DE2421117C3

DE2421117C3 - Method of injecting liquid fuels into a blast furnace

Info

Publication number: DE2421117C3
Application number: DE2421117A
Authority: DE
Inventors: Robert Mercatoris; Paul Metz
Original assignee: Arbed SA
Current assignee: Arcelor Luxembourg SA
Priority date: 1973-05-04
Filing date: 1974-05-02
Publication date: 1979-04-19
Also published as: FR2228109A1; BE814219A; LU67545A1; DE2421117A1; GB1471433A; NL7405986A; DE2421117B2; FR2228109B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von flüssigen Brennstoffen in einen Hochofen, bei dem man eine ringförmige Flamme schafft, indem an einer am Ausgang der Düse bzw. am Eingang der Blasform gelegenen Stelle bzw. Ebene mehrere Brennstoffstrahlen von außen in die Randzone des einen Sauerstoffträger darstellenden, mit Sauerstoff angereicherten heißen Windes eingespritzt werden und indem man mindestens eine Wirbelzone schafft, die die Vermischung des Brennstoffes mit dem Sauerstoffträger fördertThe present invention relates to a method for injecting liquid fuels into a Blast furnace in which an annular flame is created by inserting one at the outlet of the nozzle or at the Entrance of the blow mold located point or level several fuel jets from the outside into the edge zone the oxygen-enriched hot wind, which is an oxygen carrier, is injected and by creating at least one vortex zone that allows the fuel to mix with the oxygen carrier promotes

Im Lauf der letzten Jahre hat man versucht, den Verbrauch eines großen Teils von Koks, als teurem und relativ schwierig zu gewinnendem Brennmaterial, zu verringern, indem man ihn größtenteils durch preisgünstigere flüssige Brennstoffe ersetzte, die man in den heißen Windstrom einführte, der mit großer Geschwindigkeit mit Hilfe von Düsen bzw. Blasformen eingeblasen wurde. Um den Verbrauch von bedeutenden Mengen flüssigen Brennstoffs zu ermöglichen, werden diese auf mechanische oder pneumatische Weise während ihrer Einspritzung in den Hochofen fein verteilt. Deshalb bedient man sich verschiedener Typen von Einspritz- und Zerstäubervorrichtungen, die im allgemeinen in der Achse der Blasformen angeordnet sind.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die bis jetzt versuchten Techniken es nicht gestatten, die vollständige Verbrennung von ganz erheblichen Mengen flüssigen Brennstoffs durchzuführen, so daß die Einspritzmenge schließlich unter den Erwartungen geblieben ist Dieser Nachteil ist hauptsächlich auf die Tatsache zurückzuführen, daß man von einer gewissen begrenzten Einspritzung an eine wirksame Zerstäubung und innige Vermischung des Brennstoffes mit dem Sauerstoffträger nicht mehr erreichen kann. Die Folge davon ist, daß infolge der Spaltung der Kohlenwasserstoffe und derOver the past few years attempts have been made to reduce the consumption of a large part of coke, an expensive and relatively difficult fuel to extract, by replacing most of it with cheaper liquid fuels that have been introduced into the hot wind stream, which is large Speed was blown in with the help of nozzles or blow molds. In order to enable the consumption of significant quantities of liquid fuel, they are finely divided, mechanically or pneumatically, as they are injected into the furnace. Various types of injection and atomizing devices are therefore used, generally arranged in the axis of the blow molds.
However, it has been found that the techniques tried up to now do not allow the complete combustion of very substantial quantities of liquid fuel to be carried out, so that the injection quantity has ultimately remained below expectations. This disadvantage is mainly due to the fact that one certain limited injection to an effective atomization and intimate mixing of the fuel with the oxygen carrier can no longer achieve. The consequence of this is that as a result of the splitting of the hydrocarbons and the

