устройство для кондиционирования технологических газов сталеплавильного производства

Формула изобретения

1. Устройство для кондиционирования технологических газов сталеплавильного производства, содержащее корпус, имеющий расположенное по продольной оси, сужающееся в направлении движения газа центральное газовое сопло, выход которого сообщен с выходным соплом, и окружающий его коллектор, связанный с расположенными по его периметру каналами для жидкости, соединенными с камерой смешения, сообщенной с выходным соплом, выполненным расширяющимся в направлении движения газожидкостной смеси, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными газовыми каналами, расположенными вокруг центрального газового сопла и сообщенными с камерой смешения, которая выполнена тороидальной и улиткообразной в поперечном сечении с возможностью образования кольцевого выходного канала, расположенного соосно с центральным газовым соплом и сообщенного с выходным соплом по направлению движения газового потока, при этом оси каналов для жидкости расположены по отношению к оси центрального газового сопла под острым углом в направлении движения газа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительные газовые каналы выполнены с возможностью подачи через них 40-60% от общего объема подаваемого газа, при этом суммарная площадь их поперечных сечений составляет 20-40% от суммарной площади поперечных сечений каналов для жидкости.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с равным количеством каналов для жидкости и дополнительных газовых каналов, которые расположены попарно или попеременно в поперечном сечении корпуса.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оси каналов для жидкости и дополнительных газовых каналов расположены с возможностью пересечения на нисходящей поверхности камеры смешения.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оси каналов для жидкости наклонены к продольной оси в двух плоскостях.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торцевая поверхность выхода центрального газового сопла расположена в одной плоскости с начальным сечением выходного сопла.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь проходного сечения кольцевого выходного канала камеры смешения составляет 50-80% от суммарной площади выходных сечений каналов для жидкости и газовых каналов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии и, в частности, к системам кондиционирования (охлаждения и влагонасыщения) содержащих высокоомную пыль высокотемпературных технологических газов сталеплавильного производства перед их очисткой в электрофильтрах (ЭФ) с помощью предварительной обработки диспергированным потоком влаги.

Известно устройство для диспергирования жидкости газовым потоком с использованием тороидальной камеры смешения, общающейся с располагаемым по продольной оси устройства газовым соплом и направленным ему навстречу жидкостным соплом (RU №2048872 С1, МПК В 01 Р 5/00, опубл.27.11.1995).

Недостатком известного устройства является неудовлетворительное конструктивное решение направления жидкостного потока в камеру смешения с помощью только одного сопла. Качество дробления жидкости, характеризующееся избытком капельной влаги, не обеспечивает требования высокоэффективного усвоения ее термонапряженным потоком технологических газов.

Известно устройство для кондиционирования технологических газов сталеплавильного производства, в корпусе которого содержится направленное по его продольной оси сопло для подачи газового потока и окружающий его кольцевой канал с распределенными по его периметру соплами для подачи жидкости, которые на выходе объединяются тороидальной камерой смешения, переходящей в направлении движения газового потока в соосное с газовым соплом выходное газожидкостное сопло. При этом оси жидкостных сопел расположены по отношению к оси газового сопла под острым углом и касательно к внешней кромке газожидкостного сопла, а площадь поперечного сечения камеры смешения в 10-25 раз превышает общую площадь поперечных сечений жидкостных сопел (см. предыдущую заявку СЗАО ММЗ по рассматриваемому вопросу).

Недостатком известного устройства является заложенный в нем принцип диспергирования жидкости, заключающийся в преимущественном применении для этой цели эффекта ее дробления в процессе эжектирования из камеры смешения высокоскоростным газовым потоком. Предварительная подготовка жидкости в камере смешения осуществляется только за счет преобразования ее собственной кинетической энергии. Характерные для промышленных условий изменения параметров составляющих дутья в условиях дискретного изменения теплосодержания подвергаемых кондиционированию технологических газов определяют неустойчивость показателей работы устройства и не удовлетворяющее требованиям производства качество диспергирования.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности очистки подвергаемых предварительному кондиционированию технической водой технологических газов сталеплавильного производства в ЭФ за счет углубленного диспергирования жидкости и совершенствования условий ее усвоения высокотемпературным пылегазовым потоком. Повышение качества диспергирования обеспечивается при более тщательной подготовке жидкости непосредственно в камере смешения за счет дополнительного использования в ней кинетической энергии газового потока и насыщения жидкости газообразной средой.

