一种高炉送风装置及其喷吹煤粉的燃烧方法和富氧方法

专利名称：一种高炉送风装置及其喷吹煤粉的燃烧方法和富氧方法
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，尤其是涉及高炉送风装置，同时涉及高炉喷吹煤粉的燃烧方法和高炉喷吹煤粉的富氧方法。
背景技术：
众所周知，高炉喷吹煤粉的现有方法是在每个风口的直吹管上，将1支或者2支喷煤枪以其中心线大致与直吹管中心线呈10 13°的夹角斜插入直吹管，喷煤枪中心线与直吹管中心线相交的点位于风口通道内，其枪头伸入风口通道内100 300mm向热风中喷煤。这大大缩短了煤粉在热风中进行预热和燃烧的时间，极不利于提高煤粉在炉内的燃烧率。同时，喷煤枪斜插在风口内的热风通道中，显著地阻挡了热风气流，并造成很强的涡流，这使煤粉不能按照理想的方式通过风口，部分煤粉被涡流卷入后将直接磨损风口。长期以来，人们一直试图改变直吹管和风口内热风和煤粉混合的条件，从而强化煤粉在直吹管和风口内的预热、干馏和燃烧过程，使煤粉在炉内的燃烧率提高，增加喷煤数量。中国专利ZL95117477. 0既是以此为目的。它是将一个长度为80 120mm的旋流器安装在直吹管的出口段，喷煤枪比正常位置后退150 200mm，插至中心部分的圆柱型通风道的入口进行喷煤。遗憾的是，由于该旋流器太短，只相当于增加了煤粉在直吹管内提前预热不足IOms的时间，使该发明的实际效果有限；并由于它的位置太靠前，妨碍了高炉正常生产条件的捅风口和堵风口作业，因而未能在高炉生产中得以实际应用。从窥视孔插入喷煤枪，伸到直吹管的入口处，整个直吹管通道就成为煤粉预热、干馏、燃烧的空间，这大大提高了高炉喷吹煤粉的燃烧率。中国专利ZL90212210.X正是以此为目的。它的问题是直吹管的长度一般在1. 5 an左右，煤粉在其中的停留时间将超过在风口回旋区内的停留时间(一般为50ms)，同时直吹管内空气的过剩系数为2 3以上，远远超过煤粉实现完全燃烧的需要。因此，煤粉在直吹管中具备完全燃烧的条件，这将造成直吹管内的温度有可能到达煤粉燃烧的理论温度，即超过2000°C。这样的温度是专利 ZL90212210. X使用的直吹管所不可能承受的。在现有技术中，高炉富氧的主要方式为机前富氧和机后富氧。它们都是以不同的方式将氧气加入冷风中，在经过热风炉后，氧气在热风中已经完全混勻，因此，这种富氧方式不能提供有利于煤粉燃烧的局部富氧条件。而提供局部富氧条件的方法，在现有技术中是使用氧煤枪喷煤技术。但鉴于氧煤枪在技术上至今无法解决自身的使用寿命问题，从而使采用氧煤枪实行局部富氧的喷煤技术，始终未成为现实生产中被普及和广泛使用的实用技术。

发明内容
本发明是提出一种新的高炉送风装置，并在此装置上实现从窥视孔或者从直吹管中部插枪喷煤，形成新的高炉喷吹煤粉的燃烧方法，或者同时从窥视孔或者直吹管中部分别插入喷煤枪和富氧枪，形成高炉喷吹煤粉的富氧方法，其目的是消除现有技术或者发明所存在的上述技术缺陷和问题。—种高炉送风装置，是由直吹管、弯头和管道砖组成，直吹管与风口接触的凸球面端头为水冷却结构，从弯头内的窥视孔通道口直到直吹管出口的整个热风通道内，部分或者全部砌筑了管道砖；在砌筑了管道砖的部分，热风通道被分隔成内外两层，即内层为中心通道和外层为环形通道；在该两层通道所在范围内，中心通道的空间和环形通道的空间，或者是通过部分管道砖之间预留的间隙实现连通，或者是被管道砖完全隔离；在直吹管的热风通道中部，当正对插枪孔处砌筑有管道砖时，该管道砖(以下简称“砖”)是使中心通道和环形通道的空间完全隔离，但中心通道与插枪孔之间却能够保持连通。具体实现方式是这样的从弯头内的窥视孔通道口直到直吹管出口的整个热风通道内，用A、B、C、D、E型砖依次从直吹管出口开始砌筑，一直砌筑到弯头的窥视孔通道中。 除E型砖是一根管子外，A、B、C、D型砖都是双层的，均有内管和外管。每块A、B、C、D型砖彼此和相互之间，都是依照外管间紧密接触、内管对正的方法砌筑。它们的外管之外壁，是与直吹管或者弯头的热风通道内壁保持紧密接触。其中A型砖砌筑于直吹管出口段，B型砖砌筑于直吹管的出口收缩段内，C型砖砌筑于剩余的直吹管中，D型砖砌筑于弯头的出口段；而E型砖的一端是和D型砖的内管紧密接触，而另一端则是穿越弯头变向处的热风通道空间、直接插入窥视孔通道中，镶嵌于窥视孔通道的耐材内。这样，E型砖和A、B、C、D型砖的内管就和窥视孔通道共同互联形成了一个整体通道，被称为中心通道；它是从弯头的窥视孔通道的入口一直连通至直吹管出口。因此，在此中心通道的分隔作用下，从弯头内的窥视孔通道口直到直吹管出口的整个热风通道就被分成内外两层，其中该中心通道即是内层，而外层被称为环形通道。如果构成该中心通道互联成一体的内管，彼此之间都保持无间隙紧密接触，则经弯头变向后进入该热风通道空间内的热风，就被该中心通道的管壁完全阻隔，不能进入中心通道中，而只能进入该环形通道内，并只能从环形通道到达直吹管的出口处。