Установка для подготовки газовой смеси

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к оборудованию доменной печи. Установка содержит доменную печь, скруббер, трубу Вентури и инжектор, выполненный в виде камер завихрения, осаждения и нагревателя. Природный газ подается на инжектор и получает закрутку в камере завихрения, доменный газ через скруббер, трубу Вентури поступает в приосевую зону вращающегося природного газа, смешивается с ним. Твердые и жидкие частицы воды осаждаются в камере осаждения, а смесь природного и доменного газов выводится из инжектора и поступает на фурмы доменной печи. Использование изобретения позволяет повысить эффективность смешивания природного и доменного газов. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к металлургии, а именно к оборудованию доменной печи, с помощью которого организуется подача дополнительного газообразного топлива в доменную печь.

Известны установки на основе компрессоров для подачи различных углеводородсодержащих газов в доменную печь /1/. Подача доменного газа в фурменный очаг подавляет процесс пиролиза природного газа, идущего со значительными затратами тепла, и снижает расход природного газа. Недостатком компрессоров является необходимость дополнительной очистки газов и затраты электроэнергии на их компремирование.

Наиболее близкой по сущности и достигаемому результату является установка подготовки газовой смеси на металлургическом комбинате /2/, которая содержит последовательно соединенные доменную печь, скруббер, трубу Вентури, магистраль природного газа и инжектор.

Недостатком такой установки является низкая надежность работы при смешивании природного и влажного доменного газов, сопровождающееся образованием снега и льда, которые выпадают в виде настылей на стенках трубопроводов. Кроме того, прямоструйный инжектор имеет достаточно низкий коэффициент инжекции.

Задача изобретения - повышение эффективности смешивания газов и увеличение надежности в работе установки за счет снижения гидравлических потерь и совмещения процессов смешивания газов, конденсации и удаления избыточной капельной влаги.

Поставленная задача достигается тем, что установка для подготовки газовой смеси, включающая последовательно соединенные доменную печь, скруббер, трубу Вентури, инжектор и магистраль природного газа, согласно изобретению снабжена нагревателем и камерой осаждения, установленными в инжекторе, а инжектор выполнен в виде камеры завихрения, которая выполнена завихрителем и плоскими крышками с соосными соплами, сопряженными с кольцевыми диффузорами, образованными малым и большим усеченными полыми конусами, а нагреватель образован малым полым усеченным конусом и плоской крышкой и оборудован патрубками для подвода и отвода энергоносителя, камера осаждения образована цилиндрической обечайкой, закрепленной на основании большого конуса и боковой грани малого конуса, и оснащена патрубком, причем камера осаждения установлена с возможностью контакта с кольцевыми диффузорами посредством кольцевого входа, выполненного в основании большего конуса, в боковой грани которого выполнены отверстия, круглые, соосные в центре и кольцевые на периферии, кроме того, отношение диаметpa завихрителя к расстоянию между крышками выполняют в пределах 5-50.

Поскольку эффективность работы установки определяется инжектором, то выполнение его в виде камеры завихрения с двойным симметричным выводом природного газа снижает его гидравлическое сопротивление, увеличивает площадь зоны смешивания газов и уменьшает потери напора в процессе смешивания газов. В процессе смешивания газов образуются конденсированные частицы (твердые и жидкие) воды, которые за счет центробежных сил собираются в камере осаждения и выводятся в виде конденсата. Выполнение камер завихрения и осаждения с подогревом в виде, например, паровой рубашки предупреждает образование настылей.

Выбор предлагаемых пределов отношения диаметра завихрителя к расстоянию между крышками определено в пределах 5-50. Данные пределы выбраны исходя из условий работоспособности инжектора. При отношении D/H<5 вода попадает в камеру завихрения и образует вращающийся водяной слой, который скачкообразно увеличивает гидравлическое сопротивление и запирает поступление доменного газа на смешивание с природным. При отношении D/H>50 начинает сказываться влияние пограничных слоев газа, движущегося вдоль стенок торцевых плоских крышек, при этом гидравлическое сопротивление инжектора становится настолько большим, что давления природного газа не хватает, чтобы природный газ поступил в приосевую область инжектора.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема установки для подготовки газовой смеси на металлургическом комбинате; на фиг. 2 - схема инжектора.

