцом, соединенной с трубопроводом подачи кислорода
На схеме фиг.1 системы подготовки газового топлива для доменной печи показаны трубопроводы топливного газа 1, кислорода 2 и инертного газа 3, накопительная емкость инертного газа 4, пылесборник трубопровода кислорода 5, ограниченный задвижками участок трубопровода топливного газа 6 для получения гомогенной смеси топливного газа и кислорода, коллектор 7 с отводами к каждой фурме, обводной трубопровод 8, а также запорная, предохранительная, измерительная и регулирующая аппаратура согласно условным обозначениям на фиг.1. На фиг.2 приведена иллюстрация ограниченного задвижками участка трубопровода топливного газа 6 с коаксиально размещенной в нем перфорированной трубой с заглушенным торцом 9.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Трубопроводы 1, 2 и 3 служат для подачи на смешение топливного газа и кислорода (постоянно) и инертного газа (периодически при пусках-остановках системы или в аварийных ситуациях). Накопительная емкость инертного газа 4 обеспечивает накопление инертного газа в объеме, достаточном для быстрого заполнения трубопровода кислорода и ограниченного задвижками участка газопровода топливного газа инертным газом в указанных случаях. Пылесборник 5 на трубопроводе кислорода 2 служит для удаления из потока кислорода твердых частиц и исключает попадание их в запорную, измерительную и регулирующую арматуру и аппаратуру. В ограниченном задвижками участке газопровода топливного газа 6 осуществляется процесс смешения топливного газа и кислорода с получением гомогенной смеси, которая затем подается в коллектор 7, который обеспечивает распределение газокислородной смеси (или только топливного газа) по фурмам доменной печи. Обводной трубопровод 8 служит для подачи в печь только топливного газа, в случаях когда по техническим причинам невозможна подача кислорода на смешение с топливным газом. Запорная арматура включает задвижки, электрифицированные задвижки, вентили, краны, а также заглушки и предназначена для отключения от системы подготовки топливного газа отдельных трубопроводов или их участков для прекращения подачи в систему газов при профилактических работах и в аварийных ситуациях.
Предохранительная арматура включает сбросные и отсекающие предохранительные клапаны и обратные клапаны, которые предназначены для осуществления в аварийных ситуациях автоматического прекращения подачи в смеситель кислорода, автоматического ввода и непрерывной подачи инертного газа в трубопровод кислорода, автоматической отсечки топливного газа, кислорода и инертного газа при снижении их давления ниже заданной величины или сброса кислорода или инертного газа при превышении заданного давления.
Измерительная аппаратура включает измерительные диафрагмы, датчики и вторичные приборы, предназначенные для измерения расхода, давления и температуры топливного газа, кислорода и инертного газа, газокислородной смеси и дутьевого воздуха.
Регулирующая аппаратура включает регуляторы расхода и давления и предназначена для автоматического регулирования давления кислорода, давления и расхода топливного газа и газокислородной смеси.
Данная система подготовки доменного газа для доменной печи работает следующим образом:
- по трубопроводу 1 топливный газ при заданном расходе и давлении поступает в коллектор 7;
- в ограниченный запорными задвижками участок трубопровода топливного газа 6 по трубопроводу 2 кислород поступает на смешение в заданном количестве и при заданном давлении, которое должно быть выше давления топливного газа не менее чем на 200 кПа;
- благодаря коаксиальному расположению перфорированной трубы с заглушенным торцом 9 в ограниченном задвижками участке газопровода топливного газа 6 и расположенным в шахматном порядке отверстиям в перфорированной трубе 9 поток топливного газа многократно пересекается струями кислорода, которые равномерно перекрывают живое сечение участка трубопровода топливного газа 6, образуя гомогенную смесь топливного газа и кислорода, которая поступает в коллектор 7, а затем по индивидуальным трубопроводам подается в воздушные фурмы доменной печи.
Полученные экспериментальным и расчетным путем данные показывают, что для получения гомогенной смеси топливного газа и кислорода длина ограниченного задвижками участка трубопровода топливного газа должна быть не менее 2,5-3,0 величины его диаметра. При соотношении суммарной площади всех отверстий перфорированной трубы к площади ее поперечного сечения, равном 0,5-0,7, за счет избыточного давления кислорода по отношению к топливному газу не менее 200 кПа обеспечивается одинаковая скорость выхода кислорода в полость трубопровода топливного газа по всей поверхности перфорированной трубы. При этом достигается турбулизация потока и получение гомогенной смеси топливного газа и кислорода.
При пуске системы в трубопровод кислорода 2 подается инертный газ (азот) для предотвращения образования взрывоопасной смеси. При отклонении давлений кислорода и азота от минимально допустимых пределов автоматически отключается подача кислорода на смешение и в коллектор 7 поступает только топливный газ.
При необходимости выполнения ремонтных работ и в аварийных случаях закрываются задвижки до и после участка трубопровода топливного газа 6, открывается задвижка на обводном трубопроводе 8 и в коллектор 7 поступает топливный газ.
При использовании участка топливного газа с размещением в нем коаксиально перфорированной трубы, отверстия в которой выполнены в шахматном порядке, исключается возможность образования застойных зон и взрывоопасной смеси, обеспечивается гомогенизация смеси и полное окисление топливного газа в фурменной зоне, исключается образование сажистого углерода, достигается максимальный коэффициент замены кокса топливным газом.
Источники информации
1. Духан Н.С. и др. Применение природного газа в черной металлургии. - М.: Металлургия, 1966, с.58-59.
2. Система подготовки газообразного топлива для доменной печи. Патент РФ №2104308. Опубл. 10.02.1998 г. Бюл. №4.