CN102806344A - 一种燃用低热值高炉煤气的富氧钢包烘烤装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种燃用低热值高炉煤气的富氧钢包烘烤装置，包括设置在钢包盖上的燃烧器，所述燃烧器分别接通有煤气输送管道和空气输送管道，在空气输送管道上设置有比例调节阀，所述比例调节阀第一输入口连接空气电动调节阀，第二输入口连接一个氧气输入管，在氧气输入管上设置有氧气电动调节阀和氧气流量计；一个燃烧控制器控制燃烧器的煤气输送管道和空气输送管道的煤气和富氧气体的输送，与传统烤包系统相比：本发明结构能最大限度的利用低热值煤气，减少污染物排放，可全燃高炉煤气，综合节约煤气40％左右；烤包时钢包加热速度快且均匀，在线钢包温度升高约300℃，钢包温度达1050℃以上。每分钟可升温30℃，钢包内温差不大于30℃，提高了钢包烘烤的质量。

Description

一种燃用低热值高炉煤气的富氧钢包烘烤装置

技术领域

本发明涉及冶金炼钢领域，特别涉及一种燃用低热值高炉煤气的富氧钢包烘烤装置，是钢铁企业炼钢用加热设备的解决方案。

背景技术

随着对能源消耗和环境保护的重视，节能减排和资源环境问题已成为影响企业生存和发展的决定性因素，作为炼钢企业能源消耗设备之一的钢包烘烤器的结构类型、烘烤效率都将直接关系到炼钢企业的生产成本及钢水质量。

钢包是钢铁生产工艺流程中关键的热工设备，最初它只是运送钢水的工具，现在它还是钢水精炼工艺中一个重要的组成部分。提高钢包烘烤温度对提高钢包内衬的使用寿命和连铸拉坯速度、减少漏钢事故，提高连铸坯的内部质量，消除中心缩孔和中心偏析等多方面都具有重要意义。

传统钢包烘烤器采用套筒式烧嘴对钢包进行烘烤，由于设备老化、燃烧能力不足导致烘烤时间长，烘烤温度不均已不适合生产要求；另外传统烧嘴一般燃用焦炉煤气作为烘烤燃用煤气是对高热值煤气的巨大浪费，具有很大的节能潜力。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提出的一种燃用低热值高炉煤气的富氧钢包烘烤装置技术方案。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种燃用低热值煤气的富氧钢包烘烤装置，包括设置在钢包盖上的燃烧器，在燃烧器的燃烧出口设置有火焰检测器；所述燃烧器分别接通有煤气输送管道和空气输送管道，在煤气输送管道上和空气输送管道上分别设置有煤气电动调节阀、煤气流量计和空气电动调节阀，其中，在空气电动调节阀和燃烧器之间的空气输送管道上设置有比例调节阀，所述比例调节阀有第一输入口和第二输入口，所述第一输入口连接空气电动调节阀，所述第二输入口连接一个氧气输入管，在氧气输入管上设置有氧气电动调节阀和氧气流量计；一个燃烧控制器分别连接所述火焰检测器、煤气电动调节阀、煤气流量计、空气电动调节阀、比例调节阀、氧气电动调节阀和氧气流量计。

所述煤气流量计和氧气流量计是孔板式流量计。

所述燃烧器包括在钢包盖中心设置的与钢包盖中心线重合并与钢包内贯通的煤气喷管，围绕煤气喷管均匀设置有一圈第一富氧气体喷管，围绕一圈第一富氧气体喷管均匀设置有一圈第二富氧气体喷管，所述第一富氧气体喷管出口中心轴线向钢包盖中心线倾斜，所述倾斜的倾斜角是10度至15度，所述第二富氧气体喷管与煤气喷管平行设置。

