RU2229057C1

RU2229057C1 - Method for combined oil-and-fuel-oil heating of steam smelting furnaces

Info

Publication number: RU2229057C1
Application number: RU2003125400/06A
Authority: RU
Inventors: А.С. Дегай (RU); А.С. Дегай; М.В. Зуев (RU); М.В. Зуев; В.А. Ташкинов (RU); В.А. Ташкинов; В.В. Фотеев (RU); В.В. Фотеев; О.Б. Карманов (RU); О.Б. Карманов; А.Л. Засухин (RU); А.Л. Засухин; В.Г. Лисиенко (RU); В.Г. Лисиенко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Северский трубный завод"
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2004-05-20

Abstract

FIELD: heating high-temperature steal smelting units such as open-hearth, double-bath, glass, and other smelting furnaces. SUBSTANCE: proposed method enables use of 35% of spent oil added to fuel oil and maintenance of desired temperature of flame by varying proportion of oil along with redistribution of fuel mixture sprayer between main burner and side tuyeres. Provision is made to shut off fuel mixture supply and to transfer to furnace heating with clean fuel oil as soon as specified temperature limits of furnace and its components are attained. In this way spent fuel not subject to recovery can be reused. EFFECT: reduced cost of furnace products. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области высокотемпературных сталеплавильных печных агрегатов: мартеновских, двухванных, дуговых электропечей, и может быть применено для стекловаренных и др. плавильных печей.The invention relates to the field of high-temperature steel-smelting furnace units: open-hearth, two-shaft, electric arc furnaces, and can be used for glass melting and other melting furnaces.

Известны способы комбинированного отопления сталеплавильных печей [1]. При этом использовалось газообразное топливо, например, природный газ, а в качестве добавочного топлива - карбюризатора применялся мазут, содержащий высокомолекулярные соединения типа асфальтенов и тяжелой ароматики. Использование мазута, благодаря соединению в нем высокомолекулярных соединений, обеспечивает выделение в процессе горения топлива сажистого углерода, что дает увеличение светимости факела и, как следствие, увеличение теплоотдачи и интенсификацию физико-химических процессов. Однако при этом расход мазута требуется поддерживать на достаточно высоком уровне до 30-40% по теплу, что значительно повышает себестоимость продукции из-за высокой стоимости мазута. Кроме того, содержащаяся в мазуте сера (до 1% даже в малосернистых мазутах и до 3% в сернистых) приводит к насыщению металла серой, что ухудшает его качество, и также вызывает коррозию оборудования и увеличение экологически вредных выбросов оксидов серы в атмосферу.Known methods of combined heating steelmaking furnaces [1]. In this case, gaseous fuel, for example, natural gas, was used, and fuel oil containing high-molecular compounds such as asphaltenes and heavy aromatics was used as an additional fuel - a carburetor. The use of fuel oil, due to the combination of high molecular weight compounds in it, ensures the release of soot carbon in the fuel combustion process, which gives an increase in the luminosity of the torch and, as a result, an increase in heat transfer and intensification of physicochemical processes. However, at the same time, fuel oil consumption is required to be maintained at a sufficiently high level of up to 30-40% for heat, which significantly increases the cost of production due to the high cost of fuel oil. In addition, sulfur contained in fuel oil (up to 1% even in low-sulfur fuel oil and up to 3% in sulfur) leads to saturation of the metal with sulfur, which impairs its quality, and also causes corrosion of equipment and an increase in environmentally harmful emissions of sulfur oxides into the atmosphere.

Известен также способ добавки к мазуту отработанных прокатно-смазочных масел (отработанных нефтепродуктов) [2]. При этом достигается цель уменьшения доли дорогостоящего мазута, уменьшения содержания серы в продуктах сгорания, снижения загрязнения окружающей среды. Однако в условиях высокотемпературных сталеплавильных печей добавление отработанного масла к мазуту приводит к снижению степени черноты (светимости) факела и, как следствие, к уменьшению теплоотдачи к плавильной ванне. Отношение содержания углерода к водороду С/Н в масле меньше, чем у мазута (соответственно 6,55 и 8,3), и это как раз и приводит, как известно [1] (см. фиг.1), к уменьшению степени черноты (светимости) факела.There is also a method of adding to fuel oil spent rolling and lubricating oils (spent petroleum products) [2]. At the same time, the goal is to reduce the proportion of expensive fuel oil, reduce the sulfur content in the combustion products, and reduce environmental pollution. However, in conditions of high-temperature steelmaking furnaces, the addition of used oil to fuel oil leads to a decrease in the degree of blackness (luminosity) of the torch and, as a result, to a decrease in heat transfer to the melting bath. The ratio of carbon to hydrogen C / N in oil is less than that of fuel oil (6.55 and 8.3, respectively), and this, as is known [1] (see Fig. 1), leads to a decrease in the degree of blackness (luminosity) of the torch.

