IT8149093A1

IT8149093A1 - Procedimento per la regolazione del riscaldamento a gas ricco di forni da coke

Info

Publication number: IT8149093A1
Application number: ITRM1981A049093A
Authority: IT
Original assignee: Otto & Co Gmbh
Priority date: 1980-10-04
Filing date: 1981-08-12
Publication date: 1983-02-12
Also published as: DE3037601C2; ZA815124B; DE3037601A1; KR880001395B1; AR225228A1; JPS5763384A; NL8103520A; DE3037601C3; BR8106271A; GB2084708A; LU83655A1; AU540449B2; IN153318B; IT8149093A0; KR830007786A; FR2491489A1; AU7602081A; BE890606A; FR2491489B1; GB2084708B

Description

D E S C R I Z I O N E

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la regolazione della lunghezza della fiamma/per 1'ottimizza zione della ripartizione in senso verticale della temperatura nelle canne di tiraggio di riscaldamento riscaldate con gas ricco di forni da coke? alle quali il gas ricco viene alimentato attraverso condutture che si estendono a partire dalla zona bassa o cantina di ugelli della battei ria del forno attraverso la parete divisoria di ricuperato ri di volta in volta direttamente sovrastante e terminano in una testa di bruciatore, la quale ? disposta nel trat1 to inferiore della canna di tiraggio di riscaldamento, men^ tre l'aria di combustione riscaldata nei ricuperatori penetra attraverso aperture previste alla base della canna di tiraggio nella medesima.

In base allo sviluppo della costruzione di forni da coke di grande spazio con altezza di camera fino ad 8 metri come pure in base all'esercizio dei medesimi con brevi perio di di esercizio e in base ai valori limite stabiliti in al^ cuni paesi da parte delle Autorit? preposte alla protezione dell'ambiente ecologico per quel che riguarda le aliquo te di NOX nei gas di scappamento della combustione si incontrano problemi in riguardo ad una regolazione ottimale del riscaldamento. Ci?1 vale soprattutto per il riscaldamen to a gas ricco di forni da coke in cui, con l'aumento dell'altezza della costruzione dei forni, diventa sempre pi? difficile regolare il riscaldamento in tale maniera che rj_ suiti ottimale la ripartizione in senso verticale della temperatura nelle canne di tiraggio di riscaldamento. Inol_ tre in conseguenza dei brevi tempi di esercizio e delle temperature delle canne di tiraggio di riscaldamento a ci?' legate viene formata una quantit? sempre maggiore di NOX nei gas di scarico della combustione l'aliquota dei quali nei gas di scarico della combustione viene limitata in misura sempre crescente dell'ambiente ecologico in un n?mero sempre maggiore di paesi. Infine la soppressione del^ la formazione di grafite,alle teste dei bruciatori nel caso del riscaldamento con gas ricco,? riuscita fino ad ora soltanto con costi comparativamente elevati.

La presente invenzione si propone il compito di risolve! re i problemi in precedenza indicati in maniera pi? semplice di prima con un costo econ?micamente giustificabile. In questo caso s? tratta in particolare del fatto di migliorare la ripartizione della temperatura in senso verticale ne1_ le canne di tiraggio di riscaldamento per abbassare il contenuto di NOX nei gas di scarico della combustione ed evitia re la formazione di grafite alle teste di bruciatori .

Partendo da un procedimento del genere descritto nella parte introduttiva la presente invenzione consiste nell'addurre alle canne di tiraggio di riscaldamento una aliquota regolabile dell'aria di combustione complessivamente necessaria per la combustione del gas di sottoalimentazione sotto forma di aria di circolazione forzata a mezzo di una soffiante in immediata vicinanza dello sbocco della testa di dell'aria

bruciatore. Preferibilmente 11alimentazione/di circolazione forzata avviene attraverso uno spazio anulare che circonda lo sbocco del bruciatore. La parte dell'aria di combustione per canne di tiraggio di riscaldamento alimentata in quj? lit? di aria di circolazione forzata deve comportare, secoli do l'invenzione, meno del 30% in volume, preferibilmente dal 5 al 15% in volume, con riferimento alla quantit? totale dell'aria di combustione. La presente invenzione inoltre prevede di addurre, insieme con l'aria di circolazione forzata, anche gas di scarico di combustione freddi, nel qual caso il rapporto miscela fra aria di circolazione forzata e gas di scarico della combustioni- comporta al massimo 1 : 2, preferibi1mente 2 : 1 fino a i ri.

