一种高炉喷吹富氢燃料装置

1.本发明涉及高炉炼铁领域，具体地涉及一种高炉喷吹富氢燃料装置。


背景技术：

2.全球气候变化是当今人类社会面临的重大挑战之一，而中国作为世界碳排放量最多的国家，在全球气候治理中起着关键的作用。中国是钢铁生产大国，2020年粗钢产量为10.53亿吨，占世界粗钢产量的56.5％。钢铁生产作为资源和能源密集型行业，每年消耗的工业能耗占全国工业总能耗的16％左右，co2排放也占到全国工业总碳排放的15％左右，降低钢铁生产能耗及碳排放是国家实现“碳达峰”和“碳中和”的关键。在钢铁生产流程中铁前系统(包括高炉、焦化、烧结和球团)能量消耗和污染物排放占到钢铁工业能耗的70％以上，是实现钢铁工业节能减排工作的重点。
3.氢冶金以氢作为还原剂进行钢铁生产，能够大幅度降低钢铁产品的碳排放，是钢铁行业实现“双碳”目标的重要技术措施。氢冶金也称作富氢冶金，主要包括高炉喷吹富氢燃料技术、氢基直接还原炼铁技术等，中国有90％以上钢铁产品都为高炉-转炉长流程，推动高炉喷吹富氢燃料技术更符合中国钢铁行业可持续发展的发展需求。富氢燃料包括天然气、焦炉煤气、油田伴生气、氢气等，目前国内有关高炉喷吹富氢燃料的基础研究和应用研究较少，特别是未能解决富氢煤气喷吹与煤粉等富氢固体燃料共同喷吹时风口前燃烧效率低的问题。因此需要研制一种高炉喷吹富氢燃料装置，实现提升喷吹燃料燃烧效率，降低高炉冶炼co2排放量，助力钢铁行业早日实现“双碳”目标。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种高炉喷吹富氢燃料装置。
5.为了实现上述目的，本发明提供的一种高炉喷吹富氢燃料装置是通过如下技术方案来实现：
6.一种高炉喷吹富氢燃料装置，所述装置包括：风口套(10)、富氢气体喷枪(30)和富氢固体燃料喷枪(20)；所述风口套(10)包括外套(4)、内套 (5)、前帽(8)、后帽(14)及其围成的冷却水道；所述富氢气体喷枪(30) 安装于所述冷却水道内；所述富氢气体喷枪(30)的富氢气体喷吹口(32)位于所述风口套(10)内壁；以及所述风口套(10)的后端与直吹管(23)连接，所述富氢固体燃料喷枪(20)斜插于所述直吹管(23)侧壁，在沿着所述风口套的风口套中心线(11)的长度方向上，所述富氢固体燃料喷枪(20)的富氢固体燃料喷吹口(21)与所述富氢气体喷吹口(32)相比，距离所述后帽更近。
7.作为本发明的一种优选实施方式，其中，所述后帽(14)连接出水管(1) 和进水管(2)。
8.作为本发明的一种优选实施方式，其中，所述冷却水道由前后腔隔板(6) 分为前腔冷却水道(7)和后腔冷却水道(3)，在后腔冷却水道中沿着所述风口套中心线(11)的长度方向上设置轴向的后腔隔板(15)。
9.作为本发明的一种优选实施方式，其中，所述富氢气体喷枪(30)位于所述后腔冷却水道(3)内的两片后腔隔板(15)之间，所述冷却水道用于对所述富氢气体喷枪(30)进行冷却降温。
10.作为本发明的一种优选实施方式，其中，所述富氢固体燃料喷吹口(32) 位于所述风口套中心线(11)上。
11.作为本发明的一种优选实施方式，其中，所述直吹管(23)的直吹管中心线(9)与所述风口套中心线(11)的夹角为风口套中心线水平夹角(16)，所述风口套中心线水平夹角(16)取值范围为1
°
至7
°
之间。
12.作为本发明的一种优选实施方式，其中，所述富氢气体喷枪(30)位于所述出水管(1)一侧，所述富氢气体喷枪(30)与所述风口套的风口套后帽中心水平线(18)的夹角为富氢气体喷枪水平夹角(31)，富氢气体喷枪水平夹角 (31)取值范围为-30
°
至+60
°
。
13.作为本发明的一种优选实施方式，其中，所述富氢气体喷吹口(32)与所述前帽(8)的距离小于所述风口套(10)总长度的2/3。
14.作为本发明的一种优选实施方式，其中，所述富氢固体燃料喷吹口(21) 与所述前帽(8)的距离大于所述富氢气体喷吹口(32)与所述前帽(8)的距离。
15.作为本发明的一种优选实施方式，其中，所述富氢固体燃料喷枪(20)位于所述进水管(2)一侧，所述富氢固体燃料喷枪(20)与所述风口套的风口套前帽中心水平线(19)的夹角为富氢固体燃料喷枪水平夹角(22)，所述富氢固体燃料喷枪水平夹角(22)取值范围为-30
