CN218290985U

CN218290985U - 一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪

Info

Publication number: CN218290985U
Application number: CN202222372793.2U
Authority: CN
Inventors: 付有余
Original assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2022-09-07
Filing date: 2022-09-07
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2032-09-07

Abstract

本实用新型涉及一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，包括煤粉喷枪、上部伴随枪及下部伴随枪；上部伴随枪设于煤粉喷枪的上方，下部伴随枪设于煤粉喷枪的下方。通过煤粉喷枪、上部伴随枪及下部伴随枪向高炉内吹入煤粉颗粒及富氧空气，上部伴随枪喷出的富氧空气用于冲击煤粉流实现对其的扰动，下部伴随枪喷出的富氧空气用于提高煤粉燃烧速率并能减少由冲击作用造成偏转的煤粉颗粒对风口小套的冲刷，使煤粉与热风、富氧空气充分混合，有利于提高喷吹煤粉的燃尽率，降低燃料比，提升煤焦置换比，保证高炉顺行的同时，达到节能减排的效果。

Description

一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪

技术领域

本实用新型涉及高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪。

背景技术

在高炉冶炼过程中，决定高炉煤焦置换比的最主要因素是风口前煤粉的燃尽率。以往的研究和实践证明，在高炉形成稳定回旋区的工况下，影响煤粉燃尽率的主要因素有两个，第一是热力学温度，喷吹煤粉的高炉普遍采用富氧鼓风工艺来保证回旋区边缘燃烧带的燃烧温度，煤粉在直吹管内经过预热，挥发分的析出、燃烧过程后，残碳及未燃煤粉在该燃烧区内大量富集并燃烧。高炉内除回旋区是氧化性气氛外，其余区域均为还原性气氛。因此，氧气与焦炭在该区域的燃烧程度决定了理论燃烧温度进而影响煤粉颗粒的燃尽率；第二是动力学环境。煤粉由化学性质稳定的氮气作为载气吹入高炉内，煤粉进入热风直吹管后在载气的过保护下几乎不能与热风形成湍流，导致煤粉流以近直线的运动方式进入回旋区直至边缘燃烧带内。上述运动特征说明，在大喷煤条件下传统煤枪的煤粉与氧气的混匀程度较低，且热风中含氧量不足，导致煤粉与氧气接触时间过短、接触不充分，造成煤粉燃烧不完全。目前，传统煤枪的燃料比及煤比已经达到最优值，难以有进一步提升的空间。

因此，在保证高炉顺行的前提下，降低燃料比的重要研究方向是通过优化煤枪结构来提升煤粉燃烧的动力及热力学环境，进而达到降低燃料比，提升煤焦置换比的目的。

授权公告号为CN 211999790 U的中国实用新型专利公开了“一种旋流风高炉煤粉直吹管”，包括设置有热风管道的壳体，壳体连接有煤粉喷枪，煤粉喷枪的出口与热风管道的出口端相连通；热风管道内壁设置有保温层，保温层内表面刻有若干条螺旋凹槽，螺旋凹槽的旋向为来复线旋向；该煤粉直吹管能够使热风气流外部速度增大，使煤粉在高速旋转的气流中向周边扩散，煤粉在气流中与氧的混匀度大幅度提高，燃烧效果更好。

申请公布号为CN 102312029 A的中国专利申请公开了“一种高炉送风装置及其喷吹煤粉的燃烧方法和富氧方法”，其高炉送风装置是窥视孔通道口到直吹管出口的整个热风通道内，全部或部分安装管道砖，将热风通道分隔成内外两层，即中心通道和环形通道，并使中心通道和环形通道之间全部或者部分隔离热风。其喷吹煤粉的燃烧方法，是将喷枪插入中心通道内进行喷煤，所喷吹煤粉在中心通道内实现部分燃烧或被加热后，再与从环形通道出来的热风共轴，一起进入风口和炉内实现充分燃烧。其喷吹煤粉的富氧方法，是将氧气限制在中心通道内，只与少量的热风混合，形成有利于煤粉燃烧的局部富氧气氛。

发明内容

本实用新型提供了一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，通过煤粉喷枪、上部伴随枪及下部伴随枪向高炉内吹入煤粉颗粒及富氧空气，上部伴随枪喷出的富氧空气用于冲击煤粉流实现对其的扰动，下部伴随枪喷出的预热富氧空气用于提高煤粉燃烧速率并能减轻由冲击作用造成偏转的煤粉颗粒对风口小套的冲刷，使煤粉与热风、富氧空气充分混合，有利于提高喷吹煤粉的燃尽率，降低燃料比，提升煤焦置换比，保证高炉顺行的同时，达到节能减排的效果。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，包括煤粉喷枪，还包括上部伴随枪及下部伴随枪；所述煤粉喷枪设有喷煤口的一端倾斜穿过热风直吹管的管壁后伸入风口小套中；所述上部伴随枪设于煤粉喷枪的上方，上部伴随枪在喷煤口的外上方设富氧空气喷吹口一，并且富氧空气喷吹口一的中心轴线与上部伴随枪本体的中心轴线成一夹角α；所述下部伴随枪设于煤粉喷枪的下方，下部伴随枪在喷煤口的外下方设富氧空气喷吹口二，并且富氧空气喷吹口二的中心轴线与下部伴随枪本体的中心轴线成一夹角β。