Таким образом, известны топливные композиции и способы отопления, при которых в мазут добавляется отработанное масло. Однако в условиях высокотемпературных сталеплавильных печей добавка масла к мазуту приводит к снижению отношения С/Н в комбинированном топливе, соответствующем снижению степени черноты факела и теплоотдачи от факела, что приводит к потере производительности печи, повышению температуры отходящих газов и перегреву насадок регенераторов.Thus, fuel compositions and heating methods are known in which used oil is added to fuel oil. However, in conditions of high-temperature steelmaking furnaces, the addition of oil to fuel oil leads to a decrease in the C / H ratio in the combined fuel, which corresponds to a decrease in the degree of blackness of the torch and heat transfer from the torch, which leads to a loss in furnace productivity, an increase in the temperature of the exhaust gases, and overheating of the regenerator nozzles.

Техническим решением предлагаемого изобретения является увеличение теплоотдачи от факела к ванне и интенсификация процессов теплообмена с нагреваемым и расплавляемым металлом при добавлении в мазут отработанного масла. Указанная цель достигается тем, что при добавлении масла в мазут используется укрупнение капель распыленного топлива, что приводит к увеличению степени черноты факела в случае снижения отношения С/Н и уменьшения удельной массы топлива.The technical solution of the invention is to increase the heat transfer from the torch to the bath and the intensification of heat transfer processes with heated and molten metal when waste oil is added to the fuel oil. This goal is achieved by the fact that when adding oil to the fuel oil, coarsening of the droplets of atomized fuel is used, which leads to an increase in the degree of blackness of the torch in the case of a decrease in the C / H ratio and a decrease in the specific gravity of the fuel.

На фиг.2 кривая 1 представляет зависимость излучения от факела жидкого топлива qφ для тяжелого топлива, кривая 2 - для более легкого жидкого топлива (с меньшей величиной отношения С/Н). Как видим, кривые радиации от факела имеют явно выраженный экстремальный характер с максимумом излучения, при некотором оптимальном диаметре капли

. Для более легкого топлива кривая радиации факела смещается вправо и требуется больший оптимальный размер капли

для получения максимума теплоотдачи от факела.In Fig. 2, curve 1 represents the dependence of radiation on the liquid fuel jet qφ for heavy fuel, curve 2 for lighter liquid fuel (with a lower C / H ratio). As you can see, the radiation curves from the plume have a pronounced extreme character with a maximum radiation, at some optimal diameter of the drop

. For lighter fuels, the plume radiation curve shifts to the right and requires a larger optimum droplet size

for maximum heat transfer from the torch.

Для укрупнения капель распыленного топлива в случае добавления отработанного масла при данном способе применяются следующие комбинированные приемы.The following combined methods are used to enlarge droplets of atomized fuel in the case of adding used oil with this method.

При добавлении масла в мазут, вследствие значительно меньшей вязкости масла по сравнению с вязкостью мазута вязкость смеси снижается, что приводит к снижению крупности распыливания топлива.When adding oil to fuel oil, due to the significantly lower viscosity of the oil compared to the viscosity of fuel oil, the viscosity of the mixture decreases, which leads to a decrease in the fineness of fuel atomization.

Вязкость мазута при 80°С 5-10 BУ (35-80 сСт), вязкость масла при 80°С 2ВУ (13 сСт).Viscosity of fuel oil at 80 ° C 5-10 VU (35-80 cSt), oil viscosity at 80 ° C 2VU (13 cSt).

При добавлении масла в мазут вязкость смеси изменяется по соотношению:

When adding oil to fuel oil, the viscosity of the mixture varies in the ratio:

где х - доля масла в мазуте;where x is the proportion of oil in fuel oil;

V_маз и V_мас - кинематическая вязкость мазута и масла, соответственно.V and V _maz _wt - kinematic viscosity of the oil and oil, respectively.