'5 nicht stattgefundenen bzw. unvollständigen Verbrennung eine große Menge Ruß gebildet wird, die aufgrund der reduzierenden Atmosphäre im Inneren des Hochofens unverbrannt bleibt
Aus der französischen Patentschrift 12 7&434 ist es bei einem mit Erdgas betriebenen Hochofen bekannt, den heißen Wind zur Verbesserung der Erdgasverbrennung mit Sauerstoff anzureichern. Es ist dort auch erwähnt, daß das Erdgas teilweise oder vollständig durch andere gasförmige oder flüssige Brennstoffe ersetzt werden kann. Es wird dort aber nicht erwähnt, in welcher Weise vorzugehen ist um große Einspritzmengen von flüssigen Brennstoffen unter Vermeidung von Rußbildung im wesentlichen vollständig im heißen Wind zu verbrennen.'5 a large amount of soot is formed that did not take place or incomplete combustion, which remains unburned due to the reducing atmosphere in the interior of the blast furnace
From French patent specification 12 7 & 434 it is known in a blast furnace operated with natural gas to enrich the hot wind with oxygen to improve the combustion of natural gas. It is also mentioned there that some or all of the natural gas can be replaced by other gaseous or liquid fuels. However, there is no mention of how to proceed in order to burn large injection quantities of liquid fuels essentially completely in the hot wind while avoiding the formation of soot.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es gestatten, mit sehr großen Einspritzmengen von flüssigen Ersatzbrennstoffen im heißen Wind, der dem Hochofen zugeführt wird, zu arbeiten, und zwar unter gleichzeitiger Sicherstellung einer guten Verbrennung im Inneren der Blasformen durch intensive Vermischung zwischen Brennstoff und Sauerstoffträger.The object of the present invention is therefore to create a method and a device which allow very large amounts of liquid substitute fuel to be injected in the hot wind that blows the Blast furnace is fed to work while ensuring good combustion inside the blow molds through intensive mixing between fuel and oxygen carrier.

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß der Sauerstoff zur Anreicherung des Heißwindes nahe bei c!sn Brtnnstoffstrahlen, aber, in Windrichtung gesehen, vor diesen, in die Randzone inThe method according to the invention is characterized in that the oxygen is used for enrichment the hot wind close to c! sn fuel jets, but, seen in the direction of the wind, in front of these, in the edge zone in

Form multiple beams of oxygen in the hot wind

eingeblasen wird.is blown in.

The oxygen enrichment of the wind is

mäßig durch Einspritzen von kaltem oder vorgewärmtem Sauerstoff durch die Wandung der Düse oder der Blasform in die Umfangszone des heißen Windstromes durchgeführt Dieses Einspritzen von Sauerstoff geschieht aus geringer Entfernung und vor der Einspritzstelle des Brennstoffes, um eine starre Anreicherung mit Sauerstoff in einer ringförmigen Zone zu erreichen, in die ebenfalls in Strömungsrichtung weiter hinten der Brennstoff eingeführt wird. Diese Sauerstoffanreicherung, die einer Anreicherung des Windes mit Sauerstoff zwischen 1 und 25% entsprechen kann, ist unabhängig von der Sauerstoffanreicherung des Windes, die in bekannter Weise mit den Vorrichtungen nach Cowper durchgeführt wird.moderately by injecting cold or preheated oxygen through the wall of the nozzle or the Blow molding carried out in the peripheral zone of the hot wind flow This injection of oxygen is done from a short distance and in front of the fuel injection point in order to achieve a rigid enrichment with To achieve oxygen in an annular zone, which is also further back in the direction of flow Fuel is introduced. This oxygenation, which is an enrichment of the wind with oxygen can correspond to between 1 and 25%, is independent of the oxygen enrichment of the wind, which in is carried out in a known manner with the devices according to Cowper.

The injection method according to the invention leads to

einer im wesentlichen ringförmigen Flamme, mit einer größeren Ausdehnung als die Flammen mit kreisförmigem Querschnitt, die mit Hilfe der bekannten Axialbrenner gebildet werden, so daß man eine größere Menge flüssigen Brennstoffs verbrennen kann. Diese Verbrennung ist dennoch vollständig, was darauf zurückzuführen ist, daß man ohne Gefahr die erforderliche Menge des Sauerstoffträgers in die Verbrennungszone einführen und die nötige Homogenisierung der beiden Mediena substantially annular flame, with a larger extension than the flames with circular Cross-section, which are formed with the help of the known axial burner, so that you can use a larger amount can burn liquid fuel. This combustion is nevertheless complete, which can be attributed to it is to introduce the required amount of oxygen carrier into the combustion zone without risk and the necessary homogenization of the two media

herbeiführen kann.can bring about.

