CN102918346B - 鼓风炉的风口弯头装置 - Google Patents
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Abstract
一种鼓风炉的风口弯头装置（10），包括构造成安装在竖炉壁（12）中的风口本体（20），风口本体（20）包括面向竖炉的内部的前表面（24）和相对的后表面（26），风口通道（28）从后表面（26）延伸至前表面（24）。风口弯头装置（10）还包括连接在风口本体（20）的后表面（26）与热鼓风供应系统（38、39）之间的吹风管（34），吹风管（24）具有连接至风口本体（20）的前部（32）和连接至热鼓风供应系统（38、39）的相对的后部（36）。提供燃料喷枪（40、40’），以用于将燃料供给到竖炉中，并且提供气体喷枪（44、44’），以用于将氧化气体供给至竖炉，燃料喷枪（40、40’）穿过风口本体（20）而布置。根据本发明的一个重要方面，气体喷枪（44、44’）布置在吹风管（34）的后部（36）中，气体喷枪（44、44’）以这样的方式布置：将氧化气体供给到通过吹风管（34）供给的热鼓风流的中部中。
Description
技术领域
本发明总体上涉及鼓风炉的一种新型风口弯头装置（tuyere stockarrangement），特别地用于将热鼓风（hot blast air）供给到鼓风炉中，同时还通过风口弯头装置将燃料和氧气供给至鼓风炉。
背景技术
已由于经济因素而驱使将辅助燃料注入到鼓风炉中。上世纪中叶，由于其低廉的价格，石油是优选的辅助燃料，以降低昂贵的冶金炼焦煤的消耗并且避免了与炼焦厂的扩建相关的资本支出。
由于20世纪70年代的石油危机，已完成考虑到辅助燃料注入的第一次主要重估。尽管从早先的20世纪60年代起已在一些鼓风炉中实践了粉煤注入，然而由于石油价格波动，仅在20世纪80年代对PCI的关注才逐渐增加。
由于能源价格的剧烈增长（包括天然气价格和关于非炼焦煤的脱节价格演变）导致了注入到鼓风炉中的辅助燃料的第二次更近期重估。由于较高的实用性，很可能非炼焦煤的价格在未来也将保持比石油和天然气的价格低。
众所周知的是，将燃料（诸如粉煤或粒煤）注入到热鼓风（其通过多个风口吹入鼓风炉的下部中）中具有多种优点。特别地，不仅通过代替炼焦煤，并且通过提高生产率和鼓风炉操作的即时控制的可能性，煤的注入降低了生产的热金属的总成本。
通常在通向炉子的风口端上游的特定距离处利用燃料喷枪执行将粉煤或粒煤注入到热鼓风中。换言之，煤通过风口中的热空气通道注入。通过燃料喷枪供给的煤悬浮在输送气体中。
考虑到煤注入的所有经济和生态优点，注入高度将持续增加。与较高的注入高度相关的一个主要考虑是煤在鼓风炉中的燃烧行为。回旋区中的无效煤燃烧将导致未燃烧的煤颗粒阻碍装料的空隙空间内的渗透性，并且导致退化的鼓风炉操作降低从而导致产量降低。
为使装载到鼓风炉中的烧焦物减到最少，必须使回旋区中的煤燃烧最大化。这可以通过良好分配的粉煤和富氧热气的改进的混合而实现。由于煤颗粒在回旋区中的停留时间仅在几毫秒的范围内，因此非常迅速地达到燃点是重要的。
特定煤的燃点与煤的种类及其尺寸分布有关，同时还与例如氧浓度、以及热鼓风、氧气、煤输送气体和煤温度等的参数有关。
