CN111912239A - 氧气混合均布装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氧气混合均布装置，包括：主管道；氧气外环管，间隔环设在主管道外；多个氧气分布支管，沿主管道的外周间隔均布，且每个氧气分布支管的一端均与氧气外环管连通，每个氧气分布支管的另一端均与主管道连通，在垂直于主管道轴线的纵向投影面内，每个氧气分布支管的一端中心与主管道的中心连线均形成参照线，每个氧气分布支管的轴线与对应的参照线之间的夹角均为锐角。本发明的有益效果是，多个氧气分布支管采用上述布置结构，能够实现氧气流股在主管道圆周方向的气流旋流，具有更好的氧气和空气混合效果，缩短空气氧气混合需要的管道长度。

Description

氧气混合均布装置

技术领域

本发明涉及冶金设备技术领域，具体涉及一种氧气混合均布装置。

背景技术

钢铁冶炼是现代工业至关重要的组成部分，在钢铁冶炼过程中需要使用高炉，现有的高炉通常采用空气和焦炭的反应生成还原气体，实现铁矿石的还原反应，由于空气中的氧含量较为稀薄，高炉的燃烧热值无法实现最大化，钢铁冶炼效率低，企业经济效益差，不能满足现代工业的发展需求。

冶金行业在钢铁冶炼过程中需要提供将空气与氧气按照一定比例混合的混合气体。富氧鼓风是高炉强化冶炼的有效手段之一，近年来，国内外用富氧鼓风结合大量喷吹燃料作为降低焦比的主要措施，效果较为理想。

当高炉入炉风量不变时，鼓风含氧率增加1％，即相当于增加风量4.76％。根据钢铁厂的试验，可增产生铁3％左右。采用富氧鼓风，增加了风量的氧含量，有利于增大喷吹量，通常富氧率提高1％即可使煤粉喷吹率增加6％。富氧结合喷吹，是获得稳定、高产和降低焦比的有效措施之一。

从氧气加入鼓风机的位置不同，高炉富氧鼓风一般分为机前富氧和机后富氧两种。

机前富氧，即氧气从鼓风机的吸风管送入吸风系统，与空气混合后经高炉鼓风机加压送至高炉。另外用鼓风机代替氧气压缩机，节约大量的电能，提高了压缩的效率。据相关资料介绍，高炉鼓风机机前富氧方式其动力消耗仅为机后富氧方式的60％。不足之处是运行中放风操作时会浪费氧气，机前富氧需要严格控制混合后气体的富氧率，避免引发火灾等生产事故。

在机前富氧过程中，增加氧气混合器，当空气从鼓风机的吸风管送入吸风系统时，引入的氧气和空气在氧气混合器中进行充分混合后经高炉鼓风机加压送至高炉。经过混合的气体相对于未混合氧气的空气相比，氧气含量增加，氧气与燃料接触面积增加，在同等炉内停留时间条件下，充分混合的气体能够更加高效的参与焦炭反应，使燃料充分燃烧，提高热值、增加产量。

机后富氧，即在鼓风机出口至高炉之间的某个位置加入一定量的氧气，因鼓风机后风管压力高，机后富氧需要对氧气进行压缩，主要通过氧气压缩机对氧气进行加压，加压后的氧气与鼓风机输送的空气进行混合，由于氧气压缩机需消耗大量电能，增加了设备投资及日常维护的费用，提高了生产成本，同时造成能源的浪费。

现有技术中，完成这两种气体混合的装置一般包括两个入口和一个出口，实质为一个三通管道，空气与氧气分别从两个进口进入，空气和氧气在混合器内进行混合，混合后的气体由出口输出。这种传统的混合装置虽然结构简单，但混合效果不理想，难以保证空气与氧气混合均匀。

目前，国内企业使用的氧气混合器大多数是环腔、内件分布式，这种混合器是整体采购，由于环腔连接四根管道深入循环气管道内部，氧气经过环腔直接进入循环气管道，经折流板与循环气管道内的循环气混合。运行过程中，氧气混合效果差，影响反应效果，同时局部反应温度过高，影响系统的安全稳定运行，更容易引发事故。

发明内容

本发明提供了一种氧气混合均布装置，以达到使空气与氧气均匀混合的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种氧气混合均布装置，包括：主管道；氧气外环管，间隔环设在主管道外；多个氧气分布支管，沿主管道的外周间隔均布，且每个氧气分布支管的一端均与氧气外环管连通，每个氧气分布支管的另一端均与主管道连通，在垂直于主管道轴线的纵向投影面内，每个氧气分布支管的一端中心与主管道的中心连线均形成参照线，每个氧气分布支管的轴线与对应的参照线之间的夹角均为锐角。

