CN115013813A - 超低热值煤气非预混燃烧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超低热值煤气非预混燃烧装置,包括炉膛,炉膛由下至上依次设置前室(1)、均流层(2)、密相区(3)和稀相区(4);前室下端两侧分别设置空气进入通道(11)和燃气进入通道(12),空气和燃气分别依次经前室和均流层进入炉膛内;密相区和稀相区之间设置电子点火器(5);炉膛内在稀相区上方设置烟道(6),烟道内设置空气预热器(7)和燃气预热器(8);空气预热器的进口接入空气,空气预热器的出口连接空气进入通道;燃气预热器的进口接入转炉煤气,燃气预热器的出口连接燃气进入通道。本发明能保证空气和燃气能够均匀交错地进入炉膛内,提高非预混空气和燃气扩散混合效果,避免预热后空气燃气预混导致的危险。
Description
技术领域
本发明涉及转炉煤气燃烧处理技术,特别涉及一种超低热值煤气非预混燃烧装置。
背景技术
转炉煤气(LDG)是钢铁企业内部中等热值的燃料(热值约在8300 kJ/Nm3),也是钢铁企业内部重要的二次能源。转炉煤气的主要成分是CO、CO2、N2和H2,其可燃物主要是CO。转炉煤气的回收利用是实现转炉负能炼钢的重要环节,目前的回收利用方法主要有干法(LT法)和湿法(OG法)两种,且一般要求是CO浓度大于30%、O2浓度低于2%的转炉煤气,以保证煤气热值和回收安全性,这也就意味着CO浓度低于30%的低热值转炉煤气将被燃烧放散,据统计,吨钢排放的低热值煤气热量折合1.5kgce以上,造成大量能源介质损失。特别是,转炉吹炼过程的周期性特征,转炉吹炼初末期的煤气中CO浓度介于0~30%之间,其热值介于0~3500kJ/m3之间,工业上对这类超低热值煤气的常规处理方式是将其燃烧后直接排放到大气中。此外,转炉吹炼初末期中煤气中含有一定量氧气,常规的燃烧控制方法难度较大。对于这类含氧的低热值或超低热值煤气的回收利用,主要指燃烧利用,其难点主要在于如何提高燃烧稳定性以及确保热能的安全利用。
例如,中国专利201810021506.9公开了一种轴向和径向稳燃的预混气体多孔介质燃烧器,燃气和空气在预混室混合后经均流板依次进入防回火区多孔介质和燃烧区多孔介质,稳燃体置于燃烧器轴心,稳燃多孔板套装在稳燃体上。该燃烧器虽然提高了燃烧稳定性和燃烧效率,但采用了燃气和空气预混燃烧且预混空间较大,存在较大危险性,如遇到高温或明火则易发生爆炸。另外,该燃烧器不是针对低热值或超低热值煤气的燃烧,低热值煤气与空气预混后造成燃点升高,不预热条件下点火较为困难,该燃烧器未对煤气或空气采取预热处理。又如,中国专利201811120451.3公开了一种渐扩式多孔介质燃烧器,低热值燃气和空气经挡板砖的均匀混合后直接进入多孔介质,该燃烧器也存在燃气和空气在大空间预混的问题,具有一定的危险性。
目前,针对转炉吹炼初末期超低热值煤气的回收利用技术较少,因此亟需一种适用于超低热值转炉煤气并能够确保燃烧稳定、安全的燃烧装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超低热值煤气非预混燃烧装置,通过在燃烧装置设置前室,使得空气和燃气能够均匀交错地进入炉膛内,有助于提高非预混的空气和燃气扩散混合效果,又能避免预热后空气燃气预混导致的危险。
本发明是这样实现的:
一种超低热值煤气非预混燃烧装置,包括炉膛,炉膛内由下至上依次设置前室、均流层、密相区和稀相区;
所述前室下端两侧分别设置空气进入通道和燃气进入通道,空气和燃气分别依次经前室和均流层进入炉膛内;所述密相区和稀相区之间设置电子点火器;所述炉膛内在稀相区上方设置烟道,烟道内设置空气预热器和燃气预热器;所述空气预热器的进口接入空气,空气预热器的出口经管道连接空气进入通道;所述燃气预热器的进口接入转炉煤气,燃气预热器的出口经管道连接燃气进入通道。
所述空气进入通道和燃气进入通道沿水平面平行设置,所述前室下端沿水平面交替布置若干空气布风管和若干燃气布风管,相邻的空气布风管和燃气布风管平行且等间隔设置;所述空气布风管与空气进入通道连接,燃气布风管与燃气进入通道连接;所述空气布风管和燃气布风管上分别均匀设置若干空气出风管和若干燃气出风管,相邻的空气出风管和燃气出风管错开分布,空气出风管和燃气出风管均沿竖直方向延伸贯穿均流层。