L'oggetto dell'invenzione inoltre si riferisce ad un dispositivo per la reaiizzazione pratica del procedimento che prevede la conformazione del tubo di bruciatore sotto forma di un tubo a doppio mantello e le caratteristiche del quale risultano dalle rivendicazioni che si riferiscono al dispositivo.

Notoriamente nella classica distribuzione di aria le quanta t? di aria affluenti nelle singole canne di tiraggio di riscaldamento non sono mai completamente uguali; piuttosto per diverse ragioni risulta una certa gamma di dispersione. Questo inconveniente viene superato con il procedimento secondo la presente invenzione per il fatto che la quantit? dell'aria di combustione viene introdotta in maniera class^ ca sotto forma di aria di combustione riscaldata nei ricupie ratori attraverso aperture previste alla base della canna di tiraggio di riscaldamento, tuttavia essa ? complessivamente commisurata in maniera tale che le canne di tiraggio di riscaldamento maggiormente svantaggiate con questa dispo sizione registrano una mancanza d'aria rigosoramente limita^ ta e pertanto brucerebbero con una fiamma leggermente ful;i? ginosa se non fossero presi ulteriori provvedimenti. A queste canne di tiraggio di riscaldamento viene ora addotta aria di circolazione forzata in quantit? particolarmente grande ed alle rimanenti canne di tiraggio si adduce una?>mi. nore quantit? di aria di circolazione forzata man mano che aumenta l'aliquota di ossigeno nel gas di scarico della com bustione. In questa maniera l'eccesso di aria pu?' essere mantenuto, complessivamente, ad un livello cosi' basso che nel gas di scarico della combustione viene contenuta una aliquota di ossigeno inferiore al 3?. In conseguenza di ci?' diventa minore la quantit? di gas di scarico e di consegue!! za viene abbassato anche il fabbisogno di sottoalimentazione. Contemporaneamente viene ridotta la formazione di NOX in conseguenza del minore eccesso di ossigeno. In una misura ancora maggiore viene soppressa la formazione di NOX attraverso la temperatura di entrata del gas di combustione inferiore a quella che si ha nel caso dell'esercizio class^ co che giunge, attraverso il tubo interno meno caldo del bruciatore tubolare a doppio mantello, nella canna di tira? gio di riscaldamento. Anche attraverso la miscelazione inti_ ma inizialmente pi? lenta del gas di combustione con l'ossi_ geno dell'aria in conseguenza della velocit? di efflusso a? prossimati vamente uguale dell'aria di circolazione forzata che avvolge in forma anulare il getto di uscita del gas ricco viene ridotta la velocit? di combustione, pertanto viene abbassata la temperatura locale delle fiamme ed infine viene addizionalmente ancora ridotta la formazione di NOX. La fiamma di gas ricco nelle canne di tiraggio di riscaldamento viene allungata con il modo di procedere secoli do la presente invenzione e pertanto viene migliorata1 la d? stribuzione della temperatura, in particolari- quando alla aria di circolazione forzata viene aggiunto in miscela gas freddo di fumo.

In questa maniera risulta inoltre possibile evitare in ampia misura la formazione di grafite alla testa di bruciatore, dato che questo allo sbocco del gas di combustione ? pi? freddo che non in caso del modo di procedere fino ad ora usato e per la ragione che questa zona viene costantemeii te lambita dall'aria di circolazione forzata ed eventualmeji te dai gas di scarico pi? freddi della combustione.

L'aumento di fabbisogno di sottoalimentazione attraverso la aria di circolazione forzata preriscaldata in misura minore ed attraversoil gas di combustione entrante in una condizio ne pi? fredda comporta al massimo il 4%. L'assorbimento di potenza per la soffiante per l'aria di circolazione forzata comporta, con riferimento al fabbisogno di sottoalimentazio ne, meno dello 0,1%. Se si prende in considerazione il fatto che una riduzione dell'aliquota di ossigeno nei gas di scarico intorno all'1% comporta un abbassamento di fabbisogno di sott?a1imentazione in misura maggiore del 5%, ne risulta complessivamente, nel caso della realizzazione pratica del procedimento secondo la presente invenzione, un guadagno energetico supplementare.

