CN102485913A - 一种高炉喷吹煤粉的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种高炉喷吹煤粉的方法和装置，是采用多支短喷枪、大入射角、喷枪精确定位、直吹管散热小且寿命长、可采用陶瓷材质喷嘴的喷吹煤粉的新方法和新装置，旨在消除现有技术的煤粉入射角小、被高速热风气流约束、与热风混合不充分、喷枪长寿命短、直吹管散热大寿命短、难于使用氧煤枪等各种缺陷。它是在每个风口的直吹管上，将各短喷枪插入各安装座内，喷吹进高炉的煤粉是从各安装座侧向所开的喷吹入口进入，然后通过正对该喷吹入口在短喷枪管壁上所开的喷煤孔到达各短喷枪内，再由各短喷枪将煤粉喷吹至炉内。本发明至少由带煤粉预燃功能的直吹管、短喷枪、安装座、球阀、锁定装置、输煤支管、分配器、小球阀、输煤管、入口连接件组成。

Description

一种高炉喷吹煤粉的方法和装置

技术领域

本发明属于炼铁技术领域，涉及高炉喷煤技术，尤其是涉及一种高炉喷吹煤粉的方法和装置。

背景技术

众所周知，高炉喷吹煤粉的现有方法是：在每个风口的直吹管上，将1支或者2支喷枪以其中心线大致与直吹管中心线呈10～13°的夹角斜插入直吹管，将喷枪露于管外的端部作为喷煤入口，煤粉经此入口直接喷入直吹管，之后随热风一起经风口再进入高炉。这种喷吹煤粉的方法，造成了以下问题：

(1)煤粉入射角小，被高速热风气流约束，与热风混合不充分。现有煤粉喷枪与直吹管间的夹角很小，通常情况下，为防止磨损风口，喷枪头部均微弯一定角度对准中心，以期实际喷煤的入射角与直吹管中心线保持平行；同时，煤粉从喷枪喷出的初速度多为18～30m/s，而热风的速度高于200m/s以上，所以，煤粉所具有的动能小、速度方向几乎与热风一致，造成煤粉难于穿透热风流股进行扩散，煤粉与热风的混合不充分，这是造成当前高炉喷吹煤粉燃烧率低下的主要原因之一。

(2)喷枪长、寿命短。众所周知，喷枪是一根长达2m以上的不锈钢管，在温度1150～1300℃的热风中，寿命不足3个月。尤其在高富氧情况下，寿命甚至不足10天，需要频繁更换，使用成本高。

(3)枪头位置无法固定，造成风口磨损。为方便插枪作业，直吹管上必须开较大直径的插枪孔，尤其是在喷枪头部有意弯曲时。这给枪头位置变化提供了空间上的可能性。当遇到重复使用或者制作不精细的喷枪，难于将枪头插到最佳位置。同时，在正常生产过程中，由于枪头长期承受高温和氧化，会出现自然弯曲等受损状况，因此即使枪头插到了最佳位置，也会在生产过程中发生偏离。由此可见，现有喷吹煤粉的方法使枪头位置无法准确定位，并具有不稳定性，这是造成风口磨损的直接原因。依靠人为的检查和调整，只能缓解风口磨损情况的发生，但不可能从根本上杜绝风口磨损。

(4)直吹管散热大、寿命短。在现有煤粉方式下，小角度插枪造成插枪孔与直吹管耐材的相贯线很长；而插枪位置是在直吹管出口部位，此处耐材最薄弱，加上必须增大开孔直径，这些因素都严重破坏了直吹管内衬耐材的整体性。为克服耐材薄弱，须增加保护套管，又使得壳体尺寸增大，表面积增加，散热损失大。所以，在现有喷煤方式下，直吹管不仅散热大，而且寿命短。

