CN1080987A - 采用两种具有不同氧含量的气体氧化粉状燃料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助燃烧气体将输送到炉子，较 好的是反射冶炼炉的粉状燃料氧化的方法，因此，氧 化发生主要由于两种不同的燃气、粉状燃料和附加燃 料在炉子空间有效地进行混合。以分散流的形式将 燃气导入炉子空间，因此，氧气通过至少部分涡流的 中央输送，空气以几个分流方式围绕氧气输送。本发 明也涉及将粉状燃料和燃烧气体混合以及将它们在 所述炉子空间内燃烧的燃烧器。

Description

本发明涉及用于炉子的氧化粉状燃料的方法，较好的炉子是反射冶炼炉。在这种情况下，主要由于在炉子空间两种不同燃烧气体，粉状燃料和可能附加的燃料，有效地混合才发生氧化。以分流形式将燃烧气体引入炉子空间，因此，氧气至少是以部分涡流状态从中央供气，空气以几个分流方式在氧气周围输送。发明也涉及一种将粉状燃料和燃烧气体进行混合，以及将它们在所述炉子空间进行燃烧的燃烧器。

现有技术中已知有几种方法采用空气，浓缩氧空气和纯氧气氧化粉状燃烧。

美国专利US，4，210，315中，如同环形向下的粉末流一样分配粉粒物质，在环流内安排的特殊形状表面上引导粉末流，同时利用由成形表面下排放的分散空气流对称旁路分布粉末流。从悬浮流，主要仍然是环流，周围引入燃烧气体与粉末物质进行混合和反应。

为了在柱形竖直的炉身中产生的燃烧的基本要求是，粉末-燃烧气体流必须与炉身平行并对称，这一点如在美国专利US，4392，885中已实现。在此主要是水平方向的燃烧气体被分割成均匀地环形流，并被转向在与反应炉身平行的方向包围所述的粉状流。

有时当环形燃烧气流太“薄”时，中须以如同喷雾状分流方式引入燃烧气流，以便包围并混合上述粉状流，如美国专利US，4，490，170中那样。分离的燃烧气喷口最好做成回转的。

总括起来，燃烧气体自周围均匀粉状流形成，或是以均匀环流形式或者以分散流形式。

与上述例子不同的是，在美国专利US，4，331，087中，形成均匀环状粉状流以便包围大功率转动的燃烧气体喷口。

美国专利US5，133，801中，为从粉状流内供给额外的氧气，将少量氧气引入上述美国专利US.4，210，315中介绍的分配元件中央。

许多情况下，如燃烧碳时，在反应空间前，甚至在燃烧器前，粉状燃料和燃烧气体已经混合了。但这种情况并非总是成功的，特别是如果燃烧气体采用纯氧气，燃烧是一些易反应的粉状物质更是如此，这种情况下的设备磨损也造成困难。

本发明克服了上述专利中存在的缺点，因此在实践中也达到了目的。从附加的权利要求中可明显看出本发明的实质的新颖特征。

参照附图下面将详述本发明的方法和装置。

图1简略表示本发明的一个最佳实施例，一个反射冶炼炉;

图2是本发明粉状材料燃料室最佳实施例的，局部剖视的斜向轴侧图;

图3是从下观察局部剖视的本发明燃烧室最佳实施例的斜向轴侧图;

图4简略表示分离的材料流在反射冶炼炉顶部是怎样混合的。

图1示意表明粉状物质燃烧器1如何定位于反射冶炼炉2的炉盖3上。将粉状燃烧流，通常是精料流，从燃烧器内的供给设备4中分成几个分流。两股反应气体5和6也带进燃烧器上的均匀气流中，在这里空气被分配成几股分流通入炉中。精料和反应气体以分散流的形式导入炉中，因此这些气体只在反射治炼炉的反应炉身7中相遇。本发明涉及两种不同的反应气体，当然反应气体Ⅰ意指氧气，反应气体Ⅱ意指空气。

由供给设备4，常常是链板输送机，分配粉状精料成3-6股分流，最好是4股分流。如图2所示，这些分流由于重力作用可向下进入燃烧器的主管道8。首先，实际上分流的方向指向外而到达这样的程度，即产生涡流的组件9能安装在装置的中央部分;此后在一定时间内分流保持垂直，然后向内，所以它们被指向垂直的柱形反应炉身7的中轴线，与炉身呈一角度，该角度在15～50°范围内，最后管道8中流动的粉状燃料分流被排出，排出是通过反应炉身的炉盖3;从反应气体Ⅰ的涡流发生器周围到炉身7，于低于炉盖下表面的炉身中轴线上相遇。