当将更多的燃料供给到鼓风炉中时，必须增加氧化气体的量，从而保证额外的燃料的适当燃烧。典型地，通过单独的气体喷枪供给额外的氧化气体，该气体喷枪的气体出口邻近燃料喷枪的出口。可替代地，已例如在EP 0 447 908中提议燃料和氧化气体的组合式注入，其中，通过共轴喷枪执行注入，其中，外管围绕内管布置。内管在氧化气体和燃料之间形成隔离壁，直至二者均到达喷枪的出口喷嘴。这样的共轴喷枪通常被称为氧煤喷枪。在EP 0 447 908中，氧化气体被运送到外管中，并且燃料被运送到内管中。
这些系统的一个缺点在于，通过单独的气体喷枪或氧煤喷枪供给的氧化气体是冷的。因此，当氧化气体与燃料相遇时，在已达到氧化气体和燃料的混合物的燃点温度之前，不发生燃料的点燃和燃烧。
还已提议，通过在热炉中加热冷鼓风之前增大冷鼓风中的氧含量来增大热鼓风中的氧含量。通过经由热炉供给额外的氧化气体，氧化气体得以加热并且能以较高的温度通过吹风管运送至燃料。然而，热鼓风中的高氧含量可能导致密封件和其它金属部件燃烧。着火的风险随着氧含量的升高而增大。典型地，热鼓风中的氧流量因此被限制在大约30%。为改进燃料的燃烧状况，然而可能期望较高的氧浓度。
技术问题
本发明的一个目的是提供鼓风炉的改进的风口弯头装置。该目的通过本发明所要求保护的装置而实现。
发明内容
本发明提出了一种竖炉的风口弯头装置，该风口弯头装置包括构造成安装在竖炉壁中的风口本体，该风口本体包括面向竖炉的内部的前表面和相对的后表面，风口通道从后表面延伸至前表面。该风口弯头装置还包括连接在风口本体的后表面与热鼓风供应系统之间的吹风管，该吹风管具有连接至风口本体的前部和连接至热鼓风供应系统的相对的后部。提供燃料喷枪，以用于将燃料供给到竖炉中，该燃料喷枪穿过风口本体而布置，并且提供气体喷枪，以用于将氧化气体供给至竖炉。根据本发明的一个重要方面，气体喷枪布置在吹风管的后部中，气体喷枪以这样的方式布置：将氧化气体供给到通过吹风管供给的热鼓风流的中部中。
通过将氧化气体在吹风管的后部中供给到热鼓风中，氧化气体在它通过吹风管朝着风口本体行进时与热鼓风相接触。通过该接触，氧化气体从热鼓风中获得热量，因此其温度升高。从而使已加热至较高温度的氧化气体与注入的燃料相接触，因此改进燃烧状况。
如果将煤用作燃料，氧化气体的较高温度是特别需要注意的。事实上，虽然煤具有提供高焦炭代替率的优点，但其具有难以点燃的缺点。然而较热的氧化气体改进了煤/燃料混合物的点燃状况并且还确保其简单的且良好的燃烧。
如在介绍中指出的，热鼓风中的较高氧浓度可能导致密封件和其它金属部件燃烧并且增大了着火的风险。根据本发明，由于氧化气体注入到吹风管的后部中，因此这种风险被限制在吹风管，即，装置的位于氧化气体的注入点下游的部分。这种风险不会存在于装置的位于氧化气体的注入点上游的部分（其中包括热炉和环管）中。在吹风管中，因为减少了氧化气体和吹风管壁的直接接触，从而降低了损坏密封件和其它金属部件的风险。事实上，将氧化气体居中地供给到热鼓风中。换言之，热鼓风在氧化气体朝着鼓风炉行进时包围氧化气体。因为热鼓风有利地具有比氧化气体高的粘度，因此注入到热鼓风的中部中的氧化气体趋于保持聚集在中央，即，远离吹风管壁。
本风口弯头装置允许将非常高挥发物（volatile matter，VM）煤用作燃料。事实上，这样的高VM煤需要高氧含量，从而保持足够高的回旋区绝热火焰温度（Raceway Adiabatic Flame Temperature，RAFT）。额外的氧趋于使RAFT升高，而煤的裂化能趋于使RAFT降低。因为高VM煤具有较高的裂化能，从而需要增加的氧浓度来保持RAFT。由于本发明，可以增加氧浓度，因此允许使用高VM煤。
