CN101338352B - 一种气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，包括小车、设置在小车上的接渣盘、喷吹管和设置在喷吹管顶端的喷吹头，喷吹头设有螺旋雾化装置，螺旋雾化装置包括若干设置在喷吹头顶部的压缩空气喷孔和喷水口，以及至少一条沿喷吹管纵向轴线设置的螺旋形水通道，压缩空气喷孔与喷吹管中的压缩空气通道连通，喷水口通过螺旋形水通道与喷吹管中的水通道连通。本发明通过螺旋雾化装置上至少一圈均匀布置的压缩空气喷孔与多道水流螺旋槽形成雾化水汽，避免了水管喷射水柱引起的冷却不均匀以及由此造成的局部热应力，减缓温差热应力引起的喷枪耐火材料工作衬裂纹剥落与金属气化室的变形进程，延长喷枪使用寿命，降低脱硫生产成本。

Description

一种气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置

技术领域

本发明涉及一种气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，具体地说是一种颗粒镁喷吹脱硫用气化室喷枪内壁粘渣的清理装置。

背景技术

金属镁和硫的亲合力极高，铁水脱硫反应主要是在铁水中的均相反应；对铁水来说，金属镁是最强的脱硫剂之一，故用量少，生产的渣量也少，扒渣的铁损少，且脱硫渣没有环境污染问题；由于渣的存在不影响镁的均相脱硫反应，因而对铁水带有高炉渣不敏感；由于脱硫的镁用量少，因而脱硫处理的设备投资低，脱硫过程对铁水的化学成分也基本没有影响。为了充分利用颗粒镁强脱硫剂的优势，针对金属镁高温下蒸气压力高的特点，从避免金属镁高温条件下快速气化膨胀引起的脱硫过程中铁水喷溅问题，乌克兰钛设计院、黑色冶金研究院早在上世纪50年代开发了枪头带气化室喷枪纯喷颗粒镁铁水脱硫工艺，并在实际生产中得到广泛应用，尤其是镁资源丰富的国家，例如：前苏联的联邦国家和我国。具体脱硫工艺过程是以空气、氮气、氩气或天然气为载气，一般为氮气，以粒度为0.5～2.5mm的金属颗粒镁为脱硫剂，一般粒度为0.6～1.6mm。通过潜入铁水中的枪头带气化室的喷枪，将脱硫剂送达铁水罐中的铁水深处，通过颗粒镁进入铁水前在气化室中的预气化，避免颗粒镁在高温铁水中迅速气化带来的剧烈喷溅和控制困难的问题，此后，通过镁蒸气泡的界面脱硫反应和铁水溶解镁的均相脱硫反应，达到提高颗粒镁利用率和铁水脱硫的目的。然而，气化室内高温条件下共存的喷吹载气(氮气)与金属镁之间化学反应生成的氮化镁、飞溅的脱硫渣以及金属镁的熔融与气化物，导致气化室内壁粘渣，并随着喷枪使用次数的增多，气化室内的粘渣不断增多；同时，在颗粒镁钝化过度和受潮水化、氧化的条件下，镁化合物钝化膜以及颗粒镁受潮水化物、氧化物的固体残存物增大，致使气化室内壁粘渣速度加快、粘渣结合强度增大，给喷枪气化室内壁的清渣维护带来困难，导致维护性非作业时间增长，限制了设备生产能力的发挥和正常生产的组织。尤其是颗粒镁受潮水化引起的颗粒镁粘连与团聚，直接影响了颗粒镁喷吹的流动性与喷吹量的稳定，导致剧烈喷溅，影响了喷吹过程的正常进行，并带来设备与人身安全隐患。针对纯喷颗粒镁铁水脱硫用枪头带气化室喷枪在实际生产中气化室内壁粘渣严重的问题，国内外主要的维护措施是采用风镐进行气化室内壁打渣或采用水管冲洗内壁粘渣，由于内壁粘渣速度较快，为了保证喷吹过程中有效的气化空间，控制粘渣层厚度35mm左右进行风镐打渣或水管冲洗内壁粘渣，根据颗粒镁脱硫剂钝化膜厚度以及受潮状况的不同，内壁粘渣处理的周期也不同，随着颗粒镁脱硫剂钝化膜厚度的增大和受潮状况的加剧，即颗粒镁气化固体物残存增大，内壁粘渣处理周期缩短，一般处理周期为3～5次，但在颗粒镁气化固体物残存高时，处理周期仅为1～3次不等。对于人工风镐机械处理清渣方式，其操作设备是风镐；由于需进行喷枪冷却和人工操作，导致维护时间长、操作环境恶劣、劳动强度大、安全隐患多，一次粘渣处理需30～50min，不利于设备生产能力的提高和生产组织。对于水管冲洗方式，其清渣原理是：通过内壁粘渣物(氮化镁、氧化镁、冷凝的金属镁)与冲洗水的水化反应，引起粘渣物结合相粘结强度降低和粘渣物体积膨胀而脱落，实际处理过程中，为了节省清渣维护时间，充分利用高温对水化反应的促进作用，采取喷枪起枪后立即喷水清渣，单次清渣处理时间为15min左右，采用的清渣装置是由渣盘、布置在中心的向上直喷的金属水管和安装在渣盘下部的车轮构成；由于管口喷射水柱的集中、水对气化室内壁的强冷以及水流与水蒸气对气化室边裙耐火材料的水化和急冷作用，导致气化室金属件变形、边裙耐火材料裂纹脱落和气化室外壁耐火材料工作衬龟裂，加快了喷枪的破损进程，使喷枪使用寿命缩短1/3左右；同时，高温条件下氮化镁水化形成的氨气以及大量的水蒸汽，严重恶化了现场操作环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述清渣过程对气化室脱硫喷枪耐火材料枪裙的破损不足，提供气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置及清渣方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，它包括小车、设置在小车上的接渣盘、喷吹管和设置在喷吹管顶端的喷吹头，所述喷吹管垂直设置在接渣盘的中心，所述喷吹头设有螺旋雾化装置，所述喷吹管内设有压缩空气通道和水通道，喷吹管的下端设有压缩空气进气口和进水口，所述压缩空气进气口与喷吹管中的压缩空气通道连通，所述进水口与喷吹管中的水通道连通；所述螺旋雾化装置包括若干设置在喷吹头顶部的压缩空气喷孔和喷水口，以及至少一条沿喷吹管纵向轴线设置的螺旋形水通道，所述压缩空气喷孔与喷吹管的压缩空气通道连通，所述喷水口与所述螺旋形水通道连通且螺旋形水通道与喷吹管中的水通道连通。