Для достижения указанного технического результата известное устройство для кондиционирования технологических газов сталеплавильного производства, содержащее корпус, имеющий расположенное по продольной оси сужающееся в направлении движения газа центральное газовое сопло, выход которого сообщен с выходным соплом, и окружающий его коллектор, связанный с расположенными по его периметру каналами для жидкости, соединенными с камерой смешения, сообщенной с выходным соплом, выполненным расширяющимся в направлении движения газожидкостной смеси, снабжено дополнительными газовыми каналами, расположенными вокруг центрального газового сопла и сообщенными с камерой смешения, которая выполнена тороидальной с улиткообразной формой в поперечном сечении с возможностью образования кольцевого выходного канала, расположенного соосно с центральным газовым соплом и сообщенного с выходным соплом по направлению движения газового потока, при этом оси каналов для жидкости расположены по отношению к оси центрального газового сопла под острым углом в направлении движения газа.

Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы:

- дополнительные газовые каналы были бы выполнены с возможностью подачи через них 40-60% от общего объема подаваемого газа, при этом суммарная площадь их поперечных сечений составляет 20-40% от суммарной площади поперечных сечений каналов для жидкости;

- устройство было бы выполнено с равным количеством каналов для жидкости и дополнительных газовых каналов, которые расположены попарно или попеременно в поперечном сечении корпуса устройства;

- оси каналов для жидкости и дополнительных газовых каналов были бы расположены с возможностью пересечения на нисходящей поверхности камеры смешения;

- оси каналов для жидкости были бы наклонены к продольной оси в двух плоскостях;

- торцевая поверхность выхода центрального газового сопла была бы расположена в одной плоскости с начальным сечением выходного сопла;

- площадь проходного сечения кольцевого выходного канала камеры смешения составляла бы 50-80% от суммарной площади выходных сечений каналов для жидкости и газовых каналов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез устройства для кондиционирования.

Согласно изобретению устройство для кондиционирования высокотемпературных технологических газов сталеплавильного производства состоит из металлического корпуса 1, содержащего расположенное по продольной оси устройства газовое сопло 2, сужающееся в направлении движения газа, и окружающий его кольцевой коллектор 3, гидравлически связанный с расположенными по его периметру каналами 4 для подачи жидкости в камеру смешения 5.

Камера смешения 5 сообщена с выходным соплом 6, выполненным расширяющимся в направлении движения.

Вокруг центрального газового сопла 2 расположены дополнительные газовые каналы 7, сообщенные с камерой смешения 5, которая выполнена тороидальной с улиткообразной формой в поперечном сечении, с возможностью образования кольцевого выходного канала 8, расположенного соосно с центральным газовым соплом 2 и направленного в выходное сопло 6 по направлению движения газового потока. При этом оси 9 каналов 4 для жидкости расположены по отношению к оси 10 газового потока сопла 2 под острым углом в направлении движения потока.

Кроме этого, суммарная площадь поперечных сечений дополнительных газовых каналов 7 составляет 40-60% от общей площади поперечных сечений выхода газового сопла 2 с дополнительными газовыми каналами 7 и в то же время 20-40% от суммарной площади поперечных сечений каналов 4 для жидкости сопел; количество каналов 4 для жидкости и дополнительных газовых каналов 7 обеспечивается равнозначным, при попарном или попеременном их расположении в поперечном сечении корпуса 1; направление осей 9 и 10 соответственно каналов 4 для жидкости и газовых каналов 7 ориентировано с возможностью их пересечения на нисходящей поверхности камеры смешения 5 на одном периметре этой камеры.

