CN114985716A - 一种烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置及方法，属于冶金工业生产技术领域，装置包括铁水包，异形包盖，异形包盖盖身上方凹槽设有燃气管道和氧气管道，铁水包半径R，盖身半径r，铁水包内壁与盖身外壁平行设置，二者间狭缝宽度a＝R‑r，限定R²/(R²‑r²)＝2.2～5.0以保证铁水包内高温烟气流速提高2.2～5.0倍。铁水包内进行纯氧燃烧形成扩散火焰对铁水包进行烘烤，控制燃烧过程中氧燃比(1.2～2.2):1；产生的高温烟气在铁水包内流动，待包衬温度达到1100～1300K后完成烘烤。本装置采用纯氧燃烧技术有效提高低热值煤气燃烧时火焰温度和燃烧稳定性，大幅减少排出尾气量和尾气中污染物含量且铁水包烘烤时温度分布均匀，温差大幅减小。

Description

一种烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置及方法

技术领域：

本发明属于冶金工业生产技术领域，具体涉及一种烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置及方法。

背景技术：

钢铁行业是国民经济发展的重要行业，同时也是一种高能耗，高排放行业，是我国节能减排工作的关键领域。目前钢铁行业的能耗约占全国总能耗的15％，实现钢铁行业的节能减排迫在眉睫。

铁水包作为钢厂中的一种基本设备，其主要作用是承接高炉到转炉间铁水的运输。在实际应用中，为减少铁水在铁水包中的运输过程中出现过大温降而影响转炉出钢的质量，也为了避免铁水包内残存水分遇高温铁水发生爆炸发生危险事故，铁水包内衬在使用前必须进行烘烤处理。

当前国内钢厂较多采用天然气，焦炉煤气或混合煤气作为燃料，空气作为助燃气进行铁水包的烘烤；结构上多采用竖式布置，即烧嘴布置在包盖上，火焰或高温烟气从上到下进入铁水包，通过火焰辐射换热和高温烟气的对流换热进行烘烤；烘烤结束后烟气直接沿铁水包包口排出到厂房内。

按当前采用的铁水包烘烤方式将带来以下的问题：

采用天然气，焦炉煤气等高热值燃气作为燃气进行烘烤可是达到较高的烤包温度，但焦炉煤气和天然气作为一种优质燃气，其本身在企业内就是稀缺资源，且成本较高。作为钢厂生产中产生的副产物，高炉煤气、转炉煤气和发生炉煤气的主要可燃成分为CO，虽然可燃烧但其热值较低，仅约为3000～7000kJ/Nm³，在燃烧时具有燃烧温度低、升温慢、火焰稳定性差等缺点，难以直接用于铁水包的烘烤。大多企业在应用这些低热值煤气进行烘烤时都需将其与天然气，焦炉煤气等优质燃气进行掺混才可以获得较高的火焰温度。这虽然在燃烧时采用了高炉煤气，但仍将消耗大量优质燃气，因此许多企业甚至选择将其直接燃尽排放而不使用，此类做法无疑这造成了资源的浪费，不利于节能。

传统的铁水包烘烤装置大多采用竖式布置，烧嘴设置在包盖上，火焰在包口附近喷出，高温火焰和高温烟气自上而下地进入到铁水包内部烘烤包衬，但由于大多铁水包深度较深，采用此种布置方式的铁水包烘烤装置会受制于喷出火焰的长度，导致火焰难以到达包底，在高度上造成包衬上存在高达100～150K的温差，影响了在铁水包烘烤过程中烘烤的均匀性，降低了包衬在烘烤时获得的平均温度。若要达到所期烘烤效果势必将延长烘烤时间，但这将造成资源的浪费。同时，较大的温差将引起铁水包的耐火材料内衬产生较大的热应力，造成耐火材料内衬的开裂等问题从而影响铁水包的使用寿命，造成经济损失。

