CN103088173A - 一种高炉喷煤装置及其安装与运行的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种高炉喷煤装置，是直接在喷枪上增加保护套管，在喷枪出口处安装一个燃烧器，并将它们先安装于送风装置上，然后随同送风装置一起进行安装和投入使用；在高炉运行过程中，无论是否进行喷煤，都不可能将其拔出。本发明完全改变现有的在线插枪喷煤方式，可采用燃烧器在风口小尺寸限制的条件下，最大程度地改善煤粉与热风之间的混合，从而改变煤粉燃烧的动力学条件，能大幅度地提高高炉喷吹煤粉的燃烧效率和数量。

Description

一种高炉喷煤装置及其安装与运行的方法

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，尤其是一种高炉喷煤装置及其安装与运行的方法。

背景技术

现有的高炉喷煤装置，是基于在线向高炉送风装置内插入喷煤枪、在风口通道内向热风中进行喷煤的方法而形成的。此种方法自1926年产生第一个喷煤专利时起，使用至今。其原因是：喷枪在所处热风或者富氧热风中，外表承受高温氧化，内部承受煤粉磨损，寿命短，需要在不停炉的情况下进行更换。因此，在有需要频繁换枪的预期下，此种方法难以改变。这直接造成了现有高炉喷煤装置总体上没有大的技术进步空间，也造成现有提高喷煤量多依靠改善煤质性能的方式来实现，限制了高炉喷煤量继续提升的空间。

随着高炉现代化装备水平的提高，高炉使用的热风温度已达1300℃。此种情况下，插入送风装置中的喷枪，由于它仅仅是一根未带或者稍有防护措施的钢管，因此其寿命越来越短。在使用高风温的现代化的高炉上，为解决喷枪寿命问题，多采用了空气冷却的套管喷枪；同时，为了防止煤粉磨损风口，通常将喷枪头部弯曲10°～11°，弯曲部分的长度已长达150～170mm，甚至更长。此种情况的变化，使得喷枪越来越粗，进行喷枪插枪操作所需要的空间越来越大，送风装置内预留的插枪通道直径已从常规的40mm，增加至80mm；再加上现代化的高炉其炉内压力越来越高，这实际上已经使现有插枪方法难以继续在线操作，已经不能满足在不停炉的条件下的正常换枪的安全操作要求。正因如此，现有大型高炉，均旨在提高喷枪寿命至高炉的一个检修周期，在高炉实行计划检修时，统一更换喷枪；平常高炉正常生产时，不再进行换枪操作。

通过改变现有的喷煤装置，以增加煤粉燃烧时间、提高煤粉温度、改善煤粉与热风间的混合，均可从煤粉燃烧的动力学角度，大幅度提高喷吹煤粉的燃烧效率，从而提高高炉喷吹煤粉的数量和置换比。基于此种设想的技术发明，最新的典型的是中国专利申请201110221318.9，它公开了一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法和装置。它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。但经过实践表明，该专利技术忽视了煤粉预燃装置内的结焦和结渣问题，最终会造成煤粉预燃装置因此而与喷枪粘连。

基于改善喷枪出口处煤粉分散喷射于热风中的状况，来提高喷吹煤粉的燃烧效率，其专利技术较多。比如：中国专利ZL94201862.1、ZL96238333.3、ZL201020542209.8等多以此为目的。但遗憾的是，这些专利技术，均是立足于现有的在线插枪方式，在枪头小尺寸范围叠加旋流器，这将造成喷枪容易堵塞、难以在生产中加以实际应用。即使得以应用，也将难以取得实际效果。因为，在喷枪头部小尺寸范围，即使不堵塞喷枪，由于煤粉的出口速度远小于热风速度，煤粉将被热风气流约束难于散开，同时在煤粉流股的中心也不会有热风进入，难以显著提高煤粉的燃烧率。

发明内容

本发明提出的一种高炉喷煤装置，是在改变现有在线插枪喷煤方式的前提下，直接在喷枪上增加保护套管，在喷枪出口处安装一个燃烧器，从而使煤粉能大幅度地分散喷射于热风中，同时，也使喷枪不受热风气流的直接冲击，大幅度提高喷枪的使用寿命。本发明同时提出了高炉喷煤装置安装的方法和运行的方法。

