CN104471079A - 高炉设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高炉设备(100)，其具备：高炉主体(110)；从风口将热风喷吹入高炉主体(110)内部的热风喷吹单元(114，115)等；从风口将煤粉(2)供应到高炉主体(110)内部的煤粉供应单元，其中，煤粉(2)是干馏低品位煤而得，煤粉供应单元具备：通过混合空气(106)与惰性气体(102)而成的传送气体(107)将煤粉(2)气流传送到风口的气流传送单元(115～120)；检测风口附近的传送气体(107)的温度的温度传感器(121)；根据温度传感器(121)提供的信息，调节气流传送单元(115～120)的传送气体(107)中空气(106)与惰性气体(102)的混合比例的控制装置(122)。

Description

高炉设备
技术领域
本发明涉及一种高炉设备。
背景技术
高炉设备通过从顶部将铁矿石、石灰石、煤炭等原料装入高炉主体内部，并且从侧部靠下方的风口喷吹热风及作为辅助燃料的煤粉(PulverizedCoal Injection：PCI煤)，从而可由铁矿石制造出生铁。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平4-093512号公报
专利文献2：日本专利特开平10-060508号公报
专利文献3：日本专利特开平11-092809号公报
专利文献4：日本专利特开2007-239019号公报
发明拟解决的问题
作为辅助燃料而被喷吹入高炉主体内部的PCI煤，要求具有较高的燃烧性能，因为如果产生未燃烧碳，该未燃烧碳有可能会阻碍燃烧气体流通，因此，通常使用高品质高价的无烟煤、沥青煤等，这导致了生铁制造成本的上升。
发明内容
鉴于以上情况，本发明的目的在于提供一种可降低生铁制造成本的高炉设备。
为解决上述课题的第一发明涉及的高炉设备，具备：高炉主体；原料装入单元，从顶部将原料装入所述高炉主体内部；热风喷吹单元，从风口将热风喷吹入所述高炉主体内部；煤粉供应单元，从所述风口将煤粉供应到所述高炉主体内部，其特征在于，所述煤粉是干馏低品位煤而得，所述煤粉供应单元具备：气流传送单元，通过混合空气与惰性气体而成的传送气体将所述煤粉气流传送到所述风口；传送气体状态检测单元，检测所述风口附近的所述传送气体的状态；控制单元，根据所述传送气体状态检测单元提供的信息，调节所述气流传送单元的所述传送气体中所述空气与所述惰性气体的混合比例。
第二发明涉及的高炉设备，其特征在于，在第一发明中，所述煤粉供应单元的所述传送气体状态检测单元，用于检测所述传送气体的温度、氧浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度中的至少一种的状态。
第三发明涉及的高炉设备，其特征在于，在第一或第二发明中，所述煤粉供应单元的所述控制单元，用于调节所述气流传送单元的所述传送气体中所述空气与所述惰性气体的混合比例，使所述传送气体的温度达到200～T℃(其中，T为所述低品位煤的干馏温度)。
第四发明涉及的高炉设备，其特征在于，在第一至第三发明的任意一个中，所述煤粉是在400～600℃下经过干馏的煤粉。
第五发明涉及的高炉设备，其特征在于，在第一至第四发明的任意一个中，所述煤粉，直径为100μm以下。
第六发明涉及的高炉设备，其特征在于，在第一至第五发明的任意一个中，所述低品位煤为次烟煤或褐煤。
第七发明涉及的高炉设备，其特征在于，在第一至第六发明的任意一个中，所述惰性气体为氮气、由所述高炉主体排出的废气、使所述废气与空气一起燃烧后的废燃气中的至少一种。
发明效果
根据本发明涉及的高炉设备，由于是通过混合空气与惰性气体而成的传送气体将干馏低品位煤而成的煤粉气流传送到风口，因此可将廉价的低品位煤作为喷吹煤(PCI煤)使用，并且无需设置用于加热传送气体和煤粉的加热器或热交换器等便可提高喷吹煤(PCI煤)的着火性(完全燃烧性)，所以可降低生铁制造成本。此外，随着喷吹煤(PCI煤)的着火性(完全燃烧性)的提高，还可削减喷吹煤(PCI煤)的供应量，从而可进一步降低生铁制造成本。相反，随着喷吹煤(PCI煤)的着火性(完全燃烧性)的提高，还可增加喷吹煤(PCI煤)的供应量，所以还可削减作为原料供应到高炉主体顶部的煤炭(焦炭)的量，从而可进一步降低生铁制造成本。