При добавлении масла в мазут вязкость смеси снижается. В данном способе для увеличения вязкости смеси применено снижение температуры ее подогрева перед горелочным устройством. При этом в соответствии с графиком (фиг.1). Доля масла в мазуте не должна превышать 35%, так как при большей доле масла начинается резкое снижение степени черноты факела.When oil is added to fuel oil, the viscosity of the mixture decreases. In this method, to increase the viscosity of the mixture, a decrease in the temperature of its heating in front of the burner device is used. Moreover, in accordance with the schedule (figure 1). The proportion of oil in fuel oil should not exceed 35%, since with a larger proportion of oil, a sharp decrease in the degree of blackness of the torch begins.

Для поддержания вязкости смеси на уровне вязкости чистого мазута снижение вязкости смеси требует снижения температуры подогрева смеси на 3-5°С на каждые 10% добавки масла в мазут. Так при доле масла 35% требуемое снижение температуры подогрева смеси составляет 10,5-17,5°С.To maintain the viscosity of the mixture at the viscosity level of pure fuel oil, a decrease in the viscosity of the mixture requires a reduction in the temperature of heating the mixture by 3-5 ° C for every 10% addition of oil to the fuel oil. So with a share of oil of 35%, the required decrease in the temperature of heating the mixture is 10.5-17.5 ° C.

При этом вязкость смеси по сравнению с вязкостью мазута не изменяется, что обеспечивает и его нормальное транспортирование при одновременном сохранении крупности распыливания. Дальнейшее укрупнение капель распыленного топлива достигается снижением доли распылителя на основную форсунку и переносом его подачи в виде боковых струй. При этом достигается увеличение крупности распыливания и светимости факела при сохранении его длины [1]. Так как возможная наибольшая потеря светимости факела при снижении отношения С/Н наблюдается при наибольшем разогреве сталеплавильной печи (в период конца доводки), то в данном способе предусматривается подключение к горелочному устройству двух емкостей с жидким топливом: в одном баке находится смесь мазута с маслом, в другом - обычный мазут. В случае, если средства по укрупнению капли топлива окажутся недостаточными и температуры верха регенеративных насадок и свода печи начнут превышать допустимые, пределы соответственно 1350°С и 1720°С, то происходит переключение подачи топлива на бак с чистым мазутом с одновременной отсечкой бака со смешанным топливом.In this case, the viscosity of the mixture in comparison with the viscosity of fuel oil does not change, which ensures its normal transportation while maintaining the fineness of spraying. Further enlargement of the droplets of atomized fuel is achieved by reducing the proportion of the atomizer to the main nozzle and transferring its supply in the form of side jets. In this case, an increase in the fineness of atomization and luminosity of the torch is achieved while maintaining its length [1]. Since the possible greatest loss of torch luminosity with a decrease in the C / H ratio is observed with the greatest heating of the steelmaking furnace (at the end of the finishing work), this method provides for connecting two containers with liquid fuel to the burner device: in one tank there is a mixture of fuel oil and oil, in another - ordinary fuel oil. If the means for enlarging the fuel droplet are insufficient and the temperature of the top of the regenerative nozzles and the furnace arch begin to exceed the permissible limits, respectively 1350 ° C and 1720 ° C, then the fuel supply switches to the tank with clean fuel oil and the tank with mixed fuel is simultaneously cut off .

При этом обеспечивается восстановление (повышение) температуры подогрева топлива в норме для обычного мазута и перераспределение расхода распылителя между основным горелочным устройством и боковыми струями с увеличением подачи распылителя через основное горелочное устройство.This ensures the restoration (increase) of the temperature of the fuel heating normal for normal fuel oil and the redistribution of the flow of the spray between the main burner device and the side jets with an increase in the flow of the spray through the main burner device.