所述空气进入通道和燃气进入通道沿水平面平行设置,所述前室下端沿水平面交替布置若干空气风室和若干燃气风室,空气风室和燃气风室均为扁平腔体并沿竖直方向设置,相邻的空气风室和燃气风室平行且等间隔设置;所述空气风室的下部进口与空气进入通道连接,空气风室顶部设置若干出口,所述燃气风室的下部进口与燃气进入通道连接,燃气风室顶部设置若干出口;所述均流层上交替等间隔布置若干排空气喷嘴和若干排燃气喷嘴,相邻的空气喷嘴和燃气喷嘴错开分布,每排空气喷嘴和每排燃气喷嘴分别与下方的空气风室和燃气风室对应,每排上若干个空气喷嘴和若干个燃气喷嘴均为等间隔设置,空气喷嘴的下端与空气风室上出口一一对应并连接,燃气喷嘴的下端与燃气风室上出口一一对应并连接。
所述密相区填充有第一陶瓷空心球,稀相区填充有第二陶瓷空心球,第一陶瓷球的直径小于第二陶瓷空心球的直径。
所述第一陶瓷空心球的直径为1~5mm,第二陶瓷空心球的直径为3~10mm。
所述炉膛为倒置的四方锥台结构,锥面与竖直方向的夹角为20~40°。
所述烟道在炉膛顶部分出第一子烟道和第二子烟道,空气预热器设置在第一子烟道,燃气预热器设置在第二子烟道。
所述烟道内沿烟气流动方向连续布置空气预热器和燃气预热器。
所述炉膛顶部内设置屏式换热器。
本发明超低热值煤气非预混燃烧装置,首先,在炉膛前段设置前室和均流层,能够确保空气和燃气均匀交错地进入炉膛内,使得非预混空燃气能够进行扩散混合,也避免了预热后空燃气因为预混导致的安全风险。其次,在炉膛内布置有密相区和稀相区,密相区的主要作用是强烈扰流以使得空燃气混合均匀,稀相区主要作为燃烧区以使得燃烧更加充分、稳定,而且密相区和稀相区的由下至上布置结构能有助于热负荷调节。再者,炉膛优选为四方锥台结构,能很好地配合均流层均匀交错流出的空气和燃气,有效提高了火焰的轴向稳定性以及径向均匀性和稳定性。另外,在烟道中布置了空气预热器和燃气预热器,利用燃烧产生的烟气热量分别对空气和燃气进行预热,有助于燃气点火并能够实现烟气热量的高效利用。
本发明与现有技术相比,具有如下有益效果:能实现对超低热值转炉煤气的燃烧利用,燃烧过程中空气和燃气经过预热和非预混处理,能有效确保燃烧充分、稳定和安全。
附图说明
图1为本发明超低热值煤气非预混燃烧装置的实施例一的结构示意图;
图2为图1的A-A剖面结构示意图;
图3为图2的B-B剖面结构示意图;
图4为本发明的实施例二的结构示意图;
图5为图4的C-C剖面结构示意图;
图6为图4的D-D剖面结构示意图;
图7为图5的E-E剖面结构示意图。
图中,1前室,11空气进入通道,12燃气进入通道,13空气布风管,14空气出风管,15燃气布风管,16燃气出风管,17空气风室,18燃气风室,2均流层,21空气喷嘴,22燃气喷嘴,3密相区,4稀相区,5电子点火器,6烟道,61第一子烟道,62第二子烟道,7空气预热器,8燃气预热器,9屏式换热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
参见图1,一种超低热值煤气非预混燃烧装置,包括炉膛,炉膛由下至上依次设置前室1、均流层2、密相区3和稀相区4。前室1下端两侧分别设置空气进入通道11和燃气进入通道12,空气和燃气分别依次经前室1和均流层2进入炉膛内。密相区3和稀相区4之间设置电子点火器5。炉膛内在稀相区4上方设置烟道6,烟道6在炉膛顶部分出第一子烟道61和第二子烟道62,空气预热器7设置在第一子烟道61,燃气预热器8设置在第二子烟道62,用于回收利用燃烧产生烟气热量并对空气和燃气进行预热。空气预热器7的进口接入空气,空气预热器7的出口经管道连接空气进入通道11,燃气预热器8的进口接入转炉煤气,燃气预热器8的出口经管道连接燃气进入通道12。
参见图2和图3,空气进入通道11和燃气进入通道12沿水平面平行设置,前室1下端沿水平面交替布置若干空气布风管13和若干燃气布风管15,相邻的空气布风管13和燃气布风管15平行且等间隔设置。空气布风管13与空气进入通道11连接,燃气布风管15与燃气进入通道12连接。空气布风管13和燃气布风管15上分别均匀设置若干空气出风管14和若干燃气出风管16,相邻的空气出风管14和燃气出风管16错开分布,空气出风管14和燃气出风管16均沿竖直方向延伸贯穿均流层2,由此,空气和燃气在依次经过前室和均流层后进入密相区时,多股空气和燃气气流是均匀交错分布的,这样有利于非预混空燃气的扩散混合。
炉膛内由下至上布置密相区3和稀相区4,密相区用于预热、防止回火,稀相区用于燃烧用,有助于实现较大热负荷的调节。热负荷调节主要是指:转炉吹炼初末期,煤气中CO浓度低且呈现趋势变化,初期CO浓度从0升高到30%,末期会从30%降到0,中间阶段30~(70-80)%之间都是可能的,初末期热值波动大。通过在炉膛内布置密相区和稀相区,可满足这一应用,特别是基本可实现CO浓度在10%以上的煤气燃烧。