传统的铁水包烘烤装置采用空气作为助燃气体，空气中仅存在21％O₂起助燃作用，而79％的N₂不参与燃烧反应，直接以高温烟气的形式排出。这些N₂不但大幅增加了烟气体积，更在排烟过程中带走了大量热量，造成了余热资源的浪费。同时，空气中的N₂在烘烤过程中由于高温的作用会和O₂反应生成NO_x随烟气排放。此外，烘烤时燃烧产生的烟气直接沿包盖与铁水包间留出的缝隙排放到厂房内，造成了厂房内存在大量的烟气和热量污染，恶化了工人的工作环境。基于此，开发一种可燃用高炉煤气等低热值煤气，回收余热资源重新利用，有效减小包壁竖直方向上的温差并减少烘烤过程中尾气和污染物排放的铁水包烘烤装置将尤为重要。

发明内容：

为解决上述问题，本发明提出一种用于铁水包烘烤的烟气回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置及方法，本装置采用纯氧燃烧技术燃用高炉煤气等低热值煤气，有效提高高炉煤气等低热值煤气燃烧时的火焰温度和燃烧稳定性，大幅减少排出的烟气量和烟气中的污染物含量，同时提高铁水包烘烤时温度分布的均匀性，大幅减小温差。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置，其结构示意图如图1所示，俯视图如图2所示，包括铁水包1，异形包盖2和导线5，异形包盖2包括盖顶与圆台型盖身，盖顶与铁水包包口直接接触，圆台型盖身伸入铁水包内部，圆台型盖身带有凹槽，异形包盖2上方连接有燃气管道6和氧气管道9，二者在同一截面上，铁水包1半径为R，异形包盖2伸入铁水包1内部盖身半径为r，并与铁水包1内壁平行设置，二者间狭缝宽度为a，R²/(R²-r²)＝2.2～5.0。

铁水包半径R以铁水包顶部内半径计，盖身半径r以盖身顶部外半径计，r＝R-a。

通过限定R²/(R²-r²)＝2.2～5.0以保证铁水包内高温烟气流速提高2.2～5.0倍。

所述的异形包盖2由钢结构外壳内敷设耐火材料内衬构成，包括与铁水包1包口直接接触的盖顶和伸入铁水包1内的盖身两部分。

所述的异形包盖2连接液压起重装置112，所述的液压起重装置112设置于固定架台111上，二者通过螺栓结构连接，所述的固定架台111通过地脚螺栓固定在地面上，所述的液压起重装置112通过连接臂113与异形包盖2盖顶连接。

所述的液压起重装置112与计算机系统连接。

所述的铁水包1内设有电子点火装置3，红外测温仪4，铁水包1底部设有测温点41。所述的电子点火装置3，红外测温仪4通过导线5与外部供电系统连接。

所述红外测温仪4安装在异形包盖2盖身底部，用于监测铁水包内部温度场分布。

所述的燃气管道6入口处设有燃气入口阀门61。

所述的燃气管道6外部设置翅片烟气管道7，所述的翅片烟气管道7为钢管内敷石棉材料，内部设置翅片，所述的翅片烟气管道7底端设置烟气管道入口81，顶部出口安装抽风机8。

所述的氧气管道9入口处设有氧气入口阀门91，所述的氧气管道9外设置冷却水管道10，所述冷却水管道10底部设置冷却水入口阀门101，顶部设置冷却水出口阀门102，所述的冷却水管道10与冷却水循环系统连接。

上述各阀门均为电磁阀，均连接计算机系统。

所述的燃气管道6和氧气管道9伸入铁水包内部，且伸入铁水包1部分以及相关导线5位于异形包盖2盖身的凹槽内。

所述燃气管道6斜插在异形包盖2盖身凹槽底部，与竖直方向呈7～10°夹角，所述氧气管道9与燃气管道6采用对称布置斜插在异形包盖2凹槽底部。

所述燃气管道6和氧气管道9底部穿过异形包盖2并设置喷嘴，所述的电子点火装置3位于燃气管道6和氧气管道9喷嘴处，用以点燃燃气。

所述的燃气在燃气管到6和氧气管道9喷嘴中喷出后，在异形包盖盖身最底部混合，被电子点火装置3点然后在两喷嘴附近边混合边燃烧，形成扩散火焰。

所述燃气管道设计流量为150～400m³/h，喷嘴喷口压力为3.5kPa，氧气设计流量为50～250m³/h，喷嘴设计压力为0.4MPa，调节火焰长度为1.5～2m。