同样，由于窥视孔通道成了该中心通道的一部分，因此，从弯头的窥视孔插入的喷煤枪，穿过窥视孔通道后就自然伸在了中心通道中。为此，喷煤枪的枪头可置于中心通道中的任意位置，自然也可以穿过整个中心通道，置于中心通道的出口之外。上述的直吹管中部设置的2 4个插枪孔，它们均布在直吹管中部圆周上。该插枪孔中心线与直吹管中心线相交的点，从现有交点位置向后退至少1000mm，居于直吹管中部。该插枪孔的中心线与直吹管中心线间的夹角，从现有的10 13°大幅度提高至20 90°之间，本发明优选角度为30 45°。所设置的插枪孔数，本发明优选为3个。上述C型砖是双层的管道砖，设置有内管和外管，而且内管与外管的长度不等，其内管比外管短约在5 10mm，是一端对齐另一端对不齐。或者其内管和外管的长度相等、且两端对齐，但在其内管端面上设置了部分缺口。这样，当C型砖依据外管间紧密接触的方式砌筑时，在紧邻的两块砖之间，其内管相互间将形成环形的间隙或者间断的间隙。通过这些间隙实现了上述中心通道和环形通道之间的连通。这样，进入环形通道内的热风，将从这些间隙中流进中心通道内。如果调整这些间隙的宽度和数量，即可调整流进中心通道内的热风数量，控制热风在中心通道和环形通道内所分配的比例。上述A、B、D型砖是双层的管道砖，设置有内管和外管，而且内管与外管的长度相等、两端对齐，也没有预留缺口。因此，当它们依据外管间紧密接触的方式砌筑时，其内管相互之间也是保持紧密接触的，并且在理论上可以实现无泄漏。由于上述E型砖是一根管子，管子的两端也是平齐的，因此，在A、B、D型砖同E型砖一起连续砌筑的范围内，其中心通道的空间和环形通道的空间是完全隔离的。在上述具体实现方式中，如果将C型砖全部更换成D型砖，则其中心通道的空间和环形通道的空间，即从相互连通变成是相互完全隔离。上述A、B、C、D型砖，其内管和外管之间分布有2 4片支撑叶片，本发明优选的支撑叶片数量是与直吹管上的插枪孔数量相同，该支撑叶片将内管和外管相连成一体。该支撑叶片全部或者部分是直线形状或者是螺旋线形状。支撑叶片全部或者仅直吹管出口部分为螺旋线形状时，从上述环形通道出来的热风是旋流热风。上述在直吹管的中部、正对插枪孔处砌筑的管道砖，是C型砖或者D型砖。它是块整砖，是完全覆盖了插枪孔在直吹管内壁的出口。在其内管和外管之间，有与插枪孔相同数量的短管，该短管与插枪孔的角度和分布形式相适应，并在砌筑时保持两者相互共轴同心。 它的两端分别和内管和外管结成整体，它的外壁是与相应位置的支撑叶片结合为一体。因此，上述的中心通道和环形通道的空间，在短管处是完全隔离的，但中心通道与插枪孔之间却能够保持连通。该短管的内空直径，以满足方便从插枪孔插入喷煤枪为准。所以，从插枪孔中插入的喷煤枪，是可以直接伸至中心通道内。在中心通道内，由于喷煤枪是2 4支， 并且呈对称布置，因此，所喷吹的煤粉具有了对冲效果，将使汇合后的煤股大致沿直吹管中心线流动；同时，由于插入喷煤枪的位置距离风口很远，即使它也干扰了热风气流，但被卷入涡流的煤粉也只能磨损到中心通道的内壁，并始终被限制在中心通道中，不可能危及磨损风口。上述A、B、C、D型砖或者是单管砖，它的管外壁自带支撑叶片。其中A、B、D型砖的管与支撑叶片的长度相等、两端对齐；而C型砖的管和支撑叶片的长度不等，其管比支撑叶片短约在5 10mm，是一端对齐另一端对不齐；或者它的管和支撑叶片的长度相等、且两端对齐，但在其管端面上设置了部分缺口。实际上，这种砖可以被看成是上述A、B、C、D型双层管道砖去除外管后所剩余的部分，只是特别要求它们的支撑叶片与被去除的外管在长度上是完全相等的。这样，在砌筑这些单管砖时，如果砌筑方式为依据支撑叶片间紧密接触、 管口对正的方式进行砌筑，同时砌筑时保持支撑叶片的外轮廓面与热风通道内壁相接触， 那么，这些单管砖在热风通道内起到的实际作用，将与上述双层管道砖的作用完全一致。因为此时，是直吹管和弯头的热风通道原有内壁，起到了被去除的外管的作用。上述A、B、C、D、E型砖是由机制烧成的耐火材料制成，以SiC系材质为优选。它们是在弯头和直吹管浇注完耐材后，进行逐件砌筑。上述A、B、C、D型砖是单管砖时，它是由浇注烧成的耐火材料制成，以SiC系材质为优选。上述A、B、C、D型砖和E型砖是合在一起后，由一个或者分成几个模具来浇注成型。因此，该单管砖最大的单件长度，能够贯穿从弯头内的窥视孔通道口直到直吹管出口的整个热风通道。此时，它是在直吹管和弯头浇注完耐材后，在直吹管和弯头进行连接前再进行整体装配的。上述具体实现方式是实现本发明最完整的典型技术方案，但并不是实际应用时的最佳技术方案。因此，在实际应用中，高炉送风装置是按照下述规则进行调整和简化，从而满足不同高炉、不同原燃料条件、不同喷煤数量、喷吹不同种类不同燃烧性能的煤的复杂工艺要求。其调整规则和目的如下(1)在直吹管出口端，依次逐个去除A型砖、部分或者全部B型砖。其目的是以此调整中心通道的出口到直吹管出口之间的距离，从而调整煤粉在进入风口前开始强化燃烧的时间。(2)在弯头内的窥视孔通道口前，去除E型砖。