[发明专利]一种炼铁工艺用喷吹煤粉预热燃烧装置及方法

说明书

技术领域

本发明是一种适用于炼铁高炉或熔融还原炉喷吹煤粉的预热燃烧装置及预热燃烧方法，属于燃烧技术和冶炼技术交叉领域。

背景技术

高炉炼铁和熔融炼铁（如COREX、FINEX）都使用焦炭作部分燃料，焦炭生产需使用炼焦煤，且炼焦过程易造成严重环境污染，喷吹粉煤是降低焦炭消耗和生产成本的重要途径。因而发展高炉喷煤和COREX喷煤技术是当前炼铁工艺的关键技术之一。

COREX使用80-90%的块煤或压块煤作主燃料，块煤成本高且运输过程中会产生大量的粉煤等。粉煤压块设备投资大运行成本高，且压块煤质量通常不满足冶炼要求，喷吹煤粉是简单有效使用煤粉的方法，煤粉预热喷吹有利于其充分燃烧释放热量，降低块煤和焦炭消耗量。

煤粉气流的着火取决于流场、温度场、反应物浓度场等多因素的综合作用效果。促进煤粉点火与完全燃烧是能源应用和动力系统中的关键技术之一。在煤燃烧为主导的锅炉燃烧领域主要使用的技术为浓淡分离燃烧、预热燃烧和富氧燃烧等。浓淡分离燃烧旨在提高局部燃烧区煤粉颗粒浓度，从而增大其析出挥发分浓度。预热燃烧是指将煤粉或空气预热到室温以上再输送至主燃烧反应区。从燃烧动力学角度出发，提高反应物的初始温度可以促进燃烧速率的增大。富氧燃烧即增大反应气流中氧气浓度，富氧还可以提高燃烧温度增强传热，进一步提高反应速率。概括来看上述三种方法可以归纳为，从燃烧反应速率方程和Arrhenius Law中的不同控制变量出发来提高燃烧速率。预热煤粉已经被证明可以提高煤粉气流着火与稳定燃烧性能，防止结渣，进而提高燃烧效率。

与蒸汽锅炉系统显著不同的是，炼铁高炉或COREX熔融气化炉炉内填充焦炭，因而无法从炉内卷吸烟气预热，此外风口及风口回旋区的空间有限，难以使用锅炉中常用的扩展喷煤口体积卷吸大炉烟气的方法。

在动力系统的煤粉锅炉相关领域有多种提高燃烧效率的技术和已有的预热型煤粉燃烧器，预热的方式主要有在煤粉一次风管后设置浓淡分离器以分开浓股气流和淡股气流，然后将高温烟气通过回流的方式卷吸，来加热浓气流，使其高效点火燃烧（如CN2273373Y）；或者对浓淡两股气流同时预热（如CN2929483Y）。上述两种预热燃烧器都是利用卷吸大炉膛高温烟气来加热未反应煤粉流。利用喷嘴前钝体（船体）形成浓粉区和淡粉区也是锅炉煤粉燃烧中多见的助燃技术（如CN1407274A），流体经过钝体通常产生低速回旋区，并形成煤粉的浓流区，有利于点火的进行。

炼铁工艺中煤粉的预热有多种方式，如将热风炉的高温烟气作为煤粉载气（如CN101000141A；CN101250601A），使用高炉煤气作为燃料的烟气直接或间接通过换热器加热煤粉流（CN102605119A）。但是，因为煤粉的密度和比热容均大于气体，单纯利用烟气或热空气的物理热难以大幅度提高煤粉的温度。并且，换热器通常制造成本高，缺乏经济性。

发明内容

本发明的目的是实现一种在炼铁高炉或熔融还原炉外工作的煤粉预热燃烧装置，使煤粉在进入高炉或熔融还原炉时温度大幅高于煤粉预热前的60～70℃，并且开始析出挥发分。本发明主要的工作原理是在煤粉燃烧室内将煤粉分流，使其部分燃烧，之后高温煤粉与未燃烧煤粉混合，从而整体提高进入高炉或熔融还原炉的煤粉流温度。本发明的技术特点是利用部分煤粉的不完全燃烧放热来提升整体煤粉流的温度。

本发明的技术要点包括：1、空气分级输送形成煤粉浓淡相异区域；2、在煤粉燃烧室中设置钝体实现煤粉分流，为局部点火提供基础；3、利用钢厂富裕的煤气作为煤粉点火源，利用其烟气进一步预热煤粉；4、高温煤粉流与低温煤粉流在煤粉燃烧室内有效混合。

本发明的目的之一在于提供一种炼铁工艺用喷吹煤粉预热燃烧装置，所述装置包括预热室及与其连通的煤粉燃烧室；所述预热室前端分别连接有高浓煤粉管道和二次风管道；所述煤粉燃烧室中设置有钝体；所述钝体下方设有点火器。

所述高浓煤粉管道输送煤粉和空气。所述二次风管道输送空气。所述预热室为煤粉流实现部分混合及预热。所述点火器使用煤气和空气进行点火，使煤粉部分燃烧。所述煤粉燃烧室使煤粉分流并局部点火，其中的钝体实现煤粉分流，为局部点火提供基础。

所述钝体在煤粉燃烧室中的位置可调。通过调节钝体在腔体中的位置，可以调节两股气流的分流比例，为调节最终预热程度提供手段。

所述煤粉燃烧室中钝体的后方还设有氮气吹扫装置。当预燃炉内温度超过设计温度时，可以利用氮气稀释气流，阻止煤粉的进一步燃烧。