CN1298027A - 冶金竖炉鼓风方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷吹含碳物料的冶金竖炉的鼓风方法及其设备,特别是向喷吹煤粉的高炉内鼓风的方法和设备。直吹管的热风输入端安装有一个脉动阀,使热风在进入直吹管之前,产生20～300Hz的压力脉动频率,使喷入竖炉的煤粉等固体燃料在脉动气流中燃烧,有效地改善了热风与喷入的含碳原料的宏观混合状态和微观氧的传质状态,提高燃烧率,节焦降耗,降低炼铁成本。同时降低因燃烧不充分造成的污染,保护环境。

Description

冶金竖炉鼓风方法及其设备

本发明涉及一种喷吹含碳物料的冶金竖炉的鼓风方法及其设备，特别是向喷吹煤粉的高炉内鼓风的方法和设备。

现有技术中，大多数高炉均采用在直吹管中插入煤枪的方法，由高炉风口喷入一部分含碳可燃物料，代替炉内焦碳，以降低高炉的生产成本。该方法由于受供风氧浓度、燃烧时间、燃烧空间的限制，影响气体与煤粉的混合程度，因而燃烧率一般低于80％，同时由于燃烧不充分造成环境污染。为此，目前在有些高炉上采用了“双枪技术”、“氧煤枪技术”等，以期通过改进气体与煤粉的宏观混合状态，提高煤粉的燃烧率。这两种方法由于其在微观上不能有效破坏燃烧产物CO₂在煤粉表面的覆盖层，造成提高燃烧率的效果有限。日本专利昭45-403公开了一种高炉脉动送风方法，在高炉热风炉前的冷风主管内，使冷风产生0.25～5Hz的低频脉动。其目的是为了使高炉内气体压力发生周期性变化，促进矿石还原反应，提高高炉操作效率。

本发明的目的是提供一种能够同时改变气体与煤粉的宏观与微观混合状态的冶金竖炉鼓风方法及其设备，大幅度增加煤粉的燃烧率，节焦降耗，降低炼铁成本，保护环境。

本发明的目的是通过以下技术解决方案实现的。

一种冶金竖炉鼓风方法，在直吹管中插入煤枪，由风口向炉内送入热风并喷入含碳可燃物料，在进入直吹管之前，使热风产生20～300Hz的压力脉动频率。

压力脉动频率最好为50～150Hz。

热风进入直吹管后，在具有与其压力脉动频率相近的固有气体压力脉动频率的谐振管状态下输送至风口。

为实现上述鼓风方法所设计的冶金竖炉鼓风设备，具有与竖炉风口相连接的直吹管，煤枪插入直吹管内，直吹管的热风输入端安装有一个脉动阀，脉动阀由电机、转轴、壳体、壳体内的阀芯和旋转阀门组成，壳体上有热风输入口，阀芯和旋转阀门均为桶状，旋转阀门与阀芯同轴线套装于其外，通过转轴与位于壳体外的电机相连，旋转阀门与阀芯上的垂直于轴线的相对应的圆周上各开设有1～8个进气孔，阀芯内径与直吹管的内径相同，与直吹管同轴线相连于其热风输入端。

阀芯和旋转阀门上的进气孔的直径为10～200mm，脉动阀最大开度时的流通截面小于等于直吹管截面积。

风口呈向炉内收缩的锥形，其与直吹管连接的输入口处的直径为直吹管的1.5～2倍。

阀芯至风口的同轴线且等内径部分构成管长为L的谐振管，其固有压力脉动频率与脉动阀使热风产生的压力脉动频率相近，谐振管长度与固有压力脉动频率的关系由以下压力脉动计算公式给定：

      f=c/4L

式中：f-谐振管的固有压力脉动频率，

      c-谐振管中热风的平均声速，c=20.1T，T为热风温

        度，以开氏温度K为单位，

      L-谐振管长度。

脉动煤粉燃烧实验表明，脉动气流除可增加气相紊流程度，改善煤粉与气流的混合外，还可大大改变煤粉的微观燃烧状态，通过脉动所产生的迎风面和气流涡结构，周期性地剥落燃烧产物CO₂在煤粉表面的覆盖层，有效克服煤粒表面气相边界层对氧扩散的阻力，使煤粉在非富氧条件下得到很高的燃烧速度。在空气中进行单个煤粉颗粒的振动与非振动对比实验结果：在第一阶段即挥发份燃烧阶段，脉动燃烧的燃烧时间可降到稳定燃烧的50～70％，在第二阶段即固定碳燃烧阶段，燃烧时间可下降到80％。因此，当喷入竖炉的煤粉等固体燃料在脉动气流中燃烧时，可有效改善鼓风与喷入的含碳原料的宏观混合状态和微观氧的传质状态，提高燃烧率。

本发明鼓风设备采用了四分之一波形脉动燃烧器的工作原理，电机旋转驱动脉动阀周期性开闭，使进入直吹管的热风产生压力脉动，提高煤粉的燃烧率。特别是谐振管的配合使用，避免了热风压力脉动沿直吹管的衰减，使由脉动阀产生的热风压力脉动在谐振管出口处产生激烈的速度脉动和声脉动，从而引起喷入的固体燃料与热风更强烈的混合和相对运动，进一步提高固体燃料的燃烧率。

本发明与现有技术相比所具有的优点在于：本发明的采用能够同时改变气体与煤粉的宏观与微观混合状态，大幅度增加煤粉的燃烧率，节焦降耗，降低炼铁成本。同时降低因燃烧不充分造成的污染，保护环境。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细论述。