进一步地，氧气分布支管的轴线与对应的参照线之间的夹角范围是5°～60°。

进一步地，每个氧气分布支管的轴线与主管道的轴线之间的夹角大小为15°至90°。

进一步地，氧气外环管设置有多个支管固定套，主管道设置有多个氧气分布支管套筒，每个氧气分布支管的一端均设置在对应的支管固定套内，每个氧气分布支管的另一端均设置在对应的氧气分布支管套筒内。

进一步地，每个氧气分布支管的轴线均与对应的支管固定套的轴线和对应的氧气分布支管套筒的轴线共线。

进一步地，氧气混合均布装置还包括多个伸缩驱动组件，多个伸缩驱动组件与多个支管固定套一一对应连接，且每个伸缩驱动组件均与对应的氧气分布支管连接，伸缩驱动组件能够驱动氧气分布支管沿轴向方向伸缩。

进一步地，每个伸缩驱动组件均包括：缸体，固定设置在对应的支管固定套上；缸杆，一端能伸缩的设置在缸体内，缸杆的另一端置于缸体外侧；连接器，一端铰接于缸杆的另一端，连接器的另一端为第一圆环状结构，对应的氧气分布支管固定穿设在第一圆环状结构内。

进一步地，每个伸缩驱动组件均还包括固定底座，一端铰接在对应的缸体上，固定底座的另一端为第二圆环状结构，对应的支管固定套穿设在第二圆环状结构内。

进一步地，每个氧气分布支管均包括直管段和喷嘴段，直管段的一端通过法兰与喷嘴段的一端连接。

进一步地，直管段内设置有轴向贯通孔；喷嘴段包括：直孔，与轴向贯通孔的直径相同且连通；收缩段，与直孔连接，收缩段沿远离直孔的方向直径逐渐减小；喉口段，呈直孔状结构，喉口段的一端与收缩段的小径端连接；扩张段，与喉口段的另一端连接，且扩张段沿远离直孔的方向直径逐渐增大。

本发明的有益效果是，多个氧气分布支管采用上述布置结构，能够实现氧气流股在主管道圆周方向的气流旋流，具有更好的氧气和空气混合效果，缩短空气氧气混合需要的管道长度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的侧视结构示意图；

图2为本发明实施例的主视结构示意图；

图3为伸缩驱动组件在回缩状态下的结构示意图；

图4为伸缩驱动组件在伸出状态下的结构示意图；

图5为氧气分布支管的结构示意图。

图中附图标记：10、主管道；11、氧气分布支管套筒；20、氧气外环管；21、支管固定套；22、氧气进口管道；30、氧气分布支管；31、直管段；311、轴向贯通孔；32、喷嘴段；321、直孔；322、收缩段；323、喉口段；324、扩张段；33、法兰；41、缸体；42、缸杆；43、连接器；44、固定底座；50、连接法兰。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图5所示，本发明实施例提供了一种氧气混合均布装置，包括主管道10、氧气外环管20和多个氧气分布支管30。氧气外环管20间隔环设在主管道10外。多个氧气分布支管30，沿主管道10的外周间隔均布，且每个氧气分布支管30的一端均与氧气外环管20连通，每个氧气分布支管30的另一端均与主管道10连通，在垂直于主管道10轴线的纵向投影面内，每个氧气分布支管30的一端中心与主管道10的中心连线均形成参照线，每个氧气分布支管30的轴线与对应的参照线之间的夹角均为锐角。

多个氧气分布支管30采用上述布置结构，能够实现氧气流股在主管道10圆周方向的气流旋流，具有更好的氧气和空气混合效果，缩短空气氧气混合需要的管道长度。

氧气分布支管30的轴线与对应的参照线之间的夹角为β，β的取值范围是5°～60°，优选范围为15°～45°。将氧气分布支管30布置呈上述结构，目的是使气流旋流形成更加快捷，且氧气和空气混合效果更好。

本实施例中，每个氧气分布支管30的轴线与主管道10的轴线之间的夹角为α，α的取值范围是15°至90°，优选为20°～60°。将氧气分布支管30的轴向与主管道10的轴向夹角为锐角，目的是减小气流入射阻力，有利于气流的混合。

氧气外环管20设置有多个支管固定套21，主管道10设置有多个氧气分布支管套筒11，每个氧气分布支管30的一端均设置在对应的支管固定套21内，每个氧气分布支管30的另一端均设置在对应的氧气分布支管套筒11内。本实施例中氧气分布支管30的两端均设置有对应的密封结构，以保证密封连接。且每个氧气分布支管30的轴线均与对应的支管固定套21的轴线和对应的氧气分布支管套筒11的轴线共线。

