CN102268496A - 一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法和装置，是在风口通道后半段内安放一个煤粉预燃装置，将煤粉喷吹进入该煤粉预燃装置的中心通道内，先与少部分热风混合和预燃后，再在风口通道前半段内，与大部分热风一起形成共轴流动和扩散燃烧，最后再进入高炉炉内充分燃烧。本发明在强化煤粉在风口内燃烧的同时，具有更好的使用性能、更高的安全性、更好的可实施性。本发明可大幅度的提高高炉喷吹煤粉的燃烧率。
Description
技术领域
本发明属于高炉炼铁技术领域，涉及高炉喷煤技术和高炉送风技术，尤其是涉及高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法和装置。
背景技术
在现有喷煤技术中，喷煤枪是插入风口通道的中部进行喷煤的。根据计算机模拟计算的结果表明，在风口通道中，煤粉基本上只完成了部分挥发份的燃烧，而干馏后的煤粉要在进入高炉的回旋区后才开始大量燃烧。由于回旋区空间有限，热风流速又高，煤粉的停留时间很短，很难燃烧完全。根据高炉风口前的实际取样调查证明，在回旋区内，煤粉的燃烧率通常在70％左右，差不多有30％的煤粉没有燃烧，滞留在高炉炉内。如果再提高喷煤量，煤粉的燃烧率还要下降，这将给高炉的顺行带来障碍。造成这种情况的部分原因是：煤粉在风口通道内与热风之间的混合和燃烧很不充分。
长期以来，人们一直试图改变风口内热风和煤粉混合和燃烧的动力学条件，从而强化煤粉在风口内的预热、干馏和燃烧过程，使煤粉在炉内的燃烧率提高，增加喷煤数量。中国专利ZL95117477.0就是以此为目的。它是将一个长度为80～120mm的旋流器安装在直吹管的出口段，喷煤枪比正常位置后退150～200mm，插至旋流器中心部分的圆柱型通风道的入口进行喷煤。但遗憾的是，随着高炉的大型化，风口的长度不断增长，尤其是随斜风口的普遍采用，使直吹管中心线与风口中心线呈5～9°左右的夹角，使该发明已无法适应这种情况的变化，因此难以在实际生产中应用。其原因是：煤粉在喷吹进入该旋流器后，从该旋流器出来时的速度方向，就自然与斜风口的中心线呈该夹角关系，加上大型高炉的风口长度显著增加，这造成了煤粉对风口内壁的大量磨损。
发明内容
本发明提出的一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法和装置，是为克服上述发明的缺陷，使煤粉在风口中与热风的混合和燃烧呈共轴流动关系，防止在强化煤粉的混合和燃烧过程中，造成风口磨损。
一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法，是用一个煤粉预燃装置将风口通道后半段分割成内外两层，其中：内层是煤粉预燃装置的中心通道，是煤粉和部分热风进行混合与预燃的空间，而外层是由煤粉预燃装置的外壁与风口内壁共同构成的环形通道，是大部分热风流通的空间；在风口通道前半段内，从内层出来的、经与部分热风混合和预燃的煤粉，与从外层出来的大部分热风一起形成共轴流动，煤粉位于风口通道的中心区域，热风位于风口通道边缘区域，它们在风口通道内开始快速扩散燃烧，之后共同进入高炉炉内充分燃烧。
在上述方法中，在风口通道前半段内，经与部分热风混合和预燃的煤粉与热风之间，或者是呈直线流动混合或者是呈旋转流动混合。
在上述方法中，在煤粉预燃装置的中心通道内，煤粉和热风之间，或者呈直线流动混合或者是呈旋转流动混合。
一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，它是由煤粉预燃装置、风口和喷枪组成，煤粉预燃装置是被放在风口通道后半段内，将风口通道后半段分隔成内外两层；煤粉预燃装置的中心通道是内层，煤粉预燃装置的外壁与风口内壁共同构成的环形通道是外层；喷枪被插至煤粉预燃装置的中心通道入口处附近。
上述的煤粉预燃装置，是一根外壁带支撑叶片的管。管的内壁是光滑的，或者是带有螺旋线凸起。管外的支撑叶片是直线形状，或者是螺旋线形状。管的最小长度大于120mm，最大长度为风口通道长度的三分之二，管的壁厚为10～30mm。在管内壁是光滑的情况下，进入管内的煤粉和热风之间，是呈直线流动混合方式；在管内壁是带有螺旋线凸起的情况下，则是呈旋转流动混合方式。此外，在管外的支撑叶片是直线形状的情况下，在风口通道前半段内，经与部分热风混合和预燃的煤粉与热风之间，是呈直线流动混合方式；而在管外的支撑叶片是螺旋线形状的情况下，则是呈旋转流动混合方式。
上述的煤粉预燃装置，其管内空间为中心通道，中心通道的入口内径等于或者小于其出口内径，入口直径为50～120mm，本发明优选为80～100mm。
上述的煤粉预燃装置，其管外支撑叶片的数量为2-3片，支撑叶片的径向外缘是与风口内壁保持接触，支撑叶片的长度是与管的长度相等或者不等，厚度为10～30mm。在支撑叶片是直线形状时，其数量以3片为佳。在支撑叶片是螺旋线形状时，其数量以2片为佳。
上述的煤粉预燃装置，其基体至少有一种是氮化硅结合的碳化硅材质，其SiC≥70％、Si3N4≥20％，其1200～1400℃的高温抗折强度≥35MPa。