上述方案中，所述喷吹头包括外套帽和与外套帽内表面相配合的内芯，所述压缩空气喷孔和喷水口分别设置在内芯的顶端，所述内芯与外套帽内表面接触的外表面上沿内芯的纵向轴线设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽与外套帽内表面形成螺旋形水通道。

在内芯的顶面上，所述压缩空气喷孔和喷水口呈环形布置，其中压缩空气喷孔至少布置一圈。

所述压缩空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角根据环形压缩空气喷孔的环形直径的不同设置为10°～80°。

所述外圈压缩空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角为45°。

所述内圈压缩空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角为15°。

所述外套帽的上端为圆台状。

所述喷吹管由套装在一起的外管和内管组成，所述内管中部的空腔为压缩空气通道，所述内管与外管之间的间隙为水通道。

本发明通过雾化装置上均匀布置的压缩空气喷孔与多道水流螺旋槽道结构，避免了水管喷射水柱引起的冷却不均匀以及由此造成的局部热应力、气化室金属件变形、气化室外壁耐火材料工作衬龟裂破损，通过雾化空气与水流比例以及流量大小的调节，降低沿气化室内壁回流水对耐火材料边裙急冷、浸润渗透带来的不利影响，降低水化除渣过程中金属气化室与耐火材料边裙的冷却强度与热震强度，提高冷却的均匀性，减缓温差热应力引起的耐火材料工作衬裂纹剥落与金属气化室的变形进程，最终达到降低清渣劳动强度、缩短清渣维护时间、改善操作环境、提高设备生产能力、延长喷枪使用寿命与降低脱硫生产成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为本发明喷吹头的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作出详细的说明。

如图1、图3所示，本发明包括小车5、设置在小车5上的接渣盘1、喷吹管和设置在喷吹管顶端的喷吹头2，所述喷吹管垂直设置在接渣盘1的中心，所述喷吹头2设有螺旋雾化装置8，所述喷吹管内设有压缩空气通道10和水通道11，喷吹管的下端设有压缩空气进气口7和进水口6，所述压缩空气进气口7与喷吹管中的压缩空气通道10连通，所述进水口6与喷吹管中的水通道11连通；所述螺旋雾化装置8包括若干设置在喷吹头2顶部的压缩空气喷孔12和喷水口13，以及至少一条沿喷吹管纵向轴线设置的螺旋形水通道，所述压缩空气喷孔12与喷吹管的压缩空气通道10连通，所述喷水口13与所述螺旋形水通道连通且螺旋形水通道与喷吹管中的水通道11连通。

如图2所示，所述喷吹头包括外套帽9和与外套帽9内表面相配合的内芯，所述压缩空气喷孔12和喷水口13分别设置在内芯的顶端，所述内芯与外套帽9内表面接触的外表面上沿内芯的纵向轴线设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽与外套帽9的内表面形成螺旋形水通道。

在内芯的顶面上，所述压缩空气喷孔12和喷水口13呈环形布置，其中压缩空气喷孔12至少均匀布置一圈，喷水口13均匀布置一圈。压缩空气喷孔12优选布置两圈。

所述压缩空气喷孔12的中心线与喷吹头2中心线之间的夹角根据环形压缩空气喷孔的环形直径的不同而不同，角度范围为10°～80°。

所述外圈压缩空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角β为45°。

所述内圈压缩空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角α为15°。

所述外套帽9的上端为圆台状。圆台形结构便于压缩空气喷孔12与喷水口13的均匀布置，并使喷出气流与水流成一定的夹角喷出，强化了压缩空气对喷出水的雾化效果。同时，也使不同喷水口喷出的水柱交叉，强化了水柱之间的撞击雾化效果。通过圆台顶面压缩空气喷孔的双圈布置，进一步加强了喷出气流对喷出水流的雾化强度。

