专利名称：一种多功能通用煤粉燃烧试验装置及方法
技术领域：
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种多功能通用煤粉燃烧试验装置及方法。
背景技术：
高炉喷煤炼铁工艺具有节约焦炭，生产成本低，效率高等优点。然而不同的煤炭种类和 不同的喷煤方法，对高炉炼铁生产会产生不同的效果。由于现有的高炉煤粉喷吹设备体积大， 控制系统复杂，难以采用生产装置对煤粉燃烧状况进行测试。
而当今高炉炼铁对喷煤的要求越来越高，如何有效地降低焦比，增加喷煤量，成为衡量 高炉生产技术水平的重要标志。
因此借助一套研究装置，在模拟高炉喷吹燃料的条件下，喷吹不同种类的燃料以及燃料 量的变化，在相同的条件下进行测试，然后进行燃烧效果的比较。提供有效数据来指导高炉 生产喷吹燃料的冶炼工艺过程。这样有利于高炉生产喷煤工艺的提高和改进，更有效地降低 焦比，因此意义重大。
发明内容
为解决高炉炼铁工艺在喷吹不同燃料，以及在喷吹燃料变化量的过程中，测试燃料燃烧 率的问题，本发明提供一种多功能通用煤粉燃烧试验装置。
本发明的多功能通用煤粉燃烧试验装置包括供风系统，气体加热系统，煤粉喷吹系统， 煤粉燃烧系统，烟尘收集系统，检测分析系统。
各系统主要设备和功能为
1、 供风系统
主要设备螺杆式空压机、电机调频器、分气包、气体流量检测仪、阀门、管路。 其作用是向煤粉燃烧系统，煤粉喷吹输送系统，布袋除尘反吹系统提供所需求的风量。 本发明中使根据不同的供风量，采用不同规格、型号的螺杆式空压机。
2、 气体加热系统
主要设备气体低温加热炉和气体高温加热炉，两个炉体串接在一起。
其作用是将供风系统提供的风量，从气体低温加热炉的入口端进入气体加热系统。由气 体低温加热炉到气体高温加热炉，气体加热系统中进行加热，加热后的气体温度可达到1200
'C 125(TC。通过气体高温加热炉的出口端，向煤粉燃烧系统提供高温热风。
两个气体加热炉均由金属壳体、框架、耐火材料、保温材料、发热体组成，气体加热系 统包括气体低温加热炉、气体高温加热炉、变压器、测温热电偶、控温热电偶、计算机、电控柜。
气体低温加热炉的低温发热体材质是铁铬铝丝，气体高温加热炉的高温发热体材质是二 硅化钼，耐火材料是氧化铝空心球构件，保温材料是轻质保温砖。
3、 煤粉喷吹系统
该系统主要由喷吹所需的高压气源、煤粉定量输送机、煤粉喷枪、输送煤粉的管路和系 统重量检测装置4部分组成。
3.1、 喷吹所需的高压气源是由供风系统通过阀门切换提供的。
3.2、 煤粉定量输送机
功能通过调节螺旋蛟龙的转速变化，实现煤粉的定量输出。
主要部件煤粉桶、螺旋蛟龙轴、调速电机、高压气流进入口、煤粉输出口、设备框架。 连接方式调速电机与煤粉桶内的螺旋蛟龙轴连接，在煤粉桶内螺旋蛟龙轴靠近调速电
机的端头上方开有进料口，在螺旋蛟龙轴的另一端的正上方是高压气流进入口，正下方就是 煤粉输出口。
工作原理由于调速电机与螺旋蛟龙轴连接，因此通过调节电机的转速，使得螺旋蛟龙 轴转速改变，从而调节输送煤粉量的大小。高压气流将输送的煤粉携带从煤粉输出口喷出。
本发明中的螺旋蛟龙轴的设计，要根据煤粉输送量的不同，采用不同直径的螺旋蛟龙轴 和不同螺距的螺旋蛟龙叶片。
3.3、 煤粉喷枪和输送煤粉管路
主要部件输送煤粉管路、煤粉喷枪、喷枪插入距离调节器。
功能从煤粉输出口喷出的煤粉，通过输送管路到煤粉喷枪，煤粉喷枪插入高温加炉热 的炉管中，喷出的煤粉与高温热风混合一起在燃烧炉管中进行燃烧。
