CN1125771A - 高炉喷吹煤粉快速燃烧方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种涉及高炉炼铁喷吹煤粉的方法及其设备，其特征是在高炉直吹管前端设置部分热风旋流器，将风口小套通风道作为旋风燃烧室，使煤粉在风口小套通风道内进行旋风燃烧。所用的设备由部分热风旋流器、在通风道内壁面喷涂一层氧化锆的风口小套和较一般高炉的煤枪位置后移18-20公斤的煤枪组成。使用本发明可适当增大高炉所喷煤粉的制粉粒度，节约制粉能耗，提高制粉率，减少风口小套的热损失。既可以提高高炉喷煤量，又可以提高煤粉燃烧率，更多的用煤粉取代和节约焦炭以及节能。部分热风旋流器和风口小套的寿命超过六个月。

Description

高炉喷吹煤粉快速燃烧方法和设备

一项涉及高炉炼铁喷吹煤粉的方法及其设备，特别是提高高炉喷吹煤粉燃烧率，减少风口热损失，在高炉其他操作条件相同的前题下，既可以提高高炉喷煤量，又可以提高煤粉燃烧率，更多的用煤粉取代和节约昂贵冶金焦以及节能的方法和设备。

高炉喷吹煤粉是一项很有发展前途的技术，其建设费用较焦炉便宜83％左右，目前约有十多个国家采用高炉喷煤这项技术。高炉喷吹煤粉的目的是用煤粉替代焦碳来降低成本，因此煤焦置换比是确定高炉最大喷吹量的决定因素之一。而影响煤焦置换比的最主要因素是高炉喷吹煤粉燃烧率。喷入高炉的煤粉在炉内氧化区内燃烧。未燃尽的煤粉一旦进入炉缸还原区，煤粉燃烧将停止，未燃尽的煤粉或进入炉渣或随高炉煤气逸出炉外。煤粉未燃尽的程度越大煤焦置换比越低。过多的未燃尽的煤粉进入炉渣不但使煤焦置换比降低还会影响炉渣流动性而引起炉况难行。由于不同高炉的生产条件不同，各高炉喷吹量很不相同。国内喷吹量一般为30—70公斤/吨铁，较高的可达到100公斤/吨铁左右，富氧条件可达150—170公斤/吨铁。高炉喷吹煤粉燃烧率与以下因素有关：1、空气过剩系数；2、富氧率；3、煤粉种类；4、燃烧温度；5、煤粉粒度；6、煤粉在氧化气氛中停留时间；7、煤粉在热风中的分散程度以及氧煤喷吹时与氧的内、外混程度；8、煤粉与周围气流的相对速度。在以上诸因素中：关于因素1，因空气过剩系数随喷煤量增加而减小，提高空气过剩系数加速燃烧与提高喷煤量的目的相违背。关于因素2、3，富氧率由钢厂氧气供应条件所制约同时高炉使用的煤粉种类由煤源所确定，这两个因素不能任意调整。关于因素4，目前高炉热风温度约为1000—1250℃，靠提高风温来提高燃烧温度十分困难。关于因素5，目前高炉喷吹的煤粉粒度在200目左右，最佳煤粉粒度要从燃烧质量和制粉成本综合分析来确定，进一步减小煤粉粒度将以制粉电耗增加和制粉产率降低为代价，因此再减小煤粉粒度可能性很小。关于因素6，为了防止直吹管结渣或防止煤粉将风口磨损，不采取新的技术措施煤枪位置不能进一步后移。东南大学的一项专利(申请号90212210.X)，将煤枪出口放到靠近勾头与直吹管法兰连接的地方，将直吹管内腔作为燃烧室，高炉实践证明：直吹管内将结渣并影响进风。一些专利(申请号91224336.8、申请号93223772、申请号93228666、申请号94201862)均涉及因素8即煤粉在热风中的分散程度以及氧煤喷吹时与氧的内、外混程度的技术，这些技术均能提高煤粉燃烧率。但是由于煤粉着火后的燃烧为扩散燃烧，燃烧速度与煤粒燃烧边界层中的传质系数和煤粒燃烧边界层外空间介质中的氧浓度乘积成正比。煤粒燃烧边界层中的传质系数不仅与分子扩散系数(D)有关还与努塞尔数(Nu)有关。努塞尔数则是煤粉相对于载流运动雷诺数(Re)的函数，因而决定于燃烧方式和煤粒的运动性状。由于煤粉粒度很小(小于200网目的占80％以上)，由氧煤枪喷出的煤粉颗粒速度很快就和周围气流速度相同。上述专利只考虑提高煤粒燃烧边界层外空间介质中的氧浓度，忽略了提高煤粉与周围气流的相对速度这一因素即改变燃烧方式和煤粒的运动性状来提高煤粉燃烧速度，因此煤粉燃烧速率仍然较低。