所述抽风机8连接烟气集中处理系统。

一种烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤方法，采用上述装置，包括以下工作步骤：

步骤1：固定好固定架台，启动液压起重装置，液压起重装置通过连接臂与异形包盖相连，控制整个烘烤系统下降，启动红外测温仪测量铁水包内的温度分布情况；

步骤2：打开冷却水管道进口阀和出口阀，开启冷却水管道中的冷却水循环；打开燃料管道阀门向铁水包中通入燃料，打开氧气管道阀门向铁水包中通入氧气；燃料和氧气在管道中经喷嘴喷出，在包盖下部的空间内混合，启动电子点火装置，点燃燃料形成扩散火焰烘烤铁水包，并在燃烧过程中控制氧燃比为(1.2～2.2):1，所述的氧气为纯氧；

步骤3：铁水包内开始产生高温烟气，高温烟气在铁水包内流动；

所述的步骤3中，启动位于翅片管道上部的抽风机将烟气沿烟气入口抽入翅片管道内与翅片进行换热，翅片吸收烟气中余热并对燃料管道中的燃料进行预热，剩余低温烟气被抽风机抽出铁水包集中处理；

步骤4：红外测温仪持续监测包内的温度情况，待包衬温度达到1100～1300K后，完成烘烤工作。

所述的步骤2中，燃气为高炉煤气、转炉煤气及发生炉煤气等低热值煤气，其中主要可燃成分为CO，低位发热量约为3000～7000kJ/Nm³，热值极低，传统情况下难以直接应用于铁水包烘烤过程。

所述的步骤2中，纯氧浓度为95％以上，N₂含量为0，N₂不再参与到铁水包烘烤过程中的燃烧过程和排烟过程中，也不在燃烧反应中被氧化为NO_x。

所述的步骤2中，通过限定装置中R²/(R²-r²)＝2.2～5.0，以调整狭缝宽度能够保证所述燃气喷嘴距离包底高度满足纯氧燃烧火焰始终达到包底。

所述的步骤2中，铁水包底部内半径为1.25m，顶部开口半径R为1.4m，高度为4.1m，容积约22.64m，火焰出口位置距离包底在1.5～2.0m，a为150-350mm。

所述的步骤2中，铁水包1内火焰温度达到1700K～1900K，包顶与包底温差为15～30K。

所述的方法中，以装置中采用异形包盖将燃料管道及氧气管道伸入包内并采用现有常规的空气进行燃烧(空燃比为4:1)烘烤方式为参照工艺，相应每燃用单位体积燃料烟气中将生成2.8×10^-4～3.2×10^-4体积NO_x。

所述的步骤3中，经检测，高温烟气中NO_x生成量为参照工艺NO_x生成量的1/7～1/5。

所述的步骤3中，通过异形包盖2结构设计，使得高温烟气在铁水包壁内流动速度提高2.2～5.0倍，进一步提高包壁与高温烟气的换热，改善铁水包烘烤时竖直方向上的温度分布，使温差控制在15～30K；同时，通过进行纯氧燃烧改造大幅降低NO_x的生成与排放，其含量降低至传统空气助燃条件下1/7～1/5，也大幅降低了燃烧生成的烟气量，理论烟气量相比传统空气助燃降低了40％～60％。

所述的步骤4中，包内温度均达标后，通过计算机系统控制，关闭氧气管道入口阀门、燃料管道入口阀门、冷却水管道入口、出口阀门、最后关闭抽风机，启动液压起重装置提起及整个烘烤系统，完成烘烤工作。

