TWI494436B - 鼓風爐的鼓風管配置 - Google Patents

Description

鼓風爐的鼓風管配置

本案發明整體係有關一種新穎之鼓風爐的鼓風管配置，特別是有關用於將熱鼓風空氣供給入該鼓風爐中，同時亦用於將燃料及氧氣通過該鼓風管配置供給至該鼓風爐。

輔助燃料(天然氣、石油、煤炭或其他含碳材料)之注入該鼓風爐已藉由經濟因素被驅動。於上一世紀中期，石油由於其低價，較佳之輔助燃料降低昂貴之冶金焦化煤炭的消耗，並避免焦化廠擴充相關之成本花費。

由於在1970年代之石油危機，必須進行輔助燃料注入之首要的重新評估考量。雖然，自1960年代初期粉碎化煤炭注入已施行於某些鼓風爐，僅在1980年代由於石油價格的衝擊，對於製程能力指標(PCI)之興趣逐步上升。

其次，輔助燃料注入鼓風爐之近期的重新評估係由激增之能源價格所導致，包括天然氣價格及用於非焦化煤炭之分歧價格的發展。由於較高的取得率，更可能的是非焦化煤炭的價格將(對未來同樣地)保持較低於石油及天然氣的價格。

眾所周知的是燃料(例如是粉碎化或粒狀的煤炭)之注入熱空氣鼓風(其係通過複數個風嘴被吹進入該鼓風爐之一較低的部分)具有許多的優點。特別是，煤炭之該注入降低生產熱金屬之整體成本，並不僅透過焦炭之替代，亦透過一增加之生產率及該鼓風爐操作之一即時控制的可能性。

粉碎化或粒狀的煤炭之注入，習知上係藉由位在離爐中之風嘴之端部開口上游一段距離處之熱空氣流中的一燃料注入噴管而被執行的。換言之，該煤炭係通過於該風嘴中之該熱空氣通道被注入。通過該燃料注入噴管被供給之煤炭係懸浮於一運送氣體中。

考慮煤炭注入之所有在經濟上及生態上的優點，該注入程度將繼續提升。有關較高的注入程度之一主要的關注係於該鼓風爐中之該煤炭的該燃燒狀態。於該通路中之無效率的煤炭燃燒將導致未燃燒之煤炭顆粒阻礙該爐料孔隙空間中的可透性，因而造成導致生產損失之降級的鼓風爐操作。

為了將裝載進入該鼓風爐的炭減到最少，於該通路中之該煤炭燃燒必須最大化。此可藉由分散良好的粉碎化煤炭與富含氧氣之熱氣體的改良式混合被完成。當該煤炭顆粒於該通路中之停留時間僅係於幾毫秒之範圍時，非常快速地達到該燃點是很重要的。

一特定煤炭之燃點係依據該煤炭類型及其尺寸分布，及依據例如是該氧氣富含量以及該熱氣流、該氧氣、該煤炭運送氣體及該煤炭溫度之各種參數。

由於更多燃料被供給進入該鼓風爐，為了保證該額外的燃料之一正確的燃燒，該氧化氣體的量必須被增加。典型的是，該額外的氧化氣體係通過一具有其氣體出口靠近該燃料注入噴管之出口的個別氣體注入噴管被供給。或者，燃料及氧化氣體之組合式注入已被建議於例如是歐洲專利EP 0 447 908中，其中該注入係通過一同軸式之噴管被執行，其中一外管係環繞一內管被配置。該內管形成有一介於該氧化氣體及該燃料之間直到二者到達該噴管之一出口噴嘴的分離壁。如是之同軸式之注入噴管通常係稱為氧媒(oxycoal)噴管。於歐洲專利EP 0 447 908中，氧化氣體係輸送於該外管中，且燃料係輸送於該內管中。

此些系統之一缺點為，通過該個別的氣體注入噴管或該氧媒噴管被供給的該氧化氣體係冷的。因此，當該氧化氣體與該燃料接觸時，只有在氧化氣體及燃料之一混合物的一點燃溫度已達到時，該燃料之點燃及燃燒才會發生。