所述煤粉喷枪的倾斜角即喷煤口中心轴线与热风直吹管中心轴线的夹角为10°～15°。

所述上部伴随枪与煤粉喷枪平行设置，上部伴随枪在富氧空气流出端弯折后形成富氧空气喷吹口一，弯折角α＝10°～75°。

所述上部伴随枪外壁与煤粉喷枪外壁的最小垂直距离L1≤20mm，上部伴随枪的本体与富氧空气喷吹口一的半径R1＝5～20mm。

所述下部伴随枪沿热风直吹管的轴线方向设置，下部伴随枪在富氧空气流出端弯折后形成富氧空气喷吹口二，弯折角β＝10°～75°。

所述下部伴随枪外壁与煤粉喷枪外壁的最小垂直距离L2≤25mm，下部伴随枪的本体与富氧空气喷吹口二的半径R2＝5～20mm。

所述煤粉喷枪伸入风口小套的长度为30～300mm。

所述煤粉喷枪、上部伴随枪、下部伴随枪均由耐热合金钢管制成。

所述富氧空气喷吹口一、富氧空气喷吹口二的外壁喷涂一层金属陶瓷，或者采用陶瓷喷头。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)通过设置于高炉风口的煤粉喷枪、上部伴随枪及下部伴随枪，向高炉内吹入煤粉颗粒及富氧空气，上部伴随枪喷出的富氧空气用于冲击煤粉流实现对其的扰动，下部伴随枪喷出的预热富氧空气用于提高煤粉燃烧速率并能减轻由冲击作用造成偏转的煤粉颗粒对风口小套的冲刷，使煤粉与热风、富氧空气充分混合，有利于提高喷吹煤粉的燃尽率，降低燃料比，提升煤焦置换比，保证高炉顺行的同时，达到节能减排的效果；

2)上伴随枪、下伴随枪喷出的富氧空气在煤粉喷枪的喷煤口前端形成旋流，可大大增强煤粉颗粒与氧气的掺混效果，缩短混匀时间，消除氮气在煤粉喷枪喷煤口前端的过保护作用；

3)上部伴随枪富氧空气喷吹口一的中心轴线与上部伴随枪本体的中心轴线成一夹角α，在上部伴随枪气流的冲击扰动下，煤粉颗粒流在运动轨迹的法向受到向下力的作用，使其运动轨迹偏离热风直吹管的中心轴线方向，转而向氧气含量更高的热风直吹管下部区域运动，增大其与热风中氧气的掺混率，缩短混匀距离，减少混匀时间，提高燃烧速度；

4)下部伴随枪富氧空气喷吹口二的中心轴线与下部伴随枪本体的中心轴线成一夹角β，从下部伴随枪吹出的富氧空气在风口小套和煤粉颗粒流之间形成富氧隔离带，阻隔向下运动的煤粉颗粒流冲刷风口小套，削弱煤粉颗粒对风口小套的侵蚀效应，提高风口小套的使用寿命。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型所述一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪的结构示意图。

图2是图1的局部放大图。

图3是图1的俯视图。

附图标记说明：

图中：1.热风直吹管 2.煤粉喷枪 21.喷煤口 3.上部伴随枪 31.富氧空气喷吹口一 4.下部伴随枪 41.富氧空气喷吹口二

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1-图3所示，本实用新型所述一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，包括煤粉喷枪2，还包括上部伴随枪3及下部伴随枪4；所述煤粉喷枪2设有喷煤口21的一端倾斜穿过热风直吹管1的管壁后伸入风口小套中；所述上部伴随枪3设于煤粉喷枪2的上方，上部伴随枪3在喷煤口21的外上方设富氧空气喷吹口一31，并且富氧空气喷吹口一31的中心轴线与上部伴随枪3本体的中心轴线成一夹角α；所述下部伴随枪4设于煤粉喷枪2的下方，下部伴随枪4在喷煤口21的外下方设富氧空气喷吹口二41，并且富氧空气喷吹口二41的中心轴线与下部伴随枪4本体的中心轴线成一夹角β。

