专利名称：高炉用氧煤燃烧器及保护方法
技术领域：
本发明属于燃烧器领域。主要适用于高炉风口氧煤喷吹。
高炉风口氧煤燃烧器的工作环境十分恶劣①燃烧器前端受到炉内高温辐射热的作用;②本体受到1150℃以上高风温的烘烤;③燃烧器的内管受到高速煤粉流的冲刷作用;④氧煤燃烧器在高炉风口内受其高速气流的影响，很难保证氧煤燃烧器稳定燃烧。另外，由于受到高炉风口内空间的限制，要求氧煤燃烧器体积小、功率大、寿命长、效率高。
氧煤燃烧器不但要克服上述恶劣的工作条件，而且还要求喷出的煤粉与氧气混合均匀，燃烧稳定，效率高，对高炉风口无磨损，并能有效地保护本身。
氧煤燃烧器是实现高炉大量喷吹煤粉技术的关键之一。
欧洲专利EP27822提供了一种大量喷煤的高炉风口-三通道燃烧器。它是在水冷风口内安装一个燃烧器。该燃烧器有相互分离的同轴通道，分别输入煤粉、富氧和控制火焰温度的气体。煤粉由最大的内通道输入，用于煤粉载体的鼓风气体通过中间通道，温度控制气通过外通道输入。该三通道燃烧器体积大，重量重，给风口前的操作带来不便，同时，由于增加了温度控制气系统，使其结构复杂化，如果控制气进入炉内，将给炉内冶炼造成不良的影响。
本发明的目的在于提供一种氧、煤混合均匀的、燃烧稳定的和燃烧效率高的高炉大喷煤的氧煤燃烧器及保护方法。
针对上述目的，本发明氧煤燃烧器在结构上为双层套管同轴多孔内混外喷式(或同轴多孔外喷式)结构。中心管道输送煤粉，外层管道输送氧气。用氧气冷却氧煤燃烧器。该氧煤燃烧器的具体结构由煤粉输送管、氧气输入管、汇流器、燃烧器本体、混喷咀组成。
其中，混喷咀有两种结构形式，一种是同轴多孔外喷式，一种是同轴多孔内混外喷式。
混喷咀的中心为一圆孔(即中心孔道)，其直径大小与燃烧器本体的中心孔道直接相接，且两者直径相等。混喷咀中，内层管与外壁之间分布6～20个直径相等的圆形孔道。混喷咀的内层管和外壁分别与燃烧器本体的内层管和外层管相连接。混喷咀的圆形孔道与燃烧器本体外层孔道相通。氧气经燃烧器本体外层孔道，再通过混喷咀圆形孔道喷出。混喷咀圆形孔道靠近出口处的一段呈喇叭形扩散段。同轴多孔外喷式混喷咀与同轴多孔内混外喷式混喷咀在结构上的区别在于在后者的内层管上有2～8个内混斜孔道。内混斜孔道与中心孔道轴线的夹角为5～45度。该内混斜孔道的一端与混喷咀中心孔道相通，另一端与混喷咀输氧的圆形孔道相通。即氧气在喷出混喷咀的出口处之前，一部分氧气通过内混斜孔道进入输送煤粉的中心孔道内，经与煤粉充分混合后，一起喷出混喷咀的出口处。这样，煤粉在喷出混喷咀出口处之前，已有部分氧气充分混合其内，因此，在喷出出口处燃烧之时，就能燃烧更加充分，提高煤粉的燃烧率。
本发明氧煤燃烧器在工作时，煤粉由煤粉输入管经载气进入汇流器，经燃烧器本体中心内层管，由混喷咀中心孔道喷出。氧气经氧气输入管、汇流器，进入燃烧器本体外层管，由混喷咀的圆形孔道喷出。煤、氧由混喷咀喷出后，在出口处混合燃烧。
本发明以非氧化性气体作为载气输送煤粉，所输入的氧气的作用，一是作为煤粉燃烧的助燃剂，一是氧煤燃烧器的冷却介质。由于燃烧器置于风口处，受到炉内高温辐射热的作用，和受到1150℃以上高温热风的烘烤，受热严重，必须进行冷却，才能保持燃烧器的寿命，以便正常工作。
高炉风口氧煤燃烧器获得保护的条件是〈1〉氧煤燃烧器的温度T低于其破损的临介温度T′，即T＜T′。
〈2〉氧煤燃烧器损失的热量Q失大于或等于燃烧器所得到的总热量Q总，即Q失≥Q总为了达到上述条件，有效地保护氧煤燃烧器，必须满足以下工艺条件①冷却介质能全部或大部分带走燃烧器所受到的传导热;
②燃烧器各部件的结构必须保证冷却介质顺利传送的条件;
③燃烧器各部件的选材应满足耐高温、抗氧化、耐磨损，以及导热性和可焊性良好的条件。
根据上述理论分析及本发明实践结果，得出最佳保护高炉风口氧煤燃烧器的工艺条件是
①单位时间的供氧强度(F)F＝ (Q)/(S) ≥0.45m3/m2·secQ为氧气流量 m3/secS为燃烧器受热的有效面积 m2②断面的比例系数(R)R＝ (SD)/(Sd) ＝1.5～5.0SD为燃烧器本体输氧断面的面积 mm2Sd为混喷咀输氧断面的面积 mm2③燃烧器各部件的合理选材本发明氧煤燃烧器各部件的选材煤粉输入管和氧气输入管均为不锈钢管;汇流器外层为不锈钢管，内层为复合耐磨材料;燃烧器本体内层管及外层管均为不锈钢;混喷咀为耐高温抗氧化的复合材料。