亦曾建議有藉由在該鼓風空氣於一熱爐中被加熱之前增加於該冷的鼓風空氣中的該氧氣含量，來增加在該熱氣流空氣中之氧氣含量。在將額外的氧化氣體通過該熱爐供給之前，該氧化氣體被加熱，及可通過該吹管以一較高的溫度被輸送至該燃料。然而，於該熱鼓風空氣中之高氧氣濃度可能導致密封及其他金屬部件被燃燒。遭火災之風險隨較高的氧氣濃度增加。典型的，於該熱鼓風空氣中之該氧氣的流動速率因而限制於約30%。為了改良該燃料之燃燒條件，較高的氧氣濃度無論如何應是需要的。

本案發明之一目的係提供一種改良式之鼓風爐的鼓風 管配置。此目的係藉由一種如申請專利範圍第1項中所界定之配置被達成。

本案發明提出一種鼓風爐之鼓風管配置，該鼓風管配置包括有一風嘴本體，其配置成用於將該風嘴本體裝設於一鼓風爐壁中，該風嘴本體包括一面對該鼓風爐之內部的前表面及一相對的後表面、一自該後表面延伸至該前表面之風嘴通道。該鼓風管配置進一步包括有一連接介於該風嘴本體之該後表面及一熱鼓風空氣供應系統之間的吹管，該吹管具有一連接至該風嘴本體之前部分及一連接至該熱鼓風空氣供應系統之相對的後部分。一燃料注入噴管被提供用於將燃料供給進入該鼓風爐，該燃料注入噴管被配置通過該風嘴本體，及一氣體注入噴管被提供用於將一氧化氣體供給至該鼓風爐。依據本案發明之一重要觀點，該氣體注入噴管係被配置在該吹管之該後部分，該氣體注入噴管係以一如下之方式被配置，即為將該氧化氣體供給進入被供給通過該吹管之熱鼓風空氣流之一中央部分的方式。

在將該氧化氣體供給進入於該吹管之一後部分中的該熱鼓風空氣之前，該氧化氣體係在其通過該吹管朝向該風嘴本體行進時與該熱鼓風空氣接觸。透過此接觸，該氧化氣體自該熱鼓風空氣取得熱，藉此增加其溫度。已被加熱至一較高的溫度之氧化氣體因此和該被注入之燃料接觸，藉此改善該燃燒條件。

若煤炭被使用作為燃料，該氧化氣體之該較高的溫度係特別重要的。實際上，雖然煤炭具有提供高焦炭替代率之優點，但其具有難以點燃之缺點。該較熱的氧化氣體無論如何改良該煤炭/燃料混合物之點燃條件，且亦確保其一簡易的及好的燃燒。

如於介紹中所指出的，於該熱鼓風空氣中之較高的氧氣濃度可能導致密封及其他金屬部件被燃燒及增加點燃之風險。當該氧化氣體係如依據本案發明地被注入該吹管之該後部分，隨之此風險被限制於該吹管，亦即配置於該氧化氣體之注入點之下游的部分。此風險並不存在於配置於該氧化氣體之注入點之上游的部分，除了其他之外包括該熱爐及該爐腹風管。於該吹管中，由於該氧化氣體與該吹管壁之直接接觸被減少，對密封及其他金屬部件之損壞的風險被減低。實際上，該氧化氣體係由中央被供給進入該熱鼓風空氣。換言之，當該熱鼓風空氣行進朝向該鼓風爐時，該熱鼓風空氣環繞該氧化氣體。由於該熱鼓風空氣有利地具有較該氧化氣體高的黏度，注入該熱鼓風空氣之一中央部分之該氧化氣體傾向保持集中在該中央部分，亦即遠離該等吹管壁。

本案之鼓風管配置允許使用非常高揮發性物質(VM)煤炭做為燃料。實際上，為了保持一足夠的通路絕熱火焰溫度(RAFT)，此種高VM煤炭需要高氧氣含量。該額外的氧氣傾向增加該RAFT，而煤炭之開裂能量燃燒傾向降低該RAFT。由於高VM煤炭具有較高的開裂能量，氧氣之濃度的增加係必須的，以保持該RAFT。由於本案發明，該氧氣含量可被增加，藉此允許使用高VM煤炭。