其目的是以此改变热风进入中心通道的方式，使在中心通道内参与煤粉预燃的热风数量最大化；同时，也使从窥视孔插入的喷煤枪、其枪头可以插至中心通道的入口前，这是本发明的另一种典型实现方式。其意义是去除E型砖，使D型砖的中心通道口和环形通道口同时暴露在热风通道中，从弯头变向来的热风可以在此暴露处进行分配，并同时进入中心通道和环形通道中。这是本发明提供的最大预燃风量和最长预燃时间的极限技术手段，适合于燃烧性能差的无烟煤的大量喷吹。(3)在直吹管的中后部，选择性的去除个别C型砖或者D型砖。其主要目的除实现上述规则O)的目的外，同时旨在调整煤粉在中心通道内开始接触热风的时间，从而控制中心通道内预燃产物所形成的混合流体温度。除此之外，本规则将保留弯头出口段砌砖，这可以保护从窥视孔通道插入的喷煤枪免受热风气流冲击，提高喷煤枪的使用寿命。作为本发明的另一种典型实现方式，是选择性的去除覆盖在直吹管的插枪孔出口处的那块C型砖或者D型砖，而保留其他砌砖。此时，将显著减低该直吹管在生产制造过程中的装配难度。 同时，喷煤枪从直吹管的插枪孔插入后，能够伸至被断开的中心通道的入口处，增加了一种新的喷煤形式。它具有同从窥视孔插枪至中心通道的入口处进行喷煤的相同效果。(4)在直吹管的中后部，进行C型砖和D型砖的部分或者全部相互替代。其主要目的是用C型砖部分或者全部替代D型砖，是逐步增加从环形通道流进中心通道的热风数量；用D型砖部分替代C型砖，则是逐步减少从环形通道流进中心通道的热风数量。尤其是在用D型砖全部替代C型砖情况下，将使中心通道和环形通道间实现热风的完全隔离，这也是本发明的另一种典型实现方式。它的实际作用之一在于当从窥视孔插枪至中心通道的出口之外，尤其是插到风口通道内100 300_进行喷煤时，隔离热风的中心通道能够防止热风长时间的直接冲击喷煤枪，从而提高喷煤枪的使用寿命；同时，喷煤枪长距离的承受中心通道内壁的热辐射，将间接加热在枪管内流动着的煤粉。表面上看，此种情况与现有喷煤方法在插枪点上是一致的，但煤粉进入风口通道后的燃烧效果却显著不同。因为，所喷吹的煤粉已经被间接预热。这也是当前现有喷煤技术一直想解决而未能够解决的问题。当然， 在本发明投入实际应用时，这也是说服现场保守的技术人员所必须的典型实现方式。在此典型实现方式下，上述的直吹管上的插枪孔失去作用，可以不设置。上述规则中所述的“去除”概念，是指在上述具体实现方式中，将某型或者某块砖在其该砌筑的位置不砌。如此这样，中心通道将变短或者出现中间中断。因此，依据上述调整规则“去除”各型砖时，事实上就是在弯头内的窥视孔通道口直到直吹管出口的整个热风通道内，只是进行了部分砌砖。上述高炉送风装置实现了在中心通道内进行喷煤，这与现有技术有巨大区别。这种区别主要表现在以下两个方面产生了全新的高炉喷吹煤粉的燃烧方法，和产生了全新的高炉喷吹煤粉的富氧方法。在本发明中，由于喷煤枪的枪头停留的位置将极大的影响喷吹煤粉的燃烧效果， 因此，在综合从直吹管的插枪孔插枪和从窥视孔通道插枪的共性和个性基础上，提出以下三种典型的枪头停留位置，包括中心通道的入口前、中心通道内和中心通道的出口之外。喷煤枪插至中心通道的入口前和插至中心通道内，具有相同的燃烧方法和富氧方法，存在共性。而插枪至中心通道的出口之外，只形成一种独立的新形式的煤粉燃烧方法。因此，本发明按照上述共性和个性的区分，分别提出两种不同的高炉喷吹煤粉的燃烧方法和一种高炉喷吹煤粉的富氧方法，具体表述如下一种高炉喷吹煤粉的燃烧方法，是从窥视孔通道或者从直吹管的插枪孔插入喷煤枪，将其枪头置于中心通道的入口前、或者置于中心通道内；在中心通道内，所喷吹的煤粉与从中心通道入口进入中心通道内的热风，或者与通过中心通道设置的间隙从环形通道中流进中心通道内的热风，是一起参与煤粉的预热、干馏、挥发份燃烧和部分煤粉燃烧的系列过程；在中心通道的出口处，部分煤粉燃烧的产物和未燃煤粉共同形成的混合流体，开始向从环形通道出来的热风中进行二次喷吹，并形成混合流体与热风的共轴流动，煤粉位于轴的中心区域，热风围绕在煤粉周围，它们一起进入风口通道内继续混合和燃烧，最后再进入高炉炉内实现充分燃烧。一种高炉喷吹煤粉的燃烧方法，是从窥视孔通道中插入喷煤枪，将其枪头置于中心通道的出口之外；在中心通道内，喷煤枪的管壁长距离的承受中心通道内壁的热辐射，将间接加热在喷煤枪管内流动着的煤粉；在喷煤枪的出口处，被间接加热了的煤粉开始向从环形通道出来的热风中进行喷吹，并一起形成共轴流动，煤粉位于轴的中心区域，热风围绕在煤粉周围，它们一起进入风口通道继续混合和燃烧，最后再进入高炉炉内实现充分燃烧。