图1为本发明冶金竖炉鼓风设备的一个实施例的结构示意图。

图2为本发明冶金竖炉鼓风设备的另一个实施例的结构示意图。

一种冶金竖炉鼓风方法，在直吹管中插入煤枪，由风口向炉内送入热风并喷入含碳可燃物料，在进入直吹管之前，通过脉动阀使热风产生93Hz的压力脉动频率，热风进入直吹管后，在具有与其压力脉动频率相近的固有气体压力脉动频率的谐振管状态下输送至风口。

图1所示，为实现上述鼓风方法所设计的高炉鼓风设备，具有与高炉风口6相连接的直吹管7，煤枪5插入直吹管7内风口6前，直吹管7的热风输入端安装有一个脉动阀。脉动阀由电机1、转轴2、壳体4、壳体4内的阀芯3和旋转阀门8组成，壳体4上有热风输入口9，阀芯3和旋转阀门8均为桶状，旋转阀门8与阀芯3同轴线套装于阀芯3外，通过转轴2与位于壳体4外的电机1相连，旋转阀门8与阀芯3上的垂直于轴线的相对应的圆周上分别开设有2个和1个进气孔，进气孔的直径均为50mm。阀芯3内径与直吹管7的内径相同，且与直吹管7同轴线相连于其热风输入端。本实施例中，阀芯3与直吹管7制成一体，成为直吹管7的一部分。旋转阀门8与壳体4之间、转轴2与壳体4之间，均采用公知的密封结构。

阀芯3、直吹管7与风口6同轴线且内径均相等，共同构成管长为L的谐振管，其固有气体压力脉动频率也即谐振频率与脉动阀门使热风产生的压力脉动频率相近，谐振管长度与固有压力脉动频率的关系由以下压力脉动计算公式给定：

            f=c/4L

式中：f-谐振管的固有压力脉动频率，

      c-谐振管中热风的平均声速，c=20.1T，T为热风温

        度，以开氏温度K为单位，

      L-谐振管长度。实际生产中热风温度在800～1300℃范围内变化时，谐振管中热风传递速度c在695～798m/s之间，1K=273.15℃。为使谐振管具有的固有气体压力脉动频率与脉动阀门使热风产生的压力脉动频率相近，即使f接近93Hz，则根据上式取谐振管长度L=2m。

工作时，电机1带动旋转阀门8围绕阀芯3旋转，使旋转阀门8上的进气口与阀芯3上的进气口的相对位置周期性变化，由热风输入口9输入的热风周期性地输入直吹管7中，产生压力脉动，压力脉动的频率通过调节电机1的转速进行调节。由煤枪喷入的煤粉在脉动气流中燃烧，可有效提高其与热风的换热速度和传质燃烧速度。现场实验结果表明，燃烧率一般可提高10％以上。

现有高炉喷吹系统中，风口结构并不象图1所示为平坦的等直径风口，无法与直吹管平滑连接构成谐振管的一部分。在这种情况下，谐振管的长度L仅包括阀芯和直吹管。

图2所示，为本发明设备的另一个实施例，风口6呈向炉内收缩的锥形，其与直吹管7连接的输入口处的直径为直吹管7的2倍，位于炉内一侧的直径为现有技术中普通风口的直径。热风到达风口时，由于直径突然增大而产生气流旋涡，增加热风的混乱度，进一步提高煤粉与气流的混合程度，进而提高燃烧率。该例中，谐振管由阀芯3和直吹管7构成，也即其长度L中不包括风口6的长度。其它结构与工作过程与图1所示的实施例完全相同。

Claims (7)

1．一种冶金竖炉鼓风方法，在直吹管中插入煤枪，由风口向炉内送入热风并喷入含碳可燃物料，其特征在于：在进入直吹管之前，使热风产生20～300Hz的压力脉动频率。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的压力脉动频率为50～150Hz。

3．根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的热风进入直吹管后，在具有与其压力脉动频率相近的固有气体压力脉动频率的谐振管状态下输送至风口。

4．根据权利要求1所述的方法设计的冶金竖炉鼓风设备，具有与竖炉风口相连接的直吹管，煤枪插入直吹管内，其特征在于：直吹管的热风输入端安装有一个脉动阀，脉动阀由电机、转轴、壳体、壳体内的阀芯和旋转阀门组成，壳体上有热风输入口，阀芯和旋转阀门均为桶状，旋转阀门与阀芯同轴线套装于其外，通过转轴与位于壳体外的电机相连，旋转阀门与阀芯上的垂直于轴线的相对应的圆周上各开设有1～8个进气孔，阀芯内径与直吹管的内径相同，与直吹管同轴线相连于其热风输入端。

5．根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述的阀芯和旋转阀门上的进气孔的直径为10～200mm，脉动阀最大开度时的流通截面小于等于直吹管截面积。

6．根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述的风口呈向炉内收缩的锥形，其与直吹管连接的输入口处的直径为直吹管的1.5～2倍。

7．根据权利要求4、5或6所述的设备，其特征在于：所述的阀芯至风口的同轴线且等内径部分构成管长为L的谐振管，其固有压力脉动频率与脉动阀使热风产生的压力脉动频率相近，谐振管长度与固有压力脉动频率的关系由以下压力脉动计算公式给定：

         f=c/4L

式中：f-谐振管的固有压力脉动频率，

      c-谐振管中热风的平均声速，c=20.1T，T为热风温

        度，以开氏温度K为单位，

      L-谐振管长度。

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