本实用新型属于冶金设备技术领域，尤其涉及一种检测竖炉还原气喷嘴堵塞设备。
背景技术：
气基竖炉直接还原技术作为主要的非高炉炼铁技术在国外已得到成熟应用，具有能耗低，无需高炉炼铁涉及到的烧结、焦化两个高耗能、高污染工序，具有流程短、节能减排效果明显优势，是改善钢铁产品结构，提高钢铁产品质量，实现清洁冶炼的重要生产技术。
气基竖炉主要有Midrex和HYL工艺，两种工艺竖炉都属于对流式移动床，由还原段和冷却段两大部分组成。还原段下端有一圈还原气喷嘴均匀地分布在炉墙上。这些喷嘴与一个还原气围管相连，围管上设有还原气入口并通过管道接通气源。还原气由喷嘴进入还原段后向上流经矿石料层，最后形成炉顶煤气排出竖炉。
由于竖炉内部块状物料在竖炉运行过程中块状物料会产生粉末以及还原煤
气在竖炉内部发生析碳反应生成碳粉，这些粉状物料都会在高温还原喷嘴处堆积，并粘结堵塞还原气喷嘴，或存在呛料现象。在堵塞的喷嘴处，还原气无法通过喷嘴顺利进入竖炉内部，导致煤气流在竖炉内分布不均匀，影响竖炉内部的铁氧化物球团还原，进而影响海绵铁产品金属化率的稳定。
并且，现有技术中的还原竖炉围管采用耐火材料砌筑而成，并且处于竖炉还原段下部炉衬内，在还原段下端有一圈还原气喷嘴均匀分布在路墙上，喷嘴管道与竖炉围管相连接，喷嘴管道为耐火材料砌筑孔道。炉内设置多根热电偶，检测竖炉同一截面各部位温度，若各热电偶值相差过大，则证明气流分布不均匀，有可能出现结瘤、管道堵塞等问题。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种检测竖炉还原气喷嘴堵塞设备，所述设备包括：竖炉本体，所述竖炉本体的炉衬中内嵌有还原气围管，所述还原气围管的下端从上到下依次连接有入口圆筒段、收缩段以及喷嘴管道，所述喷嘴管道与所述竖炉本体下端的还原段连接，所述入口圆筒段和所述收缩段分别设置有开孔，所述开孔连接测压取气管，所述测压取气管的一端与压差变送器连接，所述压差变送器检测通过所述入口圆筒段与所述收缩段的气体流量的压力差，判断喷嘴管道是否堵塞。
进一步地，所述还原段上设置有多个还原气喷嘴，所述还原气喷嘴与所述喷嘴管道、收缩段、入口圆筒段以及还原气围管连通。
进一步地，所述测压取气管上还设置有水冷夹套和翅片管，所述水冷夹套和所述翅片管用于降低所述测压取气管中流经气体的温度。
进一步地，所述还原气围管的一端连接有还原气进气管道。
优选地，所述收缩段自所述入口圆筒段起呈渐缩状，所述收缩段两侧壁之间的夹角为55-65°。
优选地，所述入口圆筒段直径为150-250mm。
优选地，所述喷嘴管道与水平面间的夹角为50-60°。
优选地，所述喷嘴管道直径为50-100mm。
优选地，所述入口圆筒段、收缩段和喷嘴管道的总长为400-700mm。
进一步地，所述测压取气管对距所述收缩段边缘35-70mm处进行取气。
本实用新型的一种检测竖炉还原气喷嘴堵塞设备的优点在于：
本实用新型通过在还原气围管与竖炉之间设置为收缩管结构，并且在入口圆筒段和收缩段后进行测压，通过气体流动过程产生压力差判断喷嘴管道是否堵塞，能够及时准确发现喷嘴堵塞情况，以便后续有针对性的对堵塞喷嘴进行疏通，减少疏通喷嘴的工作量。本发明设备结构简单，易于实现，制造成本低。
附图说明
图1是本实用新型检测竖炉还原气喷嘴堵塞设备的示意图。
图2是本实用新型入口圆筒段、收缩段及喷嘴管道连接的示意图。
1-还原气进气管道、2-竖炉内壁、3-还原气围管、4-入口圆筒段、5-收缩段、6-喷嘴管道、7-测压取气管、8-水冷夹套、9-翅片管、10-压差变送器、11还原气喷嘴、12-还原段；
A-收缩段两侧壁间的夹角。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的一种检测竖炉还原气喷嘴堵塞设备进行进一步地详细说明。
根据本实用新型图1所示的检测竖炉还原气喷嘴堵塞设备的示意图，所述设备包括：竖炉本体，所述竖炉本体的炉衬中内嵌有还原气围管3，所述还原气围管3的下端从上到下依次连接有入口圆筒段4、收缩段5以及喷嘴管道6，所述喷嘴管道6与所述竖炉本体下端的还原段12连接，所述入口圆筒段4和所述收缩段5分别设置有开孔，所述开孔连接测压取气管7，所述测压取气管7的一端与所述压差变送器10连接。所述还原段12上设置有多个还原气喷嘴11，所述还原气喷嘴11与所述喷嘴管道6、收缩段5、入口圆筒段4以及还原气围管3连通。所述测压取气管7上还设置有水冷夹套8和翅片管9，所述水冷夹套8和所述翅片管9用于降低所述测压取气管7中流经气体的温度。所述还原气围管3的一端连接有还原气进气管道1。
根据图2所示的本实用新型入口圆筒段、收缩段及喷嘴管道连接的示意图，所述收缩段5自所述入口圆筒段4起呈渐缩状，所述收缩段5两侧壁之间的夹角为55-65°，即所述A的取值范围为55-65°。所述入口圆筒段4直径为150-250mm。所述喷嘴管道6与水平面间的夹角为50-60°。所述喷嘴管道6直径为50-100mm。所述入口圆筒段4、收缩段5和喷嘴管道6的总长为400-700mm。具体设计参数需依据竖炉喷嘴还原气量进行确定，保证喷嘴内气体流动形成的最大压差比阻力损失压差大5倍以上，减小阻力损失压差对结果的影响。
