[發明專利]一種煉鐵工藝用噴吹煤粉預熱燃燒裝置及方法

有效

• 申請號: 201310604018.8
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103672866A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 丁玉龍;黃云;徐萬仁;王述浩
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: F23C7/02
• 分類號: F23C7/02;F23K3/02;F23N1/02;C21B5/00;C21B7/00;C21B11/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發明是一種適用于煉鐵高爐或熔融還原爐噴吹煤粉的預熱燃燒裝置及預熱燃燒方法，屬于燃燒技術和冶煉技術交叉領域。

背景技術

高爐煉鐵和熔融煉鐵（如COREX、FINEX）都使用焦炭作部分燃料，焦炭生產需使用煉焦煤，且煉焦過程易造成嚴重環境污染，噴吹粉煤是降低焦炭消耗和生產成本的重要途徑。因而發展高爐噴煤和COREX噴煤技術是當前煉鐵工藝的關鍵技術之一。

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生大量的粉煤等。粉煤壓塊設備投資大運行成本高，且壓塊煤質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。

煤粉氣流的著火取決于流場、溫度場、反應物濃度場等多因素的綜合作用效果。促進煤粉點火與完全燃燒是能源應用和動力系統中的關鍵技術之一。在煤燃燒為主導的鍋爐燃燒領域主要使用的技術為濃淡分離燃燒、預熱燃燒和富氧燃燒等。濃淡分離燃燒旨在提高局部燃燒區煤粉顆粒濃度，從而增大其析出揮發分濃度。預熱燃燒是指將煤粉或空氣預熱到室溫以上再輸送至主燃燒反應區。從燃燒動力學角度出發，提高反應物的初始溫度可以促進燃燒速率的增大。富氧燃燒即增大反應氣流中氧氣濃度，富氧還可以提高燃燒溫度增強傳熱，進一步提高反應速率。概括來看上述三種方法可以歸納為，從燃燒反應速率方程和Arrhenius?Law中的不同控制變量出發來提高燃燒速率。預熱煤粉已經被證明可以提高煤粉氣流著火與穩定燃燒性能，防止結渣，進而提高燃燒效率。

與蒸汽鍋爐系統顯著不同的是，煉鐵高爐或COREX熔融氣化爐爐內填充焦炭，因而無法從爐內卷吸煙氣預熱，此外風口及風口回旋區的空間有限，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。

在動力系統的煤粉鍋爐相關領域有多種提高燃燒效率的技術和已有的預熱型煤粉燃燒器，預熱的方式主要有在煤粉一次風管后設置濃淡分離器以分開濃股氣流和淡股氣流，然后將高溫煙氣通過回流的方式卷吸，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熱（如CN2929483Y）。上述兩種預熱燃燒器都是利用卷吸大爐膛高溫煙氣來加熱未反應煤粉流。利用噴嘴前鈍體（船體）形成濃粉區和淡粉區也是鍋爐煤粉燃燒中多見的助燃技術（如CN1407274A），流體經過鈍體通常產生低速回旋區，并形成煤粉的濃流區，有利于點火的進行。

煉鐵工藝中煤粉的預熱有多種方式，如將熱風爐的高溫煙氣作為煤粉載氣（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，缺乏經濟性。

發明內容

本發明的目的是實現一種在煉鐵高爐或熔融還原爐外工作的煤粉預熱燃燒裝置，使煤粉在進入高爐或熔融還原爐時溫度大幅高于煤粉預熱前的60～70℃，并且開始析出揮發分。本發明主要的工作原理是在煤粉燃燒室內將煤粉分流，使其部分燃燒，之后高溫煤粉與未燃燒煤粉混合，從而整體提高進入高爐或熔融還原爐的煤粉流溫度。本發明的技術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。

本發明的技術要點包括：1、空氣分級輸送形成煤粉濃淡相異區域；2、在煤粉燃燒室中設置鈍體實現煤粉分流，為局部點火提供基礎；3、利用鋼廠富裕的煤氣作為煤粉點火源，利用其煙氣進一步預熱煤粉；4、高溫煤粉流與低溫煤粉流在煤粉燃燒室內有效混合。

本發明的目的之一在于提供一種煉鐵工藝用噴吹煤粉預熱燃燒裝置，所述裝置包括預熱室及與其連通的煤粉燃燒室；所述預熱室前端分別連接有高濃煤粉管道和二次風管道；所述煤粉燃燒室中設置有鈍體；所述鈍體下方設有點火器。

所述高濃煤粉管道輸送煤粉和空氣。所述二次風管道輸送空氣。所述預熱室為煤粉流實現部分混合及預熱。所述點火器使用煤氣和空氣進行點火，使煤粉部分燃燒。所述煤粉燃燒室使煤粉分流并局部點火，其中的鈍體實現煤粉分流，為局部點火提供基礎。

所述鈍體在煤粉燃燒室中的位置可調。通過調節鈍體在腔體中的位置，可以調節兩股氣流的分流比例，為調節最終預熱程度提供手段。

所述煤粉燃燒室中鈍體的后方還設有氮氣吹掃裝置。當預燃爐內溫度超過設計溫度時，可以利用氮氣稀釋氣流，阻止煤粉的進一步燃燒。