所述煤粉喷枪2的倾斜角即喷煤口21中心轴线与热风直吹管1中心轴线的夹角为10°～15°。

所述上部伴随枪3与煤粉喷枪2平行设置，上部伴随枪3在富氧空气流出端弯折后形成富氧空气喷吹口一31，弯折角α＝10°～75°。

所述上部伴随枪3外壁与煤粉喷枪2外壁的最小垂直距离L1≤20mm，上部伴随枪3的本体与富氧空气喷吹口一31的半径R1＝5～20mm。

所述下部伴随枪4沿热风直吹管1的轴线方向设置，下部伴随枪4在富氧空气流出端弯折后形成富氧空气喷吹口二41，弯折角β＝10°～75°。

所述下部伴随枪4外壁与煤粉喷枪2外壁的最小垂直距离L2≤25mm，下部伴随枪4的本体与富氧空气喷吹口二41的半径R2＝5～20mm。

所述煤粉喷枪2伸入风口小套的长度为30～300mm。

所述煤粉喷枪2、上部伴随枪3、下部伴随枪4均由耐热合金钢管制成。

所述富氧空气喷吹口一31、富氧空气喷吹口二41的外壁喷涂一层金属陶瓷，或者采用陶瓷喷头。

本实用新型所述一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，在现有高炉喷煤枪(或称煤粉喷枪)的基础上，并且在高炉冶炼工艺无需进行大变化的情况下，能够有效提高煤粉燃烧效率。

本实用新型所述一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，由煤粉喷枪2、上部伴随枪3和下部伴随枪4构成。上部伴随枪3、下部伴随枪4中分别通入富氧空气，所述富氧空气为氧气、氮气与二氧化碳的混合气体，其中下部伴随枪4由于伸入热风直吹管1的长度较长，在此期间富氧空气被预热。煤粉颗粒以氮气作为载气由煤粉喷枪2的喷煤口21喷出，虽然氮气可以避免煤粉在输送过程中发生爆炸，但这种保护作用将会持续至喷煤口21前端，高浓度的氮气在喷煤口21处形成保护区域，在此区域内高浓度氮气会阻碍煤粉颗粒与氧气接触，不利于喷煤口21处煤粉颗粒与氧气的燃烧反应。而上部伴随枪3、下部伴随枪4喷出的富氧空气在喷煤口21前端形成旋流，可以大大增强煤粉颗粒与氧气的掺混效果，缩短混匀时间，消除氮气在喷煤口21前端的过保护作用。

上部伴随枪3的富氧空气喷吹口一31中心轴线与上部伴随枪3本体的中心轴线成一夹角α(图2所示上部伴随枪3本体与富氧空气喷吹口一31之间的锐角)，且夹角α＝10°～75°，在上部伴随枪3气流的冲击扰动下，煤粉颗粒流在运动轨迹的法向受到向下力的作用，使其运动轨迹偏离热风直吹管1中心轴线方向转而向氧气含量更高的热风直吹管1下部区域运动，增大了煤粉颗粒与热风中氧气的掺混率，缩短混匀距离，减少混匀时间，提高燃烧速度。

下部伴随枪4的富氧空气喷吹口二41中心轴线与下部伴随枪4本体的中心轴线成一夹角β(图2所示下部伴随枪4本体与富氧空气喷吹口二41之间的锐角)，且夹角β＝10°～75°，从下部伴随枪4吹出的富氧空气在风口小套和煤粉颗粒流之间形成富氧隔离带，阻隔向下运动的煤粉颗粒流冲刷风口小套，削弱煤粉颗粒对风口小套的侵蚀效应，延长风口小套使用寿命。

当夹角α、β在0～10°之间时，上部伴随枪3、下部伴随枪4内的富氧空气获得的最大流量几乎不会对煤粉颗粒流产生明显的扰流效果，并且过大的流量对高炉冶金设备要求较高。当夹角α、β在10°～75°之间时，上部伴随枪3喷出的富氧空气使煤粉颗粒流受到向下的作用力，煤粉颗粒的运动轨迹在此作用力下产生向下偏转效果。同时，下部伴随枪4喷出的富氧空气在热风直吹管1轴线下方形成富氧隔离带，进入该隔离带的煤粉颗粒迅速与预热富氧空气混合。在此区间内，上部伴随枪3、下部伴随枪4只需采用合适的喷吹流量，相互配合，就可以在喷煤口21前的氮气过保护区域内形成较大的富氧涡旋区域，达到提升燃尽率的效果。当夹角α、β在75°～90°之间时，煤粉颗粒受到的法向力过大，使煤粉颗粒撞击风口小套的概率显著增加，虽然能一定程度提升煤粉燃尽率，但对风口小套的冲刷侵蚀作用会大大缩短风口小套的使用寿命，增加了非计划休风概率。

