CN221005050U - 一种烟化炉用天然气喷枪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烟化炉用天然气喷枪装置，属于沉没熔池熔炼技术领域，该装置包括天然气进气通道、富氧进气通道和富氮空气进气通道；该装置外周面上固定连通有天然气进气管、富氧进气管和富氮空气进气管；各进气通道的前端形成喷嘴，喷嘴处设有天然气出气孔、富氧出气孔和富氮空气出气口。本实用新型相对独立气体通道使天然气与氧得到分隔，喷嘴设置加快燃烧反应进行和提高燃烧效率，控制天然气在炉膛底部燃烧，提高天然气利用率；本实用新型增加氮气的给入，对喷枪喷嘴进行冷却，延长使用寿命，同时避免因突发停风事故导致的喷枪堵塞及其他事故，本实用新型具有较好的生产效率、较好的安全可控性。

Description

一种烟化炉用天然气喷枪装置

技术领域

本实用新型属于沉没熔池熔炼技术领域，更具体的说是涉及一种烟化炉用天然气喷枪装置。

背景技术

在“双碳”环保目标下，利用清洁燃料替代传统能源，达到减碳、减排目标，将是冶炼行业等高耗能行业实现可持续发展的必经之路。而清洁燃料多以气态形式使用，根据气态燃料相关特性及沉没熔池熔炼工艺特点，有必要针对性地开发沉没熔炼用喷枪装置。

现有技术提供的沉没熔池熔炼喷枪装置，多为顶吹沉没熔池熔炼工艺使用，底吹、底部侧吹等工艺所涉喷枪装置技术较少，或存在一定的缺陷。

因此，如何研发一种能使天然气及其它气体按工艺需要安全可控的给入锡烟化炉内的同时，能有效提高天然气燃烧速率和天然气利用率，能有效避免事故导致的喷枪堵塞以及炉料变质产生泡沫渣等事故，升温迅速，炉料含锡挥发较彻底，抛渣含锡较低的烟化炉用天然气喷枪装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种烟化炉用天然气喷枪装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种烟化炉用天然气喷枪装置，包括：天然气管、富氧管和富氮空气管，天然气管内形成天然气进气通道；

上述富氧管套设在天然气管外侧，且富氧管内壁与天然气管外壁之间存在间隙形成富氧进气通道；

上述富氮空气管套设在富氧管外侧，且富氮空气管内壁与富氧管外壁之间存在间隙形成富氮空气进气通道；

上述天然气管外周面上固定连通有天然气进气管，富氧管外周面上固定连通有富氧进气管，富氮空气管外周面上固定连通有富氮空气进气管；

上述天然气进气通道、富氧进气通道和富氮空气进气通道的前端形成喷嘴，上述喷嘴处天然气进气通道和富氧进气通道的前端设有密封板，天然气进气通道处的密封板上设有天然气出气孔，富氧进气通道处的密封板上设有富氧出气孔，喷嘴处富氮空气进气通道的前端形成富氮空气出气口；

天然气管末端设有压紧螺母将天然气管末端密封。

进一步，上述密封板的材料为310不锈钢。

进一步，上述富氧管内壁末端与天然气管外壁通过螺纹密封连接，上述富氮空气管末端与富氧管外壁通过法兰螺栓密封连接，上述富氮空气管包括前富氮空气管和后富氮空气管通过法兰螺栓密封连接，上述后富氮空气管外周面上固定连通有富氮空气进气管。

采用上述进一步技术方案的有益效果：不同部件可独立装卸更换，能有效降低使用成本的同时，实现对该装置全面、迅速检查，从而实现对炉况分析判断的辅助作用。

进一步，上述前富氮空气管前端长度的1/3～1/2，以及富氧管、天然气管对应平行部分为喷枪受热段，其材料为310不锈钢；除喷枪受热段和密封板以外的喷枪其余材料均为304不锈钢。

更进一步，上述富氧管内壁末端与天然气管外壁连接处，在天然气管连接外端焊接圆环形漏气挡板，漏气挡板外径面与富氧管外壁平行，内径面与天然气管外壁平行，外径面在对称两侧削出两个直面。

采用上述进一步技术方案的有益效果：富氧从连接处泄露时，挡板可防止泄露富氧气流直接与操作人员接触形成伤害，对称削出的直面，有利于富氧管与天然气管连接安装时，利用加力工具紧固。

进一步，上述天然气进气管、富氧进气管和富氮空气进气管的轴线与上述装置内气流方向夹角依次为a、b、c，90°≤a、b、c＜180°；上述天然气进气管、富氧进气管和富氮空气进气管的轴线间距依次为L1、L2，200mm≤L1、L2≤1000mm；上述富氮空气进气管的轴线与烟化炉炉体的间距为L3，L3≤1000mm；上述前富氮空气管长度大于烟化炉炉壳厚度，喷嘴伸入烟化炉膛内，前富氮空气管伸入烟化炉膛内部分的长度为L，10mm≤L≤100mm。