煤粉喷枪插入炉管的距离对燃烧过程会产生影响，因此煤粉喷枪插入炉管的距离调节， 是由安装在高温加热炉外部的喷枪插入距离调节器来完成。
3.4、 系统重量检测装置
主要部件称重传感器、重量显示仪表、煤粉定量输送机的吊挂框架。
功能由于煤粉定量输送机通过吊挂框架，其整体重量完全作用在称重传感器上，因此, 煤粉定量输送机在输送煤粉的过程中，其重量变化称重传感器能够检测。因此称重传感器可 以动态检测煤粉的输送量，输送量的变化通过显示仪表显示出来。
4、 煤粉燃烧系统
功能将气体加热系统提供的高温热风，同煤粉喷吹系统提供的煤粉，混合在燃烧炉的
高温炉管内一起进行燃烧。燃烧炉的加热温度1300'C。煤粉燃烧会使炉温达到150(TC左右。 主要部件系统由金属壳体、框架，耐火材料、保温材料、发热体、测温热电偶和控温 热电偶组成。为了便于安装、更换燃烧炉管，炉体设计为开合式。安装燃烧炉管时，打开炉 膛，安装完毕关闭炉膛进行试验。燃烧炉管的材质是高纯度氧化铝管、和刚玉管两种。耐火 材料是氧化铝空心球构件，保温材料是轻质保温砖，发热体的材质是碳化硅。 5、烟尘收集系统
主要部件烟尘冷却器、布袋收灰器、振动反吹除灰装置、收灰装置和引风机。 功能由煤粉燃烧系统所产生的高温燃气，通过烟尘冷却器，温度降至小于200'C。在 布袋收灰器的作用下烟灰被布袋阻留，废气排到室外。当燃烧结束后，关闭布袋收灰器的引 风机。开启振动反吹除灰装置，使煤灰落到收灰装置中。然后取出收灰装置，提取煤灰试样， 进行灰分分析。
本发明中的烟尘收集系统的壳体框架采用碳钢材质，烟尘冷却器采用不锈钢材质，布袋 材质采用合成纤维。
本发明的各系统连接方式为供风系统通过管道与气体加热系统的低温加热炉的入口端 连接，同时通过带有阀门的支线管道和煤粉定量输送机的高压气流进入口连接；气体低温加 热炉和气体高温加热炉的两个炉体串接在一起；高温加热炉的出口端与燃烧炉的高温炉管连
接，煤粉喷枪插入高温加热的炉管中并与在燃烧炉的高温炉管顶端连通，燃烧炉的高温炉管 的底端连接烟尘冷却器，烟尘冷却器的另一端连接烟尘收集系统的壳体底部，烟尘收集系统 的壳体内部从上到下排列引风机、振动反吹除灰装置、布袋收灰器和收灰装置。
本发明的燃烧率测试采用的检测分析系统如下
主要部件恒温干燥箱、电子天平、箱式电炉。
功能采用灰分平衡计算法来获取煤粉的燃烧率。
操作过程称取煤粉试样50g，在恒温干燥箱内105°C、 2个小时干燥；然后用电子天平
称取干燥的试样约3g，置于瓷舟内，使堆积厚度不超过0.5cm。试样送入马弗炉中升温至500 'C，恒温半小时后继续升温至815'C,恒温4小时进行灰化。最后用电子天平称量灰样重量， 记算出煤粉的灰分含量为A。
称取燃烧后的残余物试样50g，在恒温干燥箱内105°C、 2个小时干燥；然后用电子天平 称取干燥的试样约3g，置于瓷舟内，使堆积厚度不超过0.5cm。试样送入马弗炉中升温至500 'C，恒温半小时后继续升温至815'C,恒温4小时进行灰化。最后用电子天平称量灰样重量， 记算出回收物的灰分含量为A,。
煤粉燃烧率的计算公式为<formula>formula see original document page 7</formula>
式中R为煤粉的燃烧率；A为煤粉的灰分含量；Ai为回收物的灰分含量。 多功能通用煤粉燃烧试验装置的方法为
启动螺杆式空压机，通过风量控制仪、电机调频器组成的供风系统，向气体加热系统提 供所需的风量。
同时开启气体加热系统的电源，通过电控柜向高温发热体组、低温发热体组和硅碳棒发 热体供电，三个加热炉按照升温制度升温。
