专利名称：一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于高炉炼铁技术领域，涉及高炉喷煤技术和高炉送风技术，尤其是涉及高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法和装置。
背景技术：
在现有喷煤技术中，喷煤枪是插入风口通道的中部进行喷煤的。根据计算机模拟计算的结果表明，在风口通道中，煤粉基本上只完成了部分挥发份的燃烧，而干馏后的煤粉要在进入高炉的回旋区后才开始大量燃烧。由于回旋区空间有限，热风流速又高，煤粉的停留时间很短，很难燃烧完全。根据高炉风口前的实际取样调查证明，在回旋区内，煤粉的燃烧率通常在70 %左右，差不多有30 %的煤粉没有燃烧，滞留在高炉炉内。如果再提高喷煤量，煤粉的燃烧率还要下降，这将给高炉的顺行带来障碍。造成这种情况的部分原因是煤粉在风口通道内与热风之间的混合和燃烧很不充分。长期以来，人们一直试图改变风口内热风和煤粉混合和燃烧的动力学条件，从而强化煤粉在风口内的预热、干馏和燃烧过程，使煤粉在炉内的燃烧率提高，增加喷煤数量。 中国专利ZL95117477.0就是以此为目的。它是将一个长度为80 120mm的旋流器安装在直吹管的出口段，喷煤枪比正常位置后退150 200mm，插至旋流器中心部分的圆柱型通风道的入口进行喷煤。但遗憾的是，随着高炉的大型化，风口的长度不断增长，尤其是随斜风口的普遍采用，使直吹管中心线与风口中心线呈5 9°左右的夹角，使该发明已无法适应这种情况的变化，因此难以在实际生产中应用。其原因是煤粉在喷吹进入该旋流器后，从该旋流器出来时的速度方向，就自然与斜风口的中心线呈该夹角关系，加上大型高炉的风口长度显著增加，这造成了煤粉对风口内壁的大量磨损。
发明内容
本发明提出的一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法和装置，是为克服上述发明的缺陷，使煤粉在风口中与热风的混合和燃烧呈共轴流动关系，防止在强化煤粉的混合和燃烧过程中，造成风口磨损。一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法，是用一个煤粉预燃装置将风口通道后半段分割成内外两层，其中内层是煤粉预燃装置的中心通道，是煤粉和部分热风进行混合与预燃的空间，而外层是由煤粉预燃装置的外壁与风口内壁共同构成的环形通道，是大部分热风流通的空间；在风口通道前半段内，从内层出来的、经与部分热风混合和预燃的煤粉，与从外层出来的大部分热风一起形成共轴流动，煤粉位于风口通道的中心区域，热风位于风口通道边缘区域，它们在风口通道内开始快速扩散燃烧，之后共同进入高炉炉内充分燃烧。在上述方法中，在风口通道前半段内，经与部分热风混合和预燃的煤粉与热风之间，或者是呈直线流动混合或者是呈旋转流动混合。在上述方法中，在煤粉预燃装置的中心通道内，煤粉和热风之间，或者呈直线流动混合或者是呈旋转流动混合。一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，它是由煤粉预燃装置、风口和喷枪组成，煤粉预燃装置是被放在风口通道后半段内，将风口通道后半段分隔成内外两层；煤粉预燃装置的中心通道是内层，煤粉预燃装置的外壁与风口内壁共同构成的环形通道是外层；喷枪被插至煤粉预燃装置的中心通道入口处附近。上述的煤粉预燃装置，是一根外壁带支撑叶片的管。管的内壁是光滑的，或者是带有螺旋线凸起。管外的支撑叶片是直线形状，或者是螺旋线形状。管的最小长度大于120mm， 最大长度为风口通道长度的三分之二，管的壁厚为10 30mm。在管内壁是光滑的情况下， 进入管内的煤粉和热风之间，是呈直线流动混合方式；在管内壁是带有螺旋线凸起的情况下，则是呈旋转流动混合方式。此外，在管外的支撑叶片是直线形状的情况下，在风口通道前半段内，经与部分热风混合和预燃的煤粉与热风之间，是呈直线流动混合方式；而在管外的支撑叶片是螺旋线形状的情况下，则是呈旋转流动混合方式。上述的煤粉预燃装置，其管内空间为中心通道，中心通道的入口内径等于或者小于其出口内径，入口直径为50 120mm，本发明优选为80 100mm。上述的煤粉预燃装置，其管外支撑叶片的数量为2-3片，支撑叶片的径向外缘是与风口内壁保持接触，支撑叶片的长度是与管的长度相等或者不等，厚度为10 30mm。在支撑叶片是直线形状时，其数量以3片为佳。在支撑叶片是螺旋线形状时，其数量以2片为佳。上述的煤粉预燃装置，其基体至少有一种是氮化硅结合的碳化硅材质，其 SiC彡70%, Si3N4彡20%，其1200 1400°C的高温抗折强度彡35MPa0上述的风口，其风口通道前半段和风口通道后半段都是锥段、并呈不同的锥度。或者风口通道前半段是锥段，而风口通道后半段是直段；风口的入口直径为150 200mm之间，本发明优选为160 180mm。本发明的有益效果是(1)本发明提出的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法，是将煤粉喷吹进入煤粉预燃装置的中心通道内，首先与少部分热风混合和预燃后，使其产物温度达到200 3000C ；之后再与大部分热风一起，在风口通道前半段内，形成共轴流动和扩散燃烧。