专利名称：一种高炉喷煤预燃器及其调整煤粉预燃率的方法
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，尤其是涉及高炉喷煤预燃器及其调整煤粉预燃率的方法。
背景技术：
众所周知，高炉喷吹煤粉的喷枪一般都安装在距风口入口断面较近的位置，煤粉基本是在回旋区内着火和燃烧。由于回旋区空间有限，热风流速又高，煤粉的停留时间很短，很难完全燃烧。根据高炉风口前的实际取样调查证明，在回旋区内煤粉只能燃烧70%。 如果喷煤量增加，燃烧率还要下降。为了提高煤粉燃烧率，需要延长煤粉的反应时间。利用直吹管预燃一部分煤粉增加了煤粉的反应时间，会使燃烧率有较大提高。《化工冶金》第15卷第1期(1994年2月出版)发表的《高炉风口直吹管预燃煤粉模拟实验和计算》，公布了一种直吹管预燃煤粉模拟实验的装置和实验研究成果。根据其研究成果表明在以内壁面温度不超过内衬材料的耐火温度为限制条件下，将喷枪插入直吹管内距离风口入口 500 1200mm的位置处，在直吹管内可预燃无烟煤50 %、烟煤60 %以上。但该文献本没有提出适合工业化生产应用的具体装置。以实现上述研究成果为目的的工业化生产装置，是最新的中国专利申请 201010571279. 0,201010571262. 5,201010603604. 7,201110024842. I0 其中 201010571279. 0,201010571262. 5专利申请是将现有喷枪插入直吹管内距离风口入口 500 2000mm的位置，由于煤粉在直吹管内燃烧率超过50%，会产生相当数量的煤灰分熔渣，这将造成在风口内结渣的可能性；而在201010603604. 7,201110024842. 7专利申请中， 是将煤粉先喷入直吹管内设置的中心通道中进行预热或者预燃，但在构成直吹管内中心通道的耐材一旦出现破损后，由于煤粉大量燃烧，其结果可能使直吹管壳体承受不了高温而出现直吹管烧穿事故。
发明内容
本发明提出一种高炉喷煤预燃器，是为克服上述各专利申请的缺陷，限制煤粉预燃数量，防止风口结渣，在煤粉预燃器破损时，确保喷煤预燃器的安全性。本发明还提出了一种高炉喷煤预燃器调整煤粉预燃率的方法。一种高炉喷煤预燃器是由喷枪、锁紧装置、密封填料、安装座、水冷壳体组件、煤粉预燃器、耐火材料组成；煤粉预燃器安装在水冷壳体组件内，煤粉预燃器的外壁与水冷壳体组件内壳的内壁之间填充了耐火材料；其安装座是分别与水冷壳体组件的外壳和内壳焊接；喷枪插入安装座内，被密封填料和锁紧装置固定喷枪穿过耐火材料和煤粉预燃器的支撑叶片，伸到煤粉预燃器的内管内。上述的水冷壳体组件是由凸球面端头、法兰、内壳、外壳、水道隔板、进水管、出水管组成。上述水冷壳体组件的内壳和安装座是一个整体铸造件。
上述水冷壳体组件的内壳，是与其凸球面端头、法兰、水道隔板中的任意一个、或者任意两个、或者全部共同铸造成为一个整体件。上述水冷壳体组件的内壳材质是铜或者耐热钢。上述的煤粉预燃器是由内管、外管和支撑叶片组成。其内管和外管是同心的，或者是不同心的。其支撑叶片的数量是与喷枪的数量相同。其支撑叶片或者是和内管结合在一起，或者是和外管结合在一起，或者是与内管和外管共同结合在一起。本发明是优选支撑叶片与内管和外管共同结合在一起。该支撑叶片全部或者部分是直线或者螺旋线的形状。在上述煤粉预燃器的支撑叶片上，预留有供喷枪穿过的一个孔。或者在正对喷枪的出口处，预留有连通煤粉预燃器内管的孔，喷枪是穿过耐火材料伸到该孔靠近煤粉预燃器外管的一侧。喷枪喷吹的煤粉是通过该孔进入煤粉预燃器的内管内部。上述的煤粉预燃器是由A型管道砖、B型管道砖、C型管道砖、D型管道砖砌筑而成。其中A型管道砖和B型管道砖之间的结合面是一个锥形面；在锥形面上，它们各自的支撑叶片沿锥形轮廓线方向均被挖去了一个半圆；在A型管道砖和B型管道砖砌筑在一起时， 它们各自在支撑叶片上的半圆，共同构成供喷枪插入的孔，或者供煤粉通过的孔。而C型管道砖是内管比外管长，使得内管直接伸入D型管道砖内。其D型管道砖是一个锥管状的单管砖。上述的煤粉预燃器的A型管道砖、B型管道砖、C型管道砖、D型管道砖，在生产制造时，是通过粘结剂粘接后被烧结为一个整体。