采用上述进一步技术方案的有益效果：合理控制a、b、c大小，减小上述气体传输过程中的压力损失；合理控制L1、L2、L3大小，提高与进气口所连接气体输送管布局的合理性；合理控制L大小，降低气流冲刷及喷嘴燃烧放热形成的局部高温对喷嘴及炉墙水套的损耗。

进一步，上述天然气进气通道横截面为圆形，上述富氧进气通道至富氮空气进气通道横截面为圆环形。

采用上述进一步技术方案的有益效果：实现富氮空气对天然气通道及富氧通道末端的包裹，利用氮气不参与燃烧的特性，实现对天然气通道及富氧通道末端(天然气燃烧点)的冷却保护。

进一步，上述天然气出气孔出气口和富氧出气孔的形状为圆形，内径为1～10mm，数量分别为5～20个。

采用上述进一步技术方案的有益效果：可通过调整圆孔内径及圆孔数量，实现天然气、富氧射流强度的调整，进一步实现对燃烧效率以及炉料翻腾强度的调整。

本实用新型的有益效果：天然气、富氧、富氮空气给入底侧吹炉内后，大部分天然气与氧气遇高温炉料达到着火点，发生燃烧反应向炉内提供热量，氮气冷却保护喷嘴，没发生燃烧反应的气体吹动炉料翻腾促进炉内各类反应的进行；

本实用新型装置构造简单，能够使相应气体按工艺要求给入锡烟化炉熔池，天然气进气管、富氮空气进气管和富氮空气进气管可以配套连接可快速装卸的金属软管和控制阀门，通过分别控制不同气体入炉参数，达到精准控制燃料在锡烟化炉内的燃烧反应的目的；

本实用新型设置了相对独立气体通道，天然气与氧得到有效分隔，避免了爆炸事故的发生；

本实用新型对喷嘴进行针对性设计，加快天然气燃烧反应进行和提高天然气燃烧效率，控制天然气在锡烟化炉膛底部区域燃烧，提高天然气利用率；

本实用新型富氮空气进气通道的设置可以增加氮气的给入，可对喷枪喷嘴进行冷却保护，延长使用寿命，同时可避免因突发停风事故导致的喷枪堵塞，以及炉料与天然气或氧气发生反应、炉料变质导致的泡沫渣等事故。从而，本实用新型所涉工艺具有较好的生产效率、较好的安全可控性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型烟化炉用天然气喷枪装置立体结构示意图；

图2为本实用新型烟化炉用天然气喷枪装置剖面示意图；

图3为本实用新型喷嘴结构示意图；

图4为本实用新型烟化炉用天然气喷枪装置各夹角和间距示意图；

图5为漏气挡板结构示意图；

其中，1-天然气管，2-富氧管，3-富氮空气管，4-天然气进气通道，5-富氧进气通道，6-富氮空气进气通道，7-天然气进气管，8-富氧进气管，9-富氮空气进气管，10-喷嘴，11-密封板，12-天然气出气孔，13-富氧出气孔，14-富氮空气出气口，15-压紧螺母，16-法兰螺栓，17-烟化炉炉体，18-漏气挡板，3-1-前富氮空气管，3-2-后富氮空气管。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“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”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”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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-5所示，烟化炉用天然气喷枪装置，包括：天然气管1、富氧管2和富氮空气管3，天然气管1内形成天然气进气通道4；

富氧管2套设在天然气管1外侧，且富氧管2内壁与天然气管1外壁之间存在间隙形成富氧进气通道5；

富氮空气管3套设在富氧管2外侧，且富氮空气管3内壁与富氧管2外壁之间存在间隙形成富氮空气进气通道6；

天然气管1外周面上固定连通有天然气进气管7，富氧管2外周面上固定连通有富氧进气管8，富氮空气管3外周面上固定连通有富氮空气进气管9；

天然气进气通道4、富氧进气通道5和富氮空气进气通道6的前端形成喷嘴10，喷嘴10处天然气进气通道4和富氧进气通道5的前端设有密封板11，天然气进气通道4处的密封板11上设有天然气出气孔12，富氧进气通道5处的密封板11上设有富氧出气孔13，喷嘴10处富氮空气进气通道6的前端形成富氮空气出气口14；

天然气管1末端设有压紧螺母15将天然气管1末端密封。

在一个实施例中，密封板11的材料为310不锈钢。

在一个实施例中，富氧管2内壁末端与天然气管1外壁通过螺纹密封连接，富氮空气管3末端与富氧管2外壁通过法兰螺栓16密封连接，富氮空气管3包括前富氮空气管3-1和后富氮空气管3-2通过法兰螺栓16密封连接，后富氮空气管3-2外周面上固定连通有富氮空气进气管9。

