本发明属于高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种垂直两段式高炉喷吹煤粉装置。
背景技术：
喷吹粉煤技术是高炉炼铁降本增效的有效措施之一。高炉喷煤不仅可以大幅度降低焦比，还为高炉操作增加了一种调剂手段，高炉操作人员可以利用控制喷煤来控制高炉的热状态。因此，高炉喷吹煤粉工艺可以大幅度降低生铁成本、降低焦比的使用、改善环境等作用。另外，当前高炉煤气流分布不利于高炉煤气的利用，适当增加径向r/3(r为该高度处的炉内半径)的煤气量，有利于提高煤气利用率(ηco)。
现有技术中为高炉增加煤粉喷吹的装置如专利号为zl00123294.0的发明只能将软熔带及其下方的区域喷吹煤粉，效果有限，更不能够改善炉内煤气流分布和料柱的透气性等问题。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种垂直两段式高炉喷吹煤粉装置，能够改善炉内煤气流分布，提高煤气利用率(ηco)，以解决煤气流分布和料柱透气性等问题，从而实现快速有效均匀喷吹，达到提高煤比、降低燃料比和成本的效果。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种垂直两段式高炉喷吹煤粉装置，包括高炉和设置在所述高炉内部的多个两段式煤粉喷枪；
所述多个两段式煤粉喷枪由上至下垂直从所述高炉的顶部阵列分布排列插入所述高炉的内部；
所述多个两段式煤粉喷枪均设为内部中空且两端连通结构，用以通过载气将煤粉从外界沿其内部中空通道喷吹进入所述高炉的内部。
优选地，所述多个两段式煤粉喷枪从所述高炉顶部的炉喉处沿圆周方向均匀分布后垂直插入所述高炉内；
所述每一两段式煤粉喷枪均包括炉内段和炉外段；
所述炉内段的喷枪侧壁上设有阵列排布的多个辅助喷枪孔；
所述多个辅助喷枪孔沿所述炉内段的底端侧壁向上的0～2.5m高度区域内的侧壁上阵列分布；
所述炉外段用以接通煤粉输送装置。
优选地，所述多个辅助喷枪孔在所述炉内段的同一横截面的侧壁上呈对称分布，且位于不同截面的辅助喷枪孔的间距不等，呈由下至上分布密度逐渐稀疏。
优选地，所述多个辅助喷枪孔从下至上呈螺旋上升排列，且由下至上分布密度逐渐稀疏。
优选地，所述炉内段的底端的侧壁与所述炉内段底端高度所在平面的高炉内壁的距离为a；
所述炉内段底端高度所在平面的高炉内径为r；
所述a与所述r存在下述数学关系：
优选地，所述炉内段底端距所述高炉内软熔带的距离介于0.5～1.5m之间。
优选地，所述每一两段式煤粉喷枪的内径介于10～30mm之间，外径介于100～200mm之间，辅助喷枪孔孔径介于2～5mm之间。
优选地，所述每一两段式煤粉喷枪的材质均为能够承受1000℃以上环境温度的耐高温材质。
优选地，所述两段式煤粉喷枪的数量为2～20支。
优选地，所述垂直煤枪用分配器总管压力为0.5～0.65mpa，二次补气气源选择高压氮气，其压力约1.5mpa。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的一种两段式高炉喷吹煤粉装置，能够改善炉内煤气流分布，提高煤气利用率(ηco)，以解决煤气流分布和料柱透气性问题，从而实现快速有效均匀喷吹，达到提高煤比、降低燃料比和成本的有益效果。
具体地，通过调整两段式煤粉喷枪位置，控制煤粉到达软熔带上部、炉身下部，有利于减轻传统喷煤技术所引起的滴落带内的局部过量积粉，降低高炉全压差。在保证料柱压差不变的前提下，鼓风量增加，产量也随之提高。垂直两段式喷吹煤粉装置可使高炉接受更多的喷煤量，煤比增加，焦比降低，有助于降低炼铁成本综合效益。
