CN114717369B - 一种微波提质喷吹煤的处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种微波提质喷吹煤的处理装置和方法，属于金属冶炼行业及煤炭行业技术领域，该装置包括输煤装置、提质装置、流化气体储罐、旋风分离器、煤质在线检测器、提质煤仓、控制系统，输煤装置包括原煤仓、助燃剂仓和螺旋给料机；提质装置包括流化气体缓冲区、气体分布器、提质反应区、微波发生器、波导、微波吸收棒、热电偶和微波屏蔽层；提质区内的煤粉与助燃剂在流化气体的作用下处于流化状态，能够非常均匀地吸收微波进行改质，提高喷吹煤的燃烧效率，降低喷吹煤着火点和高炉焦比，从而降低生产成本。本发明具有智能自动化高、煤粉提质均匀性好、效率高等优点，适宜应用于金属冶炼行业。

Description

一种微波提质喷吹煤的处理装置和方法

技术领域

本发明属于金属冶炼行业及煤炭行业技术领域，具体涉及一种微波提质喷吹煤的处理装置和方法。

背景技术

我国钢铁行业经过快速扩张，国内炼焦煤资源及冶金焦的供给正在成为瓶颈因素。高炉煤粉喷吹（PCI）方法可以用于替换部分焦炭，有效降低焦比，是一种广泛使用的高炉技术。虽然高炉喷吹煤粉可以有效降低焦比，然而随着喷吹煤粉量的逐步增加导致了另一个问题的产生：未燃煤粉的量也在增加。未燃煤粉不仅会影响进一步降低焦比，而且会影响高炉的顺利运行，因此绝大部分钢铁企业和科研机构都在研究发展高炉喷吹煤技术。

微波作为高频率的电磁波，可将它的电磁能转变为热能，不仅有热效应，还存在一种不是由温度引起的非热效应。在微波场的作用下，物质的偶极子将重新取向，使宏观偶极矩不为零，形成偶极转向极化。微波作用于物质后，分子运动速度加快，这不仅会提高分子的平均动能，还能有效地降低反应活化能。微波有选择地以体积进行加热，产生瞬时加热，从而避免了传统加热的传热限制，并大大缩短了处理时间，实现传统加热无法实现的效果。微波只作用煤粉本身，在一定的微波功率和时间下，改性后的煤粉燃烧率要明显高于未被改性的煤粉。

专利CN103305247A涉及一种风热式煤粉改性器及使用该改性器制备改性煤的方法，然而该装置采用热风来加热，热量总是由表及里传递进行加热物料，物料中不可避免地存在温度梯度，故加热的物料不均匀，致使物料出现局部过热。

专利CN112981020A提出一种利用微波外场辐射改质高炉喷吹煤粉的装置及方法，虽然一定改质煤粉的质量，然而该方法所用热电偶安装在陶瓷管外壁，不能准确测量管内煤粉的真实温度；且微波过程中煤粉全堆积在陶瓷管底部，存在物料加热不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波提质喷吹煤的处理装置和方法，实现自动化控制喷吹煤和助燃剂在流化状态下非常均匀地接收微波所辐射出的热量达到提质的效果，进一步降低喷吹煤的着火点、提高喷吹煤的燃烧效率和降低高炉焦比，实现降低生产成本。

本发明采用如下技术方案：

一种微波提质喷吹煤的处理装置，包括输煤装置、提质装置、流化气体储罐、旋风分离器、煤质在线检测器、提质煤仓和控制系统；

所述输煤装置包括原煤仓、助燃剂仓和螺旋给料机，原煤仓和助燃剂仓分别依次通过计量装置和阀门与螺旋给料机连接；

所述提质装置包括提质反应区，提质反应区的底部设有流化气体缓冲区，所述提质反应区的顶部分别设有煤粉入口和出料口，煤粉入口和出料口中间设有热电偶插口，热电偶插口内设有热电偶，提质反应区的侧壁设有波导，波导的一侧设有微波发生器，提质装置的外侧设有微波屏蔽层，提质反应区内均匀布置有若干微波吸收棒，提质反应区的一侧设有监测器，螺旋给料机通过管道与煤粉入口连接；