附图说明
图1是本发明涉及的高炉设备的第一实施方式的主要部分的示意性框图。
图2是图1高炉设备的主要部分的控制系统图。
图3是本发明涉及高炉设备第二实施方式主要部分的示意性框图。
图4是图2高炉设备的主要部分的控制系统图。
具体实施方式
以下根据附图对本发明涉及的高炉设备的实施方式进行说明，但是本发明并不只限定于根据附图所说明的以下实施方式。
<第一实施方式>
根据图1、2对本发明涉及的高炉设备的第一实施方式进行说明。
如图1所示，定量供应铁矿石、石灰石、煤炭等原料1的原料定量供应装置111，与传送该原料1的装入输送机112的传送方向上游侧相连。此装入输送机112的传送方向下游侧，与高炉主体110顶部的炉顶料斗113上方相连。输送热风101(1000～1300℃)的热风输送装置114，与设在所述高炉主体110风口的吹风管115连结。
在所述吹风管115的中途，插入连接着喷枪116的顶端侧。在所述喷枪116的基端侧，连结着输送空气106的鼓风机117的送风口。在所述鼓风机117的送风口与所述喷枪116的基端侧之间，通过流量调节阀118连结着输送氮气等惰性气体102的惰性气体供应源119。
在所述鼓风机117及所述流量调节阀118与所述喷枪116之间，连结着能够将以温度T(400～600℃的范围内)干馏褐煤、次烟煤等低品位煤(劣质煤)后粉碎(直径100μm以下)而成的煤粉2装在里面的供料罐120的下部，该供料罐120，其内部能以惰性气体环境保持，并且可从内部落下供应所述煤粉2。
在所述喷枪116的基端侧的附近，即所述风口的附近，设有检测该喷枪116内温度的传送气体状态检测单元即温度传感器121。如图2所示，所述温度传感器121，与控制单元即控制装置122的输入部电气连接。所述控制装置122的输出部，与所述鼓风机117及所述流量调节阀118电气连接，该控制装置122，可根据所述温度传感器121提供的信息，来控制所述鼓风机117的送风量及所述流量调节阀118的开度(详情后述)。
另外，在本实施方式中，由所述原料定量供应装置111、所述装入输送机112、所述炉顶料斗113等构成原料装入单元，由所述热风输送装置114、所述吹风管115等构成热风喷吹单元，由所述吹风管115、所述喷枪116、所述鼓风机117、所述流量调节阀118、所述惰性气体供应源119、所述供料罐120等构成气流传送单元，由该气流传送单元、所述传送气体状态检测单元、所述控制单元等构成煤粉供应单元。此外，图1中，110a是用来取出熔融生铁(铁水)9的出铁口。
在这种本实施方式涉及的高炉设备100中，由所述原料定量供应装置111定量供应所述原料1，通过所述装入输送机112供应到所述炉顶料斗113内，从而将该原料1装入所述高炉主体110内，另一方面，由所述热风输送装置114将热风101输送到所述吹风管115，并且由所述供料罐120落下供应所述煤粉2。
而且，当启动所述控制装置122时，该控制装置122启动所述鼓风机117，以便由所述鼓风机117输送空气106，并且开启控制所述流量调节阀118，以便由所述惰性气体供应源119输送惰性气体102。
如此，所述煤粉2，通过混合所述空气106与所述惰性气体102而成的传送气体107被气流传送到所述喷枪116。此时，所述煤粉2，由于干馏而反应活性变高，并且所述传送气体107含有氧气，因此一部分在气流传送中与氧气反应而燃烧。因此，上述传送气体107及上述煤粉2通过自我加热而得到预热(200～T℃)。
被气流传送到所述喷枪116的所述煤粉2，通过与所述传送气体107一起被供应到所述吹风管115的内部，并被供应到所述热风输送装置114提供的所述热风101中而燃烧。此时，由于由所述喷枪116喷吹入所述热风101中的所述传送气体107及所述煤粉2已经得到预热(200～T℃)，因此该煤粉2的着火性变快，完全燃烧性变好。