Obwohl das Verfahren nach der Erfindung für sich allein schon ein höheres Einspritzmaß als sonst üblich ermöglicht, kann es doch zweckmäßig sein, es mit dem herkömmlichen axialen Einspritzen flüssigen Brennstoffs zu kombinieren, z. B. mit einem Brenner, wie er in der luxemburgischen Patentanmeldung 64 674 vom 28. Januar 1972 (deutsche Patentanmeldung P 23 00 217.7 = DE-OS 23 00 217) beschrieben ist, so daß die beiden unabhängig voneinander gespeisten Flammen den ganzen Einblasquerschnitt des Windes einnehmen. Um die Reaktionsoberfläche bei der Einspritzung des flüssigen Brennstoffs zu erhöhen, kann man ihr einen gewissen Prozentsatz eines leicht zu verflüchtigenden Bestandteiles, wie Wasser oder einen leichten Kohlenwasserstoff, hinzufügen.Although the method according to the invention in itself Already a higher injection rate than usual allows, it can be useful to do it with the to combine conventional axial injection of liquid fuel, e.g. B. with a burner as in of Luxembourg patent application 64 674 of January 28, 1972 (German patent application P 23 00 217.7 = DE-OS 23 00 217) is described, so that the two flames fed independently of one another cover the entire blow-in cross-section of the wind take in. In order to increase the reaction surface during the injection of the liquid fuel, can you give it a certain percentage of an easily volatilized component, such as water or a light hydrocarbon.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Einspritzen von einem flüssigen Hilfsbrennstoff in den Wind eines Hochofens.The invention also relates to a device for performing the injection of a liquid auxiliary fuel in the wind of a blast furnace.

Es handelt sich hierbei um eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit mehreren Ausgangsöffnungen für Brennstoff, die regelmäßig tun die innere Wandung des unteren Teils der Düse oder des oberen Teils der Blasform verteilt sind und zusammen von einer Ringleitung zum Verteilen des Brennstoffes gespeist werden, die im Körper der Düse bzw. der Blasform angeordnet ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ausgangsöffnungen des Brennstoffes von mechanischen Zerstäubern gebildet werden, daß das Brennstoff-Einspritzsystem durch ein davon unabhängiges Sauerstoff-Einspritzsystem vervollständigt ist, das im wesentlichen aus einer Verteilungsleitung besteht, die von einer auf dem Körper der Blasform oder der Düse angeordneten ringförmigen Leitung gebildet wird, und daß diese Leitung in mehrere Ausnehmungen oder Düsen endet, die vor der Einspritzebene des Brennstoffes in den Windstrom münden, und die unabhängigen Brennstoff- und Sauerstoffnetze von Bohrungen in dem kompakten porenfreien Material des Bodens der Blasform gebildet werden.This is a device for carrying out the method with a plurality of outlet openings for fuel that regularly do the inner wall of the lower part of the nozzle or the upper Part of the blow mold are distributed and fed together by a ring line for distributing the fuel are arranged in the body of the nozzle or the blow mold, which is characterized in that the Outlet openings of the fuel are formed by mechanical atomizers that the fuel injection system is completed by an independent oxygen injection system, which is essentially consists of a distribution line from one placed on the body of the blow mold or nozzle annular conduit is formed, and that this conduit ends in several recesses or nozzles, which flow into the wind stream before the fuel injection level, and the independent fuel and oxygen networks formed by bores in the compact, non-porous material of the bottom of the blow mold will.

Als Material für den Boden eignet sich beispielsweise geschmiedetes Kupfer.For example, forged copper is a suitable material for the floor.