本发明的有益效果：

本发明能够将低热值煤气采用纯氧燃烧技术直接应用于铁水包烘烤，不必掺混天然气等优质燃气，可节约能源、减少燃料消耗、节约操作成本并缩短烘烤时间。生成烟气中主要成分为三原子分子，大幅提高了高温烟气对包衬的热辐射能力，在一定程度上提高了铁水包烘烤时温度分布的均匀性，减小了温差。采用一种异形包盖伸入铁水包内。首先可以填补采用纯氧燃烧后烟气体积的减少量，保证烘烤时的高温烟气可始终与包衬紧密接触，以优化高温烟气与包衬间的换热。并能够改变高温烟气在铁水包内的流场，在其流经异形包盖盖身与包衬间的狭缝时提高2.2～5.0倍流速，进一步强化高温烟气与包衬间的换热。最后采用异形包盖将燃烧位置移动到铁水包内部，避免了火焰长度太短，尤其是进行纯氧燃烧改造后火焰的进一步缩短，从而产生的竖直方向上温差过大的问题。采用燃气管道与氧气管道分离的边混合便燃烧的扩散火焰进行烘烤。提高了包内燃烧过程的安全性，也方便管道出现泄露时单独进行修理更换，降低了成本。进行烟气余热回收利用。一方面，回收排出烟气中的余热资源并将其用以燃气的预热，进一步提高了燃气的燃烧效率，节约了燃料。另一方面，便于集中回收处理烟气，避免了厂房内的烟气和热量污染，改善了厂房内的工作环境。

附图说明：

图1为本发明实施例烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置结构示意图；

图2为本发明实施例烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置俯视图，其中：

1-铁水包，2-异形包盖，3-电子点火装置，4-红外测温仪，5-导线，6-燃气管道，61-燃气入口阀门，7-翅片烟气管道，8-抽风机，81-烟气管道入口，9-氧气管道，91-氧气入口阀门，10-冷却水管道，101-冷却水管道入口阀门，102-冷却水管道出口阀门，111-固定架台，112-液压起重装置，113-连接臂。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1-5

一种烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置，其结构示意图如图1所示，俯视图如图2所示，包括铁水包1，异形包盖2，导线5，异形包盖2上方连接有燃气管道6和氧气管道9，在某一截面上，铁水包1半径为R，异形包盖2盖身半径为r，并与铁水包1内壁平行设置，二者间狭缝宽度为a。

所述的狭缝宽度a，铁水包半径R，异形包盖盖身半径r满足关系为：

r＝R-a

R²/(R²-r²)＝2.2～5.0

以保证铁水包内高温烟气流速提高2.2～5.0倍。

所述的异形包盖2连接起重设备，所述的起重设备包括液压起重装置112，所述的液压起重装置112设置于固定架台111上，二者通过螺栓结构连接，所述的固定架台111通过地脚螺栓固定在地面上，所述的液压起重装置112通过连接臂113与异形包盖2盖顶连接。

所述的液压起重装置112与计算机系统连接。

所述的铁水包1内设有电子点火装置3，红外测温仪4，铁水包1底部设有测温点41。所述的电子点火装置3与红外测温仪4通过导线5连接。

所述红外测温仪4安装在异形包盖2底部，用于监测铁水包内部温度场分布。

所述的燃气管道6入口处设有燃气入口阀门61。

所述的燃气管道6外部设置翅片烟气管道7，所述的翅片烟气管道7为钢管内敷石棉材料，内部设置翅片，所述的翅片烟气管道7底端设置烟气管道入口81，顶部出口安装抽风机8。

所述的氧气管道9入口处设有氧气入口阀门91，所述的氧气管道9外设置冷却水管道10，所述冷却水管道10底部设置冷却水入口阀门101，顶部设置冷却水出口阀门102，所述的冷却水管道10与冷却水循环系统连接。

上述各阀门均为电磁阀，均连接计算机系统。

所述的燃气管道6和氧气管道9伸入铁水包内部，且伸入铁水包1部分以及相关导线6位于异形包盖2顶部凹槽内。

所述燃气管道6斜插在异形包盖2盖身凹槽底部，与竖直方向呈7～10°夹角，所述氧气管道9与燃气管道6采用对称布置斜插在异形包盖2盖身凹槽底部。

所述燃气管道6和氧气管道9底部穿过异形包盖2盖身底部并设置喷嘴，所述的电子点火装置3位于燃气管道6和氧气管道9喷嘴处，用以点燃燃气。

所述的燃气在燃气管到6和氧气管道9喷嘴中喷出后，在异形包盖盖身最底部混合，被电子点火装置3点燃后在两喷嘴附近边混合边燃烧，形成扩散火焰。

所述燃气管道流量为150～400m³/h，喷嘴喷口压力为3.5kPa，氧气管道流量为50～250m³/h，喷嘴设计压力为0.4MPa，调节火焰长度为1.5～2m。