此处，当由所述喷枪116喷吹入所述热风101中的所述传送气体107的温度，即所述风口附近的所述传送气体107的温度低于200℃时，所述控制装置122，为了使向所述喷枪116气流传送中的所述煤粉2的燃烧量增加，根据所述温度传感器121提供的信息，控制所述鼓风机117及所述流量调节阀118，增加所述鼓风机117的送风量并减小所述流量调节阀118的开度，以便在所述传送气体107的流量保持不变的前提下，增加该传送气体107中的氧浓度。
另一方面，当由所述喷枪116喷吹入所述热风101中的所述传送气体107的温度，即所述风口附近的所述传送气体107的温度超过所述T℃时，所述控制装置122，为了使向所述喷枪116气流传送中的所述煤粉2的燃烧量降低，根据所述温度传感器121提供的信息，控制所述鼓风机117及所述流量调节阀118，减少所述鼓风机117的送风量并增大所述流量调节阀118的开度，以便在所述传送气体107的流量保持不变的前提下，降低该传送气体107中的氧浓度。
如此，由所述喷枪116喷吹入所述热风101中并在所述吹风管115内部燃烧的所述煤粉2，变成火焰由所述风口在所述高炉主体110内部形成风口回旋区，使所述高炉主体110内的所述原料1中的煤炭等燃烧。如此，所述原料1中的铁矿石被还原后变成生铁(铁水)9由所述出铁口110a取出。
即，本实施方式所述高炉设备100中，将以温度T(400～600℃的范围内)干馏褐煤、次烟煤等低品位煤(劣质煤)后粉碎(直径100μm以下)而成的煤粉2作为喷吹煤(Pulverized Coal Injection：PCI煤)使用，并且将所述煤粉2气流传送到所述喷枪116的传送气体107采用空气106与惰性气体102的混合气体。
因此，在本实施方式所述高炉设备100中，可将廉价的低品位煤作为喷吹煤(PCI煤)使用，并且无需设置用于加热传送气体107及煤粉2的加热器或热交换器等便可提高喷吹煤(PCI煤)的着火性(完全燃烧性)。
因此，采用本实施方式所述高炉设备100，可降低生铁9的制造成本。
此外，随着喷吹煤(PCI煤)的着火性(完全燃烧性)的提高，可削减喷吹煤(PCI煤)的供应量，从而可进一步降低生铁9制造成本。相反，随着喷吹煤(PCI煤)的着火性(完全燃烧性)的提高，还可增加喷吹煤(PCI煤)的供应量，所以还可削减作为原料1供应到高炉主体110顶部的煤炭(焦炭)的量，从而可进一步降低生铁9的制造成本。
另外，所述传送气体107及所述煤粉2的预热温度优选为200～T(煤粉2的干馏温度)℃的范围。这是因为如果低于200℃，则可能难以充分提高煤粉2的着火性(完全燃烧性)，如果超过T(煤粉2的干馏温度)℃，则由煤粉2产生焦油等热分解物，该热分解物附着到所述喷枪116的内壁面等，从而可能阻塞该喷枪116等。
<第二实施方式>
根据图3，4对本发明涉及的高炉设备的第二实施方式进行说明。另外，对与前面所述实施方式相同的部分，通过使用与前面所述实施方式的说明中所使用符号相同的符号，省略与前面所述实施方式中的说明相同的说明。
如图3所示，所述喷枪116与所述供料罐120之间的该喷枪116的基端附近，连结着分取管线223的基端侧。所述分取管线223的顶端侧，与三通阀224的一个口连接。所述三通阀224的剩余两个口，分别与过滤器装置225A、225B的接入口连接。
所述过滤器装置225A、225B的送出口，与抽吸泵226的抽吸口连接。所述抽吸泵226的送出口，通过返回管线227连接在所述分取管线223的基端侧与所述喷枪116的基端侧之间。所述过滤器装置225A、225B的送出口与所述抽吸泵226的抽吸口之间，设有检测从所述分取管线223分取的所述传送气体107中的一氧化碳浓度的一氧化碳传感器221。
如图4所示，所述一氧化碳传感器221，与控制单元即控制装置222的输入部电气连接。所述控制装置222的输出部，与所述鼓风机117及所述流量调节阀118电气连接，该控制装置222，可根据所述一氧化碳传感器221提供的信息，来控制所述鼓风机117的送风量及所述流量调节阀118的开度(详情后述)。