上述的煤粉预燃器的材质为氮化硅结合的碳化硅，其SiC ^ 70%, Si3N4 ^ 20%, 其1200 1400°C的高温抗折强度彡35MPa0一种高炉喷煤预燃器调整煤粉预燃率的方法，是通过调整中心通道入口的直径， 即通过调整A型管道砖内管的内径，来调整进入中心通道内的热风流量，从而调整煤粉在喷煤预燃器的中心通道中的预燃率。本发明所优选的煤粉预燃率，是使煤粉预燃后的产物温度低于热风温度，即低于1300°C。本发明的有益效果是(1)本发明提出的高炉喷煤预燃器，是将煤粉预燃器安装在水冷壳体组件内，因此，在煤粉预燃器的耐材出现破损状况时，煤粉大量燃烧所形成的高温，将不会造成壳体破损而危及安全生产。(2)本发明提出的高炉喷煤预燃器调整煤粉燃烧率的方法，是通过控制参与煤粉预燃的热风蒗量，来实现对煤粉预燃率的控制，从而控制生成产物的温度。因此，在本发明优选的条件下，煤粉预燃后的产物温度低于热风温度，使得煤粉预燃器的内管耐材得以延长了使用寿命。C3)本发明在喷煤预燃器的入口处设置法兰，可以方便更换煤粉预燃器。尤其是在采用各型管道砖砌筑的情况下，简单易行，成本低，更换维护方便。(4)本发明保留了现有专利申请进行共轴喷煤的优点，其“二次喷吹”的技术效果， 将确保预燃后的产物不会接触到风口。(5)本发明将喷枪置于煤粉预燃器的支撑叶片中，不承受热风气流的直接冲击，延长了喷枪的使用寿命。因此，在定期更换煤粉预燃器的情况下，既节约了现有更换喷枪所使用的时间，也节约了喷枪更换成本。
图1为实施例1，是图2的A-A截面视图。图2为图1的BOB旋转截面投影视图。图3为图1的C-C截面视图。图4为图1的D-D截面视图。图5为实施例2，是图6的E-E截面视图。图6为图2的FOF旋转截面投影视图。图7为图2的G-G截面视图。图8为图2的H-H截面视图。如图中，1为喷枪，2为锁紧装置，3为密封填料，4为安装座，5为凸球面端头，6为法兰，7为内壳，8为外壳，9为水道隔板，10为水道，11为进水管，12为出水管，13为A型砖， 14为B型砖，15为C型砖，16为D型砖，17为中心通道，18为环形通道，19为耐火材料，20 为外管中心线，21为内管中心线，22为外管，23为内管J4支撑叶片，25为水冷壳体组件，沈为煤粉预燃器。
具体实施例方式如图1、2、3、4为本发明的典型实施例1。如图1中，本发明的高炉喷煤预燃器是由喷枪1、锁紧装置2、密封填料3、安装座 4、水冷壳体组件25、煤粉预燃器沈、耐火材料19组成。煤粉预燃器沈安装在水冷壳体组件25内，煤粉预燃器沈的外壁与水冷壳体组件25内壳7的内壁之间填充了耐火材料19。 其安装座4是分别与水冷壳体组件25的外壳8和内壳7焊接。喷枪1插入安装座4内，被密封填料3和锁紧装置2固定。在如图2中可见，喷枪1是穿过耐火材料19和煤粉预燃器 26的支撑叶片M伸到煤粉预燃器沈的内管23内的。如图1中，上述的水冷壳体组件25是由凸球面端头5、法兰6、内壳7、外壳8、水道隔板9、进水管11、出水管12组成。如图1中，上述的煤粉预燃器沈是由A型管道砖13、B型管道砖14、C型管道砖 15、D型管道砖16砌筑而成。从如图2、3可知，A型管道砖13、B型管道砖14、C型管道砖 15是双层的管道砖。它们有内管23和外管22，是同心的，并且内管23和外管22之间通过支撑叶片M连接为一体。如图1、4所示，D型管道砖16是一个锥管状的单管砖。如图1、2所示，A型管道砖13和B型管道砖14之间的结合面是一个锥形面。在锥形面上，它们各自的支撑叶片M沿锥形轮廓线方向均被挖去了一个半圆。当A型管道砖 13和B型管道砖14砌筑在一起时，它们各自在支撑叶片M上的半圆，共同构成供喷枪1插入的孔，或者成为供煤粉通过的孔。如图1、4所示，C型管道砖15是内管比外管长，使得内管可以直接伸入D型管道砖16内。C型管道砖15采用长内管设计的作用是扩大C型管道砖15出口处的环形通道 18的面积，同时使环形通道18内的热风气流在周向分布均勻化。根据如图1所示的A型管道砖13、B型管道砖14、C型管道砖15、D型管道砖16， 在生产时，或者是通过粘结剂粘接后，被烧结为一个整体。
