一种炼铁工艺用喷吹煤粉预热燃烧装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种炼铁工艺用喷吹煤粉预热燃烧装置及方法，属于钢铁冶炼中的煤粉燃烧领域，目的为炼铁高炉和熔融还原炼铁炉（如COREX，FINEX）喷煤提供预热功能。本发明的技术特点是利用部分煤粉的不完全燃烧放热来提升整体煤粉流的温度。实验证明本发明所述的预热装置可以将煤粉流预热至300℃以上，挥发分析出超过50%。
【专利说明】一种炼铁工艺用喷吹煤粉预热燃烧装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种适用于炼铁高炉或熔融还原炉喷吹煤粉的预热燃烧装置及预热燃烧方法，属于燃烧技术和冶炼技术交叉领域。
【背景技术】
[0002]高炉炼铁和熔融炼铁(如COREX、FINEX)都使用焦炭作部分燃料，焦炭生产需使用炼焦煤，且炼焦过程易造成严重环境污染，喷吹粉煤是降低焦炭消耗和生产成本的重要途径。因而发展高炉喷煤和COREX喷煤技术是当前炼铁工艺的关键技术之一。
[0003]COREX使用80-90%的块煤或压块煤作主燃料，块煤成本高且运输过程中会产生大量的粉煤等。粉煤压块设备投资大运行成本高，且压块煤质量通常不满足冶炼要求，喷吹煤粉是简单有效使用煤粉的方法，煤粉预热喷吹有利于其充分燃烧释放热量，降低块煤和焦炭消耗量。
[0004]煤粉气流的着火取决于流场、温度场、反应物浓度场等多因素的综合作用效果。促进煤粉点火与完全燃烧是能源应用和动力系统中的关键技术之一。在煤燃烧为主导的锅炉燃烧领域主要使用的技术为浓淡分离燃烧、预热燃烧和富氧燃烧等。浓淡分离燃烧旨在提高局部燃烧区煤粉颗粒浓度，从而增大其析出挥发分浓度。预热燃烧是指将煤粉或空气预热到室温以上再输送至主燃烧反应区。从燃烧动力学角度出发，提高反应物的初始温度可以促进燃烧速率的增大。富氧燃烧即增大反应气流中氧气浓度，富氧还可以提高燃烧温度增强传热，进一步提高反应速率。概括来看上述三种方法可以归纳为，从燃烧反应速率方程和Arrhenius Law中的不同控制变量出发来提高燃烧速率。预热煤粉已经被证明可以提高煤粉气流着火与稳定燃烧性能，防止结渣，进而提高燃烧效率。
[0005]与蒸汽锅炉系统显著不同的是，炼铁高炉或COREX熔融气化炉炉内填充焦炭，因而无法从炉内卷吸烟气预热，此外风口及风口回旋区的空间有限，难以使用锅炉中常用的扩展喷煤口体积卷吸大炉烟气的方法。
[0006]在动力系统的煤粉锅炉相关领域有多种提高燃烧效率的技术和已有的预热型煤粉燃烧器，预热的方式主要有在煤粉一次风管后设置浓淡分离器以分开浓股气流和淡股气流，然后将高温烟气通过回流的方式卷吸，来加热浓气流，使其高效点火燃烧(如CN2273373Y);或者对浓淡两股气流同时预热(如CN2929483Y)。上述两种预热燃烧器都是利用卷吸大炉膛高温烟气来加热未反应煤粉流。利用喷嘴前钝体(船体)形成浓粉区和淡粉区也是锅炉煤粉燃烧中多见的助燃技术(如CN1407274A)，流体经过钝体通常产生低速回旋区，并形成煤粉的浓流区，有利于点火的进行。
[0007]炼铁工艺中煤粉的预热有多种方式，如将热风炉的高温烟气作为煤粉载气(如CN101000141A;CN101250601A)，使用高炉煤气作为燃料的烟气直接或间接通过换热器加热煤粉流(CN102605119A)。但是，因为煤粉的密度和比热容均大于气体，单纯利用烟气或热空气的物理热难以大幅度提高煤粉的温度。并且，换热器通常制造成本高，缺乏经济性。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是实现一种在炼铁高炉或熔融还原炉外工作的煤粉预热燃烧装置，使煤粉在进入高炉或熔融还原炉时温度大幅高于煤粉预热前的60?70°C，并且开始析出挥发分。本发明主要的工作原理是在煤粉燃烧室内将煤粉分流，使其部分燃烧，之后高温煤粉与未燃烧煤粉混合，从而整体提高进入高炉或熔融还原炉的煤粉流温度。本发明的技术特点是利用部分煤粉的不完全燃烧放热来提升整体煤粉流的温度。
