一種煉鐵工藝用噴吹煤粉預(yù)熱燃燒裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種煉鐵工藝用噴吹煤粉預(yù)熱燃燒裝置及方法，屬于鋼鐵冶煉中的煤粉燃燒領(lǐng)域，目的為煉鐵高爐和熔融還原煉鐵爐（如COREX，F(xiàn)INEX）噴煤提供預(yù)熱功能。本發(fā)明的技術(shù)特點是利用部分煤粉的不完全燃燒放熱來提升整體煤粉流的溫度。實驗證明本發(fā)明所述的預(yù)熱裝置可以將煤粉流預(yù)熱至300℃以上，揮發(fā)分析出超過50%。
【專利說明】一種煉鐵工藝用噴吹煤粉預(yù)熱燃燒裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種適用于煉鐵高爐或熔融還原爐噴吹煤粉的預(yù)熱燃燒裝置及預(yù)熱燃燒方法，屬于燃燒技術(shù)和冶煉技術(shù)交叉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高爐煉鐵和熔融煉鐵(如COREX、FINEX)都使用焦炭作部分燃料，焦炭生產(chǎn)需使用煉焦煤，且煉焦過程易造成嚴(yán)重環(huán)境污染，噴吹粉煤是降低焦炭消耗和生產(chǎn)成本的重要途徑。因而發(fā)展高爐噴煤和COREX噴煤技術(shù)是當(dāng)前煉鐵工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]COREX使用80-90%的塊煤或壓塊煤作主燃料，塊煤成本高且運輸過程中會產(chǎn)生大量的粉煤等。粉煤壓塊設(shè)備投資大運行成本高，且壓塊煤質(zhì)量通常不滿足冶煉要求，噴吹煤粉是簡單有效使用煤粉的方法，煤粉預(yù)熱噴吹有利于其充分燃燒釋放熱量，降低塊煤和焦炭消耗量。
[0004]煤粉氣流的著火取決于流場、溫度場、反應(yīng)物濃度場等多因素的綜合作用效果。促進(jìn)煤粉點火與完全燃燒是能源應(yīng)用和動力系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。在煤燃燒為主導(dǎo)的鍋爐燃燒領(lǐng)域主要使用的技術(shù)為濃淡分離燃燒、預(yù)熱燃燒和富氧燃燒等。濃淡分離燃燒旨在提高局部燃燒區(qū)煤粉顆粒濃度，從而增大其析出揮發(fā)分濃度。預(yù)熱燃燒是指將煤粉或空氣預(yù)熱到室溫以上再輸送至主燃燒反應(yīng)區(qū)。從燃燒動力學(xué)角度出發(fā)，提高反應(yīng)物的初始溫度可以促進(jìn)燃燒速率的增大。富氧燃燒即增大反應(yīng)氣流中氧氣濃度，富氧還可以提高燃燒溫度增強傳熱，進(jìn)一步提高反應(yīng)速率。概括來看上述三種方法可以歸納為，從燃燒反應(yīng)速率方程和Arrhenius Law中的不同控制變量出發(fā)來提高燃燒速率。預(yù)熱煤粉已經(jīng)被證明可以提高煤粉氣流著火與穩(wěn)定燃燒性能，防止結(jié)渣，進(jìn)而提高燃燒效率。
[0005]與蒸汽鍋爐系統(tǒng)顯著不同的是，煉鐵高爐或COREX熔融氣化爐爐內(nèi)填充焦炭，因而無法從爐內(nèi)卷吸煙氣預(yù)熱，此外風(fēng)口及風(fēng)口回旋區(qū)的空間有限，難以使用鍋爐中常用的擴展噴煤口體積卷吸大爐煙氣的方法。
[0006]在動力系統(tǒng)的煤粉鍋爐相關(guān)領(lǐng)域有多種提高燃燒效率的技術(shù)和已有的預(yù)熱型煤粉燃燒器，預(yù)熱的方式主要有在煤粉一次風(fēng)管后設(shè)置濃淡分離器以分開濃股氣流和淡股氣流，然后將高溫?zé)煔馔ㄟ^回流的方式卷吸，來加熱濃氣流，使其高效點火燃燒(如CN2273373Y);或者對濃淡兩股氣流同時預(yù)熱(如CN2929483Y)。上述兩種預(yù)熱燃燒器都是利用卷吸大爐膛高溫?zé)煔鈦砑訜嵛捶磻?yīng)煤粉流。利用噴嘴前鈍體(船體)形成濃粉區(qū)和淡粉區(qū)也是鍋爐煤粉燃燒中多見的助燃技術(shù)(如CN1407274A)，流體經(jīng)過鈍體通常產(chǎn)生低速回旋區(qū)，并形成煤粉的濃流區(qū)，有利于點火的進(jìn)行。