Предлагаемый способ реализуется с помощью установки, представленной на фиг.3. Оно включает в себя следующие элементы: отстойник - накопитель 1, отстоявшееся отработанное масло 2, осадок окалины 3, дозатор масла 4, насос для подачи масла 5, питательный бак смеси отработанного масла и мазута 6, насос подачи смеси 7 к горелочному устройству, бак чистого мазута 8, насос для подачи мазута 9 к горелочному устройству, переключающие краны 10 и 11, соответственно для масла и мазута, подогреватель топлива 12, регулировочный кран подачи пара 14 в подогреватель, датчик температуры подогрева топлива 15, регулятор температуры топлива 16, горелочное устройство 18, трубопровод распылителя 19, рабочее пространство сталеплавильной печи 20, регулировочные краны 21, 22 подачи распылителя на боковые фурмы 24 и основное горелочное устройство 18, регулятор соотношения расходов распылителя на основное горелочное устройство и боковые фурмы 23, датчик температуры свода печи 25, датчик температуры верха насадок регенераторов 26, регулятор подачи смеси мазут-масло и чистый мазут 27, ручные задатчики 28 регуляторов 16, 23 и 27, регенераторы 29.The proposed method is implemented using the installation shown in figure 3. It includes the following elements: sedimentation tank - accumulator 1, settled waste oil 2, sludge scale 3, oil dispenser 4, oil pump 5, feed tank for the mixture of used oil and fuel oil 6, pump for feeding mixture 7 to the burner, clean tank fuel oil 8, a pump for supplying fuel oil 9 to the burner, switching valves 10 and 11, respectively, for oil and fuel oil, a fuel heater 12, a control valve for supplying steam 14 to the heater, a temperature sensor for heating the fuel 15, a fuel temperature controller 16, burned the mounting device 18, the spray pipe 19, the working space of the steelmaking furnace 20, the control valves 21, 22 for supplying the spray to the side tuyeres 24 and the main burner device 18, the regulator of the ratio of the costs of the spray to the main burner and side tuyeres 23, the temperature sensor of the furnace roof 25, a temperature sensor for the top of the nozzles of the regenerators 26, a regulator for supplying the fuel oil-oil mixture and clean fuel oil 27, manual adjusters 28 of the regulators 16, 23 and 27, regenerators 29.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В отстойнике-накопителе 1 происходит разделение масла 2 и осаждение окалины 3. Отработанное масло через дозатор 4 подается насосом 5 в бак смеси отработанного масла и мазута 6 в соотношении до 35% масла в смеси с мазутом. Далее насосом 7 смесь масла и мазута через отсечной кран 10 подается в подогреватель топлива 12, в который по паропроводу 13 подается пар через регулировочный кран 14. Далее смесь по трубопроводу 17 подается в горелочное устройство 18, в которое по трубопроводу 19 также поступает распылитель жидкого топлива. Температура смеси масло-мазут контролируется датчиком 15. Сигнал от датчика 15 поступает в регулятор температуры 16, на который также подается сигнал от дозатора подачи масла в мазут 4. Регулятор 16 обеспечивает снижение температуры подогрева смеси масла с мазутом с помощью крана 14 подачей пара из расчета 3-5°С на каждые 10% содержания масла в мазуте. При этом обеспечивается стабилизация крупности распыливания топлива при подаче масла в мазут и снижении вязкости топлива. Одновременно сигнал от дозатора 4 поступает на регулятор соотношения расхода распылителя на основное горелочное устройство 18 и боковые фурмы 24, увеличивая в случае подачи масла расход распылителя через боковые фурмы и уменьшая его расход на основное горелочное устройство. Тем самым обеспечивается укрупнение распыливания топлива в случае подачи смеси масла с мазутом по сравнению с подачей чистого мазута.In the settling tank 1, oil 2 is separated and scale is precipitated 3. The used oil is pumped through the dispenser 4 to the mixture tank of used oil and fuel oil 6 with a pump 5 in a ratio of up to 35% of the oil mixed with fuel oil. Next, with the pump 7, the mixture of oil and fuel oil through the shut-off valve 10 is supplied to the fuel heater 12, into which steam is supplied via the control pipe 13 through the control valve 14. Next, the mixture is fed through the pipe 17 to the burner device 18, into which the liquid fuel atomizer also passes through the pipe 19 . The temperature of the oil-fuel oil mixture is controlled by the sensor 15. The signal from the sensor 15 enters the temperature controller 16, which also receives a signal from the oil dispenser for the fuel oil 4. The controller 16 provides a decrease in the heating temperature of the oil-fuel oil mixture using a valve 14 by supplying steam from the calculation 3-5 ° C for every 10% oil content in fuel oil. This ensures the stabilization of the fineness of the atomization of the fuel when the oil is fed into the fuel oil and the viscosity of the fuel is reduced. At the same time, the signal from the dispenser 4 is fed to the regulator of the ratio of the flow of the spray to the main burner device 18 and the side tuyeres 24, increasing the flow of the spray through the side tuyeres in the case of oil supply and reducing its consumption to the main burner device. This ensures the enlargement of the atomization of fuel in the case of a mixture of oil with fuel oil in comparison with the supply of pure fuel oil.