为使本实用新型的目的、技术方案和技术效果更加清楚，现对本本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。但以下所描述的实施例仅是本本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本本实用新型保护的范围。

【实施例】

本实施例中，采用本实用新型所述一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪进行高炉冶炼。

如图1-图3所示，本实施例中，首先将下部伴随枪4由观察孔插入热风直吹管1内(也可在热风直吹管1的末端开设通孔供下部伴随枪4插入)，调节下部伴随枪4的前端与热风直吹管1前端的距离为200mm，并使下部伴随枪4富氧空气喷吹口二41的最上端与煤粉喷枪2的喷煤口21下端在同一平面，下部伴随枪4与热风直吹管1的中心轴线平行。下部伴随枪4的末端向上弯折后形成富氧空气喷吹口二41，弯折角β＝45°。下部伴随枪4外壁与煤粉喷枪2外壁最小垂直距离L2为15mm，下部伴随枪4的本体与富氧空气喷吹口二41的半径R2＝18mm。

本实施例中，下部伴随枪4喷吹富氧气体的体积流量v2＝0.2～0.7m³/s。压强P2≥1.05MPa。

其次，将煤粉喷枪2插入热风直吹管1内，本实施例中，煤粉喷枪2采用现有常规的煤粉喷枪。煤粉喷枪2的倾斜角即喷煤口21中心轴线与热风直吹管1中心轴线的夹角为12°，调节煤粉喷枪2前端与热风直吹管1前端的距离为200mm，且喷煤口21最下端与下部伴随枪4的弯折处在同一水平面。

最后，插入上部伴随枪3，调节上部伴随枪3前端与热风直吹管1前端的距离为200mm，并使上部伴随枪3富氧空气喷吹口一31的最下端与煤粉喷枪2的喷煤口21上端在同一平面。上部伴随枪3的末端向下弯折后形成富氧空气喷吹口一31，弯折角α＝45°，上部伴随枪3外壁与煤粉喷枪2外壁的最小垂直距离L1为20mm，上部伴随枪3的本体与富氧空气喷吹口一31的半径R1＝12mm。

本实施例中，上部伴随枪3喷吹气体的体积流量v1＝0.2～0.7m³/s。压强P1≥1.05MPa。

本实施例中，煤粉喷枪2、上部伴随枪3及下部伴随枪4的轴线在同一竖直平面内。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，包括煤粉喷枪，其特征在于，还包括上部伴随枪及下部伴随枪；所述煤粉喷枪设有喷煤口的一端倾斜穿过热风直吹管的管壁后伸入风口小套中；所述上部伴随枪设于煤粉喷枪的上方，上部伴随枪在喷煤口的外上方设富氧空气喷吹口一，并且富氧空气喷吹口一的中心轴线与上部伴随枪本体的中心轴线成一夹角α；所述下部伴随枪设于煤粉喷枪的下方，下部伴随枪在喷煤口的外下方设富氧空气喷吹口二，并且富氧空气喷吹口二的中心轴线与下部伴随枪本体的中心轴线成一夹角β。

2.根据权利要求1所述的一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，其特征在于，所述煤粉喷枪的倾斜角即喷煤口中心轴线与热风直吹管中心轴线的夹角为10°～15°。

3.根据权利要求1所述的一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，其特征在于，所述上部伴随枪与煤粉喷枪平行设置，上部伴随枪在富氧空气流出端弯折后形成富氧空气喷吹口一，弯折角α＝10°～75°。

4.根据权利要求1所述的一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，其特征在于，所述上部伴随枪外壁与煤粉喷枪外壁的最小垂直距离L1≤20mm，上部伴随枪的本体与富氧空气喷吹口一的半径R1＝5～20mm。

5.根据权利要求1所述的一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，其特征在于，所述下部伴随枪沿热风直吹管的轴线方向设置，下部伴随枪在富氧空气流出端弯折后形成富氧空气喷吹口二，弯折角β＝10°～75°。

6.根据权利要求1所述的一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，其特征在于，所述下部伴随枪外壁与煤粉喷枪外壁的最小垂直距离L2≤25mm，下部伴随枪的本体与富氧空气喷吹口二的半径R2＝5～20mm。

7.根据权利要求1所述的一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，其特征在于，所述煤粉喷枪伸入风口小套的长度为30～300mm。

8.根据权利要求1所述的一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，其特征在于，所述煤粉喷枪、上部伴随枪、下部伴随枪均由耐热合金钢管制成。

9.根据权利要求1所述的一种大型高炉用富氧扰流喷煤枪，其特征在于，所述富氧空气喷吹口一、富氧空气喷吹口二的外壁喷涂一层金属陶瓷，或者采用陶瓷喷头。