密相区3填充有第一陶瓷空心球,稀相区4填充有第二陶瓷空心球,第一陶瓷球的直径小于第二陶瓷空心球的直径。本实施例中,第一陶瓷空心球的直径为1~5mm,第二陶瓷空心球的直径为3~10mm。当空气和燃气经过前室、均流层进入炉膛内的密相区和稀相区(主燃烧区),在陶瓷空心球的强扰动下迅速扩散、混合和燃烧。陶瓷空心球类似于多孔介质结构,强化了陶瓷空心球和空燃气之间以及空燃气的对流、辐射和导热,有利于低热值转炉煤气的稳定持续燃烧。空燃气的速度低于陶瓷空心球的流化临界速度,燃烧过程中稀相区陶瓷空心球轻微上升并处于半流化状态,燃烧状态是半流化、强混合的扩散燃烧。扩散燃烧的优点包括两方面:一、安全性,尤其是对于含有一定量氧气的煤气而言,扩散燃烧可避免爆炸等问题产生;二、多孔介质的参与使得燃烧更加充分,热量回收利用率更高,燃烧稳定性更高。
优选地,炉膛为倒置的四方锥台结构,锥面与竖直方向的夹角为20~40°,这样的炉膛结构有助于实现均匀稳定的燃烧。
另外,炉膛顶部内可设置屏式换热器9,用于回收炉膛内高温辐射热和燃烧烟气对流热产生蒸汽。如不设置屏式换热器,也可将从烟道排出的高温烟气用作其他热源或者用于预热废钢。
根据所述超低热值煤气非预混燃烧装置,具体的燃烧过程为:空气、燃气分别经过空气预热器和燃气预热器的预热后进入前室,再经由均流层依次进入密相区和稀相区,在陶瓷空心球的强扰动下迅速扩散、混合、燃烧,燃烧产生的烟气经烟道排出,烟道中设置的屏式换热器、空气预热器、燃气预热器可对烟气热量进行回收利用。
实施例二
实施例二和实施例一的不同之处在于前室1和烟道6的结构。具体如下:
参见图4~图7,空气进入通道11和燃气进入通道12沿水平面平行设置,前室1下端沿水平面交替布置若干空气风室17和若干燃气风室18,空气风室17和燃气风室18均为扁平腔体并沿竖直方向设置,相邻的空气风室17和燃气风室18平行且等间隔设置。空气风室17的下部进口与空气进入通道11连接,空气风室17顶部设置若干出口,燃气风室18的下部进口与燃气进入通道12连接,燃气风室18顶部设置若干出口。均流层2上交替等间隔布置若干排空气喷嘴21和若干排燃气喷嘴22,相邻的空气喷嘴21和燃气喷嘴22错开分布。一排空气喷嘴21与下方的一个空气风室17对应,每排上若干个空气喷嘴21等间隔设置,空气喷嘴21的下端与空气风室17上出口一一对应并连接。类似地,一排燃气喷嘴22与下方的一个燃气风室18对应,每排上若干个燃气喷嘴22等间隔设置,燃气喷嘴22的下端与燃气风室18上出口一一对应并连接。由此,空气和燃气在依次经过前室和均流层后进入密相区时,多股空气和燃气气流是均匀交错分布的,这样有利于非预混空燃气的扩散混合。
参见图4,实施例二的烟道为一段式结构,烟道6内沿烟气流动方向连续布置空气预热器7和燃气预热器8。
本实施例中,第一陶瓷空心球的直径为4~5mm,第二陶瓷空心球的直径为6~8mm。
本发明超低热值煤气非预混燃烧装置,适用于超低热值转炉煤气燃烧利用,能确保燃烧稳定、安全,且能实现较大热负荷的调节,空燃气易于点火燃烧,有助于减少转炉炼钢过程中的能量损失,有利于转炉负能炼钢发展。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围,因此,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超低热值煤气非预混燃烧装置,其特征在于:包括炉膛,炉膛内由下至上依次设置前室(1)、均流层(2)、密相区(3)和稀相区(4);
所述前室(1)下端两侧分别设置空气进入通道(11)和燃气进入通道(12),空气和燃气分别依次经前室(1)和均流层(2)进入炉膛内;所述密相区(3)和稀相区(4)之间设置电子点火器(5);所述炉膛内在稀相区(4)上方设置烟道(6),烟道(6)内设置空气预热器(7)和燃气预热器(8);所述空气预热器(7)的进口接入空气,空气预热器(7)的出口经管道连接空气进入通道(11);所述燃气预热器(8)的进口接入转炉煤气,燃气预热器(8)的出口经管道连接燃气进入通道(12)。