将氧气分布支管30设置成上述结构，目的是减小气流入射阻力，有利于气流的混合。

优选地，本实施例中氧气分布支管30数量大于等于四个，所有氧气分布支管套筒11的中心轴线与主管道10的中心轴线重合于一点。该目的是实现各个氧气分布支管30的射流能够形成连续的旋转流向，促进氧气和空气的快速稳定混合。

需要说明的是，本实施例中氧气分布支管套筒11并未伸入主管道10的内部，减少管道冲刷和磨损，同时减少混合器阻力损失。

如图1所示，本实施例中的氧气外环管20设置有至少两个氧气进口管道22，且氧气外环管20的直径为两倍氧气进口管道22的当量直径。上述设置能够消除单个氧气进口管道22造成的氧气外环管20内压力波动大和各个氧气分布支管30流量存在差异的弊端，可以实现氧气分布支管30流量的均匀和稳定。

进一步地，氧气进口管道22和主管道10上设置有流量计和调节阀，根据需要加入的氧气比例，调整氧气与空气的比例，由自控阀门自动调节氧气的加入量。

本发明实施例中的氧气混合均布装置还包括多个伸缩驱动组件，多个伸缩驱动组件与多个支管固定套21一一对应连接，且每个伸缩驱动组件均与对应的氧气分布支管30连接，伸缩驱动组件能够驱动氧气分布支管30沿轴向方向伸缩。

通过设置伸缩驱动组件可以使氧气分布支管30采用动态方式调节插入氧气分布支管套筒11的深度，实现氧气射流不同的射流长度，可根据实际需要调节氧气射流入射深度，调节氧气混合效果和氧气混合流量。

同时，单个氧气分布支管30可以独立调节插入深度，实现氧气流股的偏流控制。

优选地，每个伸缩驱动组件均包括缸体41、缸杆42和连接器43。缸体41固定设置在对应的支管固定套21上；缸杆42的一端能伸缩的设置在缸体41内，缸杆42的另一端置于缸体41外侧；连接器43的一端铰接于缸杆42的另一端，连接器43的另一端为第一圆环状结构，对应的氧气分布支管30固定穿设在第一圆环状结构内。

本实施例可以实现氧气射流的动态调节，通过主管道10下游的氧气浓度分布检测装置反馈至控制组件，并通过控制组件控制伸缩驱动组件实现氧气分布的动态调节，从而达到氧气浓度的动态调节的目的。

需要说明的是，伸缩驱动组件可以采用液压缸驱动，也可以采用气体驱动，还可以采用螺杆等其他方式驱动。

进一步地，每个伸缩驱动组件均还包括固定底座44，一端铰接在对应的缸体41上，固定底座44的另一端为第二圆环状结构，对应的支管固定套21穿设在第二圆环状结构内。通过设置固定底座44可以实现缸体41的固定。

每个氧气分布支管30均包括直管段31和喷嘴段32，直管段31的一端通过法兰33与喷嘴段32的一端连接。氧气分布支管30采用两段式结构，并采用法兰33连接，便于安装和更换，针对喷嘴段32可以独立进行更换，降低设备运行成本。

具体地，直管段31内设置有轴向贯通孔311；喷嘴段32包括直孔321、收缩段322、喉口段323和扩张段324。直孔321与轴向贯通孔311的直径相同且连通；收缩段322与直孔321连接，收缩段322沿远离直孔321的方向直径逐渐减小；喉口段323呈直孔状结构，喉口段323的一端与收缩段322的小径端连接；扩张段324与喉口段323的另一端连接，且扩张段324沿远离直孔321的方向直径逐渐增大。

本实施例中喷嘴段32采用拉瓦尔结构，可以实现气流的超音速喷射，满足气流的高动能输入，有利于氧气的混合均匀。

本发明实施例可以设置在机前富氧系统中，机前富氧系统是由在风机区域氧气支管上设置的氧气切断阀、氧气过滤器、流量计、压力和温度测点、氧气气动调节阀、氧气快速切断阀、阻火器及风机进口前设置的氧含量检测仪组成，同时氮气管道在氧气快切阀后接入，氮气管道上设置快开阀和截止阀。

具体的，本发明实施例设置于高炉鼓风机之前(空气过滤器与高炉鼓风机之间)，氧气进口管道22通过法兰与氧气管道连接，常压氧气通过氧气外环管20后进入氧气分布支管30，由氧气分布支管30进入氧气分布支管套筒11，再由氧气分布支管套筒11射流进入主管道10，氧气在主管道10内产生螺旋流动，同时搅动空气进行螺旋流动，为氧气和空气的混合提供良好的动力学条件，实现氧气与空气的充分混合，利用高炉鼓风机入口前的微负压进入高炉鼓风机，提高空气中的氧气含量，实现高炉富氧鼓风，延长高炉使用寿命，提高高炉冶炼强度，增加高炉产量，降低运行成本，获得良好的经济效益。需要说明的是，上述主管道10通过连接法兰50与所需管道连接。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、动态调节氧气分布支管伸入氧气分布支管套筒的深度，实现氧气射流在主管道内不同的射流深度，实现均匀混合。