所述第一富氧气体喷管有八个，所述八个第一富氧气体喷管以煤气喷管为中心围绕煤气喷管等距离均匀设置，第一富氧气体喷管的直径是煤气喷管直径的三分之一至四分之一。

所述第二富氧气体喷管是四个，所述四个第二富氧气体喷管以煤气喷管为中心围绕一圈第二富氧气体喷管等距离均匀设置，所述第二富氧气体喷管的截面形状是以钢包盖中心为圆弧弧心的扇形，扇形夹角是5度至10度，所述第二富氧气体喷管截面积是第一富氧气体喷管截面积的7-8倍。

所述第一富氧气体喷管向钢包盖中心线倾斜的倾斜角是12度，所述煤气喷管出口端是锥形收口，锥形收口的锥度是15度。

本发明结构采用富氧燃烧技术，能最大限度的利用低热值煤气，减少污染物排放，与传统烤包系统相比：

1.可全燃高炉煤气，综合节约煤气40％左右；

2.烤包时钢包加热速度快且均匀，在线钢包温度升高约300℃，钢包温度达1050℃以上；每分钟可升温30℃，钢包内温差不大于30℃，提高了钢包烘烤的质量；

3.具有降低出钢温度的节能效果，使用蓄热式钢包烘烤装置后，钢包终点温度提高200～300℃，达到1050℃以上。由于钢包温度升高，包衬材料所蓄热量增加，钢水在钢包内的过程温降减少，因而使转炉出钢温度大幅度降低。 

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明图1的俯视示意图；

图3为本发明气路结构示意图；

图4为本发明燃烧器内部结构示意图；

图5为本发明燃烧器喷管分布断面示意图。

具体实施方式

一种燃用低热值高炉煤气的富氧钢包烘烤装置，参见图1、图2、图3、图4和图5，所述装置包括设置在钢包盖19上的燃烧器1，在燃烧器的燃烧出口设置有火焰检测器2和点火烧嘴3；所述燃烧器分别接通有煤气输送管道4和空气输送管道5，在煤气输送管道上和空气输送管道上分别设置有煤气电动调节阀6、煤气流量计7和空气电动调节阀8，在煤气电动调节阀之前设置有煤气输送管压力表9和煤气切断阀10；在空气电动调节阀和燃烧器之间的空气输送管道上设置有比例调节阀11，所述比例调节阀有第一输入口和第二输入口，所述第一输入口连接空气电动调节阀，所述第二输入口连接一个氧气输入管12，在氧气输入管上设置有氧气电动调节阀13和氧气流量计14；一个燃烧控制器15分别连接所述火焰检测器、煤气电动调节阀、煤气流量计、空气电动调节阀、比例调节阀、氧气电动调节阀和氧气流量计。在氧气输入管的源头设置有氧气切断阀16，燃烧控制器还控制空气输送管道源头的鼓风机17和变频器18调节空气输送管道内的鼓风量，通过燃烧控制器实现燃烧器燃烧过程的智能控制。其中在空气输送管道上并入氧气输入管，并通过比例调节阀根据燃烧器的燃烧情况进行富氧气体的调节改善了燃烧器使用低热值煤气的工况，可全燃高炉煤气，综合节约煤气40％左右，提高了使用低热值煤气的钢包烘烤质量。

图1结构中钢包盖固定在支架23上，支架上还分别设置有钢包盖的移动装置，移动装置包括卷扬机20、钢缆绳21和滑轮组件22。

实施例中，为了提高计量准确可靠，所述煤气流量计和氧气流量计是孔板式流量计。

为了提高燃烧器的燃烧质量，对传统的燃烧器进行了改进，因此，本实施例中所述燃烧器包括在钢包盖中心设置的与钢包盖中心线重合并与钢包内贯通的煤气喷管1-1，围绕煤气喷管均匀设置有一圈第一富氧气体喷管1-2，围绕一圈第一富氧气体喷管均匀设置有一圈第二富氧气体喷管1-3，所述第一富氧气体喷管出口中心轴线向钢包盖中心线倾斜，所述倾斜的倾斜角是10度至15度，所述第二富氧气体喷管与煤气喷管平行设置。