本发明的目的就是：1、在煤粉粒径较小具有较大反应面积的前提下，在煤粉进入炉缸前，使煤粉与周围气流之间的相对速度增大并提高煤粉燃烧过程温度。与此同时，使煤粉充分与热风混合，扩大煤粉在氧化气氛中的燃烧空间和提高煤粉在炉内氧化气氛中的停留时间，使煤粉燃烧快速进行。2、减少风口小套的热损失，提高煤粉燃烧温度。3、在不会减小煤焦置换比的前提下适当增大煤粉制粉粒度，节约制粉能耗，提高制粉率。在高炉其他操作条件相同的前题下，达到既可以提高高炉喷煤量，又可以提高煤粉燃烧率，更多的用煤粉取代和节约昂贵冶金焦以及节能的目的。

本发明根据发明人的研究：煤粉在旋风炉内燃烧可大大提高煤粒与周围气体的相对速度，提高煤粉燃烧过程温度，因此可大幅度提高煤粉的燃烧速度。在高炉热风条件下，大喷煤量煤粉燃烧可以使煤粉灰分液态化。据此，本发明提出高炉喷吹煤粉快速燃烧方法和设备。本发明在高炉直吹管前端设置部分热风旋流器，将风口小套通风道作为旋风燃烧室。它使部分热风在风口小套通风道内壁面附近形成旋流区。煤枪喷出的小于10微米的煤粒通过部分热风旋流器进行空间燃烧，大于10微米的煤粉颗粒将随旋转气流进入该旋流区，形成煤粉旋流燃烧，使煤粉灰分液态化。而当煤粉灰分液化后，由于风口小套的冷却作用，在风口小套通风道内壁面将形成渣膜，这不但保护风口小套通风道内壁面不受煤粉直接冲刷，而且也减少了风口小套的热损失，可大幅度提高煤粉燃烧温度，同时也就形成煤粉旋风燃烧液态排渣，液态化产物将通过风口进入炉缸。由于在煤粉旋风燃烧过程中，10微米以下的煤粒进行空间燃烧，10微米以上的煤粒进行旋风燃烧，这样就大大地提高了煤粉在氧化气氛中的燃烧空间，并使煤粉与热风充分混合。由于较大煤粒在风口小套通风道壁面着膜后进行壁上燃烧，这使得适当提高煤粉制粉粒度，节约制粉能耗，提高制粉率成为可能。在熔渣膜的高温环境中，未燃尽的着膜煤粒有足够长的滞留时间在膜面上燃尽。在发生上述旋流燃烧的前提下，应将高炉通常所用煤枪位置后移一定距离。上述两项变化提高了煤粉在炉内氧化气氛中的停留时间。本发明用等离子喷涂技术在风口小套通风道壁面喷涂一层耐磨耐高温物质(如氧化锆)，它可在风口小套通风道壁面未形成渣膜时，确保风口水套通风道壁面免受煤粉旋流运动的直接冲刷和磨损，同时无论喷煤与否它都能减少风口小套壁面的热损失。因此采用本发明可在高炉其他操作条件相同的前题下，既可以提高高炉喷煤量，又可以提高煤粉燃烧率，更多的用煤粉取代和节约昂贵冶金焦以及节能。部分热风旋流器和风口小套的寿命可超过六个月。