如图5、6、7、8为本发明的典型实施例2。如图5中所示，上述水冷壳体组件25的内壳7是与其凸球面端头5、法兰6共同铸造为一体的。如图5、6中所示，上述水冷壳体组件的内壳7和安装座4是铸造成在一起，为一个整体铸造件。如图5、6、7、8中所示，煤粉预燃器是由内管23、外管22和支撑叶片M组合而成。 其内管中心线21和外管中心线20是不重合的，呈偏心状态。煤粉预燃器的支撑叶片对有多种状态，它或者是和内管23结合在一起，或者是和外管22结合在一起，或者是与内管23 和外管22同时结合在一起。本发明是优选支撑叶片M与内管23和外管22共同结合在一起。在上述典型实施例1、2中，上述水冷壳体组件25的内壳7，或者是与其凸球面端头 5、法兰6、水道隔板9中的任意一个、或者任意两个或者全部同时铸造成为一个整体件。在上述典型实施例1中，在煤粉预燃器的支撑叶片上，预留有供喷枪穿过的一个孔。在上述典型实施例2中，在正对喷枪的出口处预留有连通煤粉预燃器内管的孔，喷枪是穿过耐火材料伸到该孔靠近煤粉预燃器的外管的一侧。此时，喷枪喷吹的煤粉是通过该孔进入煤粉预燃器的内管内部。如图2、3、5、6中所示，支撑叶片M的数量是与喷枪1的数量相同。在生产制造时， 该支撑叶片M全部或者部分是直线或者螺旋线的形状。在如图1、2中，水冷壳体组件25的内壳7材质是铜或者是耐热钢。在如图1、2中，煤粉预燃器沈的材质为氮化硅结合的碳化硅，其SiC ^ 70%, Si3N4彡20%，其1200 1400°C的高温抗折强度彡35MPa0在上述典型实施例1中，如图1所示的法兰6可以被去除。此时，水冷壳体组件25 的内壳7是同与之相接的现有直吹管的壳体相焊接。在如图1中，一种高炉喷煤预燃器调整煤粉预燃率的方法，是通过调整中心通道 17入口的直径，即调整A型管道砖13内管23的内径，来调整进入中心通道17内的热风流量，从而调整煤粉在喷煤预燃器沈的中心通道17内的预燃率。本发明所优选的煤粉预燃率，是使煤粉预燃后的产物温度低于热风温度，即低于1300°C。说明书附图1为摘要附图。
权利要求
1.一种高炉喷煤预燃器，其特征在于它是由喷枪、锁紧装置、密封填料、安装座、水冷壳体组件、煤粉预燃器、耐火材料组成，其中煤粉预燃器安装在水冷壳体组件内，煤粉预燃器的外壁与水冷壳体组件内壳的内壁之间填充了耐火材料；其安装座是分别与水冷壳体组件的外壳和内壳焊接；喷枪插入安装座内，被密封填料和锁紧装置固定；喷枪穿过耐火材料和煤粉预燃器的支撑叶片，伸到煤粉预燃器的内管内。
2.上述权利要求1所述的高炉喷煤预燃器，其特征在于所述的水冷壳体组件是由凸球面端头、法兰、内壳、外壳、水道隔板、进水管、出水管组成，其内壳是与凸球面端头、法兰、 水道隔板中的任意一个、或者任意两个、或者全部共铸造成为一个整体件。
3.上述权利要求1所述的高炉喷煤预燃器，其特征在于所述的煤粉预燃器是由内管、 外管和支撑叶片组成，其内管和外管是同心的或者是不同心的。
4.上述权利要求1所述的高炉喷煤预燃器，其特征在于所述水冷壳体组件的内壳是和安装座共同铸造成一个整体件。
5.上述权利要求1所述的高炉喷煤预燃器，其特征在于所述的煤粉预燃器是由A型管道砖、B型管道砖、C型管道砖、D型管道砖砌筑而成；在制造过程中，它们或者是通过粘结剂粘接后被烧结为一个整体。
6.上述权利要求1、2、4所述的高炉喷煤预燃器，其特征在于所述水冷壳体组件的内壳材质是铜或者耐热钢。
7.上述权利要求1、3、5所述的高炉喷煤预燃器，其特征在于所述的煤粉预燃器的材质为氮化硅结合的碳化硅，其SiC≥70%,Si3N4≥20%，其1200 1400°C的高温抗折强度≥ 35MPa。
8.一种高炉喷煤预燃器调整煤粉预燃率的方法，其特征在于是通过调整中心通道入口的直径，来调整进入中心通道内的热风流量，从而调整煤粉在中心通道中的预燃率。
全文摘要
本发明提出的一种高炉喷煤预燃器，是由喷枪、锁紧装置、密封填料、安装座、水冷壳体组件、煤粉预燃器、耐火材料组成，煤粉预燃器被安装在水冷壳体组件内，喷枪是插入安装座内被密封填料和锁紧装置固定，它穿过耐火材料和煤粉预燃器的支撑叶片直接伸到煤粉预燃器的内管内。该喷煤预燃器可限制煤粉预燃数量，防止风口结渣，在煤粉预燃器破损时，确保喷煤预燃器的安全性。本发明还提出了一种高炉喷煤预燃器调整煤粉预燃率的方法。
文档编号C21B7/00GK102206720SQ20111011942
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者张昭贵 申请人:张昭贵