一种高炉喷煤装置，至少由风口、送风装置、喷枪、保护套管、燃烧器、密封装置组成，其特征在于：燃烧器安装于喷枪的出口端，保护套管紧接燃烧器，被固定在喷枪上，将喷枪裸露于送风装置热风通道内的部分完全覆盖，使得喷枪免受热风气流冲击；在风口通道内，燃烧器的轴线与风口通道的中心线是平行的，或者是接近于平行的；在燃烧器上，燃烧器的翼片支撑在风口或者送风装置的通道壁上，以防止因自身重量使燃烧器在使用过程中发生下垂；在燃烧器内，设置了与喷枪连通、煤粉向热风中进行分散喷射的煤道及其喷嘴；在燃烧器的前端，设置了热风向燃烧器前中心区域汇集的热风路径或者形状；煤粉在燃烧器的出口处，是被分成细股夹在热风的包围中。

上述的风口是大入口直径的风口，其风口通道是双锥度的，风口通道出口段的锥度大于入口段的锥度。

上述的送风装置，其热风通道内或者有一根共轴套管。

上述的喷枪和送风装置，它们的中心线交点的位置，比现有位置向后移动了150mm以上。

上述的燃烧器、喷枪和保护套管是散件，或者是在工厂组装生产的成套件。

上述的保护套管，是采用耐高温、抗氧化的陶瓷材料材质，优选的是氮化硅结合的碳化硅、或者是重结晶的碳化硅。

上述燃烧器安装于喷枪出口端，是通过喷枪与燃烧器的安装座间进行螺纹连接、或者焊接、或者螺纹连接后再焊接来实现的。

上述燃烧器的翼片至少为一片，它是燃烧器的后套的一部分。它在燃烧器后套圆周上的方位，是随喷枪在送风装置上所处方位的变化而改变。

上述燃烧器至少是由安装座、后套、内套、喷嘴组成，其中：安装座是耐热不锈钢材质，内套和后套均是耐高温、抗氧化的陶瓷材料材质，而喷嘴是耐热不锈钢或者是陶瓷材料，所优选的陶瓷材料是氮化硅结合的碳化硅、或者是重结晶的碳化硅。

上述的与喷枪连通、煤粉向热风中进行分散喷射的煤道，是数个放射状的小孔，或者是一条或者多条放射状的环缝，或者是呈交叉状“Y”形或者“十”字形的放射状窄缝。

上述燃烧器的前端，在喷嘴和前套上同时开有汇集于燃烧器前端中心风嘴的数个风道，成为热风向燃烧器前中心区域汇集的热风路径；或者是直接将喷嘴内的数个分散喷射的煤道，设计成独立的圆管形状，各圆管之间形成的空间，成为热风向燃烧器前中心区域汇集的热风路径。这可使煤粉在燃烧器的出口处，被分成细股夹在热风的包围中。

一种高炉喷煤装置的安装方法，是先将燃烧器、喷枪、保护套管装配成为整体组件，然后从送风装置的出口处，将整体组件插入送风装置的插枪通道或者共轴管中，再穿出装配法兰和密封装置；或者是先将喷枪从密封装置和装配法兰处插入，穿过插枪通道或者共轴管，伸至送风装置的出口外，再将保护套管固定在喷枪上，最后将燃烧器连接在喷枪的出口处；在送风装置安装至风口上之前，再先将燃烧器最大程度的收缩于送风装置内，防止安装时被风口碰撞；在送风装置进行安装时，燃烧器、喷枪、保护套管是随送风装置一起安装的；送风装置安装结束后，再调整喷枪，使燃烧器的翼片朝下、垂直竖立在风口或者送风装置的通道内，并尽可能使燃烧器的中心线与风口通道的中心线保持重合或者一致；最后，锁紧密封装置，将喷枪接入炉前各自的喷煤支管系统。

一种高炉喷煤装置的运行方法，是在高炉运行过程中，无论是否进行喷煤，燃烧器、保护套管、喷枪始终在送风装置中，不可能将其拔出。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提出的高炉喷煤装置，是先安装于送风装置上，然后随同送风装置一起进行安装和投入使用；在高炉运行过程中，无论是否进行喷煤，燃烧器、保护套管、喷枪始终在送风装置中，不可能将其拔出。这完全改变现有的在线插枪喷煤方式，为高炉喷煤技术进步提供了新的途径，为高炉喷吹煤粉的强化燃烧提供了新手段。