热鼓风供应系统可以包括热鼓风环管和用于连接至吹风管的下行管（downleg）；并且该吹风管在其后部处可以包括肘状件，该肘状件将吹风管连接至下行管。有利地，气体喷枪又布置在肘状件中。这样的肘状件可以包括与吹风管轴向对准的延伸部，该延伸部的一端处布置有视门（peepsight）。将气体喷枪布置在风口弯头装置的肘状件中允许在离风口本体最远的位置处进行氧化气体注入，从而允许氧化气体在热鼓风中的较长停留时间，从而使从热鼓风获得的热量最大化。另外，从肘状件至注入燃料的位置的路径大致是直的，从而使氧化气体保持聚集在热鼓风的中央，并且避免氧化气体与热鼓风过度混合。
气体喷枪优选地以不阻碍视门与风口本体之间的视觉路径的方式布置。然而不应排除其它布置。
根据本发明的一个实施方式，气体喷枪布置成与视门之间的视觉路径平行且共轴，其中，该视觉路径穿过气体喷枪。气体喷枪包括侧部气体进口，以用于将氧化气体供给至气体喷枪。通过以这样的方式布置气体喷枪，供给到气体喷枪中的氧化气体直接在视门的窗前方通过，从而使窗免受冷凝和灰尘影响。事实上，在现有技术的安装中，允许热鼓风从肘状件向上流动至视门的窗。由于热鼓风的较高温度，在视门的窗上形成冷凝。此外，包含在热鼓风中的灰尘颗粒可能沉积在视门的窗上，因此阻碍通过视门观看。气体喷枪的本布置允许较冷的氧化气体越过视门的窗而供给，从而避免了这样的冷凝和灰尘沉积。
根据本发明的一个实施方式，燃料喷枪穿过风口本体而布置，从而将燃料供给到风口通道中，燃料喷枪通向风口通道的侧壁。这允许氧化气体在回旋区内与燃料接触。燃料的燃烧在回旋区内进行，从而使供给到鼓风炉中的未燃烧的燃料减到最少。
根据本发明的另一个实施方式，燃料喷枪穿过风口本体而布置，从而将燃料供给到鼓风炉中，燃料喷枪通向风口本体的前表面。这种装置可以是在于2009年3月24日提交的申请人共同未决申请LU 91 543中公开的类型，将该申请通过引证结合于此，其中，喷枪布置在形成于风口本体中的喷枪通道中，该喷枪通道布置在风口本体的内壁和外壁之间，并且从后表面延伸至前表面，该喷枪通道通向风口本体的前表面。通过将喷枪穿过风口本体布置在这样的喷枪通道中，喷枪不会暴露于来自通过吹风管和风口吹入的热鼓风的热量。因此，不存在喷枪被热鼓风破坏的风险。
通过燃料喷枪供给的燃料优选地是粉煤或粒煤。然而还可以使用粒状塑料、动物油脂或粉末、液体燃料、天然气或废轮胎碎片。
有利地，通过气体喷枪供给的氧化气体是具有高氧含量的气体；优选地，氧化气体基本是纯氧。在本申请的上下中，具有高氧含量的气体将是氧含量至少是80%的气体，并且纯氧是氧含量至少是95%的气体。
供给至吹风管的热鼓风优选地处于1000℃至1300℃之间的温度。氧化气体在到达风口本体时能处于几百摄氏度的温度。
附图说明
现在将参照附图以实例的方式描述本发明的一个优选实施方式，其中：
图1是穿过根据本发明的一个实施方式的风口弯头装置截取的示意图；
图2是穿过根据本发明的另一个实施方式的风口弯头装置截取的示意图；以及
图3是穿过根据本发明的再一个实施方式的风口弯头装置截取的示意图。
具体实施方式
图1示出了用于穿过炉壁12供给热鼓风的风口弯头装置10。该风口弯头装置10包括布置在炉壁12中的风口14。风口14通过风口冷却器16和风口冷却器保持件18保持在位。