該熱鼓風空氣供應系統可包括一熱鼓風爐腹風管及一用於連接至該吹管之下腿部；及該吹管可包括一位在其後部分之肘部，該肘部將該吹管連接至該下腿部。有利地，該氣體注入噴管接著被配置於該肘部中。此一肘部可包括一與該吹管軸向對齊之延伸部，一被配置位在該延伸部之一端部分的觀測器。將該氣體注入噴管配置於一鼓風管配置之該肘部中允許該氧化氣體之注入發生在離該風嘴本體最遠的一點，藉此允許該氧化氣體於該熱鼓風空氣中有一較高的停留時間，因此使自該熱鼓風空氣取得的熱量最大化。並且，從該肘部至燃料被注入點之路徑大致係直的，藉此將該氧化氣體保持集中於該熱鼓風空氣之該中央部分及防止該氧化氣體過度地與該熱鼓風空氣混合。

該氣體注入噴管較佳地係以一如下之方式被配置，即為不會阻礙一介於該觀測器及該風嘴本體之間的觀看路徑之方式。然而其他之配置不應被排除。

依據本案發明之一實施例，該氣體注入噴管係以平行於介於該觀測器之間之一觀看路徑，並與該觀看路徑同軸的方式被配置，其中該觀看路徑通過該氣體注入噴管。該氣體注入噴管包括一用於將氧化氣體供給至該氣體注入噴管之側向的氣體入口。藉由將該氣體注入噴管以一如是之方式配置，被供給進入該氣體注入噴管之該氧化氣體直接地通過該觀測器之視窗前方，藉此將該視窗避開冷凝及粉塵。實際上，於本案技術裝設之狀態中，熱鼓風空氣被允許自該肘部上流至該觀測器之該視窗。由於該熱鼓風空氣之該較高的溫度，冷凝積聚在該觀測器之該視窗上。此外，包含於該熱鼓風空氣中之粉塵顆粒可被沉積在該觀測器之該視窗上，藉此阻礙透過該觀測器之觀看。該氣體注入噴管之本案之配置允許較冷的氧化氣體被供給通過該觀測器之該視窗，藉此防止此種冷凝及粉塵沉積。

依據本案發明之一實施例，該燃料注入噴管係被配置成通過該風嘴本體，以將燃料供給進入該風嘴通道、於該風嘴通道之一側壁中之該燃料注入噴管的開口。此允許該氧化氣體進入與於該通路中之該燃料接觸。該燃料之燃燒係完成於該通路中，藉此將該用於非燃燒燃料之供給進入該鼓風爐減到最少。

依據本案發明之另一實施例，該燃料注入噴管係被配置成通過該風嘴本體，以將燃料供給進入該鼓風爐，該燃料注入噴管開通進入該風嘴本體之該前表面。此種配置可為被揭示於2009年3月24日提申之本案申請人之相關申請案LU 91 543中的類型，該申請案於此併入作為參考，於其中一注入噴管係被配置於一形成於該風嘴本體中之噴管通道中，該噴管通道被配置介於該風嘴本體之一內壁及一外壁之間，並自該後表面延伸至該前表面，該噴管通道開通進入該風嘴本體之該前表面。藉由將該注入噴管配置於通過該風嘴本體之此噴管通道中，該注入噴管未被暴露至來自通過該吹管及該風嘴吹出之該熱鼓風空氣的熱。因此，該注入噴管不會有被該熱鼓風空氣襲擊之風險。

通過該燃料注入噴管被供給之該燃料較佳地係粉碎化或粒狀的煤炭。然而亦可使用小顆粒狀的塑膠、動物油脂或粉狀、液態燃料、天然氣或撕碎之輪胎。

有利地是，通過該氣體注入噴管被供給之該氧化氣體係一具有高氧氣含量之氣體；較佳地是，該氧化氣體基本上是純氧。於本申請案之說明中，具有高氧氣含量之氣體將會是一具有至少80%之氧氣含量的氣體，及純氧係一具有至少95%之氧氣含量的氣體。

被供給至該吹管之該熱鼓風空氣較佳地係在介於1000及1300℃之間的溫度。當該氧化氣體到達該風嘴本體時，其可在攝氏數百度的溫度。

現將藉由範例參考隨附圖式說明本案發明之一較佳的實施例。

圖1顯示一用於將熱鼓風空氣供給通過一爐壁12之鼓風管配置10。該鼓風管配置10包括有一被配置於該爐壁12中之風嘴14。該風嘴14係由一風嘴冷卻器16及一風嘴冷卻器保持器18保持定位。