Der Aufbau ist von mechanisch einfacher Konzeption und enthält kein einziges kompliziertes Teil, was eine einfache Zuverlässigkeit garantiert; dies alles gestattet ein gleichmäßiges Verteilen des Brennstoffes in einer stark mit Sauerstoff angereicherten Zone. Der Vermischungseffekt kann durch in dem Durchgang für den heißen Wind vorgesehene mechanische Mittel noch intensiviert werden.The structure is of a mechanically simple conception and does not contain a single complicated part, what a simple reliability guaranteed; all of this allows an even distribution of the fuel in one heavily oxygenated zone. The mixing effect can be achieved in the passage for the mechanical means provided for in hot wind are further intensified.

Außerdem ist die Tatsache, daß die Zuführungs- und Einspritznetze des Brennstoffes und des Sauerstoffträgers von völlig unabhängigen und genügend voneinander entfernten Leitungen gebildet werden, im Hinblick auf die Sicherheit besonders vorteilhaft Ebenso bevorzugt man es aus Sicherheitsgründen, die Einspritzvorrichtungen des Brennstoffes hinter den Einspritzvorrichtungen des Sauerstoffs anzuordnen.In addition, the fact that the supply and injection networks of the fuel and the oxygen carrier be formed by completely independent and sufficiently spaced lines, with regard to Particularly advantageous in terms of safety For safety reasons, the injection devices are also preferred to place the fuel behind the oxygen injectors.

Ein anderer wichtiger Vorteil resultiert aus der Tatsache, daß man den Sauerstoffgehalt des Windes in Abhängigkeit von der Menge des zu verbrennenden Stoffes leicht regulieren kann. Man kann also mit einfachen und wirtschaftlichen Mitteln große Mengen Brennstoff einspritzen, wobei ein an CO und H2 reiches Gas ohne Kohlenstaub gebildet wird.Another important benefit comes from the fact that you can measure the oxygen content of the wind in Depending on the amount of substance to be burned can be easily regulated. So you can go with Inject large quantities of fuel, one rich in CO and H2, using simple and economical means Gas is formed without coal dust.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung fet in der Zeichnung da,gestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigtA preferred embodiment of the invention is shown in the drawing and is presented below explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen Schnitt durch das in dem Boden einer Blasform des Hochofens vorgesehenen Einspritznetzes des Brennstoffes undFig. 1 is a section through the in the bottom of a Blow mold of the blast furnace provided fuel injection network and

F i g. 2 einen Schnitt in einer anderen Ebene durch das unabhängige Netz zum Einblasen von Sauerstoff, das ebenfalls im Boden der Blasform angeordnet istF i g. 2 is a section on another plane through the independent oxygen injection network which is also arranged in the bottom of the blow mold

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sind die Netze für Brennstoff und Sauerstoff im aus geschmiedetem Kupfer bestehenden Körper des Bodens 2 einer normalen zylindrischen Blasform 1 angeordnet Diese Blasform, die zur Anordnung in der Wandung des Hochofens vorgesehen ist und den zum Betrieb des Ofens nötigen Durchgang für den heißenIn the embodiment shown in the drawing, the networks for fuel and oxygen are off Forged copper existing body of the bottom 2 of a normal cylindrical blow mold 1 arranged This blow mold, which is intended for arrangement in the wall of the blast furnace and the Operation of the furnace necessary passage for the hot

is Wind bildet, umfaßt zunächst, wie üblich, in ihrem Boden 2 die Eingangs- und Ausgangsöffnungen des Abkühlungswassers, das durch die Abkühlungskammer 3 zirkuliertIf the wind forms, it initially encompasses, as usual, in its soil 2 the inlet and outlet openings of the cooling water flowing through the cooling chamber 3 circulates

That with a lying outside of a container

Leitung verbundene Brennstoffnetz ist in F i g. 1 dargestellt Die unter Druck stehende Flüssigkeit wird durch mindestens eine Zuführungsleitung 10 in Richtung auf eine ringförmige Verteilungskammer 11 geführt Von dieser Kammer 11 gehen mehrere radiale Kanäle 12 ab, die in in regelmäßigen Abständen in in der Wandung des Bodens 2 eingesetzten, zum Blasforminnenraum öffnenden Zerstäubern 13 münden.Line connected fuel network is shown in FIG. 1 The pressurized liquid is shown guided through at least one supply line 10 in the direction of an annular distribution chamber 11 From this chamber 11 go from several radial channels 12, which at regular intervals in the Wall of the bottom 2 used, open to the blow mold interior atomizers 13 open.