2、多根氧气分布支管采用圆弧形旋流布置，实现氧气流股在主管道圆周方向的气流旋流，具有更好的氧气和空气混合效果，缩短空气氧气混合需要的管道长度。

3、实现氧气射流的动态调节，可以根据主管道混合器下游的氧气浓度分布检测装置实现氧气分布的动态调节，进行氧气浓度的动态调节。

4、氧气分布支管套筒并未伸入主管道内部，减少了管道冲刷和磨损，减少混合器阻力损失。

5、氧气与空气混合更加均匀，杜绝混合器中心区域与边部区域氧浓度差异较大的问题。

6、加工制作、安装简单方便，易于实施，零件维修和更换便捷。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种氧气混合均布装置，其特征在于，包括：

主管道(10)；

氧气外环管(20)，间隔环设在所述主管道(10)外；

多个氧气分布支管(30)，沿所述主管道(10)的外周间隔均布，且每个所述氧气分布支管(30)的一端均与氧气外环管(20)连通，每个所述氧气分布支管(30)的另一端均与所述主管道(10)连通，在垂直于所述主管道(10)轴线的纵向投影面内，每个所述氧气分布支管(30)的一端中心与所述主管道(10)的中心连线均形成参照线，每个所述氧气分布支管(30)的轴线与对应的所述参照线之间的夹角均为锐角。

2.根据权利要求1所述的氧气混合均布装置，其特征在于，所述氧气分布支管(30)的轴线与对应的所述参照线之间的夹角范围是5°～60°。

3.根据权利要求1所述的氧气混合均布装置，其特征在于，每个所述氧气分布支管(30)的轴线与所述主管道(10)的轴线之间的夹角范围是15°至90°。

4.根据权利要求1所述的氧气混合均布装置，其特征在于，所述氧气外环管(20)设置有多个支管固定套(21)，所述主管道(10)设置有多个氧气分布支管套筒(11)，每个所述氧气分布支管(30)的一端均设置在对应的所述支管固定套(21)内，每个所述氧气分布支管(30)的另一端均设置在对应的所述氧气分布支管套筒(11)内。

5.根据权利要求4所述的氧气混合均布装置，其特征在于，每个所述氧气分布支管(30)的轴线均与对应的支管固定套(21)的轴线和对应的所述氧气分布支管套筒(11)的轴线共线。

6.根据权利要求4所述的氧气混合均布装置，其特征在于，所述氧气混合均布装置还包括多个伸缩驱动组件，多个伸缩驱动组件与多个所述支管固定套(21)一一对应连接，且每个所述伸缩驱动组件均与对应的所述氧气分布支管(30)连接，所述伸缩驱动组件能够驱动所述氧气分布支管(30)沿轴向方向伸缩。

7.根据权利要求6所述的氧气混合均布装置，其特征在于，每个所述伸缩驱动组件均包括：

缸体(41)，固定设置在对应的所述支管固定套(21)上；

缸杆(42)，一端能伸缩的设置在所述缸体(41)内，所述缸杆(42)的另一端置于所述缸体(41)外侧；

连接器(43)，一端铰接于所述缸杆(42)的另一端，所述连接器(43)的另一端为第一圆环状结构，对应的所述氧气分布支管(30)固定穿设在所述第一圆环状结构内。

8.根据权利要求7所述的氧气混合均布装置，其特征在于，每个所述伸缩驱动组件均还包括固定底座(44)，一端铰接在对应的缸体(41)上，所述固定底座(44)的另一端为第二圆环状结构，对应的所述支管固定套(21)穿设在所述第二圆环状结构内。

9.根据权利要求1所述的氧气混合均布装置，其特征在于，每个所述氧气分布支管(30)均包括直管段(31)和喷嘴段(32)，所述直管段(31)的一端通过法兰(33)与所述喷嘴段(32)的一端连接。

10.根据权利要求9所述的氧气混合均布装置，其特征在于，所述直管段(31)内设置有轴向贯通孔(311)；所述喷嘴段(32)包括：

直孔(321)，与所述轴向贯通孔(311)的直径相同且连通；

收缩段(322)，与所述直孔(321)连接，所述收缩段(322)沿远离所述直孔(321)的方向直径逐渐减小；

喉口段(323)，呈直孔状结构，所述喉口段(323)的一端与所述收缩段(322)的小径端连接；

扩张段(324)，与所述喉口段(323)的另一端连接，且所述扩张段(324)沿远离所述直孔(321)的方向直径逐渐增大。

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