另外，在本实施方式中，由所述一氧化碳传感器221、所述分取管线223、所述三通阀224、所述过滤器装置225A、225B、所述抽吸泵226、所述返回管线227等构成传送气体状态检测单元，由该传送气体状态检测单元、所述控制单元、所述气流传送单元等构成煤粉供应单元。
在这种本实施方式涉及的高炉设备200中，与上述实施方式的情况相同，将所述原料1装入所述高炉主体110内，另一方面，由所述热风输送装置114将热风101输送到所述吹风管115，并且由所述供料罐120落下供应所述煤粉2。
而且，当开闭操作所述三通阀224，使所述过滤器装置225A、225B中的只有一个(例如过滤器装置225A)与所述分取管线223及所述返回管线227连接，并且启动所述抽吸泵226，启动所述控制装置222时，该控制装置222，与上述实施方式的情况相同，启动所述鼓风机117，以便由所述鼓风机117输送空气106，并且开启控制所述流量调节阀118，以便由所述惰性气体供应源119输送惰性气体102。
如此，所述煤粉2，与上述实施方式的情况相同，通过混合所述空气106与所述惰性气体102而成的传送气体107被气流传送到所述喷枪116，与所述传送气体107一起被供应到所述吹风管115的内部，并被供应到所述热风输送装置114提供的所述热风101中而燃烧。
此处，被气流传送到所述喷枪116的基端侧附近的所述传送气体107，其极少一部分由所述抽吸泵226被分取到分取管线223，经由所述三通阀224在所述过滤器装置225A所述煤粉2等被除去后，在所述一氧化碳传感器221被检测一氧化碳浓度，然后经由所述抽吸泵226由所述返回管线227被送回到所述喷枪116的基端侧附近。
然后，所述控制装置222，根据所述一氧化碳传感器221提供的信息，来控制所述鼓风机117的送风量及所述流量调节阀118的开度。即，所述传送气体107中的一氧化碳浓度是根据所述煤粉2的种类(煤种)、所述煤粉2的供应量、该传送气体107中的氧浓度、该传送气体107的温度基本可以确定的值。
因此，由于可事先确定所述煤粉2的种类(煤种)及供应量，并且可算出上述传送气体107中的氧浓度，故此通过检测上述传送气体107中的一氧化碳浓度，便可求出该传送气体107的温度。
更具体而言，所述控制装置222，根据所述一氧化碳传感器221提供的信息，即取样的所述传送气体107的一氧化碳浓度，换言之，根据所述风口附近的所述传送气体107的一氧化碳浓度等，算出该传送气体107的温度，当该温度低于200℃时，为了使向所述喷枪116气流传送中的所述煤粉2的燃烧量增加，控制所述鼓风机117及所述流量调节阀118，增加所述鼓风机117的送风量并减小所述流量调节阀118的开度，以便在所述传送气体107的流量保持不变的前提下，增加该传送气体107中的氧浓度。
另一方面，当算出的所述温度超过所述T℃时，所述控制装置222，为了使向所述喷枪116气流传送中的所述煤粉2的燃烧量降低，控制所述鼓风机117及所述流量调节阀118，减少所述鼓风机117的送风量并同时增大所述流量调节阀118的开度，以便在所述传送气体107的流量保持不变的前提下，降低该传送气体107中的氧浓度。
如此，与上述实施方式的情况相同，由所述喷枪116喷吹入所述热风101中并在所述吹风管115内部燃烧的所述煤粉2，变成火焰由所述风口在所述高炉主体110内部形成风口回旋区，使所述高炉主体110内的所述原料1中的煤炭等燃烧，可将所述原料1中的铁矿石还原，由所述出铁口110a取出生铁(铁水)9。
另外，随着对所述传送气体107进行取样，所述过滤器装置225A逐渐堵塞，因此取样经过指定时间后，开闭操作所述三通阀224，使只有所述过滤器装置225B与所述分取管线223及所述返回管线227连接，然后更换新的所述过滤器装置225A，从而便可连续进行所述传送气体107的取样。
