高挥发分烟煤喷吹高炉风口喷枪结构及其应用

本发明涉及冶金设备，尤其涉及一种高挥发分烟煤喷吹高炉风口喷枪结构及其应用。

背景技术：

1、高挥发分烟煤的主要特点是挥发分高、热值低、易燃易爆；高挥发分烟煤在高炉中应用时，除了安全、环保问题之外，还需要考虑的是燃烧效率的问题，因为高挥发分烟煤的热值较低，需要采取相应的措施来提高其燃烧率，使得所喷吹的煤粉更加充分的燃烧，提高其供热效率。

2、煤粉燃烧的实践表明，在高炉喷煤的条件下，煤粉的燃烧过程主要分为三个阶段：阶段一主要是煤粉颗粒的升温阶段，挥发分的析出量较少，煤粉燃烧率几乎没有发生变化；阶段二为煤粉燃烧率的快速增长阶段，此阶段煤粉燃烧反应较剧烈，大量挥发分析出，以及残碳与氧气发生剧烈的燃烧反应，燃烧率得到大幅度提高，本阶段中固定碳剧烈燃烧，释放出大量热量，煤的燃烧速度和燃尽程度主要取决于这个阶段；阶段三为煤粉燃烧率增长的末期，由于初始阶段大量氧气的消耗，在回旋区内的反应由气体反应逐渐转变为固体反应，此阶段煤粉燃烧反应较缓慢，燃烧率的变化幅度不大。

3、由煤粉的燃烧过程可知，要使高挥发分烟煤的燃烧率提高，可从提高高挥发分烟煤的着火速度，减少煤粉气流加热到着火温度所需的热量，即通过对煤粉进行预先干燥、减少输送煤粉的风量或提高输送煤粉的风温，二是为煤粉气流提供着火所需要的热量，尽可能延长煤粉燃烧率的增长阶段，即通过提高炉温或使煤粉气流与高温鼓风加强混合来实现。

4、喷枪的结构和布置形式对煤粉的燃烧进程有着重要的影响，喷枪喷头对喷吹介质的引导方式同样起着重要的作用；而现有技术中，现有的喷枪结构设计方面大多数集中在喷枪与风口或送风装置的组合上的改进，例如实用新型专利(申请号为202223540748.x)、发明专利(申请号为cn 201010529417.9)等，其具有应用不便、难以促进氧气和煤粉或送风与煤粉的混合、对低热值的高挥发分烟煤的燃烧率促进效果有限等问题。

5、有鉴于此，有必要设计一种改进的高挥发分烟煤喷吹高炉风口喷枪结构及其应用，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高挥发分烟煤喷吹高炉风口喷枪结构及其应用，以套筒式喷枪为基础，通过设计喷枪结构，以外部干预的方式促进喷吹煤粉、富氧以及鼓风之间实现高效的热量、动量和质的传递，实现对煤粉的高效利用，提高喷吹的高挥发分烟煤在高炉风口回旋区的燃烧率。

2、为实现上述发明目的，本发明提供了一种高挥发分烟煤喷吹高炉风口喷枪结构，包括由内到外依次同轴套设的喷枪输送内管、喷枪输送外管及冷却水管道，所述喷枪输送内管与喷枪输送外管之间设有轨道组件，以实现所述喷枪输送内管与喷枪输送外管的相对移动；

3、所述喷枪结构还包括沿喷吹方向设于喷枪输送内管喷头上的导流挡板、连接所述导流挡板的挡板调节单元，所述挡板调节单元控制所述导流挡板相对于所述喷头做外扩散或内收缩运动，实现对煤粉流、气体流方向及扩散方式的调控。

4、作为本发明的进一步改进，所述挡板调节单元包括连接所述导流挡板的传动杆、控制所述传动杆沿所述喷枪结构进行相对移动的控制组件，所述控制组件设于所述喷枪输送内管未被所述喷枪输送外管包围的管身部分。

5、作为本发明的进一步改进，所述导流挡板包括若干片扇形弧片，任意所述扇形弧片的一端活动连接于所述喷枪输送内管的喷头外壁，若干片所述扇形弧片围绕在所述喷头的四周构成导流挡板；所述扇形弧片的外表面设有连接所述传动杆的连接环，实现所述传动杆对所述扇形弧片的控制。

6、作为本发明的进一步改进，所述喷枪输送内管的壁厚内设有沿轴向布置的圆柱形长孔，所述圆柱形长孔的两端分别延伸至所述喷枪输送内管的喷头、所述喷枪输送内管设置控制组件的区域。