在一个实施例中，前富氮空气管3-1前端长度的1/3～1/2，以及富氧管2、天然气管1对应平行部分为喷枪受热段，其材料为310不锈钢；除喷枪受热段和密封板11以外的喷枪其余材料均为304不锈钢。

在一个实施例中，富氧管2内壁末端与天然气管1外壁连接处，在天然气管1连接外端焊接圆环形漏气挡板18，漏气挡板18外径面与富氧管2外壁平行，内径面与天然气管1外壁平行，外径面在对称两侧削出两个直面。

在一个实施例中，天然气进气管7、富氧进气管8和富氮空气进气管9的轴线与装置内气流方向夹角依次为a、b、c，90°≤a、b、c＜180°；天然气进气管7、富氧进气管8和富氮空气进气管9的轴线间距依次为L1、L2，200mm≤L1、L2≤1000mm；富氮空气进气管9的轴线与烟化炉炉体17的间距为L3，L3≤1000mm；前富氮空气管3-13长度大于烟化炉炉壳厚度，喷嘴10伸入烟化炉膛内，前富氮空气管3-13伸入烟化炉膛内部分的长度为L，10mm≤L≤100mm。

在一个实施例中，天然气进气通道4横截面为圆形，富氧进气通道5至富氮空气进气通道6横截面为圆环形。

在一个实施例中，天然气出气孔12出气口和富氧出气孔13的形状为圆形，内径为1～10mm，数量分别为5～20个。

采用烟化炉用天然气喷枪装置进行沉没熔池熔炼工艺，包括以下步骤：

将装置内气流方向与烟化炉垂直面夹角调整为为d，80°≤d≤100°，通过天然气进气管7、富氧进气管8、富氮空气进气管9将天然气、富氧、富氮空气分别送入天然气进气通道4、富氧进气通道5和富氮空气进气通道6内，天然气、富氧分别沿着各自的进气通道经过喷嘴10处密封板11设置的天然气出气孔12和富氧出气孔13，形成天然气射流和富氧射流给入烟化炉内，富氮空气沿着富氮空气进气通道6经过富氮空气出气口14给入烟化炉内，富氮空气中的氮气对喷嘴10进行冷却保护。

实施例1

锡烟化炉的开炉及正常作业过程：

氮气以3000Nm³/h的流速，与3300Nm³/h流速的空气组成富氮空气，依次从内径为38mm的富氮空气进气管9、环缝宽度为7mm的富氮空气进气通道6、环缝宽度为7mm的富氮空气出气口14给入锡烟化炉炉内，待富氮空气给入状态稳定后，向锡烟化炉内投入含锡热料一包(7吨，Sn＝4.02％)，此时，用天然气作燃料，天然气以900Nm³/h的流速，依次从内径为14mm的天然气进气管7、内径为16mm的天然气进气通道4、内径为1.8mm的10个天然气出气孔12给入炉内；富氧浓度为98％，富氧以1200Nm³/h的流速，依次从内径为24mm的富氧进气管8、环缝宽度为6mm的富氧进气通道5、内径为3mm的10个富氧出气孔13给入炉内。

本实例中，富氮空气进气管9、天然气进气管7、富氧进气管8平行，且其轴线与气流方向夹角：a＝b＝c＝90°；气流方向与锡烟化炉垂直面夹角d＝90°；天然气进气管7和富氧进气管8的轴线间距L1＝155mm，富氧进气管8和富氮空气进气管9的轴线间距L2＝140mm，富氮空气进气管9的轴线与炉体间距L3＝250mm；前富氮空气管3-13伸入炉内长度L＝65mm。

过程中根据炉况，控制投料速度，逐步向炉内投入含锡物料，含锡物料达20吨(Sn＝4％)时，完成投料作业。投料完成后，根据炉况，向炉内投入硫化剂、还原剂，炉料中的锡发生还原反应、硫化反应，进行硫化挥发作业，炉料含锡品位逐步下降至挥发终点，烟化炉开口放渣。

过程中，天然气背压、富氧背压、富氮空气背压控制范围依次为：140～170kPa、250～275kPa、80～100kPa。

测试实施例1得到的锡烟化炉抛渣含锡品位及装置喷嘴10完好性；测试结果为，炉渣温度为1186℃(手持红外测温仪测量结果)，抛渣含锡品位为0.257％，喷嘴10完好无损。证明：利用该装置向烟化炉供给天然气作燃料，可顺利实现烟化炉成功点火开炉；炉温达到作业要求；投入锡品位约为4％时，渣含锡可顺利达到挥发终点(Sn≤0.3％)，满足烟化炉生产需求。