参照附图：在高炉直吹管(1)的前端设置部分热风旋流器(2)。该部分热风旋流器由耐高温陶瓷材料制成，它的中心部分为园柱型通风道。其外环通道设有旋流叶片。部分热风通过中心通道进入涂有氧化锆涂层(5)的风口小套(3)做射流运动，部分热风通过旋流叶片进入风口小套(3)做旋流运动。煤枪(4)的位置较现有高炉煤枪位置后移18公分—20公分。煤粉通过煤枪(4)进入直吹管内，做同轴射流扩散运动，再通过部分热风旋流器的中心通风道进入风口小套(3)。进入风口小套的煤粉，10微米以下的进行空间燃烧，10微米以上的进行旋流燃烧，较大煤粒在风口小套(3)通风道壁面着膜后进行壁上燃烧。同时适当提高煤粉制粉粒度，节约制粉能耗，提高制粉率。氧化锆涂层(5)在风口小套通风道壁面未形成渣膜时，保护风口小套通风道壁面免受煤粉旋流运动的直接冲刷和磨损，同时无论喷煤与否它都能减少风口小套壁面的热损失。

Claims (11)

1、一种提高高炉喷吹煤粉燃烧率和节能的方法，其特征是将风口小套通风道作为旋风燃烧室，煤粉既做空间燃烧又做旋风燃烧，提高煤粉与周围气流的相对速度，使煤粉与热风充分混合，扩大煤粉在氧化气氛中的燃烧空间，提高煤粉在氧化气氛中的停留时间，减少风口热损失，提高煤粉然烧温度，提高煤粉制粉率和降低制粉能耗。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是所说的将风口小套通风道作为旋风燃烧室是指在高炉直吹管前端设置部分热风旋流器，部分热风通过其旋流叶片在风口小套通风道内壁面附近形成旋流区。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征是所说的煤粉既做空间燃烧又做旋风燃烧是指煤粉由煤枪喷入热风后做射流扩散运动，进行空间燃烧，接着通过部分热风旋流器中心通道进入风口小套，小于10微米的煤粒进行空间燃烧，大于10微米的煤粒随旋转气流做旋风燃烧。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征是所说的提高煤粉与周围气流的相对速度是指大于10微米的煤粒进行旋风燃烧抛向风口小套通风道壁面时和较大煤粒在风口小套通风道壁面着膜后进行壁上燃烧时，提高了煤粉与周围气流的相对速度。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征是所说的使煤粉与热风充分混合，扩大煤粉在氧化气氛中的燃烧空间，提高煤粉在氧化气氛中的停留时间是指将高炉通常所用的煤枪位置后移12—20公分，燃煤旋流燃烧时充满风口小套通风道，较大煤粒在风口小套通风道壁面着膜后进行壁上燃烧有充分的时间停留。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征是所说的减少风口热损失，提高煤粉燃烧温度是指煤粉旋流燃烧时煤粉灰分液态化，液态灰分在风口小套通风道内壁面形成渣膜，减少了风口小套热损失，较大煤粒集中在风口小套通风道内壁面上燃烧，提高了煤粉燃烧温度。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征是所说的提高煤粉制粉率和降低制粉能耗是指适当提高煤粉制粉粒度有利于煤粉旋风燃烧，它可提高煤粉制粉率和降低制粉能耗。

8、一种提高高炉喷吹煤粉燃烧率和节能的设备，其特征是该设备由部分热风旋流器、风口小套、煤枪组成。

9、根据权利要求8所述的设备，其特征是所说的部分热风旋流器是由耐热陶瓷材料制成，长度8—12公分，中心部分为园柱型通风道，其外环通道设有旋流叶片，外园直径与直吹管直径相适应，安装在直吹管前端。

10、根据权利要求8所述的设备，其特征是所说的风口小套是在一般高炉所用的风口小套通风道内壁面喷涂一层氧化锆，涂层厚0.5mm，它在渣膜未形成时确保风口小套通风道壁面免受煤粉旋流运动的直接冲刷和磨损，同时无论喷煤与否都能减少风口小套的热损失。

11、根据权利要求8所述的设备，其特征是所说的煤枪其安装位置较原高炉煤枪后移12—20公分。