上述的风口，其风口通道前半段和风口通道后半段都是锥段、并呈不同的锥度。或者风口通道前半段是锥段，而风口通道后半段是直段；风口的入口直径为150～200mm之间，本发明优选为160～180mm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提出的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法，是将煤粉喷吹进入煤粉预燃装置的中心通道内，首先与少部分热风混合和预燃后，使其产物温度达到200～300℃；之后再与大部分热风一起，在风口通道前半段内，形成共轴流动和扩散燃烧。由于中心通道的出口直径比喷枪出口直径大得多，因此经与部分热风混合和预燃的煤粉，与大部分热风在风口通道前半段内进行共轴燃烧时，其初始温度高、接触面积大、燃烧速度快。经计算，在煤粉达到风口出口位置时，其温度可达600℃。因此，当该煤粉进入高炉后，其燃烧过程得以加速，可实现大幅度提高煤粉燃烧率的目的。
(2)本发明提出的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其煤粉预燃装置的中心通道是与风口通道共轴，消除了ZL95117477.0的旋流器与风口轴线可能形成的夹角关系，因此，本发明适合于大型高炉使用，并在使用斜风口和加长风口的情况下，不会造成风口磨损，具有更好的可靠性和安全性。
(3)本发明提出的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，是在煤粉预燃装置的中心通道内壁设置了螺旋线，喷吹进入中心通道内的煤粉与热风间的混合，将在该螺旋线的作用下呈旋流混合方式。这比ZL95117477.0的旋流器中心部分的圆柱型通风道，具有更好的混合条件，更有利于煤粉在中心通道中的混合和扩散燃烧，具有更好的使用性能。
(4)本发明提出的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，是直接从风口入口处进行安装和更换，并自然依靠风口前半段的锥面进行顶紧固定。而ZL95117477.0的旋流器必须安装在直吹管内，这需要在生产现场解体送风弯头和直吹管间的法兰联接后，才能够进行安装和更换，并且需要特殊的方式才能使之固定。因此，本发明比ZL95117477.0的旋流器的安装也更加简单容易，具有更好的可实施性。
(5)本发明提出的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法和装置，比现有技术具有更好的使用性能、更高的可靠性和安全性、更好的可实施性。
附图说明
图1为实施例1的示意图。
图2为实施例2的示意图。
图3为图1、图2的A-A截面视图。
如图中，1为煤粉预燃装置，1-1为中心通道，1-2为环形通道，1-3为螺旋线凸起，1-4为支撑叶片，1-5为管，2为风口，2-1为风口通道后半段；2-2为风口通道前半段，2-3为风口内壁，3为喷枪。
具体实施方式
如图1为本发明的实施例1，为斜风口的典型实施例。
如图2为本发明的实施例2，为直风口的典型实施例。
如图1、2中，一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，它是由煤粉预燃装置1、风口2和喷枪3组成，煤粉预燃装置1是被放在风口通道后半段2-1内，将风口通道后半段2-1分隔成内外两层；煤粉预燃装置1的中心通道1-1是内层，煤粉预燃装置1的外壁与风口内壁2-3共同构成的环形通道1-2是外层；喷枪3被插至煤粉预燃装置1的中心通道1-1入口处附近。
如图3中，煤粉预燃装置1是一根外壁带支撑叶片1-4的管1-5。管1-5的内壁是光滑的，或者是带有螺旋线凸起1-3。管1-5外的支撑叶片1-4是直线形状，或者是螺旋线形状。管1-5的最小长度大于120mm，最大长度为风口2长度的三分之二，管的壁厚为10～30mm。在管1-5内壁是光滑的情况下，进入管1-5内的煤粉和热风，其速度方向相同、无旋转，是呈直线流动混合方式。在管1-5内壁是带有螺旋线凸起1-3情况下，热风是旋流流动的，煤粉是直线流动的，因此，两者之间的混合则是呈旋转流动混合方式。除此之外，在管1-5外的支撑叶片1-4是直线形状的情况下，从环形通道1-2内流进风口通道前半段2-2内的热风，是直线流动方式，因此，经与部分热风混合和预燃的煤粉与热风之间，是呈直线流动混合方式。在管1-5外的支撑叶片1-4是螺旋线形状的情况下，从环形通道1-2内流进风口通道前半段2-2内的热风，是旋流流动方式，因此，经与部分热风混合和预燃的煤粉与热风之间，则是呈旋转流动混合方式。
如图1、2所示，上述的煤粉预燃装置1，其管1-5内空间为中心通道1-1，中心通道1-1入口的内径等于或者小于其出口的内径，入口直径为50～120mm，本发明优选80～100mm。在中心通道1-1入口的内径小于其出口的内径的情况下，进入中心通道1-1内的煤粉和热风，其平均速度将逐步减少，可以增加煤粉和热风在中心通道1-1内混合和预燃的时间，有利于提高煤粉燃烧率。
如图3所示，上述的煤粉预燃装置1，其管1-5外支撑叶片1-4是3片，其径向外缘是与风口2内壁2-3保持接触，这样把环形通道1-2被分割成了三个独立的区域。支撑叶片1-4的长度是与管1-5的长度相等或者不等，厚度为10～30mm。在支撑叶片1-4是直线形状时，其数量以3片为佳。在支撑叶片1-4是螺旋线形状时，其数量以2片为佳。