风口14具有风口本体20，该风口本体具有外壁22、前表面24和相对的后表面26。风口通道28穿过风口本体20居中布置并且从后表面26延伸至前表面24。风口通道28在风口本体20中形成内壁30。风口14的后表面26构造成接收吹风管34的前部32，该前部通过大致为肘状件37形式的相对的后部36连接至在此由环管38和下行管39表示的热鼓风供给系统。吹风管34构造和布置成将热鼓风从环管38供给至风口通道28以注入到鼓风炉中。
此外，提供燃料喷枪40，以用于在风口高度处将燃料（通常是粉煤或粒煤）供给到鼓风炉中。由于将燃料注入到鼓风炉中，因此能够降低供给到炉中的焦炭的量。因为燃料（诸如煤）通常比焦炭便宜，这导致鼓风炉的运作成本的降低。
根据图1所示的实施方式，燃料喷枪40布置在形成于风口本体20中的喷枪通道42中。这样的喷枪通道42布置在风口本体20的内壁30与外壁22之间，并且从后表面26延伸至前表面24。因此，喷枪通道42通向风口本体20的前表面24。燃料喷枪40通过风口本体20中的喷枪通道42的供给允许防止燃料与风口弯头装置中的热鼓风接触。燃料喷枪40的这种布置使其免受热鼓风的高温，并且从而允许延长其寿命。燃料喷枪40在喷枪通道42中的布置的其它细节和优点可以在申请人的共同未决申请LU 91 543中找到。
为了促进燃料的燃烧，通常提供气体喷枪，以向燃料供给氧化气体，诸如氧气。这样的气体喷枪可以是单独的喷枪的形式或者结合在燃料喷枪内。这样的一体式喷枪是共轴的喷枪，这些喷枪包括用于运送燃料和氧化气体同时使它们保持分离直至它们到达喷枪的顶端的两个同心管。
与气体喷枪布置成将氧化气体直接供给至注入的燃料或者至少邻近注入的燃料的现有技术系统相反，本发明人已发现，提供布置在吹风管34的肘状件37中的单独的气体喷枪44是有利的。这样的气体喷枪44布置成将氧化气体居中地供给到通过吹风管34供给的热鼓风流中。热鼓风在氧化气体通过吹风管34朝着风口20行进时包围氧化气体。通过将氧化气体注入到吹风管34的肘状件37中的热鼓风中，实际上将氧化气体注入到离风口20最远的位置中，但仍与吹风管34轴向对准。因此，使氧化气体在热鼓风中的停留时间最大化，这又使从周围的热鼓风获得的热量最大化。氧化气体的路径和吹风管轴向对准是重要的，以保持氧化气体居中地聚集在热鼓风流中，即，使氧化气体在热鼓风中的不期望混合最小化。事实上，流路的弯曲引发迫使两种气体混合的湍流。
吹风管34的肘状件37通常包括与吹风管34轴向对准的延伸部46。通常在延伸部46的端部处布置有视门48。这样的视门48可以用于通过吹风管34向下观看风口通道28并且观察火焰在风口20的顶端处的燃烧。可以通过视门48监控鼓风炉中的燃烧情况。在一些情况下，风口20的出口可能变得堵塞。这样的堵塞也能通过查看视门48而发现。
根据图1所示的实施方式，气体喷枪44从延伸部46上方插入到肘状件37中。气体喷枪44的出口端50穿过吹风管34居中地布置在气体通道52中。气体喷枪44的定向使得在出口端50处，氧化气体的流向与热鼓风的流向平行，优选地共轴。
图2示出了具有用于燃料喷枪40的可替代装置和用于气体喷枪44的可替代装置的本发明的第二实施方式。该第二实施方式的大多数特征与图1所示的实施方式相同，并且因此在下文中将不做进一步详细说明。相同参考标记指代相同部件。