(2)本发明提出的高炉喷煤装置，所采用燃烧器，是将现有喷枪单股煤粉流股分散为有利于煤粉向热风中进行分散喷射的煤道，比如：多孔、环缝或者呈“十”字形的窄缝等，再向热风中进行喷吹，可在风口尺寸限制的条件下，最大程度地改善煤粉与热风之间的混合，从而改变煤粉燃烧的动力学条件，能大幅度地提高高炉喷吹煤粉的燃烧效率。

(3)本发明提出的高炉喷煤装置，所采用燃烧器，在其燃烧器的前端，设置了有利于热风向燃烧器前中心区域汇集的热风路径或者形状，因此，从燃烧器喷射出来的煤粉，是被分流成了细股，其每股煤粉之间均有热风参与混合和燃烧，这彻底改变了现有煤粉流股的中心没有热风进入的现状，改变了煤粉燃烧的动力学条件，能大幅度地提高高炉喷吹煤粉的燃烧效率。

(4)本发明提出的高炉喷煤装置，采用保护套管将喷枪裸露于送风装置热风通道内的部分完全覆盖，使得喷枪免受热风气流冲击，这样将彻底改变现有喷枪因为裸露所造成的高温氧化问题，同时将显著降低喷枪表面的实际温度，大幅度的提高了喷枪承受煤粉磨损的能力和使用寿命。

(5)本发明提出的高炉喷煤装置，所采用的燃烧器采用耐热不锈钢和耐高温、抗氧化的陶瓷材料构成，在陶瓷材料特别是在氮化硅结合的碳化硅、或者是重结晶的碳化硅的前套、后套保护下，燃烧器的寿命将大大超过现有未带或者稍有防护措施的套管式喷枪的使用寿命，完全可以满足高炉1～2个计划检修周期实行定期更换的要求，因此，本发明在实际生产中，具有实用性、可靠性和安全性。

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中A局部放大视图。

图4为图3中C向视图。

图5为实施例3的示意图。

图6为图5中B局部放大视图。

图7为图6中D向视图。

图8为其他形状的燃烧器示意图。

图9为图8中E向视图。

图10为实施例1的安装过程示意图。

如图中，1为风口，2为送风装置，3为喷枪，4为燃烧器，5为保护套管，6为装配法兰，7为密封装置，8为共轴套管，9为后套，10为翼片，11为安装座，12为内套，13为喷嘴，14为前套，15为煤道，16为风道，17为中心风嘴。

具体实施方式

如图1为实施例1，是燃烧器4的翼片10支撑在风口1通道壁上，为典型实施例。

如图1所示，高炉喷煤装置至少由风口1、送风装置2、喷枪3、保护套管5、燃烧器4、密封装置7组成，燃烧器4安装于喷枪3的出口端，保护套管5紧接燃烧器4，被固定在喷枪3上，将喷枪3裸露于送风装置2热风通道内的部分完全覆盖，使得喷枪3免受热风气流冲击。在风口1通道内，燃烧器4的轴线与风口1通道的中心线是平行的，或者是接近于平行的。在燃烧器4上，燃烧器4的翼片10支撑在风口1的通道壁上，以防止因自身重量使燃烧器4在使用过程中发生下垂。

如图2为实施例2，所采用的送风装置2，其热风通道内有一根共轴套管8。此例中，燃烧器4的翼片10也支撑在风口1通道壁上。

图3是燃烧器4的内部结构示意图。如图3所示，燃烧器4是由安装座11、后套9、内套12、喷嘴13、前套14组成，其中：安装座11是耐热不锈钢材质，内套12和后套9均是耐高温、抗氧化的陶瓷材料材质，而喷嘴13、前套14是耐热不锈钢或者是陶瓷材料，所优选的陶瓷材料是氮化硅结合的碳化硅、或者是重结晶的碳化硅。

如图3所示，在燃烧器4内，喷嘴13是与喷枪3连通的；喷嘴13上所设置的煤粉向热风中进行分散喷射的煤道15，是从圆形逐步过渡到3个放射状的小孔道。它把从喷枪3来的单股煤粉，分成3股，分别从燃烧器4中心线上向前呈锐角夹角散射于热风中，这是本发明首次提出的高炉喷煤装置和燃烧器4的重要特征，可以大幅度的提高煤粉在热风中的分散程度，强化煤粉与热风间的混合与燃烧。如图3中的喷嘴13，所设置的互呈锐角夹角的散射状煤道15，可设置多孔，如4孔或者5孔等。