当2～20支煤枪从炉喉沿圆周方向垂直插入后，由于边缘效应，起到导气(风)管作用，改善高炉料柱的透气性，降低高炉压差。
当2～20支煤枪从炉喉沿圆周方向均匀分布布置时，可改善高炉内部径向r/3处煤气流分布，富co煤气进入该区域，促进该区域还原，有利于提高煤气利用率(ηco)，降低燃料比。
附图说明
图1为本发明一种垂直两段式高炉喷吹煤粉装置的结构示意图；
图2为本发明一种垂直两段式高炉喷吹煤粉装置的顶部平面示意图；
图3为本发明一种垂直两段式高炉喷吹煤粉装置的垂直两段式煤粉喷枪的炉内段的结构示意图；
图4为本发明一种垂直两段式高炉喷吹煤粉装置的垂直两段式煤粉喷枪的炉内段的结构示意图。
图5为本发明垂直两段式煤粉喷枪的俯视图；
图6为本发明未插入垂直两段式喷吹煤粉装置和插入垂直两段式喷吹煤粉装置的高炉透气性(风速)对比示意图。
【附图标记说明】
1：高炉；
102：软熔带；103：炉喉；
2：垂直两段式煤粉喷枪；201：辅助喷枪孔；
a：未采用本发明的实验线；b：采用本发明的实验线；
a：炉内段底端高度所在平面的高炉内壁的距离；b：炉内段底端高度所在平面的高炉内径。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1-2所示：本实施例公开了一种垂直两段式高炉喷吹煤粉装置，包括高炉1和设置在所述高炉1内部的多个两段式煤粉喷枪2。
这里所述的高炉1是指炼铁高炉，本实施例中的改进之处主要在于为现有技术中的炼铁高炉提供了一通套能够增加煤粉喷吹量，改善炉内煤气流分布，提高炼铁生产效率的装置。
这里所述的装置为两段式煤粉喷枪2。
详细地，所述多个两段式煤粉喷枪2由上至下从所述高炉1的顶部阵列分布排列插入所述高炉1的内部。为清楚起见，图1中仅示出了一个两段式煤粉喷枪2，实际分布方式参考图2可见。
所述多个两段式煤粉喷枪2均设为内部中空且两端连通结构，用以通过载气将煤粉从外界沿其内部中空通道喷洒入所述高炉1的内部。
本实施例中所述的两段式煤粉喷枪2整体结构类似于一个两边连通的通气管或通水管，用以传输煤粉，具体是通过高压载气按照一定的固气比例从外界传输至炉内并按照预先的设定将煤粉喷入高炉料柱内部，改善了煤气流分布和透气性，提高了生产效率。
一个优选地设置方式，所述多个两段式煤粉喷枪2从所述高炉1顶部的炉喉103处沿圆周方向均匀分布后垂直插入所述高炉1内。
所述每一两段式煤粉喷枪2均包括炉内段和炉外段。
所述炉内段的喷枪侧壁上设有阵列排布的多个辅助喷枪孔201。
所述多个辅助喷枪孔201沿所述炉内段的底端侧壁向上的0～2.5m高度区域内的侧壁上阵列分布。
这里所述的辅助喷枪孔201的主要作用是改善软熔带102上方3.5m区域内的煤气流的分布，提高煤气利用率(ηco)等。
所述炉外段用以接通煤粉输送装置。
具体地，如图3所示：所述多个辅助喷枪孔201在所述炉内段的同一横截面的侧壁上呈对称分布，且位于不同截面的辅助喷枪孔201的间距不等，呈由下至上分布密度逐渐稀疏。
所述多个辅助喷枪孔201的一个优选布置结构，如图4所示：所述多个辅助喷枪孔201从下至上呈螺旋上升排列，且由下至上分布密度逐渐稀疏，有利于高炉内煤粉分布。
需要强调的是：所述炉内段的底端的侧壁与所述炉内段底端高度所在平面的高炉内壁的距离为a；
所述炉内段底端高度所在平面的高炉内径为r；
所述a与所述r存在下述数学关系：
其中，图中的a相当于这里的a，b相当于这里的r，b＝3a。
此外，所述炉内段底端距所述高炉内软熔带的距离介于0.5～1.5m之间。