[0007]煉鐵工藝中煤粉的預(yù)熱有多種方式，如將熱風(fēng)爐的高溫?zé)煔庾鳛槊悍圯d氣(如CN101000141A;CN101250601A)，使用高爐煤氣作為燃料的煙氣直接或間接通過換熱器加熱煤粉流(CN102605119A)。但是，因為煤粉的密度和比熱容均大于氣體，單純利用煙氣或熱空氣的物理熱難以大幅度提高煤粉的溫度。并且，換熱器通常制造成本高，缺乏經(jīng)濟性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是實現(xiàn)一種在煉鐵高爐或熔融還原爐外工作的煤粉預(yù)熱燃燒裝置，使煤粉在進(jìn)入高爐或熔融還原爐時溫度大幅高于煤粉預(yù)熱前的60?70°C，并且開始析出揮發(fā)分。本發(fā)明主要的工作原理是在煤粉燃燒室內(nèi)將煤粉分流，使其部分燃燒，之后高溫煤粉與未燃燒煤粉混合，從而整體提高進(jìn)入高爐或熔融還原爐的煤粉流溫度。本發(fā)明的技術(shù)特點是利用部分煤粉的不完全燃燒放熱來提升整體煤粉流的溫度。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)要點包括:1、空氣分級輸送形成煤粉濃淡相異區(qū)域；2、在煤粉燃燒室中設(shè)置鈍體實現(xiàn)煤粉分流，為局部點火提供基礎(chǔ)；3、利用鋼廠富裕的煤氣作為煤粉點火源，利用其煙氣進(jìn)一步預(yù)熱煤粉；4、高溫煤粉流與低溫煤粉流在煤粉燃燒室內(nèi)有效混合。
[0010]本發(fā)明的目的之一在于提供一種煉鐵工藝用噴吹煤粉預(yù)熱燃燒裝置，所述裝置包括預(yù)熱室及與其連通的煤粉燃燒室；所述預(yù)熱室前端分別連接有高濃煤粉管道和二次風(fēng)管道；所述煤粉燃燒室中設(shè)置有鈍體；所述鈍體下方設(shè)有點火器。
[0011]所述高濃煤粉管道輸送煤粉和空氣。所述二次風(fēng)管道輸送空氣。所述預(yù)熱室為煤粉流實現(xiàn)部分混合及預(yù)熱。所述點火器使用煤氣和空氣進(jìn)行點火，使煤粉部分燃燒。所述煤粉燃燒室使煤粉分流并局部點火，其中的鈍體實現(xiàn)煤粉分流，為局部點火提供基礎(chǔ)。
[0012]所述鈍體在煤粉燃燒室中的位置可調(diào)。通過調(diào)節(jié)鈍體在腔體中的位置，可以調(diào)節(jié)兩股氣流的分流比例，為調(diào)節(jié)最終預(yù)熱程度提供手段。
[0013]所述煤粉燃燒室中鈍體的后方還設(shè)有氮氣吹掃裝置。當(dāng)預(yù)燃爐內(nèi)溫度超過設(shè)計溫度時，可以利用氮氣稀釋氣流，阻止煤粉的進(jìn)一步燃燒。
[0014]本發(fā)明的目的之二在于提供一種冶煉噴吹煤粉預(yù)熱燃燒方法，由高濃煤粉管道噴射的攜帶煤粉的一次風(fēng)氣流和二次風(fēng)管道的二次風(fēng)氣流，進(jìn)入預(yù)熱室部分混合，并通過卷吸下游煙氣預(yù)熱煤粉流；當(dāng)煤粉流進(jìn)入煤粉燃燒室中，由于鈍體的存在而出現(xiàn)分流，一部分煤粉從鈍體上部通過，另一部分煤粉從鈍體下方通過；從鈍體下方通過的煤粉經(jīng)過點火器中煤氣的加熱作用，析出水分和揮發(fā)分并部分燃燒，同時釋放熱量；燃燒的煤粉流在氣流作用下向下游方向推進(jìn)，并與從鈍體上部來的未燃燒煤粉相混合至化學(xué)反應(yīng)猝滅，最終混合后的煤粉流溫度顯著提高且揮發(fā)分部分析出。