在流体力学动量传输过程中，根据理想流体的伯努利方程可知在流动过程中任意一点位置，其位置势能、动能、压力能三者之和为常量，能量在三种能之间相互转化，因此可依据压力能的变化，推测动能变化，进而推测出气体流速的变化。伯努利方程建立了流动过程中两个断面之间的能量关系，与连续性方程连用，可以确定任意断面处的速度和压力。
竖炉还原气通过喷嘴管道6以速度150-250m/s进入竖炉，流速较大，在通
过收缩段5时由于在变径前后形成较大压差，而气体在流动过程中沿程阻力损失和局部阻力损失形成的压损远小于气体流动形成的压差，适合采用该原理进行测压。
为了依据喷嘴管道6内流量的数据对还原气喷嘴管道6是否堵塞进行判断，以便及时处理堵塞问题，实现竖炉内部还原气流的稳定均匀分布。本发明根据实际流体的伯努利方程原理，提出了一种检测竖炉还原气喷嘴堵塞设备。
本实用新型涉及到的检测竖炉还原气喷嘴堵塞设备通过如下设计方案实现：
在流体力学，对于实际流体在一维管流流动状态中，实际流体的伯努利方程为：
本实用新型以此为原理，通过改变还原气喷嘴管道6截面积，进而改变流速，形成压力差，通过炉外压差变送器10检测压力，推测还原气喷嘴管道6的流量，进而对还原气喷嘴管道6是否堵塞进行判断。
本实用新型检测竖炉还原气喷嘴堵塞设备结构如图1所示，还原气围管3内嵌入竖炉的炉衬中，为竖炉内衬耐火材料砌筑出环形管道。还原气围管3与竖炉外部还原气进气管道1连接，还原气围管3与入口圆筒段4圆孔道连通，经过收缩段5、喷嘴管道6直通竖炉内部。还原气则经外部还原气进气管道1进入还原气围管3，再通过入口圆筒段4、收缩段5和喷嘴管道6进入竖炉内，还原炉内铁氧化物球团。在竖炉下部还原段12底部截面还原气喷嘴11沿竖炉截面设置多个，每个还原气喷嘴11与还原气围管3都通过入口圆筒段4、收缩段5相连接。入口圆筒段4、收缩段5和喷嘴管道6是由耐火材料浇筑而成。为减小入口圆筒段4、收缩段5的摩擦系数，对浇筑成型的入口圆筒段4、收缩段5表面打磨，减小沿程阻力系数。在入口圆筒段4和喷嘴管道6处开孔与外部压差变送器10相连接，在炉外测压取气管7设置水冷夹套8和翅片管9进行降温，保证压差变送器10处于正常工作温度。
两个测压取气管7分别于距收缩段5边缘35-70mm处进行取气，优选地，在距离50mm处进行取气。收缩段5的夹角为55-65°，由于两个取压点距离较近，且位差较小、气体密度小，在测量过程中不考虑势能的变化。
实施例一
以80万吨规模直接还原竖炉为例，还原气量为222400m3/h，竖炉还原段还原气喷嘴11数量为42个，平均分配到每个还原气喷嘴11的还原气量为5295m3/h，其流速为46.8m/s。还原气经过收缩段5后进入喷嘴管道6，其流速增大至231.3m/s。入口圆筒段4直径D为200mm，长度为300mm，收缩段5夹角为60°，收缩后连接喷嘴管道6，直径为90mm，喷嘴管道6长为200mm。
气体在尺寸管道内，两个测压点位置气体的势能变化为0.7Pa，远远小于气体动能、压力能和阻力损失，因此在计算压差过程，不考虑势能的影响。
对于实际流体在一维管流流动状态中，不考虑势能的变化，实际流体的伯努利方程为：
表1 单个喷嘴流量、压差、阻力损失数据对照表
由上表数据，可参照在实际运行竖炉中每个还原气喷嘴11连接的差压变送器10的示数，当还原气喷嘴口出现堵塞时，压差会迅速下降。由此为依据可迅速直观判断还原气喷嘴堵塞情况，以便及时进行疏通处理，保证竖炉内还原气流分布均匀。由于本发明中忽略势能变化并且阻力损失计算采用经验公式，前后压差数据存在8%-10%误差，不能精确定量分析通过喷嘴的还原气流量，但可以定性判断还原气喷嘴11是否堵塞。
本实用新型通过在还原气围管3与竖炉之间设置为收缩管5结构，并且在入口圆筒段4和收缩段5后进行测压，通过气体流动过程产生压力差判断喷嘴管道6是否堵塞，能够及时准确发现还原气喷嘴11堵塞情况，以便后续有针对性的对堵塞的还原气喷嘴11进行疏通，减少疏通还原气喷嘴11的工作量。本发明设备结构简单，易于实现，制造成本低。
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上述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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，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以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。