(5)难于使用氧煤枪，妨碍了喷煤技术进步。氧煤枪技术备受重视，其原因是：从燃烧反应角度，只需要制造出局部有利于煤粉燃烧的高富氧环境，就可以实现少富氧大喷煤的预期成果，可大幅度降低生铁成本，从而改变现行在热风中进行高富氧的不经济的技术发展模式。但遗憾的是，现有喷吹煤粉的方法给氧煤枪带来了致命的寿命问题，使这一简单技术至今无法取得生产实践的可靠性，各种各样的有益尝试均不能被生产者所接受。其原因是：在现有插枪作业的条件下，氧煤枪只能使用金属材料来制造，在其形成的局部高氧化性的高温环境下，氧煤枪被氧化的速度显著加快，使用寿命大大缩短；尽管各式各样减缓氧化速度的保护措施被应用，氧煤枪终因不能使用非金属陶瓷材料来制造，无法满足自己所制造的高氧化性高温环境的要求而归于失败。这无异于妨碍了喷煤技术的进步。

发明内容

本发明的目的是提出一种采用多支短喷枪、大入射角、喷枪精确定位、直吹管散热小且寿命长、采用陶瓷材质喷嘴的喷吹煤粉的方法和装置，以消除上述现有技术的各种缺陷。

一种高炉喷吹煤粉的方法是：在每个风口的直吹管上，将各短喷枪插入各安装座内，喷吹进高炉的煤粉是从各安装座侧向所开的喷吹入口进入，然后通过正对该喷吹入口在短喷枪管壁上所开的喷煤孔到达各短喷枪内，再由各短喷枪将煤粉喷吹至热风中，最后随热风一起经风口再进入高炉。

一种高炉喷吹煤粉的装置，它至少由直吹管、短喷枪、安装座、球阀、锁定装置、输煤支管、分配器、小球阀、输煤管、入口连接件组成，其中：直吹管上至少设置三个喷枪安装座，各安装座均被焊接在直吹管壳体上；每一支短喷枪均分别穿过球阀、锁定装置插入一个安装座内，被锁定装置固定和密封；每支短喷枪的头部都伸入直吹管内，其末端露于锁定装置之外，为露于大气中的部分；每支短喷枪管壁上设置的喷煤孔，对正各安装座侧面所开的喷吹入口；在每个喷吹入口上，安装了一根输煤支管，各输煤支管均与一个分配器相连；分配器通过输煤管与至少一个小球阀相连；在小球阀后，通过输煤管连接了一个煤粉入口连接件，由它实现与现有的煤粉喷吹系统的管路连通。

上述短喷枪露于大气中的部分，不与输煤支管相连，是处于被封堵状态；处于安装座内被密闭的部分，其管壁上开有穿壁的喷煤孔。

上述短喷枪露于大气中的部分，是与输送氧气的管子相连，氧气是通过内置于短喷枪内的细管送达出口。

上述的短喷枪总长度大致为1m，其头部是一个耐高温、抗氧化的陶瓷喷嘴，其长度大致为200mm。

上述的每个安装座上都设置有两个连通的孔，其中：插枪孔的外端面连接了球阀和锁定装置，与之连通的喷吹入口与输送支管相连；插枪孔的中心线指向直吹管中心线，二者相交的夹角或者空间夹角大于或等于30°，本发明优选为40°；喷吹入口的中心线与直吹管外轮廓线基本保持平行，并与插枪孔的中心线相交。

上述球阀是安装在锁定装置与安装座之间。在短喷枪插入安装座后，靠锁定装置固定和密封。在短喷枪拔出后，由球阀将安装座的插枪孔密闭。在需要捅堵风口时，可松开锁定装置将短喷枪后移，这使陶瓷喷嘴缩至直吹管耐材通道内得以被保护。正常生产期间，无需取出短喷枪。当必须更换陶瓷喷嘴时，可松开锁定装置后拔出短喷枪，关闭球阀。通常情况下，短喷枪随直吹管安装时一起装卸。