将干燥后的煤粉，装入煤粉定量输送机的煤粉桶。通过重量测量装置来标定煤粉的输出
启动除尘引风机和布袋震动反吹装置，同时在烟尘冷却器中通入冷却水。 当低温加热炉、高温加热炉和煤粉燃烧炉的温度达到要求的温度时，向喷吹煤粉系统供 风，并开启调速电机，由于调速电机与螺旋蛟龙轴连接，因此通过调节电机的转速，使得螺 旋蛟龙轴转速改变，从而调节输送煤粉量的大小。高压气流将输送的煤粉携带从煤粉输出口 喷出。从煤粉输出口喷出的煤粉，通过输送管路到煤粉喷枪，煤粉喷枪插入高温加热的炉管 中，喷出的煤粉与高温热风混合一起在燃烧炉管中进行燃烧。
由煤粉燃烧系统所产生的高温燃气，通过烟尘冷却器，温度降至小于200'C。在布袋收 灰器的作用下烟灰被布袋阻留，废气排到室外。当燃烧结束后，关闭布袋收灰器的引风机。 开启振动反吹除灰装置，使煤灰落到收灰装置中。然后取出收灰装置，提取煤灰试样，进行 灰分分析，来检测煤粉燃烧效果。
在煤粉燃烧过程中，气体可以在线分析，能够在计算机上绘制出实时气样分析曲线。 本发明中采用的设备为机电一体设备，配备电气与仪表控制柜，仪表控制柜具备的功能 包括空气及氧系统压力流量检测、控制，炉膛温度的控制和检测。显示、控制、实时记录、 超温报警，仪表控制柜具有良好的通风换气设备，保证柜内电气元器件的可靠工作环境。
本发明的气体低温加热炉热风温度为800°C，气体高温加热炉热风温度可达1250°C，煤 粉燃烧炉温度可达130(TC;燃烧室外表面温度小于50'C，烟尘冷却器出口烟尘温度小于200 'C，煤粉喷吹系统运转稳定可靠，输送量波动范围小于5%。采用本发明的试验装置可在实验 室内通过较简单的设备模拟高炉炼铁工艺，对不同燃料进行燃烧率测试。
图1为本发明的多功能通用煤粉燃烧试验装置示意图，图中1、煤粉桶，2、螺旋蛟龙轴，
3、称重传感器，4、煤粉喷枪，5、高压气流进入口， 6、煤粉输出口， 7、输煤管，8、调速 电机，9、气体高温加热炉，10、气体高温加热管道，11、高温发热体，12、气体低温加热炉， 13、气体低温加热管道，14、低温发热体，15、煤粉燃烧炉金属壳体，16、煤粉燃烧炉发热 体，17、烟尘冷却器，18、引风机，19、振动反吹除灰装置，20、布袋收灰器，21、收灰装 置，22、喷枪插入距离调节器。
图2为本发明的多功能通用煤粉燃烧试验装置工作流程示意图。
具体实施方式
实施例
本发明的多功能通用煤粉燃烧试验装置如图1所示，多功能通用煤粉燃烧试验装置包括 供风系统，气体加热系统，煤粉喷吹系统，煤粉燃烧系统，烟尘收集系统。
气体加热系统由气体低温加热炉12和气体高温加热炉9组成，两个炉体串接在一起。 其中气体低温加热炉12内置有气体低温加热管道13和低温发热体14，气体高温加热炉9内 置有气体高温加热管道10和高温发热体11，低温加热炉的发热体材质是铁铬铝丝，高温气 体加热炉的发热体材质是二硅化钼，气体低温加热炉12和气体高温加热炉9所用的耐火材料 是氧化铝空心球构件，保温材料是轻质保温砖。
煤粉喷吹系统由喷吹所需的高压气源、煤粉定量输送机、煤粉喷枪4和输送煤粉管路、 系统重量检测装置4部分组成。其中煤粉定量输送机包括煤粉桶1、螺旋蛟龙轴2、调速电机 8、高压气流进入口 5、煤粉输出口 6;输送煤粉管路包括输煤管7、煤粉喷枪、喷枪插入距 离调节器22;系统重量检测装置包括称重传感器3、重量显示仪表、煤粉定量输送机的吊挂 框架。其中调速电机8与煤粉桶1内的螺旋蛟龙轴2连接，在煤粉桶1内螺旋蛟龙轴2靠近 调速电机8的端头上方开有进料口 ，在螺旋蛟龙轴2的另一端的正上方是高压气流进入口 5， 正下方就是煤粉输出口 6。