В случае превышения температуры свода рабочего пространства печи 20 или температуры верха насадок регенераторов 29 выше допустимых пределов (1720°С и 1350°С), соответствующие датчики температур 25 и 26 подают сигнал на регулятор 27, который отсекает краном 10 подачу смеси масло-мазут и открывает краном 11 подачу мазута в горелочное устройство печи 18. При этом также подается сигнал на дозатор 4, перекрывающий подачу масла, что в свою очередь через регулятор температуры 16 приведет к повышению температуры подогрева мазута и через регулятор 23 к увеличению подачи распылителя на основное горелочное устройство 18. Таким образом, при подаче чистого мазута восстанавливается (снижается) крупность распыливания топлива.If the temperature of the arch of the working space of the furnace 20 or the top temperature of the nozzles of the regenerators 29 exceeds the permissible limits (1720 ° C and 1350 ° C), the corresponding temperature sensors 25 and 26 send a signal to the regulator 27, which cuts off the oil-fuel oil mixture by the valve 10 and opens the fuel oil supply to the burner device of the furnace 18 by the valve 11. At the same time, a signal is also sent to the dispenser 4, which shuts off the oil supply, which in turn through the temperature controller 16 will increase the heating temperature of the fuel oil and increased through the controller 23 to w supply atomizer to the main burner assembly 18. Thus, when supplying a pure fuel oil restored (reduced) size of fuel atomization.

Кроме автоматического регулирования работы установки предусмотрено и ручное регулирование температуры подогрева топлива через задатчики 28, перераспределение распылителя между основным горелочным устройством и боковыми фурмами, переключения подачи смеси на чистый мазут и обратно.In addition to automatically regulating the operation of the installation, manual regulation of the temperature of the fuel heating through the setters 28, redistribution of the atomizer between the main burner device and side tuyeres, and switching the mixture supply to clean fuel oil and vice versa are also provided.

Данные испытаний предлагаемого способа на мартеновских 250 - тонных печах Северского трубного завода приведены в таблице.Test data of the proposed method on open-hearth 250-ton furnaces of the Seversky Pipe Plant are shown in the table.

Как видим после содержания масла в мазуте более 10%, температура факела снижается, но это обстоятельство имеет место без проведения мероприятий по укрупнению капель. Укрупнение капель распыленного топлива по предлагаемому способу позволяет удерживать температуру факела практически на уровне, соответствующему чистому мазуту, до 35% содержания масла в мазуте.As we see, after the oil content in fuel oil is more than 10%, the temperature of the torch decreases, but this circumstance takes place without taking measures to enlarge the drops. The enlargement of the droplets of atomized fuel according to the proposed method allows to keep the temperature of the torch almost at the level corresponding to pure fuel oil, up to 35% of the oil content in fuel oil.

Список литературыList of references

1. Лисиенко В.Г, Китаев Б.И., Кокарев Н.И. Усовершенствование методов сжигания природного газа в сталеплавильных печах. М.: Металлургия, 1977, 280 с.1. Lisienko V.G., Kitaev B.I., Kokarev N.I. Improving methods for burning natural gas in steelmaking furnaces. M .: Metallurgy, 1977, 280 p.

2. Иванов Б.В., Конторович Б.В. Топливные эмульсии и суспензии. М.: Металлургиздат, 1963.2. Ivanov B.V., Kontorovich B.V. Fuel emulsions and suspensions. M .: Metallurgizdat, 1963.

3. Витман Л.А., Кацнельсон Б.Д., Палеев И.И. Распыливание жидкости форсунками. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1962, 264 с.3. Vitman L.A., Katsnelson B.D., Paleev I.I. Spraying liquid with nozzles. M. - L .: Gosenergoizdat, 1962, 264 p.

4. Карабин А.И., Раменская B.C., Энно И.К. Сжигание жидкого топлива в промышленных установках. М.: Металлургия, 1966, 371 с.4. Karabin A.I., Ramenskaya B.C., Enno I.K. Combustion of liquid fuels in industrial plants. M .: Metallurgy, 1966, 371 p.

Claims

A method of combined oil-oil heating of steel furnaces, comprising supplying fuel oil to the burner devices of the furnaces and mixing it with used oil before feeding it into the burner device, characterized in that the proportion of used oil in the mixture with fuel oil does not exceed 35%, while the oil heating temperature is the fuel oil mixture is reduced by 3-5 ° C for every 10% of the oil supply and the consumption of the sprayer on the main burner device is reduced in proportion to the proportion of oil in the fuel oil with the transfer of this reduced part of the sprayer to the side fu We burner, and in case of overheating roof or top nozzle regenerators furnaces over the limits set by the instruction processing carried off supply of mixed fuel and the supply to burners of pure oil.