°
至+60
°
。
16.作为本发明的一种优选实施方式，其中，富氢气体包括天然气、人工燃气、液化气中的一种或多种混合气，富氢固体燃料包括煤粉、生物质、废塑料、废橡胶及其炭化物中的一种或多种混合物。
17.作为本发明的一种优选实施方式，其中，富氢气体和富氢固体燃料分别单独喷吹，或者同时喷吹。
18.本发明的有益效果在于：本发明可以实现富氢气体和富氢固体燃料的同时喷吹，解决了富氢气体与富氢固体燃料同时喷吹时在风口前端燃烧效率低的问题，且装置结构紧凑、冷却效果好、可靠安全、使用寿命长的优点。
附图说明
19.图1为本发明一种高炉喷吹富氢燃料装置结构示意图；
20.图2为本发明一种高炉喷吹富氢燃料装置剖面示意图；
21.图中1-出水管；2-进水管；3-后腔冷却水道；4-外套；5-内套；6-前后腔隔板；7-前腔冷却水道；8-前帽；9-直吹管中心线；10-风口套，11-风口套中心线； 12-风口套热风通道；13-堵头；14-后帽；15-后腔隔板；16-风口套中心线水平夹角；17-清砂孔；18-风口套后帽中心水平线；19-风口套前帽中心水平线；20-富氢固体燃料喷枪；21-富氢固体燃料喷吹口；22-富氢固体燃料喷枪水平夹角；23
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直吹管；30-富氢气体喷枪；31-富氢气体喷枪水平夹角；32-富氢气体喷吹口。
具体实施方式
22.以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
23.参加图1所示，本发明提供一种技术方案：一种高炉喷吹富氢燃料装置，所述装置包括：包括风口套10、富氢气体喷枪30和富氢固体燃料喷枪20；所述风口套由外套5、内套4、前帽8、后帽14及其围成的冷却水道组成；所述富氢气体喷枪30通过焊接方式安装于风口套10的冷却水道内；富氢气体喷吹口32位于风口套内壁；所述风口套后端与直吹管23通过球面接触连接，富氢固体燃料喷枪20斜插于直吹管23侧壁，富氢固体燃料喷吹口21位于富氢气体喷吹口32外侧，也就是说，在沿着风口套的风口套中心线11的长度方向上，所述富氢固体燃料喷枪20的富氢固体燃料喷吹口21与所述富氢气体喷吹口32相比，距离所述后帽14更近。
24.作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：后帽14连接出水管1和进水管2。
25.参见图2所示，作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述冷却水道由前后腔隔板6分为前腔冷却水道7和后腔冷却水道3，在后腔冷却水道3 中沿着所述风口套中心线11的长度方向上设置轴向的后腔隔板15。
26.作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述富氢气体喷枪30位于后腔冷却水道3内的两片后腔隔板15之间，工作时富氢气体喷枪不会影响冷却水对风口套的冷却效果，且冷却水道内的冷却水可以对对富氢气体喷枪30进行冷却降温，提升富氢气体喷枪的使用寿命。
27.结合图1和图2所示，作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述富氢固体燃料喷吹口21位于风口套中心线11上。
28.参见图2所示，作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述直吹管中心线9与风口套中心线11的夹角为风口套中心线水平夹角16，风口套中心线水平夹角16取值范围为1
°
至7
°
之间，通过该设置可以延长风口套的使用寿命以及活跃高炉炉缸。
29.参见图1所示，作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述富氢气体喷枪30位于出水管1一侧，富氢气体喷枪30与风口套后帽中心水平线18 的夹角为富氢气体喷枪水平夹角31，富氢气体喷枪水平夹角31取值范围为-30
°
至+60
°
，通过该设置可以降低富氢气体喷枪使用过程的故障率，延长风口套和喷枪的使用寿命。
