Общество с ограниченной ответственностью

Производственная компания «Спецгазпром»

Есть вопросы? Свяжитесь с нами: +7 (343) 380 23 40
Россия, г.Екатеринбург, ул.Чернышевского, д.16, оф.719 тел. (343) 380 23 40, факс (343) 380 23 40, моб. +7 982 63 17 611 Мы работаем: ПН-ПТ, 09:00-18:00
Главная Статьи Статьи по металлургии и металлургическому оборудованию Теоретические аспекты внедрения горелочных устройств SF в металлургии

Теоретические аспекты внедрения горелочных устройств SF в металлургии

Технология возвратно-вихревого смешивания является усовершенствованной струйно-нишевой технологией сжигания газа, соответственно, горелочные устройства SF - это новое поколение горелочных устройств СНГ.

Струйно-нишевая технология с момента своей разработки до момента внедрения прошла ряд экспериментальных исследований на конкретных технологических агрегатах. В результате проведённых исследований струйно-нишевого принципа диффузионного сжигания газа были сделаны следующие основные выводы:

1. Основные закономерности течения в нише и в системе струй сохраняются при объединении их в одну, струйно-нишевую систему, но при этом появляется ряд отличий, рассматриваемых ниже;

2. Ниша и её геометрия влияет на профиль скоростей в пограничном слое обтекающего её воздушного потока;

3. Наличие ниши уменьшает разряжение в зоне рециркуляции за системой струй и, вследствие этого, увеличивает их дальнобойность на 20%;

4. Система струй создаёт в наднишевом пространстве развитый высокотурбулентный слой, интенсифицирующий смесеобразование в слое смешения и массообмен последнего с полостью ниши;

5. Состав высокотурбулентного слоя последнего в полости ниши определяется массообменными процессами в «слое захвата», толщина которого для исследованного диапазона типоразмеров ниш не превышает 10 мм;

6. Струи в сносящем потоке даже при больших скоростях истечения интенсивно размываются. Благодаря этому и пропорциональности расходов воздуха и топлива в области смешения, состав смеси в «слое захвата» и, соответственно, в полости ниш при изменении режимных параметров сохраняют малоизменяющие значения;

7. Концентрация метана в геометрическом центре ниши с достаточной для практики точностью отражает средний состав смеси в нише, определяющий устойчивость процесса горения;

8. В зависимости от типоразмера ниши, дальнобойности струй и скорости сносящего потока, возможны три характерных режима горения в системе:

  • -0,2<q<2 для типоразмеров ниш и wВ<90 м/с стабилизация пламени осуществляется рециркуляционным течением в нише. Угол распространения факела в поток зависит от скорости последнего;
  • При скорости потока wВ>90 м/с и в случае «коротких» 23 мм u1080 и глубоких ниш l/h<0,5 имеет место «остаточное» пламя;
  • При увеличении дальнобойности струй (q>2) пламя стабилизируется рециркуляционным течением системы «струя-ниша»;

9. С точки зрения интенсификации выгорания топлива в системе, перспективным путём является размещение ниши на пилоне, вынесенном в поток и поиск оптимального расстояния от границы факела до стенки камеры;

10. Газогорелочный модуль при оптимальных геометрических и режимных параметрах обеспечивает устойчивое горение в системе при скоростях воздушного потока более 100 м/с;

11. Вследствие микродиффузионного горения в струйно-нишевой системе, устойчивая работа горелочного устройства сохраняется при широком коэффициенте избытка воздуха (до 80). Это обеспечивает возможность в таком же диапазоне варьировать тепловую мощность горелочного устройства;

12. На расстоянии менее 1500 мм от места ввода в воздушный поток струй газа неравномерность температурного поля продуктов сгорания по абсолютному значению не превышают 20 градусов (Рис1).

Благодаря широкому исследованию рабочего процесса газогорелочного устройства типа СНГ (структуры факела, положения передней её границы, особенностей формирования высокотемпературного ядра, закономерности выгорания топлива, пределов устойчивого горения и т.д.) определены пути интенсификации горения и оптимизации процесса в целом для реализации СН-технологии сжигания топлива в конструкции горелочного устройства.

Рис. 1 - Формирование температурных полей продуктов сгорания за струйно-нишевым модулем (пилоном).

При изучении конструктивных особенностей и особенностей рабочего процесса штатного газоиспользующего оборудования в металлургической промышленности отмечается ряд факторов, препятствующих эффективному сжиганию топлива:

1. Для сжигания газа применяется дорогостоящий кислород, что влияет на себестоимость продукции;

2. Технология сжигания газа низкоэффективна и, несмотря на использование кислорода, не позволяет сжечь все горючие, в результате чего происходит догорание в отводящих вертикальных каналах, что приводит к неоправданным потерям тепла, высокой температуре уходящего дыма, а, следовательно, и к значительному объему уходящих газов;

3. Использование кислорода для сжигания газа неудовлетворительно сказывается на характеристиках металла, так как кислород вступает в активную реакцию;

4. Низкий уровень технологичности сжигания газа обуславливает неупорядоченную структуру факела в объеме печи, что приводит к тепловой неравномерности в объеме, “лизанию” факелом свода печи, снижению его (свода) стойкости, неравномерному прогреву металла, увеличению времени плавки;

5. Большое количество присосов в печи негативно сказывается на температурном уровне в печи, повышает длительность плавки, приводит к большим потерям тепла с уходящими газами и обуславливает критический режим работы газоочистки.

Учитывая приведенные выше факторы, препятствующие достижению оптимального процесса сгорания, нами предлагается внедрение Технологии возвратно-вихревого смешивания (усовершенствованная струйно-нишевая технология сжигания газа), которое позволяет:

1. Осуществить максимально полное сжигание газа, используя в качестве окислителя только кислород атмосферного воздуха;

2. Использовать в объёме рабочего пространства полностью всё тепло сгоревшего газа, что снизит температуру и объём уходящих газов, а также снизит потери тепла с уходящими газами;

3. Снизить потери железа от окисления;

4. Обеспечить высокую равномерность поля температур в объёме агрегата, что приведёт к увеличению срока службы свода печи, равномерному прогреву металла, сокращению времени плавки;

5. Значительно снизить расход топливного газа.

Так, к примеру, модернизация огнетехнических объектов ПАО «Запорожсталь» только по экономии природного газа показала следующие результаты:

Данные подтверждаются соответствующими Актами и протоколами.

Кроме снижения удельного расхода топлива на единицу продукции, снижены расход кислорода, увеличен межремонтный период объектов за счет повышения стойкости огнеупорной массы и т. д.