CN111148335A - 一种用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪、还原炉及应用 - Google Patents
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Abstract
一种用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪、还原炉及应用,所述等离子预热预还原喷枪包括:等离子喷枪头(16),载气进气口(5),等离子喷枪枪头(16)和载气进气口(5)设置在等离子预热预还原喷枪的两端;等离子发生器(8)和等离子喷枪(10)连接,使等离子喷枪产生等离子弧,所述等离子喷枪(10)设置在等离子预热预还原喷枪的中部,在环面上均匀分布;供料口(6),所述供料口设置在等离子发生器(8)与气体进口(5)之间;所述载气进气口(5),供料口(6),等离子喷枪(10),等离子喷枪枪头(16)均与等离子预热预还原喷枪内部连通。熔融还原炉等离子预热预还原喷枪在熔融还原炼铁中应用。
Description
技术领域
本发明涉及非高炉熔融炼铁领域,涉及一种气体喷枪,尤其是一种于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪、还原炉及应用。
背景技术
等离子体通常被视为物质的第四种形态,由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质。等离子体中含有大量的带电粒子,属于物质的高能凝聚态,使得其与普通气体有着本质的区别,具有很多普通气体没有的特性。近年来,等离子体技术得到了快速发展,实际应用领域越来越广。例如将等离子技术应用于氢基熔融还原冶炼的新工艺,等离子氢与氧结合的反应自由能要明显低于氢气与氧结合反应自由能,等离子氢参与反应的活化能更低。可减少能源的消耗和烟气的排放,降低对环境的污染,可以降低生产成本。基于氢的等离子体炼铁工艺既可以从源头上减少炼铁系统CO2的高排放问题,又可从反应可行性以及反应速率上达到低碳高效炼铁的效果。但是由于等离子体技术还不成熟,配套设备还不完善,目前亟需一种价格便宜、结构简单的等离子设备用于实际生产过程中。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
一种用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪,其所述喷枪包括:
等离子喷枪头(16),载气进气口(5),等离子喷枪枪头(16)和载气进气口(5)设置在等离子预热预还原喷枪的两端;
等离子发生器(8)和等离子喷枪(10)连接,使等离子喷枪产生等离子弧,所述等离子喷枪(10)设置在等离子预热预还原喷枪的中部,在环面上均匀分布;
供料口(6),所述供料口设置在等离子发生器(8)与气体进口(5)之间;
所述载气进气口(5),供料口(6),等离子喷枪(10),等离子喷枪枪头(16)均与等离子预热预还原喷枪内部连通。
进一步地,所述等离子预热预还原喷枪包括外壳(13),中间壳(14),内壳(15),所述外壳(13)、中间壳(14)和内壳(15)形成冷却环形水路。
进一步地,还包括等离子喷枪进水口(11),等离子喷枪出水口(12),所述等离子喷枪进水口(11),等离子喷枪出水口(12)设置在等离子发生器(8)和等离子喷枪头(16)之间,冷却水从等离子喷枪进水口(11)流入,从靠近内壳,自上而下流动,流到枪头后,沿着外壳与中间壳流道进行自下而上的流动,由等离子喷枪出水口(12)流出。
进一步地,所述等离子喷枪(10)为4个以上,沿着等离子预热预还原喷枪圆周等距均匀分布。
进一步地,所述等离子喷枪(10)为12个以上,分为3组以上,每组沿着等离子预热预还原喷枪圆周等距均匀分布。
进一步地,所述等离子发生器(8)内部设有等离子冷却水循环装置(9),用于激发装置的内部冷却。
进一步地,等离子喷枪(10)与等离子预热预还原喷枪呈30-120°夹角。
进一步地,等离子喷枪(10)与等离子预热预还原喷枪呈60-90°夹角。
进一步地,等离子喷枪进水口(11)和等离子喷枪出水口(12)在同一水平面上,相互错开,并且都与喷枪呈90°夹角。
进一步地,提供一种熔融还原炉,包括炉体,热风喷枪(2),烟道(4),以及上述的等离子预热预还原喷枪(3),所述等离子预热预还原喷枪(3)与炉体呈40~50°夹角。
进一步地,提供上述熔融还原炉等离子预热预还原喷枪在熔融还原炼铁中的应用。
本发明的优点及效果:
本发明等离子电弧能提供比常规更高的温度,且纯净集中的热量,在集中高热源条件下,使铁矿石粉末被高温等离子体火焰熔融,并与氢等离子体发生还原反应,部分铁矿粉在等离子喷枪中达到快速达到预热、预还原作用,由于等离子可以降低反应能级,可以加快反应速度。还原气体可以选择全氢,全氢可以减少还原气体喷入质量,相应的就会减少动能的消耗,减少能量的损失。氢气燃烧或还原产物为水蒸气,清洁无污染。常规火焰加热时,效率不高在20%以下,而采用等离子电弧加热,效率能达到80%以上。等离子喷枪设计结构简单,电源设备不复杂,容易操作,废气量少,无污染,并且有效的降低了生产成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书来实现和获得。
附图说明
图1是本发明一种用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪安装示意图;
图2是本发明一种用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪结构示意图;
图3是本发明一种用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪局部剖面示意图。
其中:1-熔融还原炉;2-热风喷枪;3-离子预热预还原喷枪;4-烟道;5-载气进气口;6-供料口;7-法兰;8-等离子发生器;9-等离子冷却水循环装置;10-等离子喷枪;11-等离子喷枪进水口;12-等离子喷枪出水口;13-外壳;14-中间壳;15-内壳;16-等离子喷枪枪头。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
以下结合具体实施例,对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。
实施例1
本公开提供一种等离子喷枪及附属设备,主要包括离子预热预还原喷枪、供电系统、供气系统、供料系统、冷却系统、控制系统等部分组成。离子预热预还原喷枪安装在熔融还原炉上,与炉体呈40~50°夹角。离子预热预还原喷枪枪结构主要包括载气进气口、供料口、等离子发生器、等离子发生器循环水、等离子喷枪、等离子喷枪进水口、等离子喷枪出水口、等离子喷枪外壳、等离子喷枪中间壳、等离子喷枪内壳、等离子喷枪枪头。
离子预热预还原喷枪将还原气体经等离子化处理,得到等离子态的还原气体,并对铁矿粉进行预热预还原处理。供电系统具备提供高电压的能力,可以在电极间的空隙提供连续火花放电,保证操作的连续性。电弧电压随着电弧电流的增加而降低,通过调节电弧电流及气体流量参数调节电弧长度,通过增加系列阻抗来稳定电弧电流。冷却系统主要为了降低枪体及内部零部件的温度,以免烧坏,进出水温温差<30℃。
一种用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪,其所述喷枪包括:
等离子喷枪头(16),载气进气口(5),等离子喷枪枪头(16)和载气进气口(5)设置在等离子预热预还原喷枪的两端;
等离子发生器(8)和等离子喷枪(10)连接,使等离子喷枪产生等离子弧,所述等离子喷枪(10)设置在等离子预热预还原喷枪的中部,在环面上均匀分布;
供料口(6),所述供料口设置在等离子发生器(8)与气体进口(5)之间;
所述载气进气口(5),供料口(6),等离子喷枪(10),等离子喷枪枪头(16)均与等离子预热预还原喷枪内部连通。
进一步地,所述等离子预热预还原喷枪包括外壳(13),中间壳(14),内壳(15),所述外壳(13)、中间壳(14)和内壳(15)形成冷却环形水路。
进一步地,还包括等离子喷枪进水口(11),等离子喷枪出水口(12),所述等离子喷枪进水口(11),等离子喷枪出水口(12)设置在等离子发生器(8)和等离子喷枪头(16)之间,冷却水从等离子喷枪进水口(11)流入,从靠近内壳,自上而下流动,流到枪头后,沿着外壳与中间壳流道进行自下而上的流动,由等离子喷枪出水口(12)流出。
进一步地,所述等离子喷枪(10)为4个以上,沿着等离子预热预还原喷枪圆周等距均匀分布。
进一步地,所述等离子喷枪(10)为12个以上,分为3组以上,每组沿着等离子预热预还原喷枪圆周等距均匀分布。
进一步地,所述等离子发生器(8)内部设有等离子冷却水循环装置(9),用于激发装置的内部冷却。
进一步地,等离子喷枪(10)与等离子预热预还原喷枪呈30-120°夹角。
进一步地,等离子喷枪(10)与等离子预热预还原喷枪呈60-90°夹角。
进一步地,等离子喷枪进水口(11)和等离子喷枪出水口(12)在同一水平面上,相互错开,并且都与喷枪呈90°夹角。
进一步地,提供一种熔融还原炉,包括炉体,热风喷枪(2),烟道(4),以及上述的等离子预热预还原喷枪(3),所述等离子预热预还原喷枪(3)与炉体呈40~50°夹角。