根据图2所示的实施方式，燃料喷枪40’布置在形成于风口本体20中的喷枪通道42’中。这样的喷枪通道42’以一角度从外壁22延伸至内壁30。因此，喷枪通道42’通向风口本体20的内壁30，并且将燃料供给到风口通道28中。注入到风口通道28中的燃料与通过风口通道28吹入的氧化气体相接触，并且在风口通道28中点燃。
根据图2所示的实施方式，气体喷枪44’从延伸部46下方插入到肘状件37中。气体喷枪44’的定向使得氧化气体的流向直接朝着热鼓风流的中央。该布置使得气体喷枪44’不会导致阻碍通过风口通道28对运行状况的视觉监控。
如果不需要视门，气体喷枪还可以直接穿过延伸部46供给。这将例如允许气体喷枪与吹风管共轴。
图3示出了具有用于气体喷枪44的可替代装置的本发明的第三实施方式。该第三实施方式的大多数特征与图2所示的实施方式相同，并且因此在下文中将不做进一步详细说明。相同参考标记指代相同部件。
根据图3所示的实施方式，气体喷枪44”穿过延伸部46插入到肘状件37中。气体喷枪44”布置成使得其与视门48和风口本体20之间的视觉路径平行且共轴。换言之，该视觉路径穿过气体喷枪44”。在气体喷枪44”的接近视门48的端部处，布置有分配室54，该分配室具有侧部气体进口56，以用于将氧化气体供给至气体喷枪44”。该分配室54使来自氧化气体供给管58的氧化气体改变方向而进入到气体喷枪44”中。当氧化气体穿过分配室54时，其在视门48的窗前方流动，因此使窗免受冷凝和灰尘影响。
应当注意的是，用于燃料喷枪40的可替代装置与用于气体喷枪44的可替代装置决无关联。事实上，燃料喷枪装置可以完全独立于气体喷枪装置而选择。还应当注意的是，用于燃料喷枪40、40’和气体喷枪44、44’的所示装置并非旨在是详尽的。
参考标号说明
| 10风口弯头装置 | 39下行管 |
| 12炉壁 | 40燃料喷枪 |
| 14风口 | 40’燃料喷枪 |
| 16风口冷却器 | 42喷枪通道 |
| 18风口冷却器保持件 | 42’喷枪通道 |
| 20风口本体 | 44气体喷枪 |
| 22外壁 | 44’气体喷枪 |
| 24前表面 | 46延伸部 |
| 26后表面 | 48视门 |
| 28风口通道 | 50出口端 |
| 30内壁 | 52气体通道 |
| 32前部 | 54分配室 |
| 34吹风管 | 56侧部气体进口 |
| 36后部 | 58氧化气体供给管 |
| 37肘状件 | |
| 38环管 |
Claims (24)
1.一种竖炉的风口弯头装置，所述风口弯头装置包括：
风口本体，构造成安装在竖炉壁中，所述风口本体包括面向所述竖炉的内部的前表面以及相对的后表面，风口通道从所述后表面延伸至所述前表面；
吹风管，连接在所述风口本体的所述后表面与热鼓风供应系统之间，所述吹风管具有连接至所述风口本体的前部以及连接至所述热鼓风供应系统的相对的后部；
燃料喷枪，用于将燃料供给到所述竖炉中，所述燃料喷枪穿过所述风口本体而布置；以及
气体喷枪，用于将氧化气体供给至所述竖炉，
其特征在于，
所述气体喷枪布置在所述吹风管的所述后部中，所述气体喷枪以这样的方式布置：将所述氧化气体供给到通过所述吹风管供给的热鼓风流的中部中。
2.根据权利要求1所述的风口弯头装置，
其中，所述热鼓风具有比所述氧化气体高的粘度。
3.根据权利要求1或2所述的风口弯头装置，
其中，所述热鼓风供应系统包括热鼓风环管以及用于连接至所述吹风管的下行管；并且
其中，所述吹风管在所述吹风管的所述后部处包括肘状件，所述肘状件将所述吹风管连接至所述下行管。