所述抽风机8连接烟气集中处理系统。

一种烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤方法，采用上述装置，包括以下工作步骤：

步骤1：固定好固定架台，启动液压起重装置。液压起重装置通过连接臂与异形包盖相连，控制整个烘烤系统下降，启动红外测温仪测量铁水包内的温度分布情况。

步骤2：打开冷却水管道进口阀和出口阀，开启冷却水管道中的冷却水循环；打开燃料管道阀门向铁水包中通入燃料，打开氧气管道阀门向铁水包中通入氧气；燃料和氧气在管道中井喷最喷出，在包盖下部的空间内扩散混合，启动电子点火装置，点燃燃料，烘烤系统开始形成扩散火焰烘烤铁水包，并在燃烧过程中控制氧燃比为(1.2～2.2):1，所述的氧气为纯氧。燃气为高炉煤气、转炉煤气及发生炉煤气等低热值煤气，其中主要可燃成分为CO，低位发热量约为3000～7000kJ/Nm³，热值极低，传统情况下难以直接应用于铁水包烘烤过程。纯氧中N₂含量为0，N₂不再参与到铁水包烘烤过程中的燃烧过程和排烟过程中，也不在燃烧反应中被氧化为NO_x。通过调整狭缝宽度能够保证所述燃气喷嘴距离包底高度应满足纯氧燃烧火焰始终接近包底，火焰出口位置距离包底在1.5m以下。铁水包1内火焰温度达到1700K～1900K，包顶与包底温差为15～30K。

步骤3：铁水包内开始产生高温烟气，高温烟气在铁水包内流动；启动位于翅片管道上部的抽风机将烟气沿烟气入口抽入翅片管道内与翅片进行换热，翅片吸收烟气中余热并对燃料管道中的燃料进行预热，剩余低温烟气被抽风机抽出铁水包集中处理。以装置中不采用异形包盖并采用现有常规的空气进行燃烧(空燃比为4:1)烘烤方式为参照工艺，相应每燃用单位体积燃料形成约5体积烟气，其中含有2.8×10^-4～3.2×10^-4体积NO_x。经检测，通过异形包盖2结构设计，使得高温烟气在铁水包壁内流动速度提高2.2～5.0倍，进一步提高包壁与高温烟气的换热，改善铁水包烘烤时竖直方向上的温度分布，使温差控制在15～30K。同时，通过进行纯氧燃烧改造大幅降低NO_x的生成与排放，其含量降低至传统空气助燃条件下1/7～1/5，也大幅降低了燃烧生成的烟气量，理论烟气量相比传统空气助燃降低了40％～60％。

步骤4：红外测温仪持续监测包内的温度情况，待包衬温度达到1100～1300K后，通过计算机系统控制，关闭氧气管道入口阀门、燃料管道入口阀门、冷却水管道入口、出口阀门、最后关闭抽风机，启动液压起重装置提起整个烘烤系统，完成烘烤工作。

以下实施例中采用的铁水包底部内半径为1.25m，顶部开口半径为1.4m，高度为4.1m，容积约22.64m³。

高炉煤气成分为23.9％CO，18.8％CO₂，2.3％H₂O，2.3％H₂，52.7％N₂，所述氧气为纯氧。

烘烤前铁水包内衬温度为常温约300K。当采用传统空气助燃进行铁水包烘烤，其空燃比为4：1，每消耗单位体积燃料生成约为5体积烟气，烟气中含有2.8×10^-4～3.2×10^-4体积的NO_x。当采用本装置进行铁水包烘烤时，其氧燃比为(1.2～2.2)：1，每消耗单位体积燃料将产生约2～3体积烟气，烟气中含有1.9×10^-5～2.8×10^-5体积的NO_x，火焰长度为1.5～2m。