—种高炉喷吹煤粉的富氧方法是喷煤枪从窥视孔通道插至中心通道的入口前或者中心通道中，而喷氧枪从直吹管的插枪孔插至中心通道内；或者喷氧枪从窥视孔通道插至中心通道的入口前或者中心通道内，而喷煤枪从直吹管的插枪孔插至中心通道内；喷煤枪和喷氧枪是分开的，并同时在进行喷吹，在中心通道内，所喷吹的煤粉和氧气与从中心通道入口进入中心通道内的热风，或者与通过中心通道设置的间隙从环形通道中流进中心通道内的热风，一起参与煤粉的预热、干馏、挥发份燃烧和部分煤粉燃烧的系列过程；氧气被限制在中心通道内，只有少量的热风与之混合，形成了十分有利于煤粉燃烧的局部富氧气氛；在中心通道的出口处，部分煤粉燃烧的产物、未燃煤粉和未获得反应时机来不及消耗的氧气共同形成的混合流体，向从环形通道出来的热风中进行二次喷吹，使得混合流体处于热风的包围之中；在混合流体和热风接触的界面上，混合流体内少量的来不及消耗的氧气扩散至热风中，除此之外，其余的氧气将全部参与煤粉的燃烧过程。上述的二次喷吹，其概念是指煤粉在中心通道内实现部分燃烧后，燃烧的产物和未燃煤粉共同形成的混合流体，其温度和体积显著增加，流动速度显著加快，它从中心通道出口高速喷出。此种从中心通道向风口和高炉炉内高速喷吹混合流体的行为，本发明定义为“二次喷吹”。所涉及的有关技术规定，简称为“二次喷煤技术”。同样，上述混合流体和热风相遇所形成的共轴流动，本发明定义为“共轴喷煤”。所涉及的有关技术规定，简称为“共轴喷煤技术”。上述的喷煤枪是常规的单管喷煤枪，或者是带窥视功能的套管喷煤枪。上述的喷氧枪，是一支常规的单管喷氧枪。正常情况下，单管喷煤枪和单管喷氧枪是互换使用。本发明的有益效果是(1)本发明提出的高炉送风装置是在现有直吹管内砌筑管道砖，简单易行，成本低，与现有直吹管间具有互换性，容易实施。(2)本发明提出的高炉送风装置及其各种调整和简化规则，在实际应用中，可以满足不同高炉、不同原燃料条件、不同喷煤数量、喷吹不同种类、不同燃烧性能的煤等复杂的工艺要求，因此具有最广泛的适应性。(3)本发明提出的高炉喷吹煤粉的燃烧方法，形成了独具特色的喷煤技术和实践方法与手段。其中提出了 “二次喷煤技术”和“共轴喷煤技术”的新概念，提出了煤粉进行 “间接预热”和“实现部分燃烧”的全新实现方式。这将为冶金工作者开启高炉实行“极限喷煤”的技术研究，提供新的实践方法和手段。(3)本发明提出的高炉喷吹煤粉的富氧方法，是现有热风富氧和氧煤枪富氧方法之外的第三种高炉喷煤的富氧方法。这种方法是将氧气喷吹至高炉送风装置中特设的限制性区域内，形成可控制的局部富氧气氛；煤粉在此气氛中进行部分燃烧，然后随未耗尽的氧气第二次喷吹进入风口和高炉内，再实现充分燃烧。这个过程中，氧气绝大部分参与煤粉的燃烧过程，有效利用率高。这将为冶金工作者进一步开展“低富氧大喷煤”的技术研究，提供新的实践方法和手段。(4)本发明提出的装置和方法具有安全、可靠、可控的特点。送风装置内的中心通道是一个与高炉连通的开放式空间，现有技术向高炉喷吹煤粉是安全、可靠的，因此在送风装置中提前喷吹煤粉也是安全、可靠的。本发明通过控制参与煤粉提前燃烧的时间和热风数量，来调整煤粉预热和预燃的效果，其效果是可控、可预计的。(5)本发明将煤粉预热或者部分燃烧后进行二次喷吹，进入风口和高炉内充分燃烧，这对提高高炉的煤粉数量和燃烧率，具有无可置疑的作用。(6)本发明消除了现有技术或者发明所存在的技术缺陷或者问题。比如所喷吹的煤粉不可能危及磨损风口 ；煤粉在中心通道中实行可控的部分燃烧，不会造成混合流体的温度失控，因此不会造成高炉送风装置无法承受；插入送风装置内的喷煤枪和喷氧枪处于中心通道内，枪外有管道砖保护，因此不承受热风气流的冲击，确保了它们的使用寿命。 尤其是当喷氧枪插至中心通道的入口前时，此处只有热风没有煤粉，因此，喷氧枪的出口处没有燃烧反应发生，也就不会承受煤粉燃烧的所带来的辐射热，所以其使用寿命将大幅度地提高。本发明的中心通道是连续或者只有部分间断，从窥视孔捅风口或者堵风口的作业与现有方式相同，不会对日常生产中的类似操作造成影响。


图1为本发明实施例1的结构剖视图。图2为本发明实施例2的结构剖视图。图3为本发明实施例3的结构剖视图。图4为本发明实施例4的结构剖视图。图5为A-A截面视图。图6为B-B截面视图。图7为C-C截面视图。如图中，1为风口，2为凸球面端头，3为直吹管，4为弯头，5为A型砖，6为B型砖， 7为C型砖；8为D型砖，9为E型砖，10为间隙，11为中心通道，12为环形通道，13为热风通道，14为枪头，15为喷煤枪，16为喷氧枪，17为窥视孔通道，18为插枪孔，19为短管，20为支撑叶片，21为内管，22为外管，23为出口收缩段。
具体实施例方式如图1中，一种高炉送风装置是由直吹管3、弯头4和管道砖5、6、7、8、9组成，直吹管3与风口 1接触的凸球面端头2为水冷却结构。从弯头4内的窥视孔通道17 口直到直吹管3出口的整个热风通道13内，用A、B、C、D、E型砖5、6、7、8、9依次从直吹管3出口开始砌筑，一直砌筑到弯头4的窥视孔通道17中。除E型砖9是一根管子外，A、B、C、D型砖5、6、7、8都是双层的，均有内管21和外管22。每块A、B、C、D型砖5、6、7、8彼此和相互之间，都是依照外管22间紧密接触、内管21对正的方法砌筑。它们的外管22之外壁，是与直吹管3或者弯头4的热风通道13内壁保持紧密接触。