CN102758035A - 一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹用喷枪及喷吹方法 - Google Patents

Abstract

一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹用喷枪及喷吹方法，其特征是，包括：直吹管，为一设置气流通道的直管，后端为吹入端，前端为吹出端；塑料预热预旋腔，呈圆环形，套置在直吹管的外围，且其连通设有塑料颗粒喷嘴；预混腔，呈圆环形，也套置在直吹管的外围，且位于塑料预热预旋腔前方，其连通有多个煤粉喷嘴；热解气输送管，设置有多根，将所述塑料预热预旋腔与所述的预混腔连通；预混腔向后延伸出多根混合料输送管，混合料输送管另一端与直吹管的后端连通。在喷吹过程中，形成气固流场预混状态，进而废旧塑料迅速热解成为气体与煤粉一起燃烧提供热能，这样不仅能解决塑料堵塞喷枪口问题，又不必对现有喷吹系统进行大的改造，投入成本低，易实施。

Description

一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹用喷枪及喷吹方法

技术领域

本发明涉及一种高炉煤粉喷吹技术领域，尤其是一种利用废旧塑料热解气替代部分煤粉的喷吹装置及喷吹方法。 

背景技术

煤粉喷吹燃烧提供热能的方法在各种热能动力生产中得到广泛应用，尤以高炉炼铁过程中的燃料喷吹应用突出， 

面对日益高涨的用煤量，以及煤炭资源的过度使用和排放限制，传统的高炉喷煤作为热能来源的现状必须有所改观。 

近些年，国内研究重点在降低煤粉着火点、减少未燃煤粉、改进喷枪等方面，提出了多种基于煤粉的喷吹方法。例如： 

1、采用交叉射流，使交叉式双煤枪在煤粉燃烧的模拟试验中得了比单枪高的燃烧率； 

2、对煤粉喷吹部分进行改造，采取喷吹罐底流化上出料经浓相混合输送入喷煤总管，提高了整体设备工作的可靠性； 

3、对贫煤、贫瘦煤的优化处理方法。 

绝大多数国内外喷吹都是在常规鼓风的基础上进行富氧喷煤，这些方法均通过改进工艺和系统组成改善煤炭利用率，减少焦炭比例，一定程度上缓解了炼焦成本和排放，但对于煤炭资源的依赖依然很重，资源消耗量依然难以有效控制。 

另一方面，研究者也在不断寻找新型喷吹燃料，有的学者提出了改善燃煤效率的催化方法，还有的选用石油焦替代部分喷吹用煤，也可改善煤粉的燃 烧性能、降低能耗。分析认为，新型辅助燃剂的开发应充分利用再生或废旧资源，减少不可再生资源的应用，上述方法虽可一定程度减少煤炭资源的依赖，但不能解决其他不可再生资源的消耗。 

随着节能方法和技术的深入研究，国外研究者主要将目光转向更有潜力和可开发性的废旧资源身上，尤其是废旧高分子材料的潜能开发。 

而塑料废弃物能源化处理后可以作为工业热能源的重要补充。常见废旧塑料H/C比高、灰分低，能源化处理为燃料用于生产，为煤炭利用质量的提升，三废排放的减少，能源供应的多元化，提供了新的途径，包括面向高炉喷吹过程的废旧塑料能源化应用。 

但是塑料完全取代煤粉进行喷吹燃烧所需技术和设备投入巨大，对企业生产实施带来很大困难；其次，由于热塑性塑料的特性决定其在直接喷吹过程中会出现粘性堵塞和燃烧不充分的情况。 

现有废旧塑料的喷吹燃烧技术主要集中在以下两种方法：（1）直接将单纯的废旧塑料喷入高炉内。这种方法设备投入大、塑料预处理费用高，且易产生堵枪的后果。（2）将废旧塑料预处理后打碎，与煤粉较高温度下混合，形成共熔物后再破碎，然后随煤粉喷入高炉。这种方法也将混合燃料预处理工艺复杂化，且燃料的混合度不易控制。 

综上所述，高温下废旧塑料与煤粉的复合喷吹燃烧技术的重要目标是强化燃烧，提高混合燃料的燃烧率。直接喷吹塑料颗粒或增加预混设备和工艺再喷入高炉，会带来塑料堵塞、利用率低、投入成本高等难题。面向塑料的热解喷吹燃烧新模式，基于塑料高温软化、热解等特性，针对性开发新的技术和喷吹装置促进本研究的开展，成为急需解决的问题。 

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹用喷枪及喷吹方法，使在喷吹过程中，形成气固流场预 混状态，进而废旧塑料迅速热解成为气体与煤粉一起燃烧提供热能，这样不仅能解决塑料堵塞喷枪口问题，又不必对现有喷吹系统进行大的改造，投入成本低，易实施。 