还原气体进入等离子发生器,在高频电压和电弧的作用下被电离为等离子体并从喷口喷出,形成高温等离子体火焰;将铁矿石粉末从供料口送入等离子体火焰区域,使铁矿石粉末被高温等离子体火焰熔融,并与等离子体氢发生还原反应生成熔融态的金属铁后喷入熔融还原炉内。没有还原的铁矿粉同样随着载气喷入熔融还原炉,在炉内继续进行还原反应,最终产生铁水。等离子体氢一部分在等离子喷枪中还原铁矿粉,另一部分喷入熔融还原炉在炉内燃烧放热或还原铁矿粉。氢气燃烧或还原产物为水蒸气,清洁无污染。
所述等离子化处理是通过等离子发生器,在高频电压的作用下,将还原气体电离为等离子体;等离子发生器是将电能转变成气体热能的一种装置。当气体通过两个电极之间的电弧而被电离时,要吸收大量的热量。气体在离开等离子发生器时具有极高的热焓,比通常燃料产生的热焓要高得多。经过等离子发生器时,被离子化的气体温度到达3000~3500℃。所述还原气体为氢气、焦炉煤气、氢氩混合气等一种或多种气体。
所述等离子发生器还可以产生活性基团、释放热量,也有助于强化燃烧;改变等离子发生器的电压还可以调整漩涡强度,进而对燃烧进行灵活调控。
所述等离子弧是离子气被电离产生高温离子气流,从喷嘴细孔中喷出,经压缩形成细长的弧柱。
所述载气进气口通入的是氮气或惰性气体,主要用于输送原料物料,如铁矿粉。
所述供料口通入的是原料物料,经等离子喷枪预热预还原,向熔融还原炉中提供铁矿粉等原料。
所述等离子发生器可以将通入的氢气等离子化,具有较高能级,可以快速还原铁矿粉。同样氢气燃烧产生的热量可以用于铁矿粉的预热。
虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪,其特征在于,所述等离子预热预还原喷枪包括:
等离子喷枪头(16),载气进气口(5),等离子喷枪枪头(16)和载气进气口(5)设置在等离子预热预还原喷枪的两端;
等离子发生器(8)和等离子喷枪(10)连接,使等离子喷枪产生等离子弧,所述等离子喷枪(10)设置在等离子预热预还原喷枪的中部,在环面上均匀分布;
供料口(6),所述供料口设置在等离子发生器(8)与气体进口(5)之间;
所述载气进气口(5),供料口(6),等离子喷枪(10),等离子喷枪枪头(16)均与等离子预热预还原喷枪内部连通;
等离子喷枪进水口(11),等离子喷枪出水口(12),所述等离子喷枪进水口(11),等离子喷枪出水口(12)设置在等离子发生器(8)和等离子喷枪头(16)之间,冷却水从等离子喷枪进水口(11)流入,从靠近内壳,自上而下流动,流到枪头后,沿着外壳与中间壳流道进行自下而上的流动,由等离子喷枪出水口(12)流出。
2.如权利要求1所述的用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪,其特征在于,所述等离子预热预还原喷枪包括外壳(13),中间壳(14),内壳(15),所述外壳(13)、中间壳(14)和内壳(15)形成冷却环形水路。
3.如权利要求1或2所述的用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪,其特征在于,所述等离子喷枪(10)为4个以上,沿着等离子预热预还原喷枪圆周等距均匀分布。
4.如权利要求1-3之一所述的用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪,其特征在于,所述等离子喷枪(10)为12个以上,分为3组以上,每组沿着等离子预热预还原喷枪圆周等距均匀分布。
5.如权利要求1-4之一所述的用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪,其特征在于,所述等离子发生器(8)内部设有等离子冷却水循环装置(9),用于激发装置的内部冷却。
6.如权利要求1-5之一所述的用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪,其特征在于,等离子喷枪(10)与等离子预热预还原喷枪呈30-120°夹角。
7.如权利要求1-6之一所述的用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪,其特征在于,等离子喷枪(10)与等离子预热预还原喷枪呈60-90°夹角。
8.如权利要求1-7之一所述的用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪,其特征在于,等离子喷枪进水口(11)和等离子喷枪出水口(12)在同一水平面上,相互错开,并且都与喷枪呈90°夹角。
9.一种熔融还原炉,其特征在于,包括炉体,热风喷枪(2),烟道(4),以及权利要求1-8之一所述的等离子预热预还原喷枪(3),所述等离子预热预还原喷枪(3)与炉体呈40~50°夹角。
10.如权利要求1-8所述的用于熔融还原炉等离子预热预还原喷枪在熔融还原炼铁中的应用。
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