实施例中的一圈第一富氧气体喷管，围绕一圈第一富氧气体喷管均匀设置有一圈第二富氧气体喷管，此种结构的目的是增加燃烧时间。

所述煤气喷管在出口端设有向内的锥形收口，用以提高喷口的动量，锥形收口的锥度是10度至15度；配合第一富氧气体喷管向钢包盖中心线倾斜，此种结构提高了煤气与富氧气体的混合。

本实施例最佳的所述第一富氧气体喷管向钢包盖中心线倾斜的倾斜角是12度，同时所述煤气喷管出口端1-1-1是锥形收口，锥形收口的锥度是15度。

本实施例所述第一富氧气体喷管有八个，所述八个第一富氧气体喷管以煤气喷管为中心围绕煤气喷管等距离均匀设置，第一富氧气体喷管直径是煤气喷管直径的三分之一至四分之一， 

本实施例所述第二富氧气体喷管是四个，所述四个第二富氧气体喷管以煤气喷管为中心围绕一圈第二富氧气体喷管等距离均匀设置，所述第二富氧气体喷管的截面形状是以钢包盖中心为圆弧弧心的扇形，扇形夹角是5度至10度，所述第二富氧气体喷管截面积是第一富氧气体喷管截面积的7-8倍。

根据不同烧嘴功率，喷口直径及距离都是变化的，第一富氧气体喷管喷出的富氧气体是煤气喷管喷出高炉煤气的15%—20%，目的是部分预先混合，稳定火焰；以70吨钢包为例，当煤气压力是6000~8000kpa，富氧气体压力为6000kpa左右；煤气喷管在出口端直径是30~40mm，第一富氧气体喷管出口直径是10~15mm，煤气管道入口直径60~80mm；富氧气体管道入口直径90~120mm；第一富氧气体喷管出口与煤气喷管出口的距离是20-30mm，第二富氧气体喷管出口与第一富氧气体喷管出口距离是30~40mm。

实施例中的燃烧控制器是可编程序控制器（PLC），控制器具有自动计算功能，能处理所有输入信号和输出信号，进行智能燃烧；输入信号负责采集所有管路压力表、流量孔板、火焰监测器的信号，用于燃烧；输出信号向电动调节阀、比例调节阀、风机变频器发出工作指令；燃烧控制器根据燃烧需求，调节煤气管路流量，根据煤气流量按（空气过剩系数1.05-1.15）自动计算需要富氧气体需要量，并依此给出氧气管道流量计空气流量；比例调节阀根据需要按富氧率（25%-70%）调节空气及氧气比例。

实施例中燃烧器的煤气喷管要求火焰必须具备足够的长度和刚度，以满足烘烤要求。为了使钢包的烘烤温度均匀，保证火焰具有足够的长度，围绕煤气喷管设置的第一富氧气体喷管和第二富氧气体喷管的结构设置，以及在空气输送管道上设置有比例调节阀对富氧气体的调节，满足了煤气和空气混合行程加长。满足了在有效的钢包空间内，不能让煤气和空气混合速度太快，这样高温区会更加集中；但也不能让煤气和空气的混合速度太慢，这样煤气和空气容易无法在钢包内完全燃烧的要求。喷管的结构设计就是正确设计空气和煤气出口速度、两股射流的交角和两股射流的距离，正确设计烧嘴的结构，确保空气和煤气在指定的空间(钢包)内处形成火焰，保证燃料在这个空间内完全燃烧，同时保证气流具有足够的动能，强烈搅动包内的气流，形成低氧的气氛和均匀的温度场，降低各项污染物的排放指标。