如图1、2、3所示，上述的煤粉预燃装置1，其基体至少有一种是氮化硅结合的碳化硅材质，其SiC≥70％、Si3N4≥20％，其1200～1400℃的高温抗折强度≥35MPa。
如图1、2所示，上述的风口通道前半段2-2和风口通道后半段2-1都是锥段，并呈不同的锥度。或者风口通道前半段2-2是锥段，而风口通道后半段2-1是直段。风口通道后半段2-1的入口是风口2的入口，其直径为150～200mm之间，本发明优选为160～180mm。
如图1、2中，一种高炉喷吹煤粉在风口强化燃烧的方法，是用一个煤粉预燃装置1将风口通道后半段2-1分割成内外两层，其中：内层是煤粉预燃装置1的中心通道1-1，是煤粉和部分热风进行混合与预燃的空间，而外层是由煤粉预燃装置1的外壁与风口内壁2-3共同构成的环形通道1-2，是大部分热风流通的空间；在风口通道前半段2-2内，从内层出来的经与部分热风混合和预燃的煤粉，是与从外层出来的大部分热风一起形成共轴流动，煤粉位于风口2通道的中心区域，热风位于风口2通道的边缘区域，它们在风口2通道内开始快速扩散燃烧，之后共同进入高炉炉内充分燃烧。
在如图1、2中，在风口通道前半段2-2内，经与部分热风混合和预燃的煤粉与热风之间，或者是呈直线流动混合或者是呈旋转流动混合。
在如图1、2中，在煤粉预燃装置1的中心通道1-1内，煤粉和热风之间，或者呈直线流动混合或者是呈旋转流动混合。
说明书附图1为摘要附图。
Claims (10)
1.一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法，其特征在于：是用一个煤粉预燃装置将风口通道后半段分割成内外两层，其中：内层是煤粉预燃装置的中心通道，是煤粉和部分热风进行混合与预燃的空间，而外层是由煤粉预燃装置的外壁与风口内壁共同构成的环形通道，是大部分热风流通的空间；在风口通道前半段内，从内层出来的、经与部分热风混合和预燃的煤粉，与从外层出来的大部分热风一起形成共轴流动，煤粉位于风口通道的中心区域，热风位于风口通道边缘区域，它们在风口通道内开始快速扩散燃烧，之后共同进入高炉炉内充分燃烧。
2.上述权利要求1所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法，其特征在于：在风口通道前半段内，经与部分热风混合和预燃的煤粉与热风之间，或者是呈直线流动混合或者是呈旋转流动混合。
3.上述权利要求1所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法，其特征在于：在煤粉预燃装置的中心通道内，煤粉和热风之间，或者呈直线流动混合或者是呈旋转流动混合。
4.一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于：它是由煤粉预燃装置、风口和喷枪组成，煤粉预燃装置是被放在风口通道后半段内，将风口通道后半段分隔成内外两层；煤粉预燃装置的中心通道是内层，煤粉预燃装置的外壁与风口内壁共同构成的环形通道是外层；喷枪被插至煤粉预燃装置的中心通道入口处附近。
5.上述权利要求4所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于：所述的煤粉预燃装置是一根外壁带支撑叶片的管。
6.上述权利要求4、5所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于：所述的煤粉预燃装置，其管的内壁是光滑的或者是带有螺旋线凸起，管外的支撑叶片是直线形状或者呈螺旋线形状，管的最小长度大于120mm，最大长度为风口长度的三分之二，管的壁厚为10～30mm。
7.上述权利要求4所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于：所述煤粉预燃装置的中心通道为其管内空间，中心通道的入口内径等于或者小于其出口的内径，入口直径为50～120mm。
8.上述权利要求4所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于：所述的煤粉预燃装置，其管外支撑叶片为2-3片，支撑叶片的径向外缘是与风口内壁保持接触，支撑叶片的长度是与管的长度相等或者不等，厚度为10～30mm。
9.上述权利要求4所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于：所述的煤粉预燃装置，其基体至少有一种是氮化硅结合的碳化硅材质，其SiC≥70％、Si3N4≥20％，其1200～1400℃的高温抗折强度≥35MPa。
10.上述权利要求4所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于：所述的风口，其风口通道前半段和风口通道后半段都是锥段，并呈不同的锥度；或者风口通道前半段是锥段，而风口通道后半段是直段；风口的入口直径为150～200mm之间。
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