其中A型砖5砌筑于直吹管3的出口段，B型砖6砌筑于直吹管3的出口收缩段23内，C型砖7砌筑于剩余的直吹管3中， D型砖8砌筑于弯头4的出口段；而E型砖9的一端是和D型砖8的内管21紧密接触，而另一端则是穿越弯头4变向处的热风通道13空间、直接插入窥视孔通道17中，镶嵌于窥视孔通道17的耐材内。这样，E型砖9和A、B、C、D型砖5、6、7、8的内管21和窥视孔通道17 就共同互联形成了一个整体通道，被称为中心通道11。它是从弯头4的窥视孔通道17的入口一直连通至直吹管3出口。因此，在此中心通道11的分隔作用下，从弯头4内的窥视孔通道17 口直到直吹管3出口的整个热风通道13就被分成内外两层，其中该中心通道11 即是内层，而外层被称为环形通道12。如果构成该中心通道11互联成一体的内管21，彼此之间都保持无间隙紧密接触，则经弯头4变向后进入该热风通道13空间内的热风，就被该中心通道11的管壁完全阻隔，不能进入中心通道11中，而只能进入该环形通道12内，并只能从环形通道12到达直吹管3的出口处。同样，由于窥视孔通道17成为该中心通道11的一部分，因此，从弯头4的窥视孔插入的喷煤枪15，穿过窥视孔通道17后就自然伸在了中心通道11中。为此，喷煤枪15的枪头14可置于中心通道11中的任意位置，自然也可以穿过整个中心通道11，置于中心通道11的出口之外。如图1所示，在直吹管3中部，当正对插枪孔18处砌筑有砖7时，该砖7设置了一根短管19使中心通道11和环形通道12的空间完全隔离，但中心通道11与插枪孔18之间却能够保持连通。如图1、6所示，直吹管3中部设置的3个插枪孔18，它们均布在直吹管3中部的圆周上。该插枪孔18中心线与直吹管3中心线相交的点，从现有交点位置向后退至少1000mm， 居于直吹管3中部。该插枪孔18中心线与直吹管3中心线间的夹角，从现有的10 13° 大幅度提高至20 90°之间，本发明优选角度为30 45°。所设置的插枪孔18数在2 4个，本发明优选为3个。如图1、6所示，C型砖7是双层的管道砖，设置有内管21和外管22，而且内管21 与外管22的长度不等，其内管21比外管22短约在5 10mm，是一端对齐另一端对不齐。 或者其内管21和外管22的长度相等、且两端对齐，但在其内管21的端面上设置了部分缺口。这样，当C型砖7依据外管22间紧密接触的方式砌筑时，在紧邻的两块砖之间，其内管 21相互间将形成环形的间隙10或者间断的间隙10。通过这些间隙10实现了上述中心通道 11和环形通道12之间的连通。这样，进入环形通道12内的热风，将从这些间隙10中流进中心通道11内。如果调整这些间隙10的宽度，即可调整流进中心通道11内的热风数量， 控制热风在中心通道11和环形通道12内所分配的比例。如图1、5所示，D型砖8是双层的管道砖，而A、B型砖5、6的截面是与之相同。它们都设置有内管21和外管22，而且内管21与外管22的长度相等、两端对齐，也没有预留缺口。因此，当它们依据外管22间紧密接触的方式砌筑时，其内管21相互之间也是保持紧密接触的，并且在理论上可以实现无泄漏。由于上述E型砖9是一根管子，管子的两端也是平齐的。因此，在A、B、D型砖5、6、8同E型砖9 一起连续砌筑的范围内，其中心通道11的空间和环形通道12的空间是完全隔离的。如图1所示的实施例1中，如果将C型砖7全部更换成D型砖8，则其中心通道11的空间和环形通道12的空间，即从相互连通变成是相互完全隔离。如图5、6所示，C、D型砖7、8，其内管21和外管22之间分布有3片支撑叶片20。 A、B型砖5、6的情况与之相同。该支撑叶片20数量是与直吹管3上插枪孔18的数量相同。 该支撑叶片20将内管21和外管22相连成一体。该支撑叶片20全部或者部分是直线形状或者是螺旋线形状。支撑叶片20全部或者仅直吹管3出口部分为螺旋线形状时，从上述环形通道12出来的热风是旋流热风。如图1、2所示，插枪孔18在直吹管3内壁上的出口处所砌筑的砖，是C型砖7或者D型砖8。它是块整砖，是完全覆盖了插枪孔18在直吹管3内壁的出口。在其内管21和外管22之间，有与插枪孔18相同数量的短管19。如图6所示，该短管19与插枪孔18的角度和分布形式相适应，并在砌筑时保持两者相互共轴同心。它的两端分别和内管21和外管 22结成整体，它的外壁是与相应位置的支撑叶片20结合为一体。因此，上述的中心通道11 和环形通道12的空间，在短管19处是完全隔离的，但中心通道11与插枪孔18之间却能够保持连通。该短管19的内空直径，以满足方便从插枪孔18插入喷煤枪15为准。所以，从插枪孔18中插入的喷煤枪15，是可以直接伸至中心通道11内。在中心通道11内，由于喷煤枪15是3支，并且呈对称布置，因此，所喷吹的煤粉具有了对冲效果，将使汇合后的煤股大致沿直吹管3中心线流动。同时，由于插入喷煤枪15的位置距离风口 1大于1000mm，因此，即使它也干扰了热风气流，但被卷入涡流的煤粉也只能磨损到中心通道11的内壁，并始终被限制在中心通道11中，不可能危及磨损风口 1。如图2、7所示，D型砖是单管砖8，它的管外壁自带支撑叶片20。