L'invenzione viene ora qui di seguito ulteriormente chiarita in uri suo esempio di realizza/ione riportalo a titolo semplicemente esempiificatico e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati in cui:

la figura 1 rappresenta una vista in sezione schematica effettuata attraverso la parete divisoria di ricu^ peratori con una parte della canna di tiraggio di riscaldamento direttamente sovrastante e con il bruciatore a doppio mantello estendentesi nella parete divisoria,

la figura 2 rappresenta una vista in sezione effettuata in corrispondenza della linea A-A della figura 1, la figura 3 rappresenta una vista in sezione effettuata in corrispondenza della linea B-B della figura 1,

la figura 4 rappresenta una vista in sezione effettuata in corrispondenza della linea C-C della figura 1,

la figura 5 rappresenta un vista in sezione effettuata in corrispondenza della linea D-D della figura 1, e

la figura 6 rappresenta uno schema del sistema di distribuzione per l'aria di circolazione forzata.

Nella figura 1 ? rappresentata schematicamente una vista in sezione effettuata attraverso una parete divisoria 1 di recuperatori con la canna di tiraggio 2 di riscaldamento disposta al di sopra della medesima, nel tratto inferiore de]_ la quale sbocca il bruciatore 3 per il gas ricco. Secondo l'invenzione la conduttura tubolare del bruciatore ? reaii_z zata come un tubo a doppio mantello e si estende a partire dal soffitto 4 del canale di base attraverso la parete divi^ soria 1 dei recuperatori edattraverso la base 5 della canna di tiraggio di riscaldamento. Il bruciatore a tubo a mantel_ lo consiste di mattoni tubolari di mantello esterni 6 con u^ na cavit? cilindrica mediana 7 e con un mattone anulare 8 di forma sostanzialmente ad anello disposto nella cavit? o alesaggio, il diametro esterno del quale ? inferiore al diametro dell'alesaggio 7.

I

La conformazione differenziale del bruciatore tubolare di mantello nelle singole posizioni a1timetriche risulta dalle figure da 2 a 4. La figura 2 rappresenta una vista in sezio ne effettuata in corrispondenza della linea A-A della figur ra 1, Nel caso del bruciatore, che penetra nella canna di tiraggio di riscaldamento (nella forma di realizzazione rap presentata, tali strati sono i quattro strati superiori) il mattone anulare interno 8 consiste di un cilindro cavo semplice, la parete esterna del quale forma uno spazio anulare 9 con la parete delimitante la cavit? o alesaggio 7. Negli strati che si trovano in posizione sottostante i mattoni anulari interni 8 sono provvisti di tre appendici 10 (figura 3), che si estendono in direzione radiale fino alla superfi_ eie parietale dell'alesaggio del mattone 6 tubolare di mantello esterno e si pongono a contatto con il medesimo, in; modo tale che vengono a formarsi tre canali 11 di tubo df mantello disposti simmetricamente. Per quel che riguarda i quattro o cinque strati inferiori dei mattoni di bruciatore partendo dal soffitto 4 del canale di base le appendici 10 sono provviste, per ragioni di stabilizzazione, di perni 12 che penetrano nei mattoni 6 di tubo a mantello. L'adduzione del gas ricco al tubo interno 13 formato dal mattone anulare 8 avviene in maniera nota attraverso condutture di diramazione 14 che diramano da condutture colletrici rappresen-/

tate (figura 1). Le condutture 14 sono provviste, all'altezza del soffitto del canale di base, di un collare di sostegno 15 che serve da elemento di appoggio per il mattone anulare 8 pi? basso di ciascun bruciatore. Al di sotto del collare di sostegno 15 la conduttura di diramazione 14 ? circondata da una camera di raccordo 16 di forma anulare per l'addu^ zione dell'aria di circolazione forzata, la quale condutt^ ra si trova in comunicazione con il canale 11 di tubo di mantello.