[0009]本发明的技术要点包括:1、空气分级输送形成煤粉浓淡相异区域；2、在煤粉燃烧室中设置钝体实现煤粉分流，为局部点火提供基础；3、利用钢厂富裕的煤气作为煤粉点火源，利用其烟气进一步预热煤粉；4、高温煤粉流与低温煤粉流在煤粉燃烧室内有效混合。
[0010]本发明的目的之一在于提供一种炼铁工艺用喷吹煤粉预热燃烧装置，所述装置包括预热室及与其连通的煤粉燃烧室；所述预热室前端分别连接有高浓煤粉管道和二次风管道；所述煤粉燃烧室中设置有钝体；所述钝体下方设有点火器。
[0011]所述高浓煤粉管道输送煤粉和空气。所述二次风管道输送空气。所述预热室为煤粉流实现部分混合及预热。所述点火器使用煤气和空气进行点火，使煤粉部分燃烧。所述煤粉燃烧室使煤粉分流并局部点火，其中的钝体实现煤粉分流，为局部点火提供基础。
[0012]所述钝体在煤粉燃烧室中的位置可调。通过调节钝体在腔体中的位置，可以调节两股气流的分流比例，为调节最终预热程度提供手段。
[0013]所述煤粉燃烧室中钝体的后方还设有氮气吹扫装置。当预燃炉内温度超过设计温度时，可以利用氮气稀释气流，阻止煤粉的进一步燃烧。
[0014]本发明的目的之二在于提供一种冶炼喷吹煤粉预热燃烧方法，由高浓煤粉管道喷射的携带煤粉的一次风气流和二次风管道的二次风气流，进入预热室部分混合，并通过卷吸下游烟气预热煤粉流；当煤粉流进入煤粉燃烧室中，由于钝体的存在而出现分流，一部分煤粉从钝体上部通过，另一部分煤粉从钝体下方通过；从钝体下方通过的煤粉经过点火器中煤气的加热作用，析出水分和挥发分并部分燃烧，同时释放热量；燃烧的煤粉流在气流作用下向下游方向推进，并与从钝体上部来的未燃烧煤粉相混合至化学反应猝灭，最终混合后的煤粉流温度显著提高且挥发分部分析出。
[0015]通过调节点火燃气量、煤粉载气量或一次风与二次风的比例以适应挥发分含量相异的煤种。因为烟煤比无烟煤挥发分含量高易点火，当煤种发生变化时，运行参数需要相应的调整。本发明系统可以从一次风与二次风的比例或煤粉载气量出发调节，还可以改变点火煤气输送热量来调整。喷吹烟煤时，减小点火气量；而喷吹无烟煤时可以加大气量甚至添加氧气。
[0016]通过调节点火气量和煤粉载气量以调节煤粉的最终预热程度。
[0017]所述煤粉载气量是指一次风与二次风的总量。
[0018]所述装置可以适用于炼铁高炉和熔融还原炉的喷吹煤粉的点火预热。
[0019]与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果:
[0020]I)建立了独立的煤粉预热系统，通过提高炉前煤粉气流温度，提高炉内煤粉燃烧的效率，有利于提闻喷煤量；
[0021]2)使用本发明的煤粉预热系统能够大幅度减少因未燃煤粉颗粒对炉内料床造成的堵塞，从而提闻冶炼的效率和经济性；[0022]3)本发明所述装置及方法可以将煤粉流预热至300°C以上，挥发分析出超过50%。【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明所述的一种炼铁工艺用喷吹煤粉预热燃烧装置。
[0024]图中:1-高浓煤粉管道；2_二次风管道；3_预热室；4_点火器；5_煤粉燃烧室；6-钝体；7_氮气吹扫装置。
[0025]下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0027]为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下:
[0028]一种炼铁工艺用喷吹煤粉预热燃烧装置，所述装置包括预热室3及与其连通的煤粉燃烧室5 ;所述预热室3前端分别连接有高浓煤粉管道I和二次风管道2 ;所述煤粉燃烧室5中设置有钝体6 ;所述钝体6下方设有点火器4。
[0029]所述钝体6在煤粉燃烧室5中的位置可调。
[0030]所述煤粉燃烧室5中钝体6的后方还设有氮气吹扫装置7。
[0031]本发明所述炼铁工艺用喷吹煤粉预热燃烧装置适用于炼铁高炉和熔融还原炉的喷吹煤粉的预热。