而A、B、C型砖5、 6、7的情况与D型砖8是一致的。其中A、B、D型砖5、6、8的管与支撑叶片20的长度相等、 两端对齐；而C型砖的管和支撑叶片20的长度不等，其管比支撑叶片20短约在5 10mm， 是一端对齐另一端对不齐；或者它的管和支撑叶片20的长度相等、且两端对齐，但在其管端面上设置了部分缺口。实际上，这种砖可以被看成是上述同型双层管道砖去除外管22后所剩余的部分，只是特别要求它们的支撑叶片20与被去除的外管22在长度上是完全相等的。这样，在砌筑这些单管砖时，如果砌筑方式为依据支撑叶片20间紧密接触、管口对正的方式进行砌筑，同时砌筑时保持支撑叶片20的外轮廓面与热风通道13内壁相接触，那么，这些单管砖在热风通道13内起到的实际作用，将与上述双层管道砖的作用完全一致。 因为，此时是直吹管3和弯头4的热风通道13原有内壁，起到了被去除的外管22的作用。如图1中，A、B、C、D、E型砖5、6、7、8、9是由机制烧成的耐火材料制成，以SiC系材质为优选。它们是在弯头4和直吹管3浇注完耐材后，进行逐件砌筑。CN 102312029 A
说明书
9/11 页如图2中，A、B、C、D型5、6、7、8砖是单管砖，除采用机制烧成方式生产外，还能够采用浇注烧成的方式生产。在采用浇注烧成方式生产时，A、B、C、D型砖5、6、7、8和E型砖 9是合在一起后，由一个或者分成几个模具来浇注成型。因此，该单管砖最大的单件长度，能够贯穿从弯头4内的窥视孔通道17 口直到直吹管3出口的整个热风通道13。此时，它是在直吹管3和弯头4浇注完耐材后，在直吹管3和弯头4进行连接前再进行整体装配的。如图1是本发明的实施例1。它是实现本发明最完整的典型技术方案，但并不是实际应用时的最佳技术方案。因此，在实际应用中，高炉送风装置是按照下述规则进行调整和简化，从而满足不同高炉、不同原燃料条件、不同喷煤数量、喷吹不同种类不同燃烧性能的煤的复杂工艺要求。以下根据不同的实施例说明高炉送风装置的调整规则和目的。(1)如实施例2、3、4中，即图2、3、4所示，在直吹管3出口端，依次逐个去除A型砖、部分或者全部B型砖6。它的目的是以此调整中心通道11的出口到直吹管3出口之间的距离，从而调整煤粉在进入风口 1前开始强化燃烧的时间。本规则适用于本发明的所有实施例。(2)如图2为本发明的实施例2。如图所示，在弯头4内的窥视孔通道17 口前，去除了 E型砖9。它的目的是以此改变热风进入中心通道11的方式，使在中心通道11内参与煤粉预燃的热风数量最大化；同时，也使从窥视孔插入的喷煤枪15、其枪头14可以插至中心通道11的入口前。图中可见，去除E型砖9后，D型砖8的中心通道11 口和环形通道 12 口就同时暴露在热风通道13中；从弯头4变向来的热风可以在此暴露处进行分配，并同时进入中心通道11和环形通道12中。这也是本发明提供的最大预燃风量和最长预燃时间的极限技术手段，适合于燃烧性能差的无烟煤的大量喷吹。(3)如图3为本发明的实施例3。如图所示，在直吹管3的中后部，选择性的去除了覆盖在直吹管3的插枪孔18出口处的D型砖，使得喷煤枪15能够从直吹管3的插枪孔18 插入，并能够伸到被断开的中心通道11的入口处。它的喷煤效果，将与从窥视孔通道17插枪至中心通道11的入口处进行喷煤的效果相同。为了调整煤粉在中心通道11内开始接触热风的时间，从而控制中心通道11内预燃产物所形成的混合流体温度，喷煤枪的位置是能够调整的，因此可以去除其他位置的砖。但如图3的调整方式是本规则下的最佳方式。如图3可见，由于保留弯头4出口段砌砖，这可以保护从窥视孔通道17插入的喷煤枪15免受热风气流冲击，提高喷煤枪15的使用寿命；同时，去除D型砖后，也将显著减低该直吹管3 在生产制造过程中的装配难度。(4)如图4为本发明实施例4。如图所示，在直吹管3的中后部，将如图1中的C 型砖7全部替换成D型砖8。喷煤枪从窥视孔插枪至中心通道11的出口之外，其中一个位置伸到了风口 1的通道内。图中可见，中心通道11能够防止热风长时间的直接冲击喷煤枪 15，从而提高喷煤枪15的使用寿命；同时，喷煤枪15在长距离的承受中心通道11内壁的热辐射，这将间接加热在枪管内流动着的煤粉。因此，在这种情况下，直接喷吹进入高炉风口 1通道内的煤粉，其燃烧效果与现有方式有显著不同。特别说明的是，如何有效的进行煤粉预热，这也是当前现有喷煤技术一直想解决而未能够解决的问题。如图中可见，直吹管3上的插枪孔18失去了作用，因此可以不设置，但这只是典型的极端情况。在实际生产中，为了实现本发明的各种选择，在正常情况下，直吹管3上的插枪孔18是必须的。如图4所示，如果将枪头14逐步从图中位置，向如图1所示位置后撤，则将逐步用C型砖7部分或者全部替代D型砖8，这将逐步增加从环形通道12流进中心通道11的热风数量。相反，如果将枪头14从如图1所示位置逐步向如图4中的位置向前推进，则用D型砖8逐步部分替代C型砖7，将逐步减少从环形通道12流进中心通道11的热风数量。