上述的各安装座，其插枪孔的中心线，呈相交关系时共同相交于直吹管中心线上的一个点，呈空间夹角关系时是在直吹管中心线垂直截面上的投影相切于同一个小直径的圆。

上述的短喷枪和安装座，在短喷枪的外管壁和插枪孔通道内壁设置了可以相互接触的配合面。

上述的直吹管是采用的一个具有煤粉预燃功能的直吹管，其前端为一个预燃器，该预燃器有水冷结构壳体，其出口直径小于风口入口直径。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用多喷口、大入射角度的设计，强化了煤粉与热风间的传热传质条件。根据两股流体混合的一般规律，煤粉喷入气相热风后的混合强度，主要取决于流速差、喷口数量和喷射角度等，因此，本发明优选的3个喷口、入射角度为40°，比现有技术的1～2支喷枪、10～13°入射角度有显著改变，这将显著强化煤粉和热风间的传热传质。此外，本发明在采用短喷枪垂直截面投影为相切圆布置时，所喷吹的煤粉将围绕直吹管中心线作旋转流动，这将增加煤粉在直吹管和风口内的停留时间，同时极大的强化煤粉与热风间的混合，其结果必然是大幅度的提高煤粉的燃烧率。

(2)喷嘴采用陶瓷材料制造，具有限位措施，可以精确定位。本发明采用的喷枪很短，入射角度大，因此，暴露在热风中的喷嘴部分，其长度大幅度缩短，加上喷嘴采用陶瓷材质受高温不变形、不弯曲、使用寿命长，这为喷嘴保持工厂制造条件下的精确重复定位提供了可能性，这将使煤粉与热风的混合方式具有重现性。因此，可以根据实验研究和数值模拟计算，取得可预测的喷吹混合最佳结果。这从根本上克服了现有喷吹方式的缺陷，不再出现喷枪枪头的不确定性问题，使喷煤操作无需人员日夜巡视和调整。根据现有技术的实践表明，现有喷枪无论采用喷涂或者镶嵌陶瓷材料，均能够提高其使用寿命，因此，本发明采用的喷嘴完全采用陶瓷材质，其寿命得以提高。

(3)提高了直吹管的寿命，降低了散热损失。本发明提出的插枪位置已经退至直吹管中部，距现有位置至少一个风口通道以上的长度，此处耐材厚度是现有位置耐材厚度的1倍以上；由于本发明采用的喷枪显著缩短，无需增大插枪孔直径，同时成倍减少了插枪孔与耐材相贯线的长度，这些因素均可降低插枪孔对耐材整体性的破坏，加上无需增加保护套管，减少了直吹管的散热面积，因此，本发明可显著提高直吹管的寿命，降低散热损失。

(4)基于上述(2)所述原因，喷入直吹管内的煤粉与热风间的混合，可以通过实验研究和数值模拟计算方式得以确定，并具有始终一贯性，因此，完全可以设计和制造出煤粉不与风口接触的喷嘴布置最佳形式，从而从根本上消除喷煤磨损风口的老大难问题。本发明还使用了带预热功能的直吹管技术，其小口径的预燃器出口，也旨在消除煤粉对风口的磨损。

(5)适合于氧煤枪的应用，可进一步推动喷煤技术进步。本发明提出的氧煤枪，其喷嘴是陶瓷材质，使氧煤枪能够满足其自身制造的高温高氧化性环境的使用要求，同时，本发明提出的氧煤枪是在煤股的中心进行富氧，可有效的减缓喷嘴出口处的温度，延长喷嘴的使用寿命，同时也可改善煤股中心的燃烧状况。因此，本发明可进一步推动喷煤技术的进步。

(6)喷嘴可更换，方便调整喷煤参数，实现最优化喷煤。本发明使用的喷枪是组合件，其喷嘴长度大致200mm，是精细加工的配件，精度高、成本低、更换方便。可方便其随高炉风口口径参数的调整而同时调整喷嘴参数。为满足高炉使用各种不同原燃料的要求，可以在现场实践总结和实验室试验基础上，确定和修改这些参数。这为实现精细化、最优化喷煤提供了现实的可能性。