本发明改进过程中，当采用纯氧燃烧技术进行烘烤时，当氧燃比为1.2：1时，经检测，烟气生成量减少了60％；对应的，后续则将异形包盖2盖身体积限定为铁水包1体积的60％；当氧燃比为1.5:1时，经检测，烟气生成量减少了50％，对应的，后续则将异形包盖2盖身体积限定为铁水包1体积的50％；当氧燃比为2.2:1时，经检测，烟气生成量减少了40％，对应的，后续则将异形包盖2盖身体积限定为铁水包1体积的40％。

实施例1：

设置装置中R²/(R²-r²)＝2.3，R＝1.4m，经计算r＝1.053，a＝350mm，高温烟气在异形包盖2盖身与铁水包1间的狭缝中的流速将提高2.3倍，步骤2中燃烧过程中控制氧燃比为(1.2～2.2):1，所述燃气管道流量为150～400m³/h，喷嘴喷口压力为3.5kPa，氧气管道流量为50～250m³/h，喷嘴设计压力为0.4MPa，调节火焰长度为1.5～2m。燃烧过程中产生的扩散火焰充分抵达包底，检测铁水包1内火焰温度达到1700K～1900K，每消耗单位体积燃料将产生2.0～3.0体积高温烟气，高温烟气中含有1.9×10^-5～2.8×10^-5体积的NO_x，高温烟气在异形包盖2盖身与铁水包1间的狭缝中的流速将提高2.3倍，火焰喷嘴距包底高度为0.4～1.2m，其中，当采用氧燃比为1.2：1时，异形包盖2盖身体积为铁水包1体积的60％，火焰喷嘴距包底高度为0.4m；当氧燃比为1.5:1时，异形包盖2盖身体积为铁水包1体积的50％，火焰喷嘴距包底高度为0.8m；当氧燃比为2.2:1时，异形包盖2盖身体积为铁水包1体积的40％，火焰喷嘴距包底高度为1.2m；步骤4中待包衬温度达到1300K后，完成烘烤工作，经检测，烘烤后包顶与包底温差为26K。

实施例2

同实施例1，区别在于设置装置中R²/(R²-r²)＝2.6，经计算a＝300mm，燃烧过程中产生的扩散火焰充分抵达包底，高温烟气在异形包盖2盖身与铁水包1间的狭缝中的流速将提高2.6倍，火焰喷嘴距包底高度为0.5～1.3m，其中，当采用氧燃比为1.2：1时，异形包盖2盖身体积为铁水包1体积的60％，火焰喷嘴距包底高度为0.5m；当氧燃比为1.5:1时，异形包盖2盖身体积为铁水包1体积的50％，火焰喷嘴距包底高度为0.9m；当氧燃比为2.2:1时，异形包盖2盖身体积为铁水包1体积的40％，火焰喷嘴距包底高度为1.3m；步骤4中待包衬温度达到1300K后，完成烘烤工作，经检测，烘烤后包顶与包底温差为20K。

实施例3

同实施例1，区别在于设置装置中R²/(R²-r²)＝3.1，经计算a＝250mm，燃烧过程中产生的扩散火焰充分抵达包底，高温烟气在异形包盖2盖身与铁水包1间的狭缝中的流速将提高约3.1倍，火焰喷嘴距包底高度为0.7～1.5m，步骤4中待包衬温度达到1300K后，完成烘烤工作，烘烤后包顶与包底温差为15K。

本实施例中，申请人分别实验低热值煤气在氧燃比1.2：1，1.5：1和2.2：1的纯氧氛围下和在空燃比4：1的传统空气助燃(参照工艺)条件下，可燃成分均可完全燃烧并且燃烧情况较好，在该条件下经理论计算可知与传统空气助燃相比，纯氧燃烧的理论烟气降低量如下表所示，扩散火焰长度减少到1.5～2m。