煤粉燃烧系统包括煤粉燃烧炉金属壳体15、框架，耐火材料、保温材料、煤粉燃烧炉发 热体16、测温热电偶和控温热电偶组成。为了便于安装、更换燃烧炉管，炉体设计为开合式。 安装燃烧炉管时，打开炉膛，安装完毕关闭炉膛进行试验。燃烧炉管的材质是高纯度氧化铝 管、和刚玉管两种。耐火材料是氧化铝空心球构件，保温材料是轻质保温砖，发热体的材质 是碳化硅。
烟尘收集系统包括烟尘冷却器17、布袋收灰器20、振动反吹除灰装置19、收灰装置21 和引风机18。烟尘收集系统的壳体框架采用碳钢材质，烟尘冷却器采用不锈钢材质，布袋材 质采用合成纤维。
采用所述的多功能通用煤粉燃烧试验装置，启动鼓风机，通过风量控制仪调节风量，向 气体低温加热管道供风，同时开启电源，向高温发热体ll、低温发热体14和煤粉燃烧炉发 热体16供电。
将千燥后的煤粉装入煤粉桶l，通过重量测量装置测定煤粉量。由于煤粉定量输送机通 过吊挂框架，其整体重量完全作用在称重传感器上，因此，煤粉定量输送机在输送煤粉的过 程中，其重量变化称重传感器能够检测。因此称重传感器可以动态检测煤粉的输送量，输送 量的变化通过显示仪表显示出来。
启动除尘引风机和布袋震动反吹装置，同时在烟尘冷却器中通入冷却水。
当气体低温加热炉12、气体高温加热炉9和煤粉燃烧炉的温度达到要求的温度时，向煤 粉喷枪4供风，并开启调速电机8，通过调节电机8的转速调节煤粉供应量，通过螺旋蛟龙 轴2向输煤管7定量输送煤粉，煤粉被来自高压气流进入口 5的风吹进输煤管7,并进入气 体高温加热炉9和煤粉燃烧炉中，进行煤粉燃烧试验。
气体低温加热炉12加热温度为800°C，气体高温加热炉9加热温度为1200°C，煤粉燃 烧炉温度为1300°C;燃烧室表面温度小于5(TC，烟尘冷却器出口烟尘温度小于20(TC。
当气体高温加热炉9温度达到120(rC后，与煤粉在管壳式燃烧器中进行燃烧。当进行热 风、富氧热风或纯氧燃烧时，煤粉喷枪将煤粉竖直向下喷入燃烧炉管中；煤粉喷枪可以调整 插入深度；空气进口系统布置流量检测点l个、压力检测点l个、温度检测点l个及调压阀 组；炉膛不同高度均匀分布6个温度检测点；烟尘冷却器17出口设气体采样口及气体在线分 析控制系统(并能够在计算机上绘制出实时气样分析曲线)。
由煤粉燃烧系统所产生的高温燃气，通过烟尘冷却器，温度降至小于200'C。在布袋收 灰器的作用下烟灰被布袋阻留，废气排到室外。当燃烧结束后，关闭布袋收灰器的引风机。 开启振动反吹除灰装置，使煤灰落到收灰装置中。然后取出收灰装置，提取煤灰试样，进行 灰分分析。
在煤粉燃烧过程中，气体可以在线分析，能够在计算机上绘制出实时气样分析曲线。
权利要求
1、一种多功能通用煤粉燃烧试验装置，其特征在于包括供风系统、气体加热系统、煤粉喷吹系统、煤粉燃烧系统、烟尘收集系统和检测分析系统，供风系统包括螺杆式空压机、电机调频器、分气包、气体流量检测仪、阀门、管路；气体加热系统包括气体低温加热炉和气体高温加热炉；煤粉喷吹系统包括高压气源、煤粉定量输送机、煤粉喷枪、输送煤粉的管路和系统重量检测装置；系统重量检测装置包括称重传感器、重量显示仪表、煤粉定量输送机的吊挂框架；煤粉定量输送机包括煤粉桶、螺旋蛟龙轴、调速电机、高压气流进入口、煤粉输出口和设备框架；煤粉燃烧系统包括金属壳体、框架，耐火材料、保温材料、发热体、测温热电偶和控温热电偶；烟尘收集系统包括烟尘冷却器、布袋收灰器、振动反吹除灰装置、收灰装置和引风机；各系统