附图说明

图1是图2A-C-A截面视图，为本发明实施例结构示意图。

图2为图1的B-B截面左视图。

图3为喷枪与安装座局部放大图，图中喷枪为富氧喷枪。

图4为各插枪孔中心线空间相切于同一个小直径圆时的B-B截面左视图。

如图中，1为风口，2为预燃器，3为直吹管，4为短喷枪，41为陶瓷喷嘴，5为安装座；6为喷吹入口，7为喷煤孔，8为配合面，9为球阀，10为锁定装置，11为输煤支管，12为分配器，13为输煤管，14为小球阀，15入口连接件，16为氧煤枪、17为细管，18为切线圆。

具体实施方式

如图1所示，一种高炉喷吹煤粉的方法是：在每个风口1的直吹管3上，将各短喷枪4插入各安装座5内，喷吹进高炉的煤粉是从各安装座5侧向所开的喷吹入口6进入，然后通过正对该喷吹入口6在短喷枪4管壁上所开的喷煤孔7到达各短喷枪4内，再由各短喷枪4将煤粉喷吹至热风中，最后随热风一起经风口1再进入高炉。

如图1和图3所示，一种高炉喷吹煤粉的装置，它至少由直吹管3、短喷枪4、安装座5、球阀9、锁定装置10、输煤支管11、分配器12、小球阀14、输煤管13、入口连接件15组成，其中：直吹管3上至少设置三个喷枪安装座5，各安装座5均被焊接在直吹管3壳体上；每一支短喷枪4均分别穿过球阀9、锁定装置10插入一个安装座5内，被锁定装置10固定和密封；每支短喷枪4的头部都伸入直吹管3内，其末端露于锁定装置10之外，为露于大气中的部分；每支短喷枪4管壁上设置的喷煤孔7，对正各安装座5侧面所开的喷吹入口6；在每个喷吹入口6上，安装了一根输煤支管11，各输煤支管11均与一个分配器12相连；分配器12通过输煤管13与至少一个小球阀14相连；在小球阀14后，通过输煤管13连接了一个煤粉入口连接件15，由它实现与现有的煤粉喷吹系统的管路连通。

如图1所示，上述短喷枪4露于大气中的部分，不与输煤支管11相连，是处于被封堵状态；处于安装座5内被密闭的部分，其管壁上开有穿壁的喷煤孔7。【0013】如图3所示，上述短喷枪4露于大气中的部分，是与输送氧气的管子相连，氧气是通过内置于短喷枪4内的细管17送达出口，这时短喷枪4是一支氧煤枪16。

如图1和图3所示，上述的短喷枪4总长度大致为1m，其头部是一个耐高温、抗氧化的陶瓷喷嘴41，其长度大致为200mm。

如图3所示，上述的每个安装座5上都设置有两个连通孔，其中：插枪孔的外端面连接了球阀9和锁定装置10，与之连通的喷吹入口6与输送支管相连；插枪孔的中心线指向直吹管3中心线，二者相交的夹角或者空间夹角大于或等于30°本发明优选为40°；喷吹入口6的中心线与直吹管3外轮廓线基本保持平行，并与插枪孔的中心线相交。

如图3所示，上述球阀9是安装在锁定装置10与安装座5之间。在短喷枪4插入安装座5后，靠锁定装置10固定和密封。在短喷枪4拔出后，由球阀9将安装座5的插枪孔密闭。在需要捅堵风口1时，可松开锁定装置10将短喷枪4后移，这使陶瓷喷嘴41缩至直吹管3耐材通道内得以被保护。正常生产期间，无需取出短喷枪4。当必须更换陶瓷喷嘴41时，可松开锁定装置10后拔出短喷枪4，关闭球阀9。通常情况下，短喷枪4随直吹管3安装时一起装卸。