在上述规则的情况下，用D型砖8全部替代C型砖7，而将枪头14停留于如图1所示的位置，这时喷吹进入中心通道11内的煤粉，在中心通道11的行程中，将被中心通道11的内壁的热辐射直接加热。这也是本发明理论上的一种典型实施方式。但在实际生产中，本发明不推荐此种典型实施方式。这是因为构成中心通道11的砌体在气流冲刷下将逐步泄漏，而泄漏的热风数量无法预计，因此，这将使此种理论情况下的直接加热作用难以在日常生产中重现。根据如图2、3、4中所示，上述“去除”概念，是指在上述具体实现方式中，将某型或者某块砖在其该砌筑的位置不砌。由此可见，中心通道11将变短或者出现中间中断。因此，依据调整规则“去除”各型砖时，事实上就是在弯头4内的窥视孔通道17 口直到直吹管 3出口的整个热风通道13内，只是进行了部分砌砖。上述高炉送风装置实现了在中心通道11内进行喷煤，这与现有技术有巨大区别。 这种区别主要表现在以下两个方面产生了全新的高炉喷吹煤粉的燃烧方法，和产生了全新的高炉喷吹煤粉的富氧方法。在本发明中，由于喷煤枪15的枪头14停留的位置将极大的影响喷吹煤粉的燃烧效果，因此，在综合从直吹管3的插枪孔18插枪和从窥视孔插枪的共性和个性基础上，提出以下三种典型的枪头14停留位置，包括如图1所示的中心通道11内，如图2、3所示的中心通道11的入口前，和如图4所示的中心通道11的出口之外。喷煤枪15插至中心通道11 的入口前和插至中心通道11内，具有相同的燃烧方法和富氧方法，存在共性。而插枪至中心通道11的出口之外，只形成一种独立的新形式的煤粉燃烧方法。因此，本发明按照上述共性和个性的区分，分别提出两种不同的高炉喷吹煤粉的燃烧方法和一种高炉喷吹煤粉的富氧方法，具体表述如下如图1、2、3中所示，一种高炉喷吹煤粉的燃烧方法，是从窥视孔通道17或者从直吹管3的插枪孔18插入喷煤枪15，将其枪头14置于中心通道11的入口前、或者置于中心通道11内；在中心通道11内，所喷吹的煤粉与从中心通道11入口进入中心通道11内的热风，或者与通过中心通道11设置的间隙10从环形通道12中流进中心通道11内的热风，是一起参与煤粉的预热、干馏、挥发份燃烧和部分煤粉燃烧的系列过程；在中心通道11的出口处，部分煤粉燃烧的产物和未燃煤粉共同形成的混合流体，开始向从环形通道12出来的热风中进行二次喷吹，并形成混合流体与热风的共轴流动，混合流体位于轴的中心区域，热风围绕在其周围，它们一起进入风口 1通道内继续混合和燃烧，最后再进入高炉炉内实现充分燃烧。如图4所示，一种高炉喷吹煤粉的燃烧方法，是从窥视孔通道17中插入喷煤枪15， 将其枪头14置于中心通道11的出口之外；在中心通道11内，喷煤枪15的管壁长距离的承受中心通道11内壁的热辐射，将间接加热在喷煤枪15管内流动着的煤粉；在喷煤枪15的出口处，被间接加热了的煤粉开始向从环形通道12出来的热风中进行喷吹，并一起形成共轴流动，煤粉位于轴的中心区域，热风围绕在煤粉周围，它们一起进入风口 1通道继续混合和燃烧，最后再进入高炉炉内实现充分燃烧。
如图1所示，喷煤枪15从窥视孔通道17插至中心通道11中，而喷氧枪16从直吹管3的插枪孔18插至中心通道11内。如图2所示，喷氧枪16从窥视孔通道17插至中心通道11的入口前，而喷煤枪15从直吹管3的插枪孔18插至中心通道11内。在上述图中， 喷煤枪和喷氧枪是可以互换的。一种高炉喷吹煤粉的富氧方法是喷煤枪16与喷氧枪15 是分开的，喷煤枪15和喷氧枪16是同时在进行喷吹；在中心通道11内，所喷吹的煤粉和氧气与从中心通道11入口进入中心通道11内的热风，或者与通过中心通道11设置的间隙10 从环形通道12中流进中心通道11内的热风，一起参与煤粉的预热、干馏、挥发份燃烧和部分煤粉燃烧的系列过程；氧气被限制在中心通道11内，只有少量的热风与之混合，形成了十分有利于煤粉燃烧的局部富氧气氛；在中心通道11的出口处，部分煤粉燃烧的产物、未燃煤粉和未获得反应时机来不及消耗的氧气共同形成的混合流体，向从环形通道12出来的热风中进行二次喷吹，使得混合流体处于热风的包围之中；在混合流体和热风接触的界面上，混合流体内少量的来不及消耗的氧气扩散至热风中，除此之外，其余的氧气将全部参与煤粉的燃烧过程。如图1、2、3、4所示，本发明的各实施例中，直吹管2是水平的或者倾斜安装的，其弯头3的结构型式也有所不同。因此，本发明的内容，不仅包括按照上述变更规则所进行的调整，也包括直吹管2的不同安装形式、弯头3的不同结构型式、喷煤枪15的不同结构型式的各种可选组合。说明书附图1为摘要附图。附图中件1、15、16为现有技术内容，非本发明的技术内容。
权利要求
1.一种高炉送风装置是由直吹管、弯头和管道砖组成，直吹管与风口接触的凸球面端头为水冷却结构，直吹管中部设置有插枪孔，其特征在于从弯头内的窥视孔通道口直到直吹管出口的整个热风通道内，部分或者全部砌筑了管道砖；在砌筑了管道砖的部分，热风通道被分隔成内外两层，即内层为中心通道和外层为环形通道；在该两层通道所在范围内，中心通道的空间和环形通道的空间，或者是通过部分管道砖之间预留的间隙实现连通，或者是被管道砖完全隔离；在直吹管中部，当正对插枪孔处砌筑有管道砖时，该管道砖使中心通道和环形通道的空间保持完全隔离，但中心通道与插枪孔之间却保持连通。