[0032]一种炼铁工艺用喷吹煤粉预热燃烧方法，由高浓煤粉管道I喷射的携带煤粉的一次风气流和二次风管道2的二次风气流(一次风和二次风的比例视煤种不同调节)，进入预燃室3部分混合，并通过卷吸下游烟气预热煤粉流。当煤粉流进入煤粉燃烧室5，由于钝体6的存在而出现分流，一部分煤粉从钝体6上部通过，另一部分煤粉从钝体6下方通过。从钝体6下方通过的煤粉经过点火器4火焰的加热作用，析出水分和挥发分并部分燃烧，同时释放热量。通过调节钝体在煤粉燃烧室5中的位置，可以调节两股气流比例，为调节最终预热程度提供调节手段。燃烧的煤粉流在气流作用下向下游方向推进，并与从钝体6上部而来的未燃烧煤粉相混合至化学反应猝灭。最终混合后的煤粉流温度显著提高且挥发分部分析出。
[0033]通过调节点火燃气量、煤粉载气量或一次风与二次风的比例以适应挥发分含量相异的煤种。通过调节点火气量和煤粉载气量以调节煤粉的最终预热程度。
[0034] 申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及预热燃烧方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及预热燃烧方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及预热燃烧方法才能实施。所属【技术领域】的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
[0035]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。[0036]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0037]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【权利要求】
1.一种炼铁工艺用喷吹煤粉预热燃烧装置，其特征在于，所述装置包括预热室(3)及与其连通的煤粉燃烧室(5);所述预热室(3)前端分别连接有高浓煤粉管道(I)和二次风管道(2);所述煤粉燃烧室(5)中设置有钝体(6);所述钝体(6)下方设有点火器(4)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述钝体(6)在煤粉燃烧室(5)中的位置可调。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述煤粉燃烧室(5)中钝体(6)的后方还设有氮气吹扫装置(7)。
4.一种炼铁工艺用喷吹煤粉预热燃烧方法，其特征在于， 由高浓煤粉管道(I)喷射的携带煤粉的一次风气流和二次风管道(2)的二次风气流，进入预热室(3)部分混合，通过卷吸下游烟气预热煤粉流；当煤粉流进入煤粉燃烧室(5)中，由于钝体(6)的存在而出现分流，一部分煤粉从钝体(6)上部通过，另一部分煤粉从钝体(6)下方通过；从钝体(6)下方通过的煤粉经过点火器(4)中火焰的加热作用，析出水分和挥发分并部分燃烧，同时释放热量；燃烧的煤粉流在气流作用下向下游方向推进，并与从钝体(6)上部来的未燃烧煤粉相混合至化学反应猝灭，最终混合后的煤粉流温度显著提高且挥发分部分析出。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过调节点火燃气量、煤粉载气量及一次风与二次风的比例以适应挥发分含量相异的煤种。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，通过调节点火气量和煤粉载气量以调节煤粉的最终预热程度。
【文档编号】C21B11/00GK103672866SQ201310604018
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】丁玉龙, 黄云, 徐万仁, 王述浩 申请人:中国科学院过程工程研究所