由于中心通道的出口直径比喷枪出口直径大得多，因此经与部分热风混合和预燃的煤粉，与大部分热风在风口通道前半段内进行共轴燃烧时，其初始温度高、接触面积大、燃烧速度快。经计算，在煤粉达到风口出口位置时，其温度可达600°C。因此，当该煤粉进入高炉后，其燃烧过程得以加速，可实现大幅度提高煤粉燃烧率的目的。(2)本发明提出的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其煤粉预燃装置的中心通道是与风口通道共轴，消除了 ZL95117477.0的旋流器与风口轴线可能形成的夹角关系，因此，本发明适合于大型高炉使用，并在使用斜风口和加长风口的情况下，不会造成风口磨损，具有更好的可靠性和安全性。(3)本发明提出的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，是在煤粉预燃装置的中心通道内壁设置了螺旋线，喷吹进入中心通道内的煤粉与热风间的混合，将在该螺旋线的作用下呈旋流混合方式。这比ZL95117477.0的旋流器中心部分的圆柱型通风道，具有更好的混合条件，更有利于煤粉在中心通道中的混合和扩散燃烧，具有更好的使用性能。
(4)本发明提出的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，是直接从风口入口处进行安装和更换，并自然依靠风口前半段的锥面进行顶紧固定。而ZL95117477.0的旋流器必须安装在直吹管内，这需要在生产现场解体送风弯头和直吹管间的法兰联接后，才能够进行安装和更换，并且需要特殊的方式才能使之固定。因此，本发明比ZL95117477.0的旋流器的安装也更加简单容易，具有更好的可实施性。(5)本发明提出的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法和装置，比现有技术具有更好的使用性能、更高的可靠性和安全性、更好的可实施性。
图1为实施例1的示意图。图2为实施例2的示意图。图3为图1、图2的A-A截面视图。如图中，1为煤粉预燃装置，1-1为中心通道，1-2为环形通道，1-3为螺旋线凸起， 1-4为支撑叶片，1-5为管，2为风口，2-1为风口通道后半段；2-2为风口通道前半段，2-3为风口内壁，3为喷枪。
具体实施例方式如图1为本发明的实施例1，为斜风口的典型实施例。如图2为本发明的实施例2，为直风口的典型实施例。如图1、2中，一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，它是由煤粉预燃装置 1、风口 2和喷枪3组成，煤粉预燃装置1是被放在风口通道后半段2-1内，将风口通道后半段2-1分隔成内外两层；煤粉预燃装置1的中心通道1-1是内层，煤粉预燃装置1的外壁与风口内壁2-3共同构成的环形通道1-2是外层；喷枪3被插至煤粉预燃装置1的中心通道 1-1入口处附近。如图3中，煤粉预燃装置1是一根外壁带支撑叶片1-4的管1-5。管1_5的内壁是光滑的，或者是带有螺旋线凸起1-3。管1-5外的支撑叶片1-4是直线形状，或者是螺旋线形状。管1-5的最小长度大于120mm，最大长度为风口 2长度的三分之二，管的壁厚为10 30mm。在管1-5内壁是光滑的情况下，进入管1_5内的煤粉和热风，其速度方向相同、无旋转，是呈直线流动混合方式。在管1-5内壁是带有螺旋线凸起1-3情况下，热风是旋流流动的，煤粉是直线流动的，因此，两者之间的混合则是呈旋转流动混合方式。除此之外，在管 1-5外的支撑叶片1-4是直线形状的情况下，从环形通道1-2内流进风口通道前半段2-2内的热风，是直线流动方式，因此，经与部分热风混合和预燃的煤粉与热风之间，是呈直线流动混合方式。在管1-5外的支撑叶片1-4是螺旋线形状的情况下，从环形通道1-2内流进风口通道前半段2-2内的热风，是旋流流动方式，因此，经与部分热风混合和预燃的煤粉与热风之间，则是呈旋转流动混合方式。如图1、2所示，上述的煤粉预燃装置1，其管1-5内空间为中心通道1-1，中心通道1-1入口的内径等于或者小于其出口的内径，入口直径为50 120mm，本发明优选80 100mm。在中心通道1-1入口的内径小于其出口的内径的情况下，进入中心通道1_1内的煤粉和热风，其平均速度将逐步减少，可以增加煤粉和热风在中心通道1-1内混合和预燃的时间，有利于提高煤粉燃烧率。如图3所示，上述的煤粉预燃装置1，其管1-5外支撑叶片1-4是3片，其径向外缘是与风口 2内壁2-3保持接触，这样把环形通道1-2被分割成了三个独立的区域。支撑叶片1-4的长度是与管1-5的长度相等或者不等，厚度为10 30mm。在支撑叶片1_4是直线形状时，其数量以3片为佳。在支撑叶片1-4是螺旋线形状时，其数量以2片为佳。如图1、2、3所示，上述的煤粉预燃装置1，其基体至少有一种是氮化硅结合的碳化硅材质，其SiC彡70%, Si3N4彡20%，其1200 1400°C的高温抗折强度彡35MPa0如图1、2所示，上述的风口通道前半段2-2和风口通道后半段2-1都是锥段，并呈不同的锥度。或者风口通道前半段2-2是锥段，而风口通道后半段2-1是直段。风口通道后半段2-1的入口是风口 2的入口，其直径为150 200mm之间，本发明优选为160 180mm。