本发明提供的废旧塑料热解气预混煤粉喷吹用喷枪，包括： 

直吹管，为一设置气流通道的直管，其一端为吹入端并记为后端，另一端为吹出端并记为前端； 

塑料预热预旋腔，呈圆环形，套置在直吹管的外围；与该塑料预热预旋腔连通设有用于喷入塑料颗粒的塑料颗粒喷嘴； 

预混腔，呈圆环形，也套置在直吹管的外围，且位于塑料预热预旋腔的前方；与该预混腔连通设有用于注入煤粉的多个煤粉喷嘴； 

热解气输送管，设置有多根，将所述塑料预热预旋腔与所述的预混腔连通； 

所述的预混腔向后延伸出多根混合料输送管，混合料输送管的另一端与所述直吹管的后端连通。 

优选的：该喷枪中所述的混合料输送管为连续的倾斜设置。 

优选的，所述的直吹管、塑料预热预旋腔、预混腔均为同轴线设置；所述的煤粉喷嘴、热解气输送管、混合料输送管分别绕该轴线均布设置。 

优选的：所述混合料输送管的倾斜角度为12~14°。 

优选的：所述直吹管中气流通道的直径为15~25mm。 

本发明提供的废旧塑料热解气预混煤粉喷吹方法，包括以下步骤： 

a）废旧塑料在预处理后，加工成塑料颗粒； 

b）塑料颗粒由塑料颗粒喷嘴输送进入塑料预热预旋腔，形成旋流，并在该塑料预热预旋腔内快速热解生产烃类热解气体；

c）并通过煤粉喷嘴向预混腔内处注入煤粉；煤粉迅速与塑料颗粒热解产 生的热解气体充分混合； 

d）经预混后的塑料热解气与煤粉经混合料输送管导出，与直吹管导入的压缩空气混合接触，并在直吹管吹出端高温下开始着火，最终混合物随直吹管进入高炉风口，开始燃烧，发生混合燃料的燃烧反应。 

优选的，该方法中，步骤a）中所述塑料颗粒的粒径为3~5mm。 

优选的，步骤b）中塑料颗粒进行所述热解的温度为1200℃。 

优选的：步骤c）中所述的煤粉的颗粒粒径为050~0.75mm。 

优选的：步骤b）中所述塑料颗粒通过风压不小于1.5Mpa的氮气由塑料颗粒喷嘴喷入塑料预热预旋腔；步骤c）中所述煤粉也是通过风压不小于1.5Mpa的氮气注入预混腔。 

本发明的有益效果是： 

（1）本发明中的喷枪更适应废旧塑料/煤粉/氧气的三相预混喷吹技术.， 

（2）通过预热、预混提高了装置中三相混合度，改变混合物喷入燃烧前性态，降低混合物燃点，提高燃烧速度、燃烧率。 

（3）解决了塑料燃烧不充分和堵枪问题。 

提高了高炉绿色低碳性能，强化了燃烧质量，同时解决了废旧塑料环境污染问题和再资源化技术难题，是兼顾社会效益、环境效益和生产效益的综合利用生产方式。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明： 

图1为本发明中喷枪实施例的主视图； 

图2为本发明中喷枪实施例的俯视图； 

图3为本发明中喷枪实施例的左视图。 

图中：1直吹管，2塑料预热预旋腔，3预混腔，4混合料输送管，5煤粉喷嘴，6塑料喷嘴，7热解气输送管。 

具体实施方式

如图1所示，该废旧塑料热解气预混煤粉喷吹用喷枪，主要包括直吹管、塑料预热预旋腔、预混腔、热解气输送管、混合料输送管。 

其中，直吹管为一设置气流通道的直管，其一端为吹入端并记为后端，另一端为吹出端并记为前端。 

塑料预热预旋腔，呈圆环形，套置在直吹管的外围；与该塑料预热预旋腔连通设有用于喷入塑料颗粒的塑料颗粒喷嘴； 

预混腔，呈圆环形，也套置在直吹管的外围，且位于塑料预热预旋腔的前方；与该预混腔连通设有用于注入煤粉的多个煤粉喷嘴； 

热解气输送管，设置有多根，将所述塑料预热预旋腔与所述的预混腔连通； 

所述的预混腔向后延伸出多根混合料输送管，混合料输送管的另一端与所述直吹管的后端连通。 

优选的：该喷枪中所述的混合料输送管为连续的倾斜设置。更进一步的优选：所述混合料输送管的倾斜角度为12~14°。该倾斜设置及倾斜角度的设置有利于混合料的气力输送效率及燃料供给的充分且能有利于三相混合比例及均匀性以及有利于保持三相混合的性态。 

优选的，所述的直吹管、塑料预热预旋腔、预混腔均为同轴线设置；所述的煤粉喷嘴、热解气输送管、混合料输送管分别绕该轴线均布设置。此种同轴及均布设置有利于塑料热解气与煤粉的混合均匀。 