综上所述，本发明氧煤燃烧器的工艺条件是供氧强度 F≥0.45m3/m2·sec断面比例系数 R＝1.5～5.0为此，本发明氧煤燃烧器工作时，煤粉和氧气汇流后的射流速度达到350m/sec以上，煤粉的燃烧率达到80%以上。
高炉风口采用本发明氧煤燃烧器，不仅氧煤混合均匀，燃烧稳定，燃烧率高，而且氧煤燃烧器的保护良好，寿命长。
与现有技术相比，本发明具有如下优点①氧、煤汇流后的射流速度大，能克服风口前回旋区的阻力，射流区深，使炉内反应良好。
②体积小，重量轻，便于操作。
③喷煤量大，煤粉燃烧率高。
④氧煤燃烧器冷却效果好，使用寿命长。
现结合附图对本发明作进一步说明附
图1为本发明高炉用氧煤燃烧器的结构示意图。
附图2为氧煤燃烧器本体的横截面示意图，即附图1中的A-A剖视图。
附图3为氧煤燃烧器混喷咀的横截面示意图，即附图1中B-B剖视图。
附图4为同轴多孔外喷式混喷咀的结构示意图。
附图5为同轴多孔内混外喷式混喷咀的结构示意图。
上述附图中，1为煤粉输入管，2为氧气输入管，3为汇流器，4为燃烧器本体外层管，5为燃烧器本体内层管，6为混喷咀，7为燃烧器本体外层孔道，用于输送氧气，8为燃烧器本体中心孔道，用于输送煤粉，9为混喷咀中心孔道，10为混喷咀内层管，11为混喷咀输送氧气的圆形孔道;12为混喷咀输送氧气的圆形孔道的扩散段，呈喇叭形，它处于混喷咀出口端，其内壁与圆形孔道轴线的夹角为1～9度，13为混喷咀的内孔斜孔道，它与混喷咀中心孔道9轴线的夹角为5～40度，14为混喷咀的外壁。
煤粉输入管1与燃烧器本体内层管5为一体;氧气输入管2与汇流器3为一体;汇流器3通过焊接与燃烧器本体的外层管4和内层管(5)相连接;燃烧器本体内层管5与外层管4通过焊接分别与混喷咀内层管10和外壁14相连接，煤粉输入管1再与煤粉输送管道相接，氧气输入管2与氧气输送管道相接。
权利要求
1.一种高炉用氧煤燃烧器，包含煤粉输入管、氧气输入管、内层管、外层管和喷咀，其特征在于①喷咀为混喷咀，有两种结构形式一种为同轴多孔外喷式结构，一种为同轴多孔内混外喷式结构；②混喷咀的中心孔道(9)与燃烧器本体中心内孔道(8)相接，且两者直径相等；③混喷咀(6)中，内层管(10)和外壁(14)之间分布6～20个直径相等的圆形孔道(11)；④混喷咀(6)的内层管(10)和外壁(14)分别与燃烧器本体的内层管(5)和外层管(4)相连接；⑤同轴多孔内混外喷式结构的混喷咀，其内层管(10)上有2～8个内混斜孔道(13)；⑥混喷咀圆形孔道(11)靠近出口处的一段呈喇叭形扩散段(12)。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于混喷咀内混斜孔道(13)与中心孔道(9)轴线的夹角为5～40度。
3.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于混喷咀(6)的，圆形孔道(11)与燃烧器本体外层孔道(7)相通。
4.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于混喷咀的圆形孔道(11)扩散段(12)的内壁与圆形孔道轴线的夹角为1～9度。
5.根据权利要求1和2所述的燃烧器，其特征在于内混斜孔道(13)的一端与混喷咀中心孔道(9)相通，另一端与混喷咀的圆形孔道(11)相通。
6.一种高炉用氧煤燃烧器的保护方法，采用用于助燃的氧气作为冷却介质，其特征在于①单位时间的供氧强度(F)为F＝ (Q)/(S) ≥0.45m3/m2·secQ为氧气流量(m3/sec)S为燃烧器受热的有效面积(m2);②断面的比例系数(R)为R＝ (SD)/(Sd) ＝1.5～5.0SD为燃烧器本体输氧断面的面积mm2Sd为混喷咀输氧断面的面积mm2;③混喷咀为耐高温抗氧化的复合材料制成。
全文摘要
本发明属于燃烧器领域。主要适用于高炉风口氧煤喷吹。该燃烧器由煤粉输入管、氧气输入管、汇流器、燃烧器本体外层管及内层管和混喷咀组成。混喷嘴有6～20个直径相等的圆形孔道与燃烧器本体外层孔道相接，混喷嘴中心孔道内壁上有2～8个内混斜孔道。并采用氧气作为冷却介质，保护燃烧器，其条件是供氧强度F≥0.45m
文档编号F23D1/04GK1084567SQ93118519
公开日1994年3月30日 申请日期1993年10月9日 优先权日1993年10月9日
发明者董玉贵, 程正东, 刘文余, 张慧纯 申请人:冶金工业部钢铁研究总院