流化气体缓冲区和提质反应区之间设有气体分布器，气体分布器上设有若干防堵吹扫口，流化气体缓冲区的底部设有流化气体入口；

所述流化气体储罐通过管道与流化气体入口连接，管道上设有流量计和阀门，流化气体储罐通过管道分别与防堵吹扫口连接，管道上设有阀门；

所述旋风分离器的一端通过管道与提质反应区的出料口连接，另一端通过管道与煤质在线检测器的一端连接，煤质在线检测器的另一端通过管道分别与提质煤仓和原煤仓连接，管道上设有阀门，旋风分离器通过管道与流化气体入口的管道连接，管道上设有阀门；

计量装置、阀门、流量计和煤质在线检测器均与控制系统电性连接。

进一步地，所述提质反应区的截面为圆柱形，底部的流化气体缓冲区的截面为圆弧形。

进一步地，所述气体分布器上设有若干通气孔以及用于固定微波吸收棒的凹槽。

进一步地，所述微波吸收棒的数量为八个。

进一步地，所述微波发生器和波导的数量均匀5个，其中，波导为圆形环绕在提质反应区的外侧。

进一步地，所述监测器位于提质反应区上部3/4位置。

进一步地，所述防堵吹扫口的数量为四个，沿气体分布器的中心呈十字对称布置。

进一步地，所述流化气体储罐的顶端设有放空口。

进一步地，所述提质反应区和流化气体缓冲区的材料为玻璃，热电偶为屏蔽层镍铬或镍硅热电偶，微波吸收棒的材质为碳化硅，微波屏蔽层的材质为Fe等金属。

一种微波提质喷吹煤的处理方法，包括如下步骤：

第一步，打开原煤仓和助燃剂仓的阀门，定量的原煤和助燃剂通过螺旋给料机进入到提质反应区，定量的流化气体从底部进入到流化气体缓冲区，使原料煤和助燃剂处于流化状态，同时设定微波发生器的微波功率为0-1000w，波导将微波透过反应器玻璃外壁进入到提质反应区对原煤和助燃剂进行改质；

第二步，原煤和助燃剂在常温-180℃的条件下，流化改质0-180s，然后通过控制系统的程序调节流化气体的流量使完成改质的原煤和助燃剂通过出料口进入到旋风分离器，分离后的气体返回流化气体缓冲区继续流化，分离后的原煤通过煤质在线检测器，若合格进入提质煤仓，若不合格则返回原煤仓继续提质；

第三步，待提质后的煤全部排出提质区后，调节流化气体流量继续加入原煤和助燃剂重复进行第一步和第二步过程，整个提质过程全部利用控制系统内的信号进行自动化控制。

进一步地，所述原煤包括烟煤或无烟煤，助燃剂包括钢渣、铁红中的任意一种或两种混合物，所述流化气体包括空气或惰性气体。

进一步地，所述助燃剂占原煤的质量比为0-1%。

本发明的有益效果如下：

1. 本发明实现了高炉喷吹煤的提质，以提高喷吹煤的燃烧效率，降低喷吹煤着火点和高炉焦比，从而降低生产成本；

2. 本发明提质过程高炉喷吹煤处于流化悬浮状态，且微波吸收棒的设置可使高炉喷吹煤更加均匀地接收微波辐射的能量提高提质效果；

3. 本发明助燃剂的添加，可有效地降低喷吹煤的着火点；

4. 本发明热电偶设置于提质区的正中央，可准确测量体制区内煤的温度，以便调整提质条件；

5. 本发明全部实现智能化、自动化监测控制，工艺简单、提质效率高。

附图说明

图1为本发明的装置的整体结构示意图；

图2为提质装置的结构示意图；

图3为提质装置的俯视图；

图4为气体分布器的俯视图；

其中：1-原煤仓；2-助燃剂仓；3-螺旋给料机；4-计量装置；5-阀门；6-提质反应区；7-流化气体缓冲区；8-煤粉入口；9-出料口；10-热电偶插口；11-热电偶；12-波导；13-微波发生器；14-微波屏蔽层；15-微波吸收棒；16-监测器；17-管道；18-气体分布器；19-防堵吹扫口；20-流化气体入口；21-流化气体储罐；22-流量计；23-旋风分离器；24-煤质在线检测器；25-提质煤仓；26-控制系统；27-喷吹煤。

具体实施方式

结合附图对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

本发明所用元器件的型号为：煤质在线检测器：LIBS360TM；制造厂商：南京盈波光电。微波发生器：MY1000S；微波功率：0-1000W可调；输入电源：220V；制造厂商：南京汇研。