优选的：所述直吹管中气流通道的直径为15~25mm。该直径尺寸对三相混合中氧气的量有影响，从而影响三相混合后的着火点，也对混合后的燃料输送速度有影响。经试验后，决定采用该尺寸效果较佳。 

其利用上述喷枪对废旧塑料热解气预混煤粉实施喷吹的方法，包括以下步 骤： 

a）废旧塑料在预处理后，加工成塑料颗粒； 

b）塑料颗粒由塑料颗粒喷嘴输送进入塑料预热预旋腔，形成旋流，并在该塑料预热预旋腔内快速热解生产烃类热解气体； 

c）煤粉喷嘴向预混腔内处注入煤粉；煤粉迅速与塑料颗粒热解产生的热解气体充分混合； 

d）经预混后的塑料热解气与煤粉经混合料输送管导出，在混合腔出口与直吹管导入的压缩空气混合接触，并在吹出端高温下开始着火，最终混合物随直吹管进入高炉风口，开始燃烧，发生混合燃料的燃烧反应。 

优选的，该方法中，步骤a）中所述塑料颗粒的粒径为3~5mm。该粒径有利于高温热解充分，也有利于气力输送即高风压下喷吹入塑料预热预旋腔。 

优选的，步骤b）中塑料颗粒进行所述热解的温度为1200℃。该温度值有利于使上述塑料颗粒充分热解，不会产生堵枪的现象。 

优选的：步骤c）中所述的煤粉的颗粒粒径为050~0.75mm。该煤粉颗粒的粒径，有利于与热解气、压缩空气混合，且对混合后的料的着火点有影响，有利于降低着火点，有利于燃烧更充分。 

优选的：步骤b）中所述塑料颗粒通过风压不小于1.5Mpa的氮气由塑料颗粒喷嘴喷入塑料预热预旋腔；步骤c）中所述煤粉也是通过风压不小于1.5Mpa的氮气注入预混腔。保证输送效果，不会产生堵塞。而且还有利于物料的混合更均匀，及对物料的混合比产生影响，使得物料性态保持，从而对最终的燃烧效果产生有利影响。 

Claims (10)

1.一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹用喷枪，其特征是，包括：

直吹管，为一设置气流通道的直管，其一端为吹入端并记为后端，另一端为吹出端并记为前端；

塑料预热预旋腔，呈圆环形，套置在直吹管的外围；与该塑料预热预旋腔连通设有用于喷入塑料颗粒的塑料颗粒喷嘴；

预混腔，呈圆环形，也套置在直吹管的外围，且位于塑料预热预旋腔的前方；与该预混腔连通设有用于注入煤粉的多个煤粉喷嘴；

热解气输送管，设置有多根，将所述塑料预热预旋腔与所述的预混腔连通；

所述的预混腔向后延伸出多根混合料输送管，混合料输送管的另一端与所述直吹管的后端连通。

2.根据权利要求1所述的一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹用喷枪，其特征是，所述的混合料输送管为连续的倾斜设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹用喷枪，其特征是，所述的直吹管、塑料预热预旋腔、预混腔均为同轴线设置；所述的煤粉喷嘴、热解气输送管、混合料输送管分别绕该轴线均布设置。

4.根据权利要求2所述的一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹用喷枪，其特征是：所述混合料输送管的倾斜角度为12~14°。

5.根据权利要求1所述的一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹用喷枪，其特征是：所述直吹管中气流通道的直径为15~25mm。

6.一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹方法，其特征是，包括以下步骤：

a）废旧塑料在预处理后，加工成塑料颗粒；

b）塑料颗粒由塑料颗粒喷嘴输送进入塑料预热预旋腔，形成旋流，并在该 塑料预热预旋腔内快速热解生产烃类热解气体；

c）通过煤粉喷嘴向预混腔内处注入煤粉；煤粉迅速与塑料颗粒热解产生的热解气体充分混合；

d）经预混后的塑料热解气与煤粉经混合料输送管导出，与直吹管导入的压缩空气混合接触，并在直吹管的吹出端高温下开始着火，最终混合物随直吹管进入高炉风口，开始燃烧，发生混合燃料的燃烧反应。

7.根据权利要求6所述的一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹方法，其特征是，步骤a）中所述塑料颗粒的粒径为3~5mm。

8.根据权利要求7所述的一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹方法，其特征是，步骤b）中塑料颗粒进行所述热解的温度为1200℃。

9.根据权利要求6或7或8所述的一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹方法，其特征是：步骤c）中所述的煤粉的颗粒粒径为050~0.75mm。

10.根据权利要求7所述的一种废旧塑料热解气预混煤粉喷吹方法，其特征是：步骤b）中所述塑料颗粒通过风压不小于1.5Mpa的氮气由塑料颗粒喷嘴喷入塑料预热预旋腔；步骤c）中所述煤粉也是通过风压不小于1.5Mpa的氮气注入预混腔。 

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