該風嘴14具有一具有一外壁22、一前表面24及一相對的後表面26之風嘴本體20。一風嘴通道28係被配置成通過該風嘴本體20之中央及從該後表面26延伸至該前表面24。該風嘴通道28於該風嘴本體20內形成有一內壁30。該風嘴14之該後表面26係配置成套接一吹管34之一前部分32，該吹管34係以一大致為一肘部37的形式之相對的後部分36連接至於此以一爐腹風管38及一下腿部39代表之一熱鼓風空氣供給系統。該吹管34被裝配及配置以將熱鼓風空氣從該爐腹風管38供給至用於注入進入該鼓風爐之該風嘴通道28。

此外，一燃料注入噴管40被提供用於將一通常是粉碎化或粒狀的煤炭之燃料在該風嘴高度供給進入該鼓風爐。由於該燃料之注入該鼓風爐，被供給進入該爐之焦炭量可被減少。例如以煤炭作為燃料通常是較焦炭便宜，此導致該鼓風爐之運作成本之降低。

依據顯示於圖1中之該實施例，該燃料注入噴管40係被配置於一形成於該風嘴本體20中之噴管通道42中。此噴管通道42係被配置介於該風嘴本體20之該內壁30及該外壁22之間，及從該後表面26延伸至該前表面24。該噴管通道42藉此開通進入該風嘴本體20之該前表面24。該燃料注入噴管40之供給通過於該風嘴本體20中之該噴管通道42允許防止該燃料和在該鼓風管配置中之該熱鼓風空氣接觸。該燃料注入噴管40之此種配置使燃料免於該熱鼓風空氣之高溫，且因而允許增長其壽命。於該噴管通道42中之該燃料注入噴管40之該配置的進一步之詳細內容及優點可見於申請人之相關申請案LU 91 543中。

為了促進該燃料之燃燒，氣體注入噴管通常是被提供用於將例如是氧氣之氧化氣體供給至該燃料。此種氣體注入噴管可為一個別的噴管或整合於一燃料注入噴管中之形式。此種整合式噴管係同軸式的噴管，其等包括二同心的管件用於攜載該燃料及該氧化氣體，同時在其等到達該噴管之尖端之前將其等保持分開。

和氣體注入噴管被配置成將氧化氣體直接地或至少鄰近地供給至該被注入之燃料的習知技術系統相反的，本案發明人已發現有利的是提供一被配置於該吹管34之該肘部37中之個別的氣體注入噴管44。此一氣體注入噴管44係被配置成將氧化氣體由中央供給進入通過該吹管34被供給之熱鼓風空氣流中。該熱鼓風空氣於其行經通過該吹管34朝向該風嘴20時環繞該氧化氣體。於將該氧化氣體注入於該吹管34之該肘部37中之該熱鼓風空氣中之前，該氧化氣體事實上係被注入在最遠離該風嘴20之位置，但仍與該吹管34軸向對齊。結果，於該熱鼓風空氣中之該氧化氣體的停留時間被最大化，其接著最大化從該環繞之熱鼓風空氣取得之熱。氧化氣體之該路徑與該吹管之軸向對齊係重要的，以將該氧化氣體於中央聚集於熱鼓風空氣流中，亦即將不想要之混合該氧化氣體於該熱鼓風空氣減到最低。實際上，於該流動路徑之一彎曲造成迫使該二種氣體混合之紊流。

該吹管34之該肘部37通常是包括一與該吹管34軸向對齊之延伸部46。一觀測器48通常是被配置位在該延伸部46之端部。此一觀測器48可被用於向下通過該吹管34看入該風嘴通道28，及觀看位在該風嘴20之尖端之一火焰的燃燒。於該鼓風爐中之燃燒條件可透過該觀測器48被監看。於一些情況中，該風嘴20之該出口可變成被阻塞。此種阻塞亦可藉由通過該觀測器48被監測。

依據顯示於圖1中之該實施例，該氣體注入噴管44係從該延伸部46上方被插設入該肘部37中。該氣體注入噴管44之一出口端部50之中心係被配置於通過該吹管34之一氣體通道52中。該氣體注入噴管44之定向係使得位在該出口端部50處，該氧化氣體之流動方向係平行於，較佳地係與該熱鼓風空氣之該流動方向同軸向。