如图2所示，上述的各安装座5，其插枪孔的中心线，呈相交关系时共同相交于直吹管3中心线上的一个点，呈空间夹角关系时是在直吹管3中心线垂直截面上的投影相切于同一个小直径的切线圆18。

如图3所示，上述的短喷枪4和安装座5，在短喷枪4的外管壁和插枪孔通道内壁设置了可以相互接触的配合面8。

如图1所示，上述的直吹管3是采用的一个具有煤粉预燃功能的直吹管，其前端为一个预燃器2，该预燃器2有水冷结构壳体，其出口直径小于风口1入口直径。

如图1中，风口1为现有技术内容，非本发明技术内容。说明书附图1为摘要附图。

Claims (9)

1.一种高炉喷吹煤粉的方法，是在每个风口的直吹管上，将各短喷枪插入各安装座内，其特征在于：喷吹进高炉的煤粉是从各安装座侧向所开的喷吹入口进入，然后通过正对该喷吹入口在短喷枪管壁上所开的喷煤孔到达各短喷枪内，再由各短喷枪将煤粉喷吹至热风中，最后随热风一起经风口再进入高炉。

2.一种高炉喷吹煤粉的装置，其特征在于：它至少由直吹管、短喷枪、安装座、球阀、锁定装置、输煤支管、分配器、小球阀、输煤管、入口连接件组成，其中：直吹管上至少设置三个喷枪安装座，各安装座均被焊接在直吹管壳体上；每一支短喷枪均分别穿过球阀、锁定装置插入一个安装座内，被锁定装置固定和密封；每支短喷枪的头部都伸入直吹管内，其末端露于锁定装置之外；每支短喷枪管壁上设置的喷煤孔，对正各安装座侧面所开的喷吹入口；在每个喷吹入口上，安装了一根输煤支管，各输煤支管均与一个分配器相连；分配器通过输煤管与至少一个小球阀相连；在小球阀后，通过输煤管连接了一个煤粉入口连接件。

3.根据权利要求1和2所述的高炉喷吹煤粉的方法和装置，其特征在于：所述的短喷枪露于大气中的部分，不与输煤支管相连，是处于被封堵状态；处于安装座内被密闭的部分，其管壁上开有穿壁的喷煤孔。

4.根据权利要求1和2所述的高炉喷吹煤粉的方法和装置，其特征在于：所述的短喷枪露于大气中的部分，可与输送氧气的管子相连，氧气是通过内置于短喷枪内的细管送达出口。

5.根据权利要求1和2所述的高炉喷吹煤粉的方法和装置，其特征在于：所述的短喷枪总长度大致为1m，其头部是一个耐高温、抗氧化的陶瓷喷嘴，其长度大致为200mm。

6.根据权利要求1和2所述的高炉喷吹煤粉的方法和装置，其特征在于：所述的每个安装座上都设置有两个连通孔，其中：插枪孔的外端面连接了球阀和锁定装置，与之连通的喷吹入口与输送支管相连；插枪孔的中心线指向直吹管中心线，二者相交的夹角或者空间夹角大于或等于30°；喷吹入口的中心线与直吹管外轮廓线基本保持平行，并与插枪孔的中心线相交。

7.根据权利要求1和2所述的高炉喷吹煤粉的方法和装置，其特征在于：所述的各安装座，其插枪孔的中心线，呈相交关系时共同相交于直吹管中心线上的一个点，呈空间夹角关系时是在直吹管中心线垂直截面上的投影相切于同一个小直径的圆。

8.根据权利要求1和2所述的高炉喷吹煤粉的方法和装置，其特征在于：所述的短喷枪和安装座，在短喷枪的外管壁和插枪孔通道内壁设置了可以相互接触的配合面。

9.根据权利要求1和2所述的高炉喷吹煤粉的方法和装置，其特征在于：所述的直吹管是采用的一个具有煤粉预燃功能的直吹管，其前端为一个预燃器。

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