[发明专利]向高炉炉缸喷入煤粉的方法和相应的装置

说明书

本发明涉及一种方法，用这种方法，通过在热鼓风管嘴处设置的一喷枪将煤粉和气态氧化剂的混合物喷入高炉炉缸。

为了实现上述的方法，提供了一喷枪和一热风管嘴，这种方法和相应的装置在使用中是有一定的优点的。

众所周知，在现有技术中，将煤粉借助热鼓风注入炉缸，通常的方法是将煤粉和热鼓风的混合物通过热鼓风管嘴吹入高炉炉缸的上部，这种方法有许多优点。特别是，这种方法增加了高炉的生产能力，并且用成本较低的煤替代了大量的焦炭。

煤粉的喷入通常是通过在热鼓风气流的上游一定位置，即从炉膛中热鼓风管嘴的喷嘴端上游一定位置处插入一喷枪来实现。煤粉悬浮在一种惰性气体中。氧化剂要么由热鼓风气流来构成，其中可以加氧气也可以不加，要么干脆用纯氧气，氧化剂的加入是通过一接近喷枪喷嘴端的一单独的管路来实现的。在用纯氧作氧化剂时，纯氧被用来和煤粉在喷枪的出口处混合而形成初级燃烧物，而热鼓风气流则构成二级燃烧空气。

从德国专利DE-4,008,963C1的说明中我们知道，将煤粉和氧气的混合物喷入高炉炉缸的一种方法是在热鼓风管嘴的一端设置一喷枪。该喷枪体包括一通过煤粉的内容和一在内管处形成的环状外管，氧气从该外管中进入并通过。根据上述专利说明中公开的方法，煤粉的喷气流被一环状的的氧气流直接包裹着进入炉缸。这种方法在混合气流流量较低时是有效的，但当要喷入较大量的煤粉而使流量较大时便存在一定的问题。

这是因为，为了在将煤粉注入炉缸期间能高效地工作，在炉缸热风管嘴紧靠其喷嘴端的紊流区必须产生煤粉的尽可能充分的燃烧。如果在紧靠喷嘴区或该区往前，燃烧得不充分，特别是在热鼓风管嘴中有大流量的煤粉通过的情况下，燃烧残余的大量粉末状物质便会淤积在高炉和它的过滤器中，这样便明显增加了对热气流的阻力。

在上述的紊流区获得充分燃烧的困难在于，一方面是由于气流通过的距离很短，另一方面是由于热风管嘴中热风气流的流速太高。在炭粉颗粒在喷枪出口处燃烧的非常短的时间里，在中性气体中悬溶的煤粉的致密的喷气流必须被裂解，在热解气体释放之前，游离的煤粉颗粒必须重新加热，而热解气体必须和燃料混合，而且这种气态混合物必须被点燃，热解气体中的固态残留物质必须在多项氧化反应中与氧化剂重新发生反应。因此，将煤粉喷入炉缸的主要问题之一便是引出了上文中非常简要地描述过的流体动力学方面的概念和过程。

本发明的目的是提供一种新颖的方法，用这种方法将煤粉和气态氧化剂的混合物喷入高炉炉缸，这种方法通过在热风管嘴处设置一喷枪，使得其相应的燃烧能力明显增加，特别是当煤粉的流量较大时效果更加明显。

上述的目的是通过这样的方法来实现的，其特征在于，在炉缸的热风管嘴的喷嘴端的相应区域内，煤粉是以空心环状喷气流的方式注入，气流是空心的环状喷气流，氧化剂从环状空心气流的中心加入。

根据本发明，煤粉因此便不在以实心致密的喷气流方式注入，而是以空心环状气流的方式注入。这种方式有直接的优点，就是喷气流更容易被裂解成游离的颗粒，而同样流量的情况下，实心致密的喷气流裂解便要困难得多。此外，喷气流的外表面积增加了，而喷气流相应的厚度则减小了，这样，便将游离的煤粉颗粒更直接地暴露给热辐射。

气态氧化剂(比如氧气)不再环绕着煤粉喷气流喷入，而是直接从中孔加入到煤粉的环状喷气流中被喷入。这种方式有许多优点。首先，氧化剂不会再在热鼓风气流和煤粉喷气流之间形成一冷隔层。其次，应当注意到，煤粉的环状喷气流，其外表面暴露给热鼓风气流，它的内表面则暴露给气态氧化剂。环状喷气流中的煤粉颗粒结果便被包含在一个夹在两层氧化剂气流之间的薄层中，这样便对迅速形成一易燃混合物起到了一明显的促进作用。最后，特别要注意到的是，在大的热流量的影响下，由于炉缸中的高温，从煤粉环状喷气流中孔导入的氧化气体经受了一高速膨胀，这样便真正使得所说的煤粉的空心环状喷气流从其内部爆炸。这种爆炸作用使氧化剂、热鼓风气流和燃料喷射并扩散，从而在炉缸的紧靠近热风管嘴的区域内形成一理想的紊流混合物，在这个区域内，会发生自燃。

所有这些现象互为支持，从而明显和意外地增大了煤粉通过热风管嘴进入高炉炉缸的燃烧热容量。现在，假定燃烧热容量被明显改善，那么，在不至于闭塞高炉热鼓风回路过滤器的情况下，煤粉的流量可以很大。结果便可以用较廉价的煤代替大量的焦炭。