Come risulta dalla figura 5, la camera di raccordo 16 ? pro\/ vista di un elemento di raccordo tubolare 17 disposto tangenzialmente, il quale ? collegato attraverso una valvola?di regolazione 18 e attraverso una conduttura di diramazione^ 19 con la conduttura collettrice 20 per 1'aria di circolazione forzata.

Dalla figura I risulta ehiarame?ir che 11 malione1 di tnantel^ lo ed il mattone anulare che costituiscono la struttura del bruciatore tubolare di mantello sono disposti in maniera re ciprocamente sfalsata in altezza. I mattoni consistono preferibilmente di materiali refrattari. Le singole posizioni disposte una sopra l'altra dei mattoni si impegnano 1?una nell'altra nella maniera di elementi maschio e femmina.

La figura 6 rappresenta una illustrazione schematica del si stema di distribuzione dell'aria di circolazione forzata, del sistema di regolazione quantitativa e del sistema di r? golazione per il rapporto di aria e di gas di scarico di sottoalimentazione, che viene introdotto al1'occorrenza insieme con l'aria di circolazione forzata, ad esempio di un sistema di riscaldamento a doppie canne di tiraggio gemelle. Nel disegno sono rappresentate cinque pareti di riscaldarne^ to con canne di tiraggio gemelle, nel qual caso per la caratterizzazione del bruciatoreche si trova di volta in volta in una delle met? della canna di tiraggio gemella vengono usati numeri pari e dispari. Nel caso dello schema di ri_ scaldamento rappresentato vengono alimentati, durante un pe riodo di trasposizione o i bruciatori provvisti di numeri pari o i bruciatori provvisti di numeri dispari di tutte le pareti di riscaldamento. Alternativamente, tuttavia, ? possibile prevedere l'installazione anche di un sistema di commutazione, alternantesi da una parete di riscaldamento all'altra parete di riscaldamento di bruciatori pari e dispari.

Le condutture collettrici 20a e 20b sono suddivise in due sistemi di condutture separate l'uno dall'altro, dei quali uno alimenta i bruciatori contrassegnati con numeri dispari e l'altro i*bruciatori contrassegnati con numeri pari. Con l'ausilio delle valvole di commutazione 21a e 21b pu?' essere commutato il sistema di alimentazione di aria di cir colazione forzata sincronicernente e nel ritmo del riscaldamento. Con 22 ? contrassegnata una soffiante mediante la quale l'aria di circolazione forzata viene fatta uscire sotto pressione dalla conduttura 23, eventualmente insieme al gas di scarico di sottoalimentazione nelle condutture collettrici 20a e 20b. I gas di scarico di sottoalimentazio ne vengono condotti nel fumaiolo 25 attraverso la conduttura 24; una corrente parziale pu?' venire scaricata in caso di emergenza attraverso la conduttura 26. La regolazione dei rapporti avviene a mezzo delle valvole 27, la regolazio ne quantitativa in dipendenza del contenuto di ossigeno nei gas di scarico di sottoalimentazione viene effettuata attra^ verso il sistema di regolazione di messa in derivazione a? mezzo della valvola 28, la quale ? disposta nel bipasso di derivaz ione 29. ;;Naturalmente il procedimento descritto ? applicabile logica^ mente anche ad altri sistemi di riscaldamento. ;;La presente invenzione ? stata illustrata e descritta in una sua preferita forma di pratica realizzazione, ma si intende che varianti esecutive potranno ad essa in pratica apportarsi senza peraltro uscire dall'ambito di protezione del presente brevetto per invenzione industriale. ;

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I ;;