7、作为本发明的进一步改进，所述圆柱形长孔的内部布置所述传动杆，所述传动杆的两端分别连接所述控制组件与所述扇形弧片的连接环，所述控制组件通过控制所述圆柱形长孔内传动杆移动，进而控制所述扇形弧片做外扩散或内收缩运动。

8、作为本发明的进一步改进，所述轨道组件沿所述喷枪输送内管与喷枪输送外管的轴向方向设置，所述轨道组件设于所述喷枪输送内管的外壁与喷枪输送外管的内壁之间，长度为喷枪输送内管长度的1/6～1/3倍。

9、作为本发明的进一步改进，所述喷枪输送内管的内管入口处设有内管拉杆，所述内管拉杆连接外力装置，通过外力实现所述喷枪输送内管与所述喷枪输送外管的相对移动，实现对管道内高挥发分烟煤粉的预热。

10、作为本发明的进一步改进，所述控制组件包括设于喷枪输送内管的管身外表面的第一支撑件与第二支撑件、连接并贯穿所述第一支撑件与第二支撑件的滑杆、固定所述滑杆的固定帽，所述第二支撑件与所述喷枪输送内管为滑动连接，所述第二支撑件还连接设于圆柱形长孔内部的传动杆；

11、所述第一支撑件与第二支撑件之间设有若干片垫片，调节所述垫片的数量可调控所述第二支撑件的移动距离，带动所述传动杆移动，以实现所述扇形弧片向外扩散或向内收缩。

12、作为本发明的进一步改进，所述冷却水管道通过法兰与所述喷枪输送外管连接，所述冷却水管道的入口处设有冷却水接口组件，用于外接供水装置，实现冷却水的输入；所述喷枪输送内管的内管入口处还设有内管接口组件，用于外接煤粉装置，控制煤粉的输入；所述喷枪输送外管的入口处设有外管接口组件，用于外接供气装置或送风装置，控制气体流的输入。

13、本发明提供了一种高挥发分烟煤喷吹高炉风口喷枪结构的应用，所述高挥发烟煤喷吹高炉风口喷枪结构用于低热值高挥发分烟煤的高炉喷吹，具体为将所述喷枪结构的喷头一端直接装入高炉风口处，另一端与各物料输送装置连接，进行煤粉或气体的输送。

14、本发明的有益效果是：

15、1、本发明的高挥发分烟煤喷吹高炉风口喷枪结构，在喷枪输送内管与喷枪输送外管之间设有轨道组件，实现喷枪输送内管与喷枪输送外管的相对移动；在喷枪输送内管喷头上的导流挡板，还设有控制导流挡板相对于喷头做外扩散或内收缩运动挡板调节单元，实现对煤粉流、气体流方向及扩散方式的调控。本发明以套筒式喷枪为基础，通过设计喷枪结构，以外部干预的方式促进喷吹煤粉、富氧以及鼓风之间实现高效的热量、动量和质的传递，从而实现了对煤粉的高效利用，提高了喷吹的高挥发分烟煤在高炉风口回旋区的燃烧率。

16、2、本发明通过轨道组件与内管拉杆，实现了喷枪输送外管与喷枪输送内管相对位置的改变，在喷枪输送外管的高温鼓风作用下，通过辐射传热的方式可使内管的低温煤粉进行预先加热或干燥，减少了煤粉气流加热到着火温度所需要的热量，促进了高挥发分烟煤快速着火，而煤粉越容易着火，产生的热量越多，更容易促进燃烧，进而提高高挥发分烟煤的燃烧率；还可以调节煤粉可燃烧区域的位置，避免燃烧放热对喷枪使用寿命的影响，对高挥发分烟煤的挥发分含量高、热值低的特点具有更好的适应性。另外，本发明还通过设置导流挡板并控制其外扩散或内收缩，实现了对喷吹介质的引导，即对各喷吹介质的流动方向进行干预，从而加强扰动来改善气流与煤粉的混合，保证氧气或空气充分与煤粉强烈混合，增加煤粉与氧气的接触面积，提高其化学反应速率，从而促进反应的传质过程，促进扩散后颗粒之间的碰撞、进而促进鼓风气流与煤粉流之间的对流传热，达到了提高高挥发分烟煤燃烧率和利用率的目的。

17、3、本发明克服了现有的喷枪结构设计多集中在与风口或送风装置的进行组合设计、适用性差的缺陷，通过对喷枪结构进行设计，实现了对喷吹煤粉燃烧效率的最大利用，促进节能减排的同时还能够稳定高炉的运行；简化了与风口间的耦合方式，不受直吹管或风口结构的限制，该喷枪结构的具体使用位置或使用方式可适用于不同的高炉风口结构，适用性强；还减少了复杂部件的使用，降低了喷枪结构使用过程中出现故障的频率。