本实施例提供一种微波提质喷吹煤的处理装置，包括输煤装置、提质装置、流化气体储罐、旋风分离器、煤质在线检测器、提质煤仓和控制系统；

所述输煤装置包括原煤仓、助燃剂仓和螺旋给料机，原煤仓和助燃剂仓1.2下部安装有计量装置和阀门，计量装置和阀门通过控制系统来控制。

所述提质装置，包括流化气体缓冲区、气体分布器、提质反应区、微波发生器、波导、微波吸收棒、热电偶、微波屏蔽层和监测器；该装置上部为圆柱形，底部为圆弧形，气体缓冲区下部设有流化气体入口；气体分布器上有均匀的小孔以便于气体通过，也有一定尺寸数量的凹槽用于固定微波吸收棒，且两边设有防堵吹扫口；微波吸收棒均匀地分布于提质反应区内；波导、微波发生器依次分布于提质反应区外壁；微波屏蔽层覆盖在整个提质装置的外壁；热电偶通过热电偶插口位于提质反应区的正中间；监测器设置在提质反应区上部3/4处用于监测原煤和助燃剂的流化状态。

所述流化气体储罐顶部设有放空口，通过管道与流化气体入口相连接，管道上设有阀门和流量计，且其信号都连锁于控制系统以实现其自动化控制。

所述旋风分离器通过管道与提质区和煤质在线检测器相连，用于分离提质煤和流化气体。

所述煤质在线检测器用于检测煤提质后的质量，对于质量合格的煤存储于提质煤仓，对于不合格的煤返回原煤仓再次进行提质处理，直至质量合格。

所述控制系统用于接收计量装置、阀门、流量计、监测器的信号，使其都连锁通过程序实现自动化控制。

进一步地，原煤仓里的煤为烟煤，助燃剂仓的原料为钢渣和铁红等物质的一种或者多种的混合物。

进一步地，每次进入提质反应区的煤和助燃剂量是一定的，且助燃剂总占比为0.6%，助燃剂中钢渣和铁红的量各为50%。

进一步地，反应过程中通入提质反应区的流化气体的量是一定的，且其通入的量能保证原煤和助燃剂处于流化状态。

进一步地，反应过程中通入反应区的流化气体为空气。

进一步地，气体分布器上的防堵吹气口个数为4个且两两对称分布。

进一步地，微波发生器和波导数量都为5个，且波导为圆形环绕在圆柱体反应器周边。

进一步地，微波发生器微波功率为120w，微波时间（流化时间）为10s，提质反应区温度为60℃。

进一步地，提质反应区和气体缓冲区装置材料为玻璃，使微波能够很好的透过。

进一步地，热电偶为屏蔽层镍铬热电偶，以防止普通热电偶在微波场中产生感应电流而造成测温误差。

进一步地，微波吸收棒其材质为碳化硅，能够使微波更快速、均匀地辐射到反应提质区内部。

进一步地，微波屏蔽层其材质为金属Fe，以防止微波辐射泄露。

本实施例提供一种微波提质喷吹煤的处理方法，采用上述微波提质喷吹煤的处理装置进行，包括下述步骤。

（1）打开原煤仓和助燃剂仓的阀门，定量的烟煤和助燃剂钢渣和铁红通过螺旋给料机进入到提质反应区，定量的空气从底部进入到缓冲区使烟煤和助燃剂处于流化状态，同时设定微波功率为120w，波导将微波透过反应器玻璃外壁进入到提质反应区对原煤和助燃剂进行改质。

（2）保持原料煤和助燃剂在60℃的条件下，流化改质10s，然后通过控制系统的程序调节流化气的流量使完成改质的原煤和助燃剂通过出料口进入到旋风分离器，分离后的气体返回装置继续流化，分离后的烟煤通过煤质在线检测器，若合格进入提质煤仓，若不合格则返回原煤仓继续提质。

（3）待提质后的煤全部排出提质区后，调节空气流量继续加入烟煤和助燃剂重复进行S1-S2过程，整个提质过程全部利用控制系统内的信号进行自动化控制。

上述实施例中结果表明：微波功率120W流化提质时间为10s的喷吹煤着火温度降低了5.2℃，燃烧率提高了3.6%。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种微波提质喷吹煤的处理装置，利用所述处理装置用于实现微波提质喷吹煤，包括如下步骤：