[0015]通過調(diào)節(jié)點火燃?xì)饬?、煤粉載氣量或一次風(fēng)與二次風(fēng)的比例以適應(yīng)揮發(fā)分含量相異的煤種。因為煙煤比無煙煤揮發(fā)分含量高易點火，當(dāng)煤種發(fā)生變化時，運行參數(shù)需要相應(yīng)的調(diào)整。本發(fā)明系統(tǒng)可以從一次風(fēng)與二次風(fēng)的比例或煤粉載氣量出發(fā)調(diào)節(jié)，還可以改變點火煤氣輸送熱量來調(diào)整。噴吹煙煤時，減小點火氣量；而噴吹無煙煤時可以加大氣量甚至添加氧氣。
[0016]通過調(diào)節(jié)點火氣量和煤粉載氣量以調(diào)節(jié)煤粉的最終預(yù)熱程度。
[0017]所述煤粉載氣量是指一次風(fēng)與二次風(fēng)的總量。
[0018]所述裝置可以適用于煉鐵高爐和熔融還原爐的噴吹煤粉的點火預(yù)熱。
[0019]與已有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]I)建立了獨立的煤粉預(yù)熱系統(tǒng)，通過提高爐前煤粉氣流溫度，提高爐內(nèi)煤粉燃燒的效率，有利于提聞噴煤量；
[0021]2)使用本發(fā)明的煤粉預(yù)熱系統(tǒng)能夠大幅度減少因未燃煤粉顆粒對爐內(nèi)料床造成的堵塞，從而提聞冶煉的效率和經(jīng)濟性；[0022]3)本發(fā)明所述裝置及方法可以將煤粉流預(yù)熱至300°C以上，揮發(fā)分析出超過50%?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明所述的一種煉鐵工藝用噴吹煤粉預(yù)熱燃燒裝置。
[0024]圖中:1-高濃煤粉管道；2_二次風(fēng)管道；3_預(yù)熱室；4_點火器；5_煤粉燃燒室；6-鈍體；7_氮氣吹掃裝置。
[0025]下面對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實例僅僅是本發(fā)明的簡易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0027]為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實施例如下:
[0028]一種煉鐵工藝用噴吹煤粉預(yù)熱燃燒裝置，所述裝置包括預(yù)熱室3及與其連通的煤粉燃燒室5 ;所述預(yù)熱室3前端分別連接有高濃煤粉管道I和二次風(fēng)管道2 ;所述煤粉燃燒室5中設(shè)置有鈍體6 ;所述鈍體6下方設(shè)有點火器4。
[0029]所述鈍體6在煤粉燃燒室5中的位置可調(diào)。
[0030]所述煤粉燃燒室5中鈍體6的后方還設(shè)有氮氣吹掃裝置7。
[0031]本發(fā)明所述煉鐵工藝用噴吹煤粉預(yù)熱燃燒裝置適用于煉鐵高爐和熔融還原爐的噴吹煤粉的預(yù)熱。
[0032]一種煉鐵工藝用噴吹煤粉預(yù)熱燃燒方法，由高濃煤粉管道I噴射的攜帶煤粉的一次風(fēng)氣流和二次風(fēng)管道2的二次風(fēng)氣流(一次風(fēng)和二次風(fēng)的比例視煤種不同調(diào)節(jié))，進(jìn)入預(yù)燃室3部分混合，并通過卷吸下游煙氣預(yù)熱煤粉流。當(dāng)煤粉流進(jìn)入煤粉燃燒室5，由于鈍體6的存在而出現(xiàn)分流，一部分煤粉從鈍體6上部通過，另一部分煤粉從鈍體6下方通過。從鈍體6下方通過的煤粉經(jīng)過點火器4火焰的加熱作用，析出水分和揮發(fā)分并部分燃燒，同時釋放熱量。通過調(diào)節(jié)鈍體在煤粉燃燒室5中的位置，可以調(diào)節(jié)兩股氣流比例，為調(diào)節(jié)最終預(yù)熱程度提供調(diào)節(jié)手段。燃燒的煤粉流在氣流作用下向下游方向推進(jìn)，并與從鈍體6上部而來的未燃燒煤粉相混合至化學(xué)反應(yīng)猝滅。最終混合后的煤粉流溫度顯著提高且揮發(fā)分部分析出。