1) - Procedimento per la regolazione della lunghezza de2 la fiamma e per l'ottimizzazione della ripartizione della temperatura in senso verticale nelle canne di tiraggio di riscaldamento riscaldate con gas ricco di forni da coke, in cui il gas ricco viene addotto attraverso condutture che si estendono a partire dallo scantinato degli ugelli della batteria del forno attraverso la parete divisoria di r?cuperatori,di volta in volta sovrastante, e termina in una testa di bruciatori, la quale ? disposta nel tratto inferiore della canna di tiraggio, mentre l'aria di combustione riscaldata nei recuperatori penetra, attraverso aperture previste alla base della canna di tiraggio di riscaldamento, in quest'ultimo, caratterizzato dal fatto che alle singole canne di tiraggio di riscaldamento vie ne alimentata una parte regolabile dell'aria di combustione necessaria per la combustione in qualit? di aria di cir colazione forzata a mezzo di una soffiante in immediata vi cinanza dello sbocco della testa di bruciatore. ;;2) - Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratteri^ zato dal fatto che l'alimentazione dell'aria di cir^ colazione forzata? si verifica attraverso uno spazio anula re che circondarlo sbocco del bruciatore. ;;3) - Procedimento secondo le rivendicazioni da*l a 2, ca^ ratterizzato dal fatto che la parte dell'aria di combustione addotta in qualit? di aria di circolazione fo? zata comporta per ogni canna di tiraggio di riscaldamento, meno del 30% in volume, preferibi1mente dal 5 al 15% in volume, con riferimento alla quantit? complessiva dell'aria di combustione .

4) - Procedimento secondo le rivendicazioni da 1 a 3, ca ratterizzato dal fatto che insieme con V aria di circolazione forzata vengono addotti gas di scarico freddi di combustione.

5) - Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratte^ rizzato dal fatto che il rapporto di miscelazione di aria di circolazione forzata e di gas di scarico della combustione comporta al massimo 1 : 2, preferibilmente da 2 : 1 a 1 : 1.

6) - Dispositivo per la realizzazione del procedimento secondo le rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che la conduttura per l'adduzione di gas ricco e dell'aria di circolazione forzata consiste di un tubo a doppio mantello costruito a partire da mattoni anulari, il .quale si estende dal soffitto (4) del canale di base attr?? verso la parete divisoria (1) dei recuperatori e sbocca in una testa di bruciatore (3) realizzata come un bruciata re a doppio mantello, nel qual caso il tub? interno (13) ? collegato alla conduttura di alimentazione di gas ricco, ed uno spazio anulare (9, 11) circondante il medesimo, ? colle gato ad una conduttura per l'alimentazione di aria di circolazione forzata ed eventualmente di gas di scarico di combustione .

7) - Dispositivo secondo la rivendicatione 6, caratteri^ zato dal fatto che la conduttura per lladduzione di gas ricco e dell'aria di circolazione forzata consiste di singoli mattoni tubolari di mantello esterni (6), disposti uno sopra l'altro, con un alesaggio centrale (7) sostanzialmente di forma circolare ed i mattoni interni (8) di forma anulare, che sono disposti internamente all'alesaggio centrale di ciascun mattone tubolare eli mantello con formazione di passaggi liberi (9, 11) fra la parete?in terna del mattone tubolare di mantello e la parete esterna del mattone di forma anulare.

8) - Dispositivo secondo le rivendicazioni 6 e 7, caratterizzato dal fatto che i mattoni interni (8) di forma anulare sono realizzati a forma tubolare alla testa del bruciatore (3), preferibi1mente nella zona in cui la conduttura penetra nella canna di tiraggio (2) di riscalda^ mento e che fra la parete interna del mattone (6) tubolare di mantello esterno e la parete esterna del mattone di forma anulare riman? libero un canale (9) di forma anulare.

9) - Dispositivo secondo le rivendicazi?ni da 6 ad 8, ca^

ratterizzato dal fatto che i mattoni (8) di forma a^ nulare sono provvisti, nell'ambito della parete divisoria

(1) di recuperatori, di un certo numero di appendici

(10), preferibilmente tre, disposte simmetricamente, che vengono a contatto con la parete interna dei mattoni tubolari di mantello, nel qual caso fra le appendici rimangono liberi canali (11) di passaggio d?i: flusso.

10) - Dispositivo secondo le rivendicazioni da 6 a 9, ca_

ratterizzato dal fatto che le appendici degli stra ti inferiori, preferibilmente da quattro a cinque strati inferiori dei mattoni di forma anulare che si connettono direttamente al soffitto (4) del canale di base, sono ijn t trodotte con perni (12) nei mattoni tubolari di mantello esterni (6).