30.参见图2所示，作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述富氢气体喷吹口32与前帽8的距离小于风口套10总长度的2/3，通过该设置便于固体燃料喷枪的安装。
31.参见图2所示，作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述富氢固体燃料喷吹口21与前帽8的距离大于富氢气体喷吹口32与前帽8的距离，通过该设置使得喷吹富氢固体燃料提前和热风接触预热燃料，提升了固体燃料的燃烧效率，同时避免富氢气体喷枪喷吹气体燃料燃烧产生高温气体对固体喷枪使用寿命的影响。
32.参见图1所示，作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述富氢固体燃料喷枪20位于所述进水管2一侧，所述富氢固体燃料喷枪20与风口套前帽中心水平线19的夹
角为富氢固体燃料喷枪水平夹角22，富氢固体燃料喷枪水平夹角22取值范围为-30
°
至+60
°
，通过该设置可以减少富氢固体燃料喷吹对风口套内套的冲刷作用，延长风口套使用寿命。
33.作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述富氢气体为天然气、人工燃气、液化气中的一种或多种混合气，所述富氢固体燃料为煤粉、生物质、废塑料、废橡胶及其炭化物中的一种或多种混合物。
34.作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述富氢气体和富氢固体燃料可以单独喷吹，也可以同时喷吹。
35.工作原理：高炉冶炼生产时，热风炉产生的1000～1200℃的高温热风通过热风管道、热风围管、鹅颈管和直吹管进入风口套，高炉喷吹燃料通过喷枪喷入风口套内与热风接触后开始燃烧，燃烧释放出的热量为高炉冶炼提供能量，生成的煤气为高炉冶炼提供还原剂。富氢气体和富氢固体燃料同时喷吹时，富氢气体通过管道和阀门输送至风口前，采用软管连接富氢气体喷枪，富氢固体燃料通过管道和分配器输送至风口前，采用软管连接富氢固体燃料喷枪；根据高炉冶炼状况，确定富氢气体的喷吹量和富氢固体燃料的喷吹量，富氢气体和固体燃料的喷吹量通过调整阀门的开合度进行控制；富氢气体通过富氢气体喷吹口从风口套的内壁进行喷吹，有利于富氢气体进行燃烧反应，抑制裂解反应的发生，提升富氢气体的燃烧效率；富氢固体燃料通过富氢固体燃料喷吹口进入风口套，由于富氢固体燃料喷吹口的位置靠近风口套外侧，也就是说，在沿着风口套的风口套中心线11的长度方向上，所述富氢固体燃料喷枪20的富氢固体燃料喷吹口21与所述富氢气体喷吹口32相比，距离所述后帽14更近，这样设置可以使富氢固体燃料首先与热风接触进行预热燃烧，最大限度的减小了富氢气体喷吹对富氢固体燃料燃烧效率的影响，同时避免富氢气体喷枪喷吹气体燃料燃烧产生高温气体对固体喷枪使用寿命的影响。本发明实现了富氢气体和富氢固体燃料的同时喷吹，解决了富氢气体与富氢固体燃料同时喷吹在风口前端燃烧效率低的问题，且设备结构紧凑、冷却效果好、可靠安全、使用寿命长的优点。
36.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的有点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施列的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应该将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权力要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权力要求的同等要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权力要求中的认可附图标记视为限制所涉及的权力要求。
37.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例方式加以描述，但并非每个实施例方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。