2.根据权利要求1所述的超低热值煤气非预混燃烧装置,其特征在于:所述空气进入通道(11)和燃气进入通道(12)沿水平面平行设置,所述前室(1)下端沿水平面交替布置若干空气布风管(13)和若干燃气布风管(15),相邻的空气布风管(13)和燃气布风管(15)平行且等间隔设置;所述空气布风管(13)与空气进入通道(11)连接,燃气布风管(15)与燃气进入通道(12)连接;所述空气布风管(13)和燃气布风管(15)上分别均匀设置若干空气出风管(14)和若干燃气出风管(16),相邻的空气出风管(14)和燃气出风管(16)错开分布,空气出风管(14)和燃气出风管(16)均沿竖直方向延伸贯穿均流层(2)。
3.根据权利要求1所述的超低热值煤气非预混燃烧装置,其特征在于:所述空气进入通道(11)和燃气进入通道(12)沿水平面平行设置,所述前室(1)下端沿水平面交替布置若干空气风室(17)和若干燃气风室(18),空气风室(17)和燃气风室(18)均为扁平腔体并沿竖直方向设置,相邻的空气风室(17)和燃气风室(18)平行且等间隔设置;所述空气风室(17)的下部进口与空气进入通道(11)连接,空气风室(17)顶部设置若干出口,所述燃气风室(18)的下部进口与燃气进入通道(12)连接,燃气风室(18)顶部设置若干出口;所述均流层(2)上交替等间隔布置若干排空气喷嘴(21)和若干排燃气喷嘴(22),相邻的空气喷嘴(21)和燃气喷嘴(22)错开分布,每排空气喷嘴(21)和每排燃气喷嘴(22)分别与下方的空气风室(17)和燃气风室(18)对应,每排上若干个空气喷嘴(21)和若干个燃气喷嘴(22)均为等间隔设置,空气喷嘴(21)的下端与空气风室(17)上出口一一对应并连接,燃气喷嘴(22)的下端与燃气风室(18)上出口一一对应并连接。
4.根据权利要求1所述的超低热值煤气非预混燃烧装置,其特征在于:所述密相区(3)填充有第一陶瓷空心球,稀相区(4)填充有第二陶瓷空心球,第一陶瓷球的直径小于第二陶瓷空心球的直径。
5.根据权利要求4所述的超低热值煤气非预混燃烧装置,其特征在于:所述第一陶瓷空心球的直径为1~5mm,第二陶瓷空心球的直径为3~10mm。
6.根据权利要求1所述的超低热值煤气非预混燃烧装置,其特征在于:所述炉膛为倒置的四方锥台结构,锥面与竖直方向的夹角为20~40°。
7.根据权利要求1所述的超低热值煤气非预混燃烧装置,其特征在于:所述烟道(6)在炉膛顶部分出第一子烟道(61)和第二子烟道(62),空气预热器(7)设置在第一子烟道(61),燃气预热器(8)设置在第二子烟道(62)。
8.根据权利要求1所述的超低热值煤气非预混燃烧装置,其特征在于:所述烟道(6)内沿烟气流动方向连续布置空气预热器(7)和燃气预热器(8)。
9.根据权利要求1所述的超低热值煤气非预混燃烧装置,其特征在于:所述炉膛顶部内设置屏式换热器(9)。
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Cited By (2)
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CN116086147A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-05-09 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种防止钛精矿低温干燥回转窑板结的装置及方法 |
CN116086147B (zh) * | 2022-12-19 | 2024-04-26 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种防止钛精矿低温干燥回转窑板结的装置及方法 |
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- 2021-03-05 CN CN202110242976.XA patent/CN115013813A/zh active Pending
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CN116086147B (zh) * | 2022-12-19 | 2024-04-26 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种防止钛精矿低温干燥回转窑板结的装置及方法 |
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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