第一步，打开原煤仓和助燃剂仓的阀门，定量的原煤和助燃剂通过螺旋给料机进入到提质反应区，定量的流化气体从底部进入到流化气体缓冲区，使原料煤和助燃剂处于流化状态，同时设定微波发生器的微波功率为0-1000w，波导将微波透过反应器玻璃外壁进入到提质反应区对原煤和助燃剂进行改质；

第二步，原煤和助燃剂在常温-180℃的条件下，流化改质0-180s，然后通过控制系统的程序调节流化气体的流量使完成改质的原煤和助燃剂通过出料口进入到旋风分离器，分离后的气体返回流化气体缓冲区继续流化，分离后的原煤通过煤质在线检测器，若合格进入提质煤仓，若不合格则返回原煤仓继续提质；

第三步，待提质后的煤全部排出提质区后，调节流化气体流量继续加入原煤和助燃剂重复进行第一步和第二步过程，整个提质过程全部利用控制系统内的信号进行自动化控制；

所述原煤包括烟煤或无烟煤，助燃剂包括钢渣、铁红中的任意一种或两种混合物，所述流化气体包括空气或惰性气体；

所述助燃剂占原煤和助燃剂的总质量比为0-1%；

其特征在于：所述处理装置包括输煤装置、提质装置、流化气体储罐（21）、旋风分离器（23）、煤质在线检测器（24）、提质煤仓（25）和控制系统（26）；

所述输煤装置包括原煤仓（1）、助燃剂仓（2）和螺旋给料机（3），原煤仓（1）和助燃剂仓（2）分别依次通过计量装置（4）和阀门与螺旋给料机（3）连接；

所述提质装置包括提质反应区（6），提质反应区（6）的底部设有流化气体缓冲区（7），所述提质反应区（6）的顶部分别设有煤粉入口（8）和出料口（9），煤粉入口（8）和出料口（9）中间设有热电偶插口（10），热电偶插口（10）内设有热电偶（11），提质反应区（6）的侧壁设有波导（12），波导（12）的一侧设有微波发生器（13），提质装置的外侧设有微波屏蔽层（14），提质反应区（6）内均匀布置有若干微波吸收棒（15），提质反应区（6）的一侧上部3/4位置设有监测器（16），螺旋给料机（3）通过管道与煤粉入口（8）连接；

流化气体缓冲区（7）和提质反应区（6）之间设有气体分布器（18），气体分布器（18）上设有若干防堵吹扫口（19），流化气体缓冲区（7）的底部设有流化气体入口（20）；

所述流化气体储罐（21）通过管道与流化气体入口（20）连接，管道上设有流量计（22）和阀门；流化气体储罐（21）通过管道分别与防堵吹扫口（19）连接，管道上设有阀门；

所述旋风分离器（23）的一端通过管道与提质反应区（6）的出料口（9）连接，另一端通过管道与煤质在线检测器（24）的一端连接，煤质在线检测器（24）的另一端通过管道分别与提质煤仓（25）和原煤仓（1）连接，管道上设有阀门；旋风分离器（23）通过管道与流化气体入口（20）的管道连接，管道上设有阀门；

计量装置（4）、阀门、流量计（22）和煤质在线检测器（24）均与控制系统（26）电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种微波提质喷吹煤的处理装置，其特征在于：所述提质反应区（6）的截面为圆柱形，底部的流化气体缓冲区（7）的截面为圆弧形。

3.根据权利要求1所述的一种微波提质喷吹煤的处理装置，其特征在于：所述气体分布器（18）上设有若干通气孔以及用于固定微波吸收棒的凹槽，所述微波吸收棒（15）的数量为八个。

4.根据权利要求1所述的一种微波提质喷吹煤的处理装置，其特征在于：所述微波发生器（13）和波导（12）的数量均为5个，其中，波导（12）为圆形且其环绕在提质反应区（6）的外侧。

5.根据权利要求1所述的一种微波提质喷吹煤的处理装置，其特征在于：所述防堵吹扫口（19）的数量为四个，沿气体分布器（18）的中心呈十字对称布置。

6.根据权利要求1所述的一种微波提质喷吹煤的处理装置，其特征在于：所述流化气体储罐（21）的顶端设有放空口。

7.根据权利要求1所述的一种微波提质喷吹煤的处理装置，其特征在于：所述提质反应区（6）和流化气体缓冲区（7）的材料为玻璃，热电偶（11）为屏蔽层镍铬或镍硅热电偶，微波吸收棒（15）的材质为碳化硅，微波屏蔽层（14）的材质为Fe金属。

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