如图1、2中，一种高炉喷吹煤粉在风口强化燃烧的方法，是用一个煤粉预燃装置 1将风口通道后半段2-1分割成内外两层，其中内层是煤粉预燃装置1的中心通道1-1， 是煤粉和部分热风进行混合与预燃的空间，而外层是由煤粉预燃装置1的外壁与风口内壁 2-3共同构成的环形通道1-2，是大部分热风流通的空间；在风口通道前半段2-2内，从内层出来的经与部分热风混合和预燃的煤粉，是与从外层出来的大部分热风一起形成共轴流动，煤粉位于风口 2通道的中心区域，热风位于风口 2通道的边缘区域，它们在风口 2通道内开始快速扩散燃烧，之后共同进入高炉炉内充分燃烧。在如图1、2中，在风口通道前半段2-2内，经与部分热风混合和预燃的煤粉与热风之间，或者是呈直线流动混合或者是呈旋转流动混合。在如图1、2中，在煤粉预燃装置1的中心通道1-1内，煤粉和热风之间，或者呈直线流动混合或者是呈旋转流动混合。说明书附图1为摘要附图。
权利要求
1.一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法，其特征在于是用一个煤粉预燃装置将风口通道后半段分割成内外两层，其中内层是煤粉预燃装置的中心通道，是煤粉和部分热风进行混合与预燃的空间，而外层是由煤粉预燃装置的外壁与风口内壁共同构成的环形通道，是大部分热风流通的空间；在风口通道前半段内，从内层出来的、经与部分热风混合和预燃的煤粉，与从外层出来的大部分热风一起形成共轴流动，煤粉位于风口通道的中心区域，热风位于风口通道边缘区域，它们在风口通道内开始快速扩散燃烧，之后共同进入高炉炉内充分燃烧。
2.上述权利要求1所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法，其特征在于在风口通道前半段内，经与部分热风混合和预燃的煤粉与热风之间，或者是呈直线流动混合或者是呈旋转流动混合。
3.上述权利要求1所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法，其特征在于在煤粉预燃装置的中心通道内，煤粉和热风之间，或者呈直线流动混合或者是呈旋转流动混合。
4.一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于它是由煤粉预燃装置、 风口和喷枪组成，煤粉预燃装置是被放在风口通道后半段内，将风口通道后半段分隔成内外两层；煤粉预燃装置的中心通道是内层，煤粉预燃装置的外壁与风口内壁共同构成的环形通道是外层；喷枪被插至煤粉预燃装置的中心通道入口处附近。
5.上述权利要求4所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于所述的煤粉预燃装置是一根外壁带支撑叶片的管。
6.上述权利要求4、5所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于所述的煤粉预燃装置，其管的内壁是光滑的或者是带有螺旋线凸起，管外的支撑叶片是直线形状或者呈螺旋线形状，管的最小长度大于120mm，最大长度为风口长度的三分之二，管的壁厚为10 30mm。
7.上述权利要求4所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于所述煤粉预燃装置的中心通道为其管内空间，中心通道的入口内径等于或者小于其出口的内径,入口直径为50 120mm。
8.上述权利要求4所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于所述的煤粉预燃装置，其管外支撑叶片为2-3片，支撑叶片的径向外缘是与风口内壁保持接触， 支撑叶片的长度是与管的长度相等或者不等，厚度为10 30mm。
9.上述权利要求4所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于 所述的煤粉预燃装置，其基体至少有一种是氮化硅结合的碳化硅材质，其SiO 70%、 Si3N4彡20%，其1200 1400°C的高温抗折强度彡35MPa。
10.上述权利要求4所述的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的装置，其特征在于所述的风口，其风口通道前半段和风口通道后半段都是锥段，并呈不同的锥度；或者风口通道前半段是锥段，而风口通道后半段是直段；风口的入口直径为150 200mm之间。
全文摘要
本发明提出的高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法和装置，是在风口通道后半段内安放一个煤粉预燃装置，将煤粉喷吹进入该煤粉预燃装置的中心通道内，先与少部分热风混合和预燃后，再在风口通道前半段内，与大部分热风一起形成共轴流动和扩散燃烧，最后再进入高炉炉内充分燃烧。本发明在强化煤粉在风口内燃烧的同时，具有更好的使用性能、更高的安全性、更好的可实施性。本发明可大幅度的提高高炉喷吹煤粉的燃烧率。
文档编号C21B5/00GK102268496SQ201110221318
公开日2011年12月7日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者张昭贵 申请人:张昭贵