F i g. 2 zeigt das Sauerstoffnetz, das in den Durchgang 4 für den heißen Wind nahe bei den Brennstoffzerstäu-F i g. 2 shows the oxygen network that is in the passage 4 for the hot wind near the fuel atomizer

jo bern 13, aber vor diesen mündet Die Leitungen — eine oder zwei — werden durch Bohrungen im Körper des Bodens 2 gebildet Sie umfassen eine Zuführungsleitung 20, die mit einer nicht dargestellten und in eine ringförmige Verteilungskammer 21 mündende Sauer-jo bern 13, but in front of this opens the lines - one or two - are formed by bores in the body of the bottom 2 They comprise a supply line 20, which with a not shown and opening into an annular distribution chamber 21 Sauer-

r> stoffquelle verbunden ist Diese ringförmige Kammer 21 steht mit mehreren Kanälen 22 mit einer entsprechenden Zahl von Ausgangsöffnungen 23 in Verbindung, die in den Blasforminnenraum münden. In Fig.2 werden diese Öffnungen von einfachen Bohrungen gebildet Sie können offensichtlich mit Spezialdüsen ausgestattet sein, die verschiedene mögliche Formen von Kragen ■haben können.r> material source is connected to this annular chamber 21 is with a plurality of channels 22 with a corresponding number of outlet openings 23 in connection, the open into the interior of the blow mold. In Fig.2 these openings formed by simple bores You can obviously equipped with special nozzles which can have different possible shapes of collars.

Bei der Ausführungsform werden die Sauerstoffstrahlen entlang einer radialen, um 45° in Strö.nungsrichtung zur Senkrechten der Abflußrichtung des Windes geneigten Bahn eingeblasen. Es sei bemerke, daß die Sauerstoffbahn eine unterschiedliche Neigung in bezug auf die Senkrechte der Achse der Blasform aufweisen kann. Ebenso ist es nicht notwendig, daß sie radial ausgerichtet ist Das gleiche gilt für die Brennstoffstrahlen, die in einer gleichen Blasform eine identische oder unterschiedliche Bahn in bezug auf die Sauerstoffstrahlen haben können.
Die Sauerstoffstrahlen treten in den heißen Windstrom mit einer unter Schallgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit und in einem noch nicht vollständig entspannten Zustand aus, so daß sie aus einer gewissen Entfernung in den Windstrom eindringen und einen Wirbel schaffen, der eine genügend einheitlicheIn the embodiment, the oxygen jets are blown in along a radial path inclined by 45 ° in the direction of flow to the perpendicular to the direction of discharge of the wind. It should be noted that the oxygen path may have a different inclination with respect to the normal to the axis of the blow mold. Likewise, it is not necessary that it be aligned radially. The same applies to the fuel jets, which in the same blow mold can have an identical or different trajectory with respect to the oxygen jets.
The oxygen jets enter the hot wind flow at a speed below the speed of sound and in a not yet fully relaxed state, so that they penetrate the wind flow from a certain distance and create a vortex that is sufficiently uniform

Distribution of oxygen in an annular zone

begünstigt In eben diese mit Sauerstoff angereicherteIn this very oxygen-enriched one favors

The fuel is injected into the zone Leaves atomizer 13 in droplet form Injecting fuel and oxygen can

in Abhängigkeit voneinander reguliert und den unterschiedlichen Mengen Wind angepaßt werden, die sich häufig beim Betrieb ergeben, so daß man ständig ein vorteilhaftes Verhältnis Brennstoff/Sauerstoffträger er-regulated as a function of each other and adapted to the different amounts of wind that are generated often result during operation, so that an advantageous fuel / oxygen carrier ratio is always achieved

hält, das ein an CO und H₂ reiches Gas ohne RuB ergibt.holds, which gives a gas rich in CO and H _{2 without soot.}