2.上述权利要求1所述的高炉送风装置，其特征在于所述的插枪孔为2 4个，它们均布在直吹管中部的圆周上；插枪孔中心线与直吹管中心线之间，相交的点从现有位置向后退至少1000mm，相交的角从现有的10 13°大幅度提高至20 90°。
3.上述权利要求1所述的高炉送风装置，其特征在于所述的管道砖至少一种是双层的管道砖，设置有内管和外管，其中内管与外管的长度相等、两端对齐；或者内管与外管的长度不等，是内管比外管短约5 10mm，是一端对齐另一端对不齐；或者其内管和外管的长度相等、且两端对齐，但在内管端面上设置了部分缺口。
4.上述权利要求1所述的高炉送风装置，其特征在于所述正对插枪孔处砌筑的管道砖，在其内管和外管之间，有与插枪孔相同数量、相同角度和相同分布形式的短管；该短管的两端分别和内管、外管结成整体，该短管的外壁是与相应位置的支撑叶片结合为一体。
5.上述权利要求1所述的高炉送风装置，其特征在于所述的管道砖至少一种是单管砖，它的管外壁自带支撑叶片；它的管与支撑叶片的长度相等、两端对齐；或者它的管和支撑叶片的长度不等，是管比支撑叶片短约5 10mm，是一端对齐另一端对不齐；或者它的管和支撑叶片的长度相等、且两端对齐，但在管端面上设置了部分缺口。
6.上述权利要求1、2、3、4所述的高炉送风装置，其特征在于所述的管道砖是由机制烧成的耐火材料制成，以SiC系材质为优选。
7.上述权利要求1、5所述的高炉送风装置，其特征在于所述的管道砖是浇注烧成的耐火材料制成，以SiC系材质为优选；单件最长的长度是贯穿从弯头内的窥视孔通道口直到直吹管出口的整个热风通道。
8.一种高炉喷吹煤粉的燃烧方法，是从窥视孔通道或者从直吹管的插枪孔插入喷煤枪，将其枪头置于中心通道的入口前、或者置于中心通道内；其特征在于在中心通道内， 所喷吹的煤粉与从中心通道入口进入中心通道内的热风，或者与通过中心通道设置的间隙从环形通道中流进中心通道内的热风，是一起参与煤粉的预热、干馏、挥发份燃烧和部分煤粉燃烧的系列过程；在中心通道的出口处，部分煤粉燃烧的产物和未燃煤粉共同形成的混合流体，开始向从环形通道出来的热风中进行二次喷吹，并形成混合流体与热风的共轴流动，混合流体位于轴的中心区域，热风围绕在其周围，它们一起进入风口通道内继续混合和燃烧，最后再进入高炉炉内实现充分燃烧。
9.一种高炉喷吹煤粉的燃烧方法，是从窥视孔通道中插入喷煤枪，将其枪头置于中心通道的出口之外，其特征在于在中心通道内，喷煤枪的管壁长距离的承受中心通道内壁的热辐射，将间接加热在喷煤枪管内流动着的煤粉；在喷煤枪的出口处，被间接加热了的煤粉开始向从环形通道出来的热风中进行喷吹，并一起形成共轴流动，煤粉位于轴的中心区域， 热风围绕在煤粉周围，它们一起进入风口通道继续混合和燃烧，最后再进入高炉炉内实现充分燃烧。
10. 一种高炉喷吹煤粉的富氧方法，是喷煤枪从窥视孔通道插至中心通道的入口前或者中心通道中，而喷氧枪从直吹管的插枪孔插至中心通道内；或者喷氧枪从窥视孔通道插至中心通道的入口前或者中心通道内，而喷煤枪从直吹管的插枪孔插至中心通道内；其特征在于喷煤枪和喷氧枪是分开的，并同时在进行喷吹；在中心通道内，所喷吹的煤粉和氧气与从中心通道入口进入中心通道内的热风，或者与通过中心通道设置的间隙从环形通道中流进中心通道内的热风，是一起参与煤粉的预热、干馏、挥发份燃烧和部分煤粉燃烧的系列过程；氧气被限制在中心通道内，只有少量的热风与之混合，形成了十分有利于煤粉燃烧的局部富氧气氛；在中心通道的出口处，部分煤粉燃烧的产物、未燃煤粉和未获得反应时机来不及消耗的氧气共同形成的混合流体，向从环形通道出来的热风中进行二次喷吹，使得混合流体处于热风的包围之中；在混合流体和热风接触的界面上，混合流体内少量的来不及消耗的氧气扩散至热风中，除此之外，其余的氧气将全部参与煤粉的燃烧过程。
全文摘要
本发明提出的一种高炉送风装置，是窥视孔通道口到直吹管出口的整个热风通道内，全部或部分安装管道砖，将热风通道分隔成内外两层，即中心通道和环形通道，并使中心通道和环形通道之间全部或者部分隔离热风。本发明提出的喷吹煤粉的燃烧方法，是将喷枪插入中心通道内进行喷煤，所喷吹煤粉在中心通道内实现部分燃烧或被加热后，再与从环形通道出来的热风共轴，一起进入风口和炉内实现充分燃烧。本发明提出的喷吹煤粉的富氧方法，是将氧气限制在中心通道内，只与少量的热风混合，形成有利于煤粉燃烧的局部富氧气氛。本发明是自1926年产生第一个喷煤专利技术以来，首次提出并可靠实现的、在中心通道出口进行的二次喷煤技术，又称共轴喷煤技术。
文档编号F27D3/18GK102312029SQ20111002484
公开日2012年1月11日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者张昭贵 申请人:张昭贵