实施例2

锡烟化炉的正常作业过程：

锡烟化炉实施例1作业完成后，留一定熔池，通过本实用新型装置，持续向炉内给入天然气、富氧、富氮空气，其中：天然气以900Nm³/h的流速，依次从内径为14mm的天然气进气管7、内径为16mm的天然气进气通道4、内径为1.8mm的10个天然气出气孔12给入炉内；富氧浓度为98％，富氧以1200Nm³/h的流速，依次从内径为24mm的富氧进气管8、环缝宽度为6mm的富氧进气通道5、内径为3mm的10个富氧出气孔13给入炉内；氮气以3000Nm³/h的流速，与3300Nm³/h流速的空气组成富氮空气，依次从内径为38mm的富氮空气进气管9、环缝宽度为7mm的富氮空气进气通道6、环缝宽度为7mm的富氮空气出气口14给入锡烟化炉炉内。

本实例中，富氮空气进气管9、天然气进气管7、富氧进气管8平行，且其轴线与气流方向夹角：a＝b＝c＝90°；气流方向与锡烟化炉垂直面夹角d＝90°；天然气进气管7和富氧进气管8的轴线间距L1＝155mm，富氧进气管8和富氮空气进气管9的轴线间距L2＝140mm，富氮空气进气管9的轴线与炉体间距L3＝250mm；前富氮空气管3-13伸入炉内长度L＝65mm。

过程中，根据炉况，逐步向烟化炉投料25吨(Sn＝10.87％)。投料完成后，根据炉况，向炉内投入硫化剂、还原剂，炉料中的锡发生还原反应、硫化反应，进行硫化挥发作业，炉料含锡品位逐步下降至挥发终点，烟化炉开口放渣。

过程中，天然气背压、富氧背压、富氮空气背压控制范围依次为：140～180kPa、250～280kPa、90～110kPa。

测试本实用新型实施例2得到的锡烟化炉抛渣含锡品位及装置喷嘴10完好性；测试结果为，炉渣温度为1198℃(手持红外测温仪测量结果)，抛渣含锡品位小于0.194％，喷嘴10完好无损。证明：利用该装置向烟化炉供给天然气作燃料，可顺利完成烟化炉正常作业；炉温达到作业要求；投入锡品位约为11％时，渣含锡可顺利达到挥发终点(Sn≤0.3％)，满足烟化炉生产需求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种烟化炉用天然气喷枪装置，其特征在于，包括：天然气管、富氧管和富氮空气管，天然气管内形成天然气进气通道；

所述富氧管套设在天然气管外侧，且富氧管内壁与天然气管外壁之间存在间隙形成富氧进气通道；

所述富氮空气管套设在富氧管外侧，且富氮空气管内壁与富氧管外壁之间存在间隙形成富氮空气进气通道；

所述天然气管外周面上固定连通有天然气进气管，富氧管外周面上固定连通有富氧进气管，富氮空气管外周面上固定连通有富氮空气进气管；

所述天然气进气通道、富氧进气通道和富氮空气进气通道的前端形成喷嘴，所述喷嘴处天然气进气通道和富氧进气通道的前端设有密封板，天然气进气通道处的密封板上设有天然气出气孔，富氧进气通道处的密封板上设有富氧出气孔，喷嘴处富氮空气进气通道的前端形成富氮空气出气口；

天然气管末端设有压紧螺母将天然气管末端密封。

2.根据权利要求1所述一种烟化炉用天然气喷枪装置，其特征在于，所述富氧管内壁末端与天然气管外壁通过螺纹密封连接，所述富氮空气管末端与富氧管外壁通过法兰螺栓密封连接，所述富氮空气管包括前富氮空气管和后富氮空气管通过法兰螺栓密封连接，所述后富氮空气管外周面上固定连通有富氮空气进气管。

3.根据权利要求1或2所述一种烟化炉用天然气喷枪装置，其特征在于，所述天然气进气管、富氧进气管和富氮空气进气管的轴线与所述装置内气流方向夹角依次为a、b、c，90°≤a、b、c＜180°；所述天然气进气管、富氧进气管和富氮空气进气管的轴线间距依次为L1、L2，200mm≤L1、L2≤1000mm；所述富氮空气进气管的轴线与烟化炉炉体的间距为L3，L3≤1000mm；所述前富氮空气管长度大于烟化炉炉壳厚度，喷嘴伸入烟化炉膛内，前富氮空气管伸入烟化炉膛内部分的长度为L，10mm≤L≤100mm。

4.根据权利要求1所述一种烟化炉用天然气喷枪装置，其特征在于，所述天然气进气通道横截面为圆形，所述富氧进气通道至富氮空气进气通道横截面为圆环形。

5.根据权利要求1所述一种烟化炉用天然气喷枪装置，其特征在于，所述天然气出气孔出气口和富氧出气孔的形状为圆形，内径为1～10mm，数量分别为5～20个。