[其他]一种粉煤-氧气燃烧供热装置

说明书

本发明为冶炼提供第二热源的粉煤燃烧供热装置。

近年来，各种冶炼设备上，利用燃料－氧气的燃烧装置提供第二热源已得到广泛地应用。其中粉煤－氧气燃烧供热装置亦得到极大地发展。粉煤燃烧装置类型有套管式结构和旋流式结构。套管式粉煤燃烧装置，粉煤和氧气难以混合均匀，实现点火和稳定燃烧造成困难，同时，燃烧不完全造成燃耗高，热效率低的缺点。旋流式燃烧装置克服了套管式燃烧装置的缺点，但是，旋流带来火焰动量小，刚性小的缺点，而且设计和操作参数选择不当也可出现不完全燃烧。为了利于粉煤和氧气均匀混合，且具有一定的出口速度，有人曾采用了具有一定交叉角的粉煤喷管和氧气喷管结构的燃烧装置。GB2136556A中，采用中心输送氧气的喷管和与氧气喷管轴线具有一定的交叉角α的粉煤喷管，构成非对称型的粉煤氧枪，该装置提高完全燃烧的程度，增大了氧气出口的喷射速度，由于混合受到燃烧空间的限制，影响了粉煤和氧气的混合，因此，需要进一步提高氧气和粉煤的喷出速度，增大燃烧强度，提高火焰刚性受到限制。

本发明的目的是为了克服上述粉煤－氧气燃烧装置的缺点，保证粉煤和氧气的混合，实现顺利点火和稳定燃烧，具有足够大的火焰传播速度，保证火焰稳定性，以满足加热熔化固体料的要求。设计一种粉煤预先气化和液体排渣的最后为气体燃烧的供热装置。

本发明的结构见附图，它包括中心输送粉煤喷管（3），一次输氧喷管（1），一次氧气喷头（9）具有两个以上切向旋流器（2）和两个以上的并联冷却水通道，预气化室（4），二次输氧喷管（5），其喷口与燃烧器轴线呈15－30度交角，冷却器等。冷却器（11）包括冷却器外套管（6），冷却器隔板（7）和冷却器内套管（8）；其外套管（6）内安装了一次输氧喷管（1）和二次输氧喷管（5）；冷却器内套管（8）内安装了中心输送粉煤喷管（8），一次氧气喷头（9）的并联冷却水通道（10）沟通了冷却器外套管（6）和内套管（8），形成了冷却系统的回路，构成强制水冷系统。同时，也是粉煤－氧气燃烧供热装置的安全措施。

本发明的预气化室包括金属管壁、喷涂耐火材料薄层的厚度小于15mm，耐火材料层表面再挂渣层，其厚度小于10mm，预先气化室是实现粉煤燃烧气化和液体排渣的装置。

本发明一次氧气喷头，具有一个以上的喷管，喷管相对中心喷管呈切向布置，其轴线夹角为15－70度。根据一次输氧喷管输氧量为保证粉煤完全燃烧所需氧量的40％，喷氧速度控制小于150m／S条件下，计算一次氧气喷头的喷管直径，一次氧气喷头上的每根氧气喷管均开设两个以上的并联冷却水道，用多股射流冷却一次氧气喷头。

本发明二次氧气喷管设置在水冷却器外套管内，其喷出口直径是依据粉煤完全燃烧所需总氧量的60％，控制二次氧气流速小于300m／S的条件，设计二次氧气喷管出口直径。二次氧气喷管出口端安装在预气化室出口周围，二次氧气喷管出口段与燃烧器轴线呈15－30度交角，保证预气化室喷出的煤气与二次氧气混合完全燃烧，火焰温度可达2000℃以上。

本发明从氧气喷头和粉煤喷管喷射出的氧气和粉煤呈切向运动，有利于粉煤和氧气的混和，在供氧不足条件下，进行粉煤的气化，燃烧产生的高温的可燃气体加热熔化粉煤的灰分呈液体渣，高温可燃气体温度控制在小于1800℃。由于在预气化室中的气体和粉煤呈旋转运动，液渣可以均匀地粘附在预气化室耐火材料壁面上，形成挂渣层，其厚度依据燃烧放热量和冷却水的冷却能力控制在小于15mm之内，多余的液渣则从预气化室排出。

本发明的冷却系统，由冷却器外套管，氧气喷头并联的冷却水通道，冷却器内套管串联连接成整个循环冷却系统。环形外套管的外壁和环形隔板之间装设两个以上的二次输氧喷管，环形外套管内壁与隔板形成外套管的出水管，它与一次氧气喷头的并联冷却水通道串联，再与冷却器的内套管串联。冷却水经冷却器外套管和多股并联的氧气喷头的冷却水通道，汇集流入冷却器内套管冷却中心输粉煤管，最后排出冷却水。燃烧供热器冷却系统的水量是根据热平衡和进出水温差控制为10℃计算确定，为防止管壁结垢，根据传热速率方程计算冷却水速为1.2m／S以上。整个冷却系统构成输送氧气和粉煤的安全系统。

本发明用于冶炼设备上提供热源，可以利用电弧炉、平炉、转炉的余热点火，也可以利用气化室内壁耐火材料和渣层的余热点火。预气化室内粉煤燃烧气化后，形成高温可燃气体再与二次氧气混合燃烧形成外混火焰，实现稳定的完全燃烧，火焰温度达2000℃以上。利用高速喷射的高温火焰来加热熔化废钢或其它炼钢辅助材料。完全燃烧程度和燃烧强度均可调节，以选择合适的火焰的氧化还原性和火焰的速度。

本发明结构简单，可减少FeO和粉煤灰的污染，运行安全可靠，具有粉煤气化和气体燃烧的功能，是一种高效节能的燃烧供热装置，用于电弧炉、平炉、转炉等冶炼设备，提供第二热源。