Установка для подготовки газовой смеси на металлургическом комбинате содержит соединенные трубопроводами доменную печь 1, скруббер 2, трубу Вентури 3, дроссели 4, 5, 6 и инжектор 7. К доменной печи 1 и инжектору 7 подведена магистраль природного газа 8. Система также содержит источник пара 9.

Инжектор 7 состоит из камеры завихрения 10, камеры осаждения 11 и нагревателя 12. Камера завихрения 10 выполнена завихрителем 13 и двумя плоскими крышками 14 с соосными соплами 15, сопряженными с кольцевыми диффузорами 16. Кольцевые диффузоры 16 образованы малым 17 и большим 18 усеченными полыми конусами. Нагреватель 12, образованный малым полым усеченным конусом 17 и плоской крышкой 14, оборудован патрубками для подвода 19 и отвода 20 энергоносителя 9. Камера осаждения 11 образована цилиндрической обечайкой 21, закрепленной на основании большого конуса 18 и боковой грани малого конуса 17 и оснащена патрубком 22. Кольцевой диффузор 16 сообщается с камерой осаждения 11 кольцевым входом 23. В боковой грани большего конуса 18 выполнены отверстия, круглые, соосные в центре 24 и кольцевые на периферии 25.

Установка для подготовки газовой смеси работает следующим образом.

При нормальном ходе доменной печи 1 и установившемся расходе природного газа включается подача пара 9 на инжектор 7. После того как пар проходит через патрубок 19 в нагреватель 12, отводится по патрубку 20 и прогревает инжектор 7, снижается подача природного газа из магистрального трубопровода 8 и последовательно открываются дроссели 6, 4, закрывается 5 и на инжектор 7 подается сухой природный газ от магистрали 8 и влажный доменный газ от скруббера 2 и трубы Вентури 3.

Природный газ проходит через завихритель 13, получает закрутку и, двигаясь в камере завихрения 10 между плоскими крышками 14, формирует вращающийся газовый поток с зоной пониженного давления в соплах 15. Доменный газ подается в круглые отверстия 24, поступает в приосевую зону вращающегося потока природного газа и смешивается с ним. При смешивании понижается температура, растет давление доменного газа и происходит конденсация избыточной влаги. Из вращающегося потока смеси газов, проходящего в кольцевом диффузоре 16 между малым и большим полыми усеченными конусами 17 и 18 за счет центробежной силы, частицы воды, жидкие и твердые, поступают через кольцевой вход 23 в камеру осаждения 11, где осаждаются на цилиндрических обечайках 21 и по патрубкам 22 выводятся из инжектора 7. Смесь природного и доменного газов без капельной влаги проходит через кольцевые отверстия 25 и подается по трубопроводу на фурмы доменной печи 1.

Использование предлагаемой установки обеспечивает следующие преимущества: увеличение надежности работы; повышение эффективности смешивания природного и доменного газов; увеличение коэффициента инжекции доменного газа природным; снижение расхода природного газа.

Предлагаемое устройство применимо в металлургии для смешивания и подачи в агрегаты сухих и влажных газов.

Источники информации 1. Комбинированное дутье доменных печей. Тихомиров Е.Н. М., "Металлургия", 1974, 160 с.

2. Авт. свидетельство СССР N 1765175, кл. C 21 B 5/06, 1992.

Формула изобретения

1. Установка для подготовки газовой смеси, включающая последовательно соединенные доменную печь, скруббер, трубу Вентури, инжектор и магистраль природного газа, отличающаяся тем, что она снабжена нагревателем и камерой осаждения, установленными в инжекторе, а инжектор выполнен в виде камеры завихрения.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что камера завихрения выполнена завихрителем и плоскими крышками с соосными соплами, сопряженными с кольцевыми диффузорами, образованными малым и большим усеченными полыми конусами.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что нагреватель образован малым полым усеченным конусом и плоской крышкой и оборудован патрубками для подвода и отвода энергоносителя.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что камера осаждения образована цилиндрической обечайкой, закрепленной на большем основании большого конуса и боковой грани малого конуса, и оснащена патрубком.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что камера осаждения установлена с возможностью контакта с кольцевыми диффузорами посредством кольцевого входа, выполненного в основании большего конуса.

6. Установка по п.2, отличающаяся тем, что в боковой грани большего конуса выполнены отверстия, круглые, соосные в центре и кольцевые на периферии.

7. Установка по п.2, отличающаяся тем, что отношение диаметра завихрителя к расстоянию между крышками выполняют в пределах 5 - 50.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2