Расположенные под острым углом к продольной оси 11 устройства оси 9 каналов 4 для жидкости наклонены в поперечном направлении. Торцовая поверхность выхода центрального газового сопла 2 располагается на одном уровне с начальным сечением выходного сопла 6 или удалена от него навстречу направлению движения газового потока. Площадь кольцевого выходного канала 8 камеры смешения 5 составляет 50-80% от суммарной площади выходных сечений каналов 4 для жидкости и дополнительных газовых каналов 7.

На практике работа устройства осуществляется следующим образом.

Подача энергоносителей из внешней системы энергообеспечения в корпус 1 устройства осуществляется под ограниченным давлением в пределах до 0,5 МПа через подводящие патрубки (на чертеже не показаны).

Жидкостный поток первоначально поступает в кольцевой коллектор 3, в котором равномерно распределяется между наклоненными в двух плоскостях соплами 4, и отдельными, наклоненными в двух плоскостях струями направляется в тороидальную камеру смешения 5.

При этом направляемый в устройство газовый поток в корпусе 1 распределяется на два (центральный и периферийный), соответственно формируемых с помощью использования газового сопла 2 и группы рассредоточенных по внешнему периметру вокруг сопла 2 дополнительных газовых каналов 7. Располагаемое по продольной оси устройства газовое сопло 2 обеспечивает направление центрального газового потока непосредственно в выходное сопло 6, обеспечивая конечное диспергирование газожидкостной смеси, поступающей из камеры 5. Его объем составляет от 40 до 60% от общего объема, используемого в устройстве газа.

Вторая часть газа (40-60% от общего его объема) распределяется между группой дополнительных газовых каналов 7, в которых формируется состоящий из отдельных струй периферийный газовый поток, направляемый, наряду с жидкостным потоком, непосредственно в камеру смешения 5.

Объем газов, направляемых в составе центрального и периферийного потоков, определяется проходными сечениями центрального газового сопла 2 и дополнительных газовых каналов 7. При подаче через газовое сопло 2 более 60% газа от его общего объема и соответственно менее 40% через каналы 7 влияние периферийного потока на требуемое качество предварительного диспергирования жидкости в камере смешения 5 практически исчезает, снижается эффект воздействия его динамического напора на динамику перемешивания и разбавления жидкости газом. При использовании в составе центрального потока менее 40% от общего объема газа падает его эжектирующая способность и дальнобойность рассредоточения дутья. В обоих случаях распыляемый поток характеризуется увеличением содержания в нем укрупненной фракции жидкости, эффект диспергирования снижается.

Использование увеличенного объема тороидальной камеры смешения 5 инициирует расширение и дробление, направленного в нее через каналы 4 жидкостного потока за счет работы кинетической энергии его высокоскоростных струй. Одновременный наклон каналов 4 для жидкости в различных направлениях позволяет обеспечивать его турбулентное вращение как в поперечном сечении камеры 5, так и по ее периметру. Дополнительная подача в камеру 5 ограниченного объема высокоскоростного потока газа, объем которого в этих условиях составляет от 20 до 40% от объема используемой жидкости, развивает процесс предварительного диспергирования жидкости за счет использования энергии газовых струй и насыщения ее газовой фазой с образованием газожидкостной суспензии. Используемое в камере смешения 5 соотношение энергоносителей газ-жидкость лимитируется вышеуказанными требованиями по обеспечению пропускной способности дополнительных газовых каналов 7.

Рассредоточение жидкостного и газового потоков на отдельные струи, а также равнозначность их количества, определяемое заданными условиями рассредоточения и равнозначности каналов 4 для жидкости и дополнительных газовых каналов 7, создает благоприятные условия для обеспечения равномерности смешивания сред. Подача раздельных струй газа и жидкости на общий уровень начального участка нисходящей поверхности камеры смешения 5 направлена на организацию вращательного движения газожидкостной смеси в поперечном сечении камеры смешения 5 и соответственно на улучшение качества турбулентного перемешивания.