圖2顯示本案發明之一第二實施例，其具有一用於該燃料注入噴管40之選擇式配置及一用於該氣體注入噴管44之選擇式配置。此第二實施例之大部分特徵係相同於顯示於圖1之該實施例，且因此將不會被進一步詳細地解說於下。相同之元件符號指出具有相同之特徵。

依據顯示於圖2之該實施例，該燃料注入噴管40'係被配置在形成於該風嘴本體20之一噴管通道42'中。此一噴管通道42'以一角度從該外壁22延伸至該內壁30。該噴管通道42'藉此開通進入該風嘴本體20之該內壁30，及燃料係被供給進入該風嘴通道28。該燃料注入該風嘴通道28變成與通過該風嘴通道28被吹出及於該風嘴中通道28被吹動及點燃之該氧化氣體接觸。

依據顯示於圖2之該實施例，該氣體注入噴管44'從該延伸部46下方被插設入該肘部37。該氣體注入噴管44'之定向係使得該氧化氣體之流動方向係導向該熱鼓風空氣之流動的中心。此配置係使得該氣體注入噴管44'不會對通過該風嘴通道28之該操作條件的視覺監測造成一阻礙。

若不需要一觀測器，該氣體注入噴管亦可通過該延伸部46被直接地供給。此將例如允許該氣體注入噴管與該吹管為同軸的。

圖3顯示本案發明之一第三實施例，其具有一用於該氣體注入噴管44之選擇式配置。此第三實施例之大部分特徵係相同於顯示於圖2之該實施例，且因而將不會被進一步詳細解說於下。相同之元件符號指出具有相同之特徵。

依據顯示於圖3之該實施例，該氣體注入噴管44"通過該延伸部46被插設入該肘部37。該氣體注入噴管44"係被配置成使得其係平行於一介於該觀測器48及該風嘴本體20之間的觀看路徑，並與該觀看路徑同軸。換言之，該觀看路徑通過該氣體注入噴管44"。在最靠近該觀測器48之該氣體注入噴管44"的該端部，該處係被配置有一具有一側向的氣體入口56之分布室54，用於將氧化氣體供給至該氣體注入噴管44"。該分布室54將該氧化氣體從一氧化氣體供給管件58重新引導進入該氣體注入噴管44"。當該氧化氣體通過該分布室54時，其在該觀測器48之該視窗前面流動，藉此使該視窗避開冷凝及粉塵。

應注意到的是用於該燃料注入噴管40之該選擇式配置係絕不會連結至用於該氣體注入噴管44之該選擇式配置。實際上，燃料注入噴管配置可被選擇為和該氣體注入噴管配置是完全獨立開的。亦應注意到的是該被顯示之用於該燃料注入噴管40、40'及該氣體注入噴管44、44'的諸配置並不打算是消耗型的。

10．．．鼓風管配置

12．．．爐壁

14．．．風嘴

16．．．風嘴冷卻器

18．．．風嘴冷卻器保持器

20．．．風嘴本體

22．．．外壁

24．．．前表面

26．．．後表面

28．．．風嘴通道

30．．．內壁

32．．．前部分

34．．．吹管

36．．．後部分

37．．．肘部

38．．．爐腹風管

39．．．下腿部

40．．．燃料注入噴管

40'．．．燃料注入噴管

42．．．噴管通道

42'．．．噴管通道

44．．．氣體注入噴管

44'．．．氣體注入噴管

46．．．延伸部

48．．．觀測器

50．．．出口端部

52．．．氣體通道

54．．．分布室

56．．．側向的氣體入口

58．．．氧化氣體供給管件

圖1係一通過依據本案發明之一實施例之一鼓風管配置的概略剖視圖；

圖2係一通過依據本案發明之另一實施例之一鼓風管配置的概略剖視圖；及

圖3係一通過依據本案發明之又一實施例之一鼓風管配置的概略剖視圖。

10．．．鼓風管配置

12．．．爐壁

14．．．風嘴

16．．．風嘴冷卻器

18．．．風嘴冷卻器保持器

20．．．風嘴本體

22．．．外壁

24．．．前表面

26．．．後表面

28．．．風嘴通道

30．．．內壁

32．．．前部分

34．．．吹管

36．．．後部分

37．．．肘部

39．．．下腿部

40．．．燃料注入噴管

42．．．噴管通道

44．．．氣體注入噴管

46．．．延伸部

48．．．觀測器

50．．．出口端部

52．．．氣體通道

Claims (14)