表1：不同氧燃比下不同低热值煤气烟气减少量

所述异形包盖2盖身体积与铁水包内烟气减少体积相当，即当氧燃比分别为1.2：1，1.5：1和2.2：1时，其体积分别占铁水包容积的60％，50％和40％。

所述异形包盖2将燃烧位置移动到铁水包内部，保证产生的扩散火焰可以始终到达包底，相应的该异形包盖2盖身高度应为2.6m以上。

所述异形包盖2盖身与包衬间狭缝使得高温烟气在包衬附近的流速提高3.1倍。

所述异形包盖2盖身在不同的氧燃比下的具体尺寸信息如下表所示。

表2：不同氧燃比下异形包盖盖身尺寸

对比例3-1

同实施例3，区别在于，采用现有常规工艺，也即不采用异形包盖2，且采用非纯氧燃烧技术，经检测，铁水包1内产生的扩散火焰温度为1400K～1600K，每消耗单位体积燃料生成为5.0体积烟气，烟气中含有1.9×10^-5～2.8×10^-5体积的NO_x，包顶与包底温差达150K，烘烤速度相对减慢30％，燃料消耗量相对提高40％。

对比例3-2

同实施例3，区别在于，采用纯氧燃烧技术，但铁水包1内不设置圆台，肉眼观测可见，铁水包内产生的扩散火焰长度仅达到铁水包高度的1/3～1/2，经检测，铁水包1内产生的扩散火焰温度为1700K～1900K，且包顶与包底温差为100K。

对比例3-3

同实施例3，区别在于设置装置中R²/(R²-r²)＝2.0，经计算a＝400mm，高温烟气在异形包盖2盖身与铁水包1间的狭缝中的流速将提高2.0倍，火焰喷嘴距包底距离始终小于0.4m，烘烤后包顶与包底温差为85K，其原因在于火焰位置过低影响火焰与包衬热辐射，此外过小的燃烧空间极易造成安全隐患。

对比例3-4

同实施例3，区别在于设置装置中R²/(R²-r²)＝6，经计算a＝125mm，高温烟气在异形包盖2盖身与铁水包1间的狭缝中的流速将提高6.0倍，火焰喷嘴距包底高度为1.4～2.2m，经检测，烘烤过程中的部分情况下，火焰无法抵达包底，与包底仍存在约0.2m的距离，烘烤后包顶与包底温差为73K，原因在于流速过快会导致高温烟气与包衬未能充分换热，且部分情况下火焰难以到达包底。

对比例3-5

同实施例3，区别在于设置燃气管道流量为500m³/h，喷嘴喷口压力为5.0kPa，氧气管道流量为400m³/h，喷嘴设计压力为0.8MPa，燃气被电子点火装置点燃后燃烧不稳定，容易发生熄火等安全事故。

对比例3-6

同实施例3，区别在于设置燃气管道流量为50m³/h，喷嘴喷口压力为2.0kPa，氧气管道流量为20m³/h，喷嘴设计压力为0.1MPa，燃气被电子点火装置点燃后火焰进一步缩短，火焰刚性变差，烘烤能力变弱。

实施例4

同实施例1，区别在于设置装置中R²/(R²-r²)＝3.8，经计算a＝200mm，燃烧过程中产生的扩散火焰充分抵达包底，高温烟气在异形包盖2盖身与铁水包1间的狭缝中的流速将提高约3.8倍，火焰喷嘴距包底高度为0.9～1.9m，其中，当采用氧燃比为1.2：1时，异形包盖2盖身体积为铁水包1体积的60％，火焰喷嘴距包底高度为0.9m；当氧燃比为1.5:1时，异形包盖2盖身体积为铁水包1体积的50％，火焰喷嘴距包底高度为1.4m；当氧燃比为2.2:1时，异形包盖2盖身体积为铁水包1体积的40％，火焰喷嘴距包底高度为1.9m；步骤4中待包衬温度达到1300K后，完成烘烤工作，经检测，烘烤后包顶与包底温差为22K。