即，在上述实施方式所述高炉设备100中，是通过所述喷枪116的基端侧附近所设的所述温度传感器121直接检测所述传送气体107的温度，但是在本实施方式所述高炉设备200中，将所述喷枪116的基端侧附近的所述传送气体107取样到取样管线后，通过所述一氧化碳传感器221检测一氧化碳浓度，从而用所述控制装置222算出所述传送气体107的温度。
因此，在本实施方式涉及的高炉设备200中，无需将传感器的检测部等伸入到大部分所述传送气体107在流通的管线中，便可检测该传送气体107的温度。
因此，本实施方式涉及的高炉设备200不仅可得到与上述实施方式的情况相同的效果，还可防止所述煤粉2附着到传感器的检测部等，所以可更加准确地进行控制，并且将所述喷枪116的基端侧附近的阻塞等防患于未然。
<其他实施方式>
另外，在上述第二实施方式中，是通过所述一氧化碳传感器221检测所述传送气体107中的一氧化碳，从而求出该传送气体107的温度，但是作为其他实施方式，通过例如用检测所述传送气体107中的二氧化碳浓度的CO2传感器或者检测氧浓度的O2传感器等来代替所述一氧化碳传感器221的方法，也可求出所述传送气体107的温度。
此外，在上述第一、二实施方式中，对由所述惰性气体供应源119输送氮气等惰性气体102的情况进行了说明，但是作为其他实施方式，也可以将例如由所述高炉主体110排出的高炉废气(约200℃)、或者使该高炉废气与空气一起燃烧作为所述热风101的热源利用后的高炉废气的废燃气(约100℃左右)作为惰性气体102使用，即可以将所述高炉主体110、所述热风输送装置114等作为惰性气体供应源加以利用。
工业实用性
本发明涉及的高炉设备可降低生铁制造成本，所以在炼铁产业中，可极为有益地利用。
符号说明
1   原料
2   煤粉
9   铁水
100 高炉设备
101 热风
102 惰性气体
106 空气
107 传送气体
110 高炉主体
110a 出铁口
111 原料定量供应装置
112 装入输送机
113 炉顶料斗
114 热风输送装置
115 吹风管
116 喷枪
117 鼓风机
118 流量调节阀
119 惰性气体供应源
120 供料罐
121 温度传感器
122 控制装置
200 高炉设备
221 一氧化碳传感器
222 控制装置
223 分取管线
224 三通阀
225A、225B 过滤器装置
226 抽吸泵
227 返回管线

Claims (7)

1.一种高炉设备，其具备：高炉主体；
原料装入单元，从顶部将原料装入所述高炉主体内部；
热风喷吹单元，从风口将热风喷吹入所述高炉主体内部；
煤粉供应单元，从所述风口将煤粉供应到所述高炉主体内部，
其特征在于，
所述煤粉是干馏低品位煤而得，
所述煤粉供应单元具备：
气流传送单元，通过混合空气与惰性气体而成的传送气体将所述煤粉气流传送到所述风口；
传送气体状态检测单元，检测所述风口附近的所述传送气体的状态；
控制单元，根据所述传送气体状态检测单元提供的信息，调节所述气流传送单元的所述传送气体中所述空气与所述惰性气体的混合比例。
2.如权利要求1所述的高炉设备，其特征在于，
所述煤粉供应单元的所述传送气体状态检测单元，用于检测所述传送气体的温度、氧浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度中的至少一种的状态。
3.如权利要求1所述的高炉设备，其特征在于，
所述煤粉供应单元的所述控制单元，用于调节所述气流传送单元的所述传送气体中所述空气与所述惰性气体的混合比例，使所述传送气体的温度达到200～T℃(其中，T为所述低品位煤的干馏温度)。
4.如权利要求1所述的高炉设备，其特征在于，
所述煤粉是在400～600℃下经过干馏的煤粉。
5.如权利要求1所述的高炉设备，其特征在于，
所述煤粉，直径为100μm以下。
6.如权利要求1所述的高炉设备，其特征在于，
所述低品位煤为次烟煤或褐煤。
7.如权利要求1所述的高炉设备，其特征在于，
所述惰性气体为氮气、由所述高炉主体排出的废气、使所述废气与空气一起燃烧后的废燃气中的至少一种。
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