如图3中，在燃烧器4的前端，在喷嘴13和前套14上，共同设置了交汇于燃烧器4前端中心风嘴17的3个小风道16。该风道16是热风向燃烧器4前的中心区域汇集的路径。当喷嘴13增加散射状煤道15数目时，该风道16的数目随之增加。

如图5为实施例3，其燃烧器4的翼片10支撑在送风装置2的通道壁上，并采用了另一种形状的燃烧器4。

图6是另一种形状的燃烧器4的内部结构示意图。在组成上，它比图3所示的燃烧器4省去了前套14。在它的前端部分，其喷嘴13设计成了特殊形状，即将喷嘴13上的4个分散喷射的煤道15，设计成了4个共交点、分别从燃烧器4中心线上向前呈锐角夹角散射的独立的圆管。各圆管之间所形成的空间，成为热风向燃烧器4前中心区域汇集的热风路径。这种形式的燃烧器4，与如图3中的燃烧器4汇集热风于中心的方式有所不同，它是依靠燃烧器4喷嘴13的形状改变，来使热风向燃烧器4前中心区域汇集的。

如图3、4和图6、7所示，燃烧器4的翼片10至少为一片，它是燃烧器4的后套9的一部分。在采用3片翼片时，可大幅度提高燃烧器在热风中的稳定性和使用寿命，适宜在热风温度在＞1200℃的高风温条件下使用。

图8、9所示的是其他形状的燃烧器4示意图。

如图8所示，在燃烧器4内，所设置的煤粉向热风中进行分散喷射的煤道15，是由圆形逐步过渡到“Y”形的散射状窄缝通道，而其喷嘴13和前套14的形状也是从圆形逐步过渡到“Y”形。因此，此燃烧器4前端部分的“Y”形形状，将使热风从边缘扩散至燃烧器4中心区域，将从燃烧器4“Y”形的散射状窄缝通道所喷出的煤粉完全包围。因此，此燃烧器4与图6所示的燃烧器4一样，是依靠燃烧器4前端的形状改变，来使热风向燃烧器4前中心区域汇集的。在如图8中，其前套14是可以被去除的。

如图9所示，燃烧器4的翼片10是处于不同的方位。燃烧器4的翼片10在燃烧器4后套9圆周上的方位，是随喷枪3在送风装置2上所处方位的变化而改变。上述各图中所示方位，仅为举例。

由此可见，如图3、6、8所示，所述的煤粉向热风中进行分散喷射的煤道15，是从圆形逐步过渡到数个放射状的小孔道，或者是由圆形逐步过渡到“Y”形或者“十”字形的散射状窄缝通道。当然，所述的煤粉向热风中进行分散喷射的煤道15，抑或是其他形状，比如：或者是一条或者多条散射状的环缝，在此不逐一举例。

在如图1中，喷枪3和送风装置2的中心线交点的位置，比现有位置向后移动150mm以上。而如图5中，喷枪3和送风装置2的中心线交点的位置，已经退至送风装置2的热风通道内。

在上述实施例中，如图1、2、5所示，高炉喷煤装置所采用的风口1是大入口直径的风口1，其风口1通道是双锥度的，风口1通道出口段的锥度大于入口段的锥度。

在上述实施例中，如图1、2、5所示，高炉喷煤装置所采用的燃烧器4、喷枪3和保护套管5是散件，或者是在工厂组装生产的成套件。

在上述实施例中，如图1、2、5所示，高炉喷煤装置所采用的保护套管5，是采用耐高温、抗氧化的陶瓷材料材质，优选的是氮化硅结合的碳化硅、或者是重结晶的碳化硅。

在上述实施例中，如图3、6所示，所述燃烧器4安装于喷枪3出口端，是通过喷枪3与燃烧器4的安装座11间进行螺纹连接、或者焊接、或者螺纹连接后再焊接来实现的。

图10为燃烧器4安装至送风装置2上、待安装至风口1上之前的过程示意图。如图10所示，高炉喷煤装置的安装方法，是先将燃烧器4、喷枪3、保护套管5装配成为整体组件，然后从送风装置2的出口处，将整体组件插入送风装置2的插枪通道或者共轴管中，再穿出装配法兰6和密封装置7；或者是先将喷枪3从密封装置7和装配法兰6处插入，穿过插枪通道或者共轴套管8，伸至送风装置2的出口外，再将保护套管5固定在喷枪3上，最后将燃烧器4连接在喷枪3的出口处；在送风装置2安装至风口1上之前，再先将燃烧器4最大程度的收缩于送风装置2内，防止安装时被风口1碰撞；在送风装置2进行安装时，燃烧器4、喷枪3、保护套管5是随送风装置2一起安装的；送风装置2安装结束后，再调整喷枪3，使燃烧器4的翼片10朝下、垂直竖立在风口1或者送风装置2的通道内，并尽可能使燃烧器4的中心线与风口1通道的中心线保持重合或者一致；最后，锁紧密封装置7，将喷枪3接入炉前各自的喷煤支管系统。