实施例5

同实施例1，区别在于设置装置中R²/(R²-r²)＝5，经计算a＝150mm，燃烧过程中产生的扩散火焰充分抵达包底，高温烟气在异形包盖2盖身与铁水包1间的狭缝中的流速将提高约5倍，火焰喷嘴距包底高度为1.2～2.0m，其中，当采用氧燃比为1.2：1时，异形包盖2盖身体积为铁水包1体积的60％，火焰喷嘴距包底高度为1.2m；当氧燃比为1.5:1时，异形包盖2盖身体积为铁水包1体积的50％，火焰喷嘴距包底高度为1.6m；当氧燃比为2.2:1时，异形包盖2盖身体积为铁水包1体积的40％，火焰喷嘴距包底高度为2m；步骤4中待包衬温度达到1300K后，完成烘烤工作，经检测，烘烤后包顶与包底温差为27K。

Claims (9)

1.一种烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置，其特征在于，包括铁水包和异形包盖，所述的异形包盖包括盖顶与圆台型盖身，所述的盖顶由与铁水包包口直接接触，所述的圆台型盖身伸入铁水包内部，盖身上表面设置有燃气管道和氧气管道，铁水包半径为R，异形包盖盖身半径为r，铁水包内壁与盖身外壁平行设置，R²/(R²-r²)＝2.2～5.0。

2.根据权利要求1所述的烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置，其特征在于，所述的异形包盖上通过连接臂连接液压起重装置，所述的液压起重装置设置于固定架台上，二者通过螺栓结构连接，所述的固定架台通过地脚螺栓固定在地面上。

3.根据权利要求1所述的烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置，其特征在于，所述的异形包盖由钢结构内敷耐火材料内衬制成，异形包盖盖身下表面设有电子点火装置，红外测温仪，铁水包底部设有测温点；所述的电子点火装置与红外测温仪通过导线连接，所述红外测温仪用于监测铁水包内部温度场分布。

4.根据权利要求1所述的烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置，其特征在于，所述的燃气管道入口处设有燃气入口阀门，所述的燃气管道外部设置翅片烟气管道，所述的翅片烟气管道为钢管内敷石棉材料，内部设置翅片，所述的翅片烟气管道底端设置烟气管道入口，顶部出口安装抽风机；所述的氧气管道入口处设有氧气入口阀门，所述的氧气管道外设置冷却水管道，所述冷却水管道底部设置冷却水入口阀门，顶部设置冷却水出口阀门，所述的冷却水管道与冷却水循环系统连接。

5.根据权利要求3所述的烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置，其特征在于，所述的燃气管道和氧气管道伸入铁水包内部，且伸入铁水包部分以及导线位于异形包盖盖身凹槽内，所述的电子点火装置位于燃气管道和氧气管道喷嘴处，用以点燃燃气，所述抽风机连接烟气集中处理系统。

6.根据权利要求4所述的烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤装置，其特征在于，所述燃气管道和氧气管道对称地斜插在异形包盖盖身底部，与竖直方向呈7～10°夹角，其底部穿过异形包盖并设置喷嘴，氧气和燃气喷出后在喷嘴附近边混合边燃烧，形成扩散火焰。

7.一种烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤方法，其特征在于，采用权利要求1所述的装置，包括以下工作步骤：

步骤1：控制包盖及整个烘烤装置下降至适当位置，测量铁水包内的温度分布情况；

步骤2：向铁水包中通入燃料，同时通入氧气，燃料和氧气在管道出口喷嘴附近混合点燃后，燃气与氧气边混合边燃烧形成扩散火焰，开始烘烤铁水包，并在燃烧过程中控制氧燃比为(1.2～2.2):1，所述的氧气为纯氧；

步骤3：铁水包内开始产生高温烟气，高温烟气在铁水包内流动；

步骤4：持续监测包内温度情况，待包衬温度达到1100～1300K后，完成烘烤工作。

8.根据权利要求7所述的烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤方法，其特征在于，所述的步骤2中，燃气为高炉煤气、转炉煤气及发生炉煤气等低热值煤气，其中可燃成分为CO，低位发热量为3000～7000kJ/Nm³。

9.根据权利要求6所述的烟气余热回收利用的纯氧燃烧式铁水包烘烤方法，其特征在于，所述的步骤2中，铁水包内火焰温度达到1700K～1900K，包顶与包底温差为15～30K。

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