Целесообразность попарного или попеременного расположения каналов 4 для жидкости и газовых каналов 7 по отношению друг к другу в поперечном сечении корпуса 1 определяется различающимися требованиями конструктивных решений устройства при его проектировании для различной производительности и различающихся параметров составляющих дутья.

Вышеуказанные приемы обработки жидкостного потока в камере смешения 5 позволяют повысить качество его предварительного диспергирования. Использование газа способствует увеличению контактной поверхности раздробленных капель жидкости и снижает плотность подготовленной смеси, способствует совершенствованию условий ее эжекции центральным газовым соплом 2, формирующим поток в направлении выходного сопла 6.

Использование тороидальной камеры смешения 5, выполненной в поперечном сечении улиткообразной формы с выходом в виде кольцевого канала-отверстия 8, располагаемого соосно с центральным соплом 2 и направленного, наряду с ним, в выходное сопло 6, в сторону движения газового потока, позволяет обеспечивать целенаправленную подачу предварительно подготовленной газожидкостной смеси непосредственно в выходное сопло 6 под острым углом к направлению центрального потока газа. Заключительная стадия диспергирования жидкости обеспечивается в процессе эжектирования смеси центральным газовым потоком.

Расположение торцовой поверхности выхода центрального сопла 2 на одном уровне с начальным сечением выходного сопла 6 позволяет регламентировать проходное сечение выходного канала 8 и направленность подачи газожидкостной смеси под острым углом к оси центрального газового потока, что обеспечивает совершенствование условий диспергирования жидкости. Ограниченное удаление торца газового сопла 2 от устья выходного сопла 6 позволяет, при необходимости, увеличивать площадь выходного канала 8 (его пропускную способность), при увеличении угла встречи газожидкостной смеси, поступающей из камеры смешения 5, с центральным газовым потоком, не нарушая, при определенных параметрах составляющих дутья, качество диспергирования.

Величина проходного сечения выходного канала 8 камеры смешения 5 в диапазоне от 50-80% от суммарной площади выходных сечений каналов 4 для жидкости и газовых каналов 7 рассматривается оптимальной. Ее увеличение вызывает снижение скоростного напора поступающей из камеры 5 смеси, а уменьшение влечет за собой уменьшение ее объема и снижение производительности устройства.

При положении торца выхода газового сопла внутри выходного сопла 6 ухудшается качество диспергированния жидкости, т.к. при этом производится перевод газожидкостного и центрального газового потоков в «спутное», параллельное движение, что ухудшает качество их перемешивания и диспергирования жидкости.

Реализация в устройстве механического дробления жидкости и насыщение ее газообразным наполнителем позволяет обеспечить высокое качество ее диспергирования в результате формирования выходящего из сопла 6 высокоскоростного газожидкостного потока.

Широко известным методом кондиционирования очищаемых в электрофильтрах высокотемпературных газов сталеплавильного производства является их охлаждение и влагонасыщение технической водой. Предлагаемое устройство используется в условиях базового, действующего ранее решения системы кондиционирования в составе группы, образованной располагаемыми на отдельных ярусах высокотемпературной зоны газоотводящего тракта, диспергирующими (охладительными) устройствами. Одновременное использование технической воды и сжатого воздуха с давлениями 0,1-0,5 МПа при производительности одного устройства в пределах от 2 до 4 т/ч (по воде) позволяет достигать мелкодисперсный, водо-воздушный поток длиной от 2 до 4 м, активно усваиваемый нагретыми печными газами. На качество распыла практически не оказывают влияния, имеющие место в реальных условиях колебания давлений энергоносителей. Использование группы форсунок в составе газохода с совмещенным технологическим и аспирационным трактами (например, дуговой электросталеплавильной печи) позволяет снизить температуру отводимых от печи технологических газов от 1100-1200°С (среднеплавочное значение) до 150-200°С. При этом температура общего газового потока перед ЭФ находится на уровне 40-70°С, а влагосодержание газов достигает 30-60 г/м³, что позволяет повысить эффективность использования ЭФ за счет оптимизации показателей электросопротивления пыли.