1. 一種鼓風爐之鼓風管配置，該鼓風管配置包括：一風嘴本體，其配置成用於裝設於一鼓風爐壁中，該風嘴本體包括有一面對該鼓風爐之一內部的前表面及一相對的後表面，一從該後表面延伸至該前表面之風嘴通道；一吹管，其連接介於該風嘴本體之該後表面及一熱鼓風空氣供應系統之間，該吹管具有一連接至該風嘴本體之前部分及一連接至該熱鼓風空氣供應系統之相對的後部分；一燃料注入噴管，其用於將燃料供給進入該鼓風爐，該燃料注入噴管被配置成通過該風嘴本體；及一氣體注入噴管，其用於將一氧化氣體供給至該鼓風爐其特徵在於該氣體注入噴管係被配置在該吹管之該後部分中，該氣體注入噴管以一如下之方式被配置，即為將該氧化氣體供給進入被供給通過該吹管之熱鼓風空氣流的中央部分之方式。
2. 依據申請專利範圍第1項之該鼓風管配置，其中該熱鼓風空氣具有較該氧化氣體高的黏度。
3. 依據申請專利範圍第1或2項之該鼓風管配置，其中該熱鼓風空氣供應系統包括有一熱鼓風爐腹風管及一用於連接至該吹管之下腿部；及其中該吹管包括一位在其後部分之肘部，該肘部將該 吹管連接至該下腿部。
4. 依據申請專利範圍第3項之該鼓風管配置，其中該氣體注入噴管係被配置於該肘部中。
5. 依據申請專利範圍第3項之該鼓風管配置，其中該肘部包括有一與該吹管軸向對齊之延伸部、一被配置在該延伸部之一端部分的觀測器。
6. 依據申請專利範圍第4項之該鼓風管配置，其中該肘部包括有一與該吹管軸向對齊之延伸部、一被配置在該延伸部之一端部分的觀測器。
7. 依據申請專利範圍第5項之該鼓風管配置，其中該氣體注入噴管係以一如下之方式被配置，即為不會阻礙一介於該觀測器及該風嘴本體之間的觀看路徑之方式。
8. 依據申請專利範圍第5項之該鼓風管配置，其中該氣體注入噴管係被配置成平行於一介於該觀測器及該風嘴本體之間的觀看路徑，且與該觀看路徑係同軸的，該觀看路徑通過該氣體注入噴管，其中該氣體注入噴管包括有一用於將氧化氣體供給至該氣體注入噴管之側向的氣體入口。
9. 依據申請專利範圍第1或2項之該鼓風管配置，其中該燃料注入噴管係被配置成通過該風嘴本體，以將燃料供給進入該風嘴通道，該燃料注入噴管開通進入該風嘴通道之一側壁。
10. 依據申請專利範圍第1或2項之該鼓風管配置， 其中該燃料注入噴管係被配置成通過該風嘴本體，以將燃料供給進入該鼓風爐，該燃料注入噴管開通進入該風嘴本體之該前表面。
11. 依據申請專利範圍第1或2項之該鼓風管配置，其中被供給通過該燃料注入噴管之該燃料係粉碎化或粒狀的煤炭，小顆粒狀的塑膠、動物油脂或粉狀、液態燃料、天然氣或撕碎之輪胎。
12. 依據申請專利範圍第1或2項之該鼓風管配置，其中被供給通過該氣體注入噴管之該氧化氣體係一種具有一高氧氣含量之氣體，較佳地，該氧化氣體基本上是純氧。
13. 依據申請專利範圍第1或2項之該鼓風管配置，其中被供給至該吹管之該熱鼓風空氣係在介於1000及1300℃之間的溫度。
14. 依據申請專利範圍第1或2項之該鼓風管配置，其中該氧化氣體當到達該風嘴本體時，係在一攝氏數百度之溫度。