所述喷吹管由套装在一起的外管和内管组成，所述内管中部的空腔为压缩空气通道10，所述内管与外管之间的间隙为水通道11。

使用上述气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置的清渣方法如下：

a、喷枪起枪后的高温阶段，采用高压空气预冷和粘渣预水化，中低温阶段采用高压空气雾化的水雾进行强冷和粘渣快速水化清渣。

b、在喷枪起枪后的全过程，采用高压空气雾化的水雾进行强冷和粘渣快速水化清渣。

本发明针对人工风镐机械打渣清渣方式与清渣装置在实际应用中存在的维护时间长、操作环境恶劣、劳动强度大、安全隐患多以及水管冲洗清渣方式与清渣装置存在的气化室金属件变形、边裙耐火材料裂纹脱落和气化室外壁耐火材料工作衬龟裂等问题，基于喷枪气化室内壁粘渣速度快、清渣频繁的特点，从缩短气化室清渣维护时间、降低清渣劳动强度、避免安全隐患的角度考虑，分析了人工机械清渣的局限性，指明了自动水洗冲渣的合理性与有效性；从降低水管冲洗清渣引起的喷枪气化室金属件变形和清渣过程对喷枪使用寿命的影响角度考虑，提出了采用高压空气为雾化剂的水雾喷射清渣装置进行粘渣水化清理的新装置和新方法，通过雾化装置上均匀布置的压缩空气喷孔与多道水流螺旋槽道结构，避免了水管喷射水柱引起的冷却不均匀以及由此造成的局部热应力、气化室金属件变形、气化室外壁耐火材料工作衬龟裂破损，通过雾化空气与水流比例以及流量大小的调节，降低沿气化室内壁回流水对耐火材料边裙急冷、浸润渗透带来的不利影响，降低水化除渣过程中金属气化室与耐火材料边裙的冷却强度与热震强度，提高冷却的均匀性，减缓温差热应力引起的耐火材料工作衬裂纹剥落与金属气化室的变形进程，最终达到降低清渣劳动强度、缩短清渣维护时间、改善操作环境、提高设备生产能力、延长喷枪使用寿命与降低脱硫生产成本的目的。

从降低清渣的实际实施过程对环境、喷枪寿命的角度考虑，喷枪起枪后的高温阶段喷射高压空气预冷和粘渣预水化和中低温阶段喷射高压空气雾化的水雾进行强冷和粘渣快速水化的清渣操作方法，利用高压空气冷却强度比水低的特点，降低了喷枪起枪后高温阶段的冷却速度和冷却过程的温差应力，延缓清渣过程对喷枪破损的影响程度和水蒸汽形成与粘渣快速水化引起的环境污染，利用喷枪中低温阶段水雾的喷射，扩展了水分与粘渣的接触面积，促进粘渣的快速水化与剥落，达到缩短清渣处理时间的目的。降低了现场操作劳动强度，避免了人工打渣的安全隐患。

本发明具有如下优点：

1.本发明的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置制备简单，成本低、操作简便。

2.本发明的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理方法适应性强。

3.本发明的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置及清渣方法具有减缓喷枪破损进程、改善操作劳动强度与操作环境的优点。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，包括小车、设置在小车上的接渣盘、喷吹管和设置在喷吹管顶端的喷吹头，所述喷吹管垂直设置在接渣盘的中心，其特征在于：所述喷吹头设有螺旋雾化装置，所述喷吹管内设有压缩空气通道和水通道，喷吹管的下端设有压缩空气进气口和进水口，所述压缩空气进气口与喷吹管中的压缩空气通道连通，所述进水口与喷吹管中的水通道连通；所述螺旋雾化装置包括若干设置在喷吹头顶部的压缩空气喷孔和喷水口，以及至少一条沿喷吹管纵向轴线设置的螺旋形水通道，所述压缩空气喷孔与喷吹管的压缩空气通道连通，所述喷水口与所述螺旋形水通道连通且螺旋形水通道与喷吹管中的水通道连通。

2.如权利要求1所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于所述喷吹头包括外套帽和与外套帽内表面相配合的内芯，所述压缩空气喷孔和喷水口分别设置在内芯的顶端，所述内芯与外套帽内表面接触的外表面上沿内芯的纵向轴线设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽与外套帽内表面形成螺旋形水通道。

3.如权利要求2所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于所述压缩空气喷孔和喷水口分别沿内芯的顶面均布。

4.如权利要求2或3任一项权利要求所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于，在内芯的顶面上，所述压缩空气喷孔和喷水口呈环形布置，其中压缩空气喷孔至少布置一圈。

5.如权利要求4所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于所述压缩空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角为10°～80°。

6.如权利要求2所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于所述外套帽的上端为圆台状。

7.如权利要求1所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于所述喷吹管由套装在一起的外管和内管组成，所述内管中部的空腔为压缩空气通道，所述内管与外管之间的间隙为水通道。

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