的连接方式为供风系统通过管道与气体加热系统的低温加热炉的入口端连接，同时通过带有阀门的支线管道和煤粉定量输送机的高压气流进入口连接；气体低温加热炉和气体高温加热炉的两个炉体串接在一起；高温加热炉的出口端与燃烧炉的高温炉管连接，煤粉喷枪插入高温加热的炉管中并与在燃烧炉的高温炉管顶端连通，燃烧炉的高温炉管的底端连接烟尘冷却器，烟尘冷却器的另一端连接烟尘收集系统，其中调速电机与煤粉桶内的螺旋蛟龙轴连接，在煤粉桶内螺旋蛟龙轴靠近调速电机的端头上方开有进料口，在螺旋蛟龙轴的另一端的正上方是高压气流进入口，正下方就是煤粉输出口；煤粉定量输送机通过吊挂框架，其整体重量完全作用在称重传感器上，煤粉定量输送机在输送煤粉的过程中，其重量变化称重传感器能够检测。
2、 根据权利要求1所述一种多功能通用煤粉燃烧试验装置，其特征在于所述的气体加 热系统由气体低温加热炉和气体高温加热炉组成，两个炉体串接在一起，其中气体低温加热 炉的低温发热体材质是铁铬铝丝，气体高温加热炉的高温发热体材质是二硅化钼，气体低温 加热炉的入口端连接供风系统，气体高温加热炉的出口端连接煤粉燃烧系统。
3、 一种多功能通用煤粉燃烧试验方法其特征在于包括以下步骤(1)启动螺杆式空压机，通过风量控制仪、电机调频器组成的供风系统，向气体加热系统提供所需的风量；同时开启气体加热系统的电源，通过电控柜向高温发热体组、低温发热体组和硅碳棒发热体供电；(2)将干燥后的煤粉，装入煤粉定量输送机的煤粉桶，通过重量测量装置来标定煤粉的输出量；启动除尘引风机和布袋震动反吹装置，同时在烟尘冷却器中通入冷却水；(3)高温加热炉和煤粉燃烧炉的温度分别达到120(TC和130(rC时，向喷吹煤粉系统供风，并开启调速电机，高压气流将输送的煤粉携带从煤粉输出口喷出，通过输送管路到煤粉喷枪，煤粉喷枪插入高温加热的炉管中，喷出的煤粉与高温热风混合一起在燃烧炉管中进行燃烧；由煤粉燃烧系统所产生的高温燃气，通过烟尘冷却器，温度降至小于20(TC;在布袋收灰器的作用下烟灰被布袋阻留，废气排到室外；(4)当燃烧结束后，关闭布袋收灰器的引风机，开启振动 反吹除灰装置，使煤灰落到收灰装置中，然后取出收灰装置，提取煤灰试样，进行灰分分析, 来检测煤粉燃烧效果。。
4、 根据权利要求3所述的一种多功能通用煤粉燃烧试验方法其特征在于开启调速电 机时，通过调节电机的转速，使得螺旋蛟龙轴转速改变，从而调节输送的煤粉量。
5、 根据权利要求3所述的一种多功能通用煤粉燃烧试验方法其特征在于气体低温加 热炉热风温度为S0(TC，气体高温加热炉热风温度可达1250°C，煤粉燃烧炉温度可达1300°C; 燃烧室外表面温度小于50°C，烟尘冷却器出口烟尘温度小于200°C。
全文摘要
一种多功能通用煤粉燃烧试验装置及方法，其特征在于调速电机与煤粉桶内的螺旋蛟龙轴连接，在煤粉桶内螺旋蛟龙轴靠近调速电机的端头上方开有进料口，在螺旋蛟龙轴的另一端的正上方是高压气流进入口，正下方为煤粉输出口；煤粉定量输送机通过吊挂框架，其整体重量完全作用在称重传感器上；使用方法为向气体加热系统供风，高温加热炉和煤粉燃烧炉的温度达到要求时，开启调速电机，煤粉从煤粉输出口喷出，与高温热风混合一起在燃烧炉管中进行燃烧。本发明的煤粉喷吹系统运转稳定可靠，输送量波动范围小于5％，煤粉燃烧炉温度可达1300℃。
文档编号C21B5/00GK101349688SQ20081001293
公开日2009年1月21日 申请日期2008年8月26日 优先权日2008年8月26日
发明者董文献 申请人:东北大学