为了缓冲炉料的冲击和承受足够的炉内压强，所述每一两段式煤粉喷枪的内径介于10～30mm之间，外径介于100～200mm之间，辅助喷枪孔孔径介于2～5mm之间。
由于实际工作环境的需要，这里所述每一两段式煤粉喷枪2的材质均为能够承受1000℃以上环境温度的耐高温材质。
本实施例中所述两段式煤粉喷枪2的数量为2～20支。
本实施例中所述垂直煤枪用分配器总管压力为0.5～0.65mpa，二次补气气源选择高压氮气，其压力约1.5mpa。
下面将详细说明本发明的喷吹煤粉的工作原理：
详细地，从炉顶插入两段式煤粉喷枪将煤粉喷入到高炉内部以后，煤粉在载气的作用下能够较为均匀的分散到喷吹部位的周围，与炉内煤气中co2接触发生碳的气化反应，生成co，由于煤粉的气化反应消耗了co2，减少焦炭参与气化反应的量，从而最大限度的保护了焦炭，使之仍然保持着足够的强度。煤枪侧壁沿着高度方向可多处设孔(对称式不等距同孔平高或不等距同孔螺旋上升，如图3～5所示：煤枪枪孔布置图)，实现高度方向宽范围喷吹。当2～20支煤枪从炉喉103沿圆周方向均匀分布后垂直插入高炉内，由于煤枪枪身管壁的边缘效应，有利于高炉内的煤气流沿枪身侧壁向上流通，由此改善高炉1料柱的透气性、改善高炉1内部径向r/3处煤气流分布(参见图6，未插入垂直两段式喷吹煤粉装置和插入垂直两段式煤粉喷枪煤粉的高炉1透气性(风速)对比图，详见附图6说明)，有利于处于径向距炉墙r/3处的矿石还原，进而提高煤气利用率(ηco)，有利于降低燃料比。由于改善煤气流在距墙r/3处的流通，所以有助于降低高炉1操作时的料柱压差，有利于高炉1顺行。煤枪的设计可实现沿高度方向2.5m高度范围内的广泛分布区域内同时喷煤，使得软熔带102上部1～3.5m(高度2.5m)范围内的高温区内煤粉较多，而处于相对上部温度较低些区域内较少些，有利于煤粉被充分气化。距炉墙约r/3处恰好是间接还原最大区域，可参加气化反应的co2最多，所以煤粉气化反应消耗了co2，保护了焦炭，使之仍然保持着足够的强度。上述所述的煤枪是指两段式煤粉喷枪2。
详细地，图6为未插入垂直两段式喷吹煤粉装置a和插入垂直两段式喷吹煤粉装置b的高炉透气性(风速)对比图(其中，纵轴为风速轴单位为m/s，横坐标为测量点位置的平均值)。实验室条件下，分别测定未插入垂直两段式喷吹煤粉装置a和插入垂直两段式喷吹煤粉装置b的模拟高炉软熔带的透气性。数据对比表明，煤枪枪身的插入具有较强的边缘效应，实现导气(风)管的作用。即，采用本项发明技术可改善料层透气性，改善煤气流分布，图中纵轴为风速，横轴为过高炉喷吹煤粉区域的一横截面的直径的一排试验取点，a为未采用本发明的实验线，b为采用本发明的实验线。数据对比表明采用本发明技术后最高压力值由211.1kpa降低至206.8kpa，降低了2.04％。
举例说明：某钢铁厂高炉1的容积为1280m3，采用本项发明技术，其两段式煤粉喷枪2和附图1～5所示的装置相一致，共有4支喷枪(见附图3～5所示)，在高炉软熔带102上部、炉身下部沿炉身截面对称分布在同一圆周上(见附图1～2)。并妥善控制了喷吹系统的操作参数，其中：
1.单枪喷吹量350～650kg/h，平均415kg/h；
2.通过二次补气控制固气比≤20kg/kg；
3.控制喷吹压力p风+50kpa～p风+150kpa，平均压力为p风+106kpa。
整个操作连续喷吹30天，未发生堵枪事故，高炉1平均煤比增加10.5kg/thm，焦比降低8.57kg/thm，使压降和透气性指数(
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。