4.根据权利要求3所述的风口弯头装置，
其中，所述气体喷枪布置在所述肘状件中。
5.根据权利要求3所述的风口弯头装置，
其中，所述肘状件包括与所述吹风管轴向对准的延伸部，所述延伸部的一端处布置有视门。
6.根据权利要求4所述的风口弯头装置，
其中，所述肘状件包括与所述吹风管轴向对准的延伸部，所述延伸部的一端处布置有视门。
7.根据权利要求5所述的风口弯头装置，
其中，所述气体喷枪以不阻碍所述视门与所述风口本体之间的视觉路径的方式布置。
8.根据权利要求5所述的风口弯头装置，
其中，所述气体喷枪布置成与所述视门和所述风口本体之间的视觉路径平行且共轴，所述视觉路径穿过所述气体喷枪，
其中，所述气体喷枪包括侧部气体进口，以用于将氧化气体供给至所述气体喷枪。
9.根据权利要求6所述的风口弯头装置，
其中，所述气体喷枪以不阻碍所述视门与所述风口本体之间的视觉路径的方式布置。
10.根据权利要求6所述的风口弯头装置，
其中，所述气体喷枪布置成与所述视门和所述风口本体之间的视觉路径平行且共轴，所述视觉路径穿过所述气体喷枪，
其中，所述气体喷枪包括侧部气体进口，以用于将氧化气体供给至所述气体喷枪。
11.根据权利要求1所述的风口弯头装置，
其中，所述燃料喷枪穿过所述风口本体而布置，从而将燃料供给到所述风口通道中，所述燃料喷枪通向所述风口通道的侧壁。
12.根据权利要求10所述的风口弯头装置，
其中，所述燃料喷枪穿过所述风口本体而布置，从而将燃料供给到所述风口通道中，所述燃料喷枪通向所述风口通道的侧壁。
13.根据权利要求1所述的风口弯头装置，
其中，所述燃料喷枪穿过所述风口本体而布置，从而将燃料供给到所述鼓风炉中，所述燃料喷枪通向所述风口本体的所述前表面。
14.根据权利要求12所述的风口弯头装置，
其中，所述燃料喷枪穿过所述风口本体而布置，从而将燃料供给到所述鼓风炉中，所述燃料喷枪通向所述风口本体的所述前表面。
15.根据权利要求1所述的风口弯头装置，
其中，通过所述燃料喷枪供给的所述燃料是以下中的一种：粉煤、粒煤、粒状塑料、动物油脂、动物粉末、液体燃料、天然气以及废轮胎碎片。
16.根据权利要求14所述的风口弯头装置，
其中，通过所述燃料喷枪供给的所述燃料是以下中的一种：粉煤、粒煤、粒状塑料、动物油脂、动物粉末、液体燃料、天然气以及废轮胎碎片。
17.根据权利要求1所述的风口弯头装置，
其中，通过所述气体喷枪供给的所述氧化气体是具有高氧含量的气体。
18.根据权利要求17所述的风口弯头装置，
其中，所述氧化气体基本是纯氧。
19.根据权利要求16所述的风口弯头装置，
其中，通过所述气体喷枪供给的所述氧化气体是具有高氧含量的气体。
20.根据权利要求19所述的风口弯头装置，
其中，所述氧化气体基本是纯氧。
21.根据权利要求1所述的风口弯头装置，
其中，供给至所述吹风管的所述热鼓风处于1000℃至1300℃之间的温度。
22.根据权利要求20所述的风口弯头装置，
其中，供给至所述吹风管的所述热鼓风处于1000℃至1300℃之间的温度。
23.根据权利要求1所述的风口弯头装置，
其中，所述氧化气体在到达所述风口本体时处于几百摄氏度的温度。
24.根据权利要求22所述的风口弯头装置，
其中，所述氧化气体在到达所述风口本体时处于几百摄氏度的温度。
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