Hinter der Einspritzstelle weist die Blasform ein ausgespartes Teil 5 auf, das dazu dient, einen Wirbel in der ringförmigen Zone zu erzeugen und auch eine lebhaftere Verteilung des Brennstoffs sowie eine intensivere Homogenisierung des Brennstoffs in dem Sauerstoffträger zu begünstigen. Eine andere Lösung mit gleichem Resultat besteht darin, an der Blasformwandung vorzugsweise schraubenförmige Leiteinrichtungen vorzusehen, die dem Wind vor oder nach dem Einspi itzen des Sauerstoffs eine Kreisbewegung verleihen. Behind the injection point, the blow mold has a recessed part 5, which serves to create a vortex in of the annular zone and also a livelier distribution of the fuel as well as a to favor more intensive homogenization of the fuel in the oxygen carrier. Another solution with the same result consists in preferably helical guide devices on the blow mold wall provide that give the wind a circular motion before or after the injection of oxygen.

Die Innenwandufig der Blasform ist zweckmäßig in den thermisch am meisten beanspruchten Zonen mit einer Auskleidung aus einem feuerfesten mineralischen oder metallischen Material geschützt.The inner wall of the blow mold is useful in the most thermally stressed zones with a lining made of a refractory mineral or metallic material.

The highest amount of fuel injected will be

erreicht, wenn jeder Abschnitt der Blasform von der Flamme ausgefüllt ist. Aus diesem Grund wurde bei der dargestellten Ausführungsform zusätzlirh eine Einspritzung mit Hilfe einer bekannten axialen Lanze 6 vorgesehen.achieved when each section of the blow mold is filled with the flame. For this reason, the The embodiment shown also includes an injection with the aid of a known axial lance 6 intended.

Die durch den von dieser Lanze zerstäubten Brennstoff gebildete Flamme nimmt das Zentrum der Blasform ein und ist von einer von der Verbrennung des Brennstoffs, der durch die Wandung der Blasform eingespritzt wird, stammenden ringförmigen Flamme umgeben.The flame formed by the fuel atomized by this lance occupies the center of the Blow mold and is one of the combustion of the fuel that passes through the wall of the blow mold injected, surrounding the originating annular flame.

Zur Erläuterung der Fig. I und 2 sei noch bemerkt, daß diese Schnitte durch die Blasform 1 zwei verschiedene Ebenen darstellen, wobei die Düse und die Düsenstöcke, die sich an der Unterseite der dargestellten Blasform anschließen, nicht gezeigt sind, da sie in üblicher Weise aufgebaut sind.To explain FIGS. I and 2, it should be noted that these cuts through the blow mold 1 are two represent different levels, with the nozzle and the nozzle rods, which are located at the bottom of the shown Connect blow mold, are not shown, since they are constructed in the usual way.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claims;

1, Method of injecting liquid fuel into a blast furnace using a creates an annular flame by passing one at the exit of the nozzle or at the entrance of the blow mold located point or level several fuel jets from the outside into the edge zone of the one Oxygen carriers are injected and oxygenated hot winds by creating at least one vortex zone that allows the fuel to mix with the oxygen carrier promotes, characterized in that the oxygen to enrich the Hot wind close to the fuel jets, but, seen in the direction of the wind, in front of them in the edge zone is blown into the hot wind in the form of several jets of oxygen.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1 with a plurality of outlet openings TQr fuel that is regularly gathered around the inner wall of the lower part of the nozzle or the upper part of the blow mold are distributed and together by a ring line for distributing the Fuel are fed, which is arranged in the body of the nozzle or the blow mold, thereby characterized in that the outlet openings of the 'fuel from mechanical atomizers (13) be formed that the fuel injection system by an independent oxygen injection system is completed, which essentially commits from a distribution line that goes from one to the body (2) of the blow mold (1) or the nozzle arranged annular conduit (21) is formed is, and that this line ends in several recesses (23) or nozzles in front of the injection level of the fuel flow into the wind power, and the independent fuel and oxygen networks of bores (10, 22) in the compact, pore-free material of the bottom (2) of the blow mold (1) are formed.