[0033]通過調(diào)節(jié)點火燃?xì)饬俊⒚悍圯d氣量或一次風(fēng)與二次風(fēng)的比例以適應(yīng)揮發(fā)分含量相異的煤種。通過調(diào)節(jié)點火氣量和煤粉載氣量以調(diào)節(jié)煤粉的最終預(yù)熱程度。
[0034] 申請人:聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及預(yù)熱燃燒方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及預(yù)熱燃燒方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及預(yù)熱燃燒方法才能實施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明所選用部件的等效替換以及輔助部件的增加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
[0035]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。[0036]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0037]此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種煉鐵工藝用噴吹煤粉預(yù)熱燃燒裝置，其特征在于，所述裝置包括預(yù)熱室(3)及與其連通的煤粉燃燒室(5);所述預(yù)熱室(3)前端分別連接有高濃煤粉管道(I)和二次風(fēng)管道(2);所述煤粉燃燒室(5)中設(shè)置有鈍體(6);所述鈍體(6)下方設(shè)有點火器(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述鈍體(6)在煤粉燃燒室(5)中的位置可調(diào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述煤粉燃燒室(5)中鈍體(6)的后方還設(shè)有氮氣吹掃裝置(7)。
4.一種煉鐵工藝用噴吹煤粉預(yù)熱燃燒方法，其特征在于， 由高濃煤粉管道(I)噴射的攜帶煤粉的一次風(fēng)氣流和二次風(fēng)管道(2)的二次風(fēng)氣流，進(jìn)入預(yù)熱室(3)部分混合，通過卷吸下游煙氣預(yù)熱煤粉流；當(dāng)煤粉流進(jìn)入煤粉燃燒室(5)中，由于鈍體(6)的存在而出現(xiàn)分流，一部分煤粉從鈍體(6)上部通過，另一部分煤粉從鈍體(6)下方通過；從鈍體(6)下方通過的煤粉經(jīng)過點火器(4)中火焰的加熱作用，析出水分和揮發(fā)分并部分燃燒，同時釋放熱量；燃燒的煤粉流在氣流作用下向下游方向推進(jìn)，并與從鈍體(6)上部來的未燃燒煤粉相混合至化學(xué)反應(yīng)猝滅，最終混合后的煤粉流溫度顯著提高且揮發(fā)分部分析出。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)點火燃?xì)饬?、煤粉載氣量及一次風(fēng)與二次風(fēng)的比例以適應(yīng)揮發(fā)分含量相異的煤種。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)點火氣量和煤粉載氣量以調(diào)節(jié)煤粉的最終預(yù)熱程度。
【文檔編號】C21B11/00GK103672866SQ201310604018
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】丁玉龍, 黃云, 徐萬仁, 王述浩 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所