11) - Dispositivo secondo le rivendicazioni da 6 a 10,

caratteri zza?to dal fatto che il rapporto delle

aree in sezione trasversale della camera anulare (9, 11)

che conduce l'aria di circolazione forzata e del tubo interno (13) che convoglia i gas di combustione viene scel^

to in maniera tale che la velocit? di uscita di entrambi i fluidi in condizione di alimentazione media con aria di circolazione forzata risultano approssimativamente di ugu<? le grandezza.

12) - Dispositivo secondo le rivendicazioni da 6 a 11, caratteri zzato dal fatto che i singoli mattoni tu^ boleri di mantello (6) sono disposti, rispetto ai matto ni di forma anulare (8) internamente, in posizioni reciprocamente sfalsate ad altezze differenziali.

13) - Dispositivo secondo le rivendicazioni da 6 a 12, caratterizzato dal fatto che la conduttura di rac cordo (14) per il gas ricco ? provvista, nell'ambito del soffitto (4) del canale di base, di un collare di sostegno (15), il quale serve in qualit? di elemento di appoggio per il mattone di forma anulare interno pi? basso e dal fatto che la conduttura di raccordo per il gas ricco ? provvista, al di sotto del collare di sostegno, di una ca^ mera di raccordo (16) di forma anulare per 1'a1imentazi? ne dell'aria di circolazione forzata ed eventualmente del gas di scarico della combustione, la quale camera di trova in comunicazione con i canali (11) di passaggio del flus^ so.

14) - Dispositivo secondo le rivendicazioni da 6 a 13,

?

caratterizzato dal fatto che la camera di raccordo (16) di forma anulare ? provvista di un elemento di rac cordo tubolare (17) collegantesi tangenzialmente, il quale si trova in comunicazione con la conduttura collettrice (20) per l'alimentazione dell'aria di circolazione forzata ed eventualmente dei gas di scarico della combustione.

15) - Dispositivo secondo le rivendicazioni da 6 a 14, caratterizzato dal fatto che fra l'elemento di rac cordo tubolare (17) della camera di raccordo di forma anu lare e la conduttura collettrice (20) per 1'alimnetazione dell'aria di circolazione forzata e dei gas di scarico de]^ la combustit?me ? disposto uno schermo perforato o una valvola di regolazione (18) a mezzo della quale pu?' essere dosata la quantit? addotta al corrispondente bruciatore.

16) - Dispositivo secondo le rivendicazioni da 6 a 15, caratterizzato dal fatto che la ripartizione e la alimentazione dell'aria di circolazione forzata, eventualmente in miscela con gas di scarico della combustione, avvengono al di sotto del soffitto del forno nello scantinato degli ugelli al di sopra delle condutture collettrici (20) e delle condutture di diramazione (19) formantesi dalle medesime, le quali condutture portano verso i tubi a doppio mantello.

17) - Dispositivo secondo le rivendicazioni da 6 a 16, caratterizzato dal fatto che le condutture collettrici che convogliano l'aria di circolazione forzata ed eventualmente gas di scarico della combustione mescolatasi con la medesima sono suddivisi in due sistemi di condutture separate (20a, 20b), dei quali uno ? collegato con i bruciatori provvisti di numeri dispari e l'altro con i bruciatori prov^ visti di numeri pari, nel qual caso la commutazione si verifica sincronicamente e nel ritmo del riscaldamento attra^ verso due valvole di commutazione (21a, 21b) incorporate nei sistemi di condutture.

18) - Dispositivo secondo le rivendicazioni da 6 a 17, caratterizzato dal fatto che davanti alla soffiaji te (22) per l'aria di circolazione forzata ? previsto un sisterna(27)di regolazione dei rapporti che regola il rapporto dell'uria rispetto aI gas il scarico della combustiti ne, mentre la regolazione quantitativa per l'aria di circo lazione forzata eventualmente mescolata con gas di scarico della combustione avviene attraverso il bipasso (29) con la vaivoia (28).

19) - Procedimento per la regolazione del riscaldamento a gas ricco di forni da coke secondo le rivendicazi?ni da 1 a 18 e sostanzialmente come illustrato e descrit^ to.