本实施例喷管的结构设计能确保低热值煤气的利用，喷口采用单煤气喷口及多细流股助燃空气喷口，确保火焰的燃烧刚度、火焰长度及包内温度分布均匀性。

实施例中的包盖19由型钢、钢板焊接而成，以确保一定的刚度及负重能力。为防止高温气体烧损包盖机械结构，包盖内衬采用耐火纤维材料1-4和耐火砂1-5；实施例中的煤气管道直接从煤气总管道接入，设置了手动蝶阀和孔板流量计，对煤气流量进行监测。在煤气管前端放置氮气吹扫管，对煤气进行吹扫，在吹扫管上设置手动球阀；本实施例可以将助燃空气和氧气按需求进行预先混合供富氧燃烧，确保低热值煤气的使用；由于采用富氧燃烧技术，与普通套管式烧嘴相比，可以最大的节约燃料量，约15～30％；火焰长度可调节至3～4.5m，沿火焰长度上钢包内部温度分布均匀；可以缩短烘烤时间10％；具有操作简单、易调节，其独特的控制系统很容易为现场操作者所掌握，设备故障点少。

Claims (7)

1.一种燃用低热值高炉煤气的富氧钢包烘烤装置，包括设置在钢包盖上的燃烧器，在燃烧器的燃烧出口设置有火焰检测器；所述燃烧器分别接通有煤气输送管道和空气输送管道，在煤气输送管道上和空气输送管道上分别设置有煤气电动调节阀、煤气流量计和空气电动调节阀，其特征在于，在空气电动调节阀和燃烧器之间的空气输送管道上设置有比例调节阀，所述比例调节阀有第一输入口和第二输入口，所述第一输入口连接空气电动调节阀，所述第二输入口连接一个氧气输入管，在氧气输入管上设置有氧气电动调节阀和氧气流量计；一个燃烧控制器分别连接所述火焰检测器、煤气电动调节阀、煤气流量计、空气电动调节阀、比例调节阀、氧气电动调节阀和氧气流量计。

2.根据权利要求1所述的一种燃用低热值高炉煤气的富氧钢包烘烤装置，其特征在于，所述煤气流量计和氧气流量计是孔板式流量计。

3.根据权利要求1所述的一种燃用低热值煤气的富氧钢包烘烤装置，其特征在于，所述燃烧器包括在钢包盖中心设置的与钢包盖中心线重合并与钢包内贯通的煤气喷管，围绕煤气喷管均匀设置有一圈第一富氧气体喷管，围绕一圈第一富氧气体喷管均匀设置有一圈第二富氧气体喷管，所述第一富氧气体喷管出口中心轴线向钢包盖中心线倾斜，所述倾斜的倾斜角是10度至15度，所述第二富氧气体喷管与煤气喷管平行设置。

4.根据权利要求3所述的一种燃用低热值高炉煤气的富氧钢包烘烤装置，其特征在于，所述第一富氧气体喷管有八个，所述八个第一富氧气体喷管以煤气喷管为中心围绕煤气喷管等距离均匀设置，第一富氧气体喷管的直径是煤气喷管直径的三分之一至四分之一。

5.根据权利要求3所述的一种燃用低热值高炉煤气的富氧钢包烘烤装置，其特征在于，所述第二富氧气体喷管是四个，所述四个第二富氧气体喷管以煤气喷管为中心围绕一圈第二富氧气体喷管等距离均匀设置，所述第二富氧气体喷管的截面形状是以钢包盖中心为圆弧弧心的扇形，扇形夹角是5度至10度，所述第二富氧气体喷管截面积是第一富氧气体喷管截面积的7-8倍。

6.根据权利要求3所述的一种燃用低热值高炉煤气的富氧钢包烘烤装置，其特征在于，所述煤气喷管在出口端设有向内的锥形收口，锥形收口的锥度是10度至15度。

7.根据权利要求3所述的一种燃用低热值高炉煤气的富氧钢包烘烤装置，其特征在于，所述第一富氧气体喷管向钢包盖中心线倾斜的倾斜角是12度，所述煤气喷管出口端是锥形收口，锥形收口的锥度是15度。

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