如图1、2、5所示，本发明的高炉喷煤装置的运行方法，是在高炉运行过程中，无论是否进行喷煤，燃烧器4、保护套管5、喷枪3始终在送风装置2中，不可能将其拔出。

说明书附图1为摘要附图。说明书中，所述的炉前各自的喷煤支管系统是现有技术内容，非本发明的内容。

Claims (10)

1.一种高炉喷煤装置，至少由风口、送风装置、喷枪、保护套管、燃烧器、密封装置组成，其特征在于：燃烧器安装于喷枪的出口端，保护套管紧接燃烧器，被固定在喷枪上，将喷枪裸露于送风装置热风通道内的部分完全覆盖，使得喷枪免受热风气流冲击；在风口通道内，燃烧器的轴线与风口通道的中心线是平行的，或者是接近于平行的；在燃烧器上，燃烧器的翼片支撑在风口或者送风装置的通道壁上，以防止因自身重量使燃烧器在使用过程中发生下垂；在燃烧器内，设置了与喷枪连通、煤粉向热风中进行分散喷射的煤道及其喷嘴；在燃烧器的前端，设置了热风向燃烧器前中心区域汇集的热风路径或者形状；煤粉在燃烧器的出口处，被分成细股夹在热风的包围中。

2.根据权利要求1所述的高炉喷煤装置，其特征在于：所述的风口是大入口直径的风口，其风口通道是双锥度的，风口通道出口段的锥度大于入口段的锥度。

3.根据权利要求1所述的高炉喷煤装置，其特征在于：所述的送风装置，其热风通道内或者有一根共轴套管。

4.根据权利要求1所述的高炉喷煤装置，其特征在于：所述的喷枪和送风装置，它们的中心线交点的位置，比现有位置向后移动150mm以上。

5.根据权利要求1所述的高炉喷煤装置，其特征在于：所述的燃烧器、喷枪和保护套管是散件，或者是在工厂组装生产的成套件。

6.根据权利要求1所述的高炉喷煤装置，其特征在于：所述燃烧器安装于喷枪出口端，是通过喷枪与燃烧器的安装座间进行螺纹连接、或者焊接、或者螺纹连接后再焊接来实现的。

7.根据权利要求1所述的高炉喷煤装置，其特征在于：所述燃烧器的翼片至少为一片，它是燃烧器的后套的一部分。

8.根据权利要求1所述的高炉喷煤装置，其特征在于：所述燃烧器至少是由安装座、后套、内套、喷嘴组成，其中：安装座是耐热不锈钢材质，内套和后套均是耐高温、抗氧化的陶瓷材料材质，而喷嘴是耐热不锈钢或者是陶瓷材料，所优选的陶瓷材料是氮化硅结合的碳化硅、或者是重结晶的碳化硅。

9.一种高炉喷煤装置的安装方法，其特征在于：是先将燃烧器、喷枪、保护套管装配成为整体组件，然后从送风装置的出口处，将整体组件插入送风装置的插枪通道或者共轴管中，再穿出装配法兰和密封装置；或者是先将喷枪从密封装置和装配法兰处插入，穿过插枪通道或者共轴管，伸至送风装置的出口外，再将保护套管固定在喷枪上，最后将燃烧器连接在喷枪的出口处；在送风装置安装至风口上之前，再先将燃烧器最大程度的收缩于送风装置内，防止安装时被风口碰撞；在送风装置进行安装时，燃烧器、喷枪、保护套管是随送风装置一起安装的；送风装置安装结束后，再调整喷枪，使燃烧器的翼片朝下、垂直竖立在风口或者送风装置的通道内，并尽可能使燃烧器的中心线与风口通道的中心线保持重合或者一致；最后，锁紧密封装置，将喷枪接入炉前各自的喷煤支管系统。

10.一种高炉喷煤装置的运行方法，其特征在于：在高炉运行过程中，无论是否进行喷煤，燃烧器、保护套管、喷枪始终在送风装置中，不可能将其拔出。

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