图2也示出输送情料的管道8在弯曲处设置的专门料仓10，精料在这里聚集，于是在内部构成自生的衬里。该自生衬里防止单个粒子对管子的类似冲击的作用。管道8的尾部11还设有分离刮削装置12，因此在工作期间可刮掉精料管和炉盖上的结垢。

燃烧粉状材料，尤其是精料，采用空气和纯氧气。通常的方法是在反应空间以前将它们均匀混合，然后如采用上述发明中介绍的方法把产生的浓缩氧空气引入反应炉身。混合时有时会发生困难，如氧气和空气的压力经常是不同的，在设计混合和引入气体进到炉中时必须考虑这个问题。

本发明的方法中，氧气和空气以不同的方法分别引入炉内。实际上这就意味着空气是一般通过鼓风机进入炉中，因此空气压力在0.02-0.05巴范围内。氧气通过压缩机进入，其压力在0.2-0.5巴之间。根据本发明，这些燃烧气体分别进入炉中，在这种情况下完全可利用高压氧分散精料，因此在燃烧气体混合在一起过程中，氧气内含的搅动能量不会损失。

按照本发明，燃烧气体所得到的全部压力均以最佳方式被利用。氧气压力用来使氧气达到强烈地湍动，因而有效地分配精料。借助专门的湍动调节元件观察注意氧量的增减，该元件在美国专利US.4，331，087中已介绍。

另一方面，除上可适用的大范围变化的“强度”以外，由于空气压力低，所以强烈的湍动和精料分配不需要空气。

反应气体Ⅱ，即空气，大致呈水平到达燃烧器1，采用与精料相同的方法将反应气体分割成3-6股分流，最好是4股分流。这种分割发生在从水平方向改变为垂直方向以前，或在分离空气分配室中进行，分配室底部设置大致呈筒形的孔13，孔13通过反应炉身的炉盖延伸，并与精料流的角度方向大致相等。最有利的是精料和空气管道8和13都位于同一圆上，这样，各辅助管道专用于精料，各辅助管道专用于空气。原则上两股分流的中心线在炉身中轴线上相会于一点。

但是，众所周知空气流开角为15-20°，空气流使周围介质，如精料，形成强制引导上部气流的抽吸流。这样周围介质与空气流充分接触，当然这取决于速度。

反应气体Ⅰ，即常态氧气，的份数在全部燃烧气体流中大约占一半，反应气体均匀地，开始是水平地流经管14导入涡流发生室9。在涡流发生室中氧气流转向基本上呈垂直方向，并至少部分建立强涡动，因此氧气从所述空气和精料悬浮环中央排放，形成大致空气锥形流，开口角度大于20°，自涡流发生器底部15至反应炉身7。除了业已谈到的分离供氧的优点以外，关系至安全工作问题，分离氧气管道也是一个重要因素。

精料，例如硫化镍精料，其本身的硫含量经常不足以维持反应所需的高温。在我种情况下需在反应炉身上附加热量。本发明利用下述工艺很容易达到。图3说明如何从涡流发生器下部15排放氧气流，在那里通过管16将一些液态燃料导入反应炉身，因此该额外的燃料流从内部分散到中空的氧气流，当燃料由于周围氧气效应而燃烧时，燃料散发出反应所需的附加热量。

为完成上面全部要求，常常在一个地点上进行测定，这里通过反应炉身的炉盖延伸的燃烧器元件表面是这样大，致使由于炉内强烈的热辐射（温度约1400℃），不再能保证燃烧器材料的耐热性。本发明采用有效方法介决了这个问题，该方法甚至对本领域内的一些技术人员往往不是显而易见的，因为连接水冷却是危险的。根据本发明，在炉盖上装设整个燃烧器***，“内部”有冷却水铜板17，这就使选料和设计显著容易了。

图4简略表明从分离管道排放的燃料和燃烧气体相遇时反应炉身上部的情况，在A、B和C处的状况与下面横截面情况对应。

在图4垂直截面中可看到，从涡流发生器底部15排放出分离的强氧气流18，氧气流周围有从精料管道8对称发射的精料流19，和来自空气管道13的空气流20。在截面4A处，全部气流都仍旧是分离的，但从截面4B明显看出，空气流打开角度使精料流建立抽吸气流，由此精料中在气体空间悬浮化的最细粒元素在空气流中被吸收，于是不会粘结炉盖和在炉盖上产生结垢。这就产生一个向内的环形精料-空气帘，而且在环内的精料含料以波形方式变动。从截面4C明显看出，氧气流的涡流如此强烈，以致仍然能分配图4B中看到的预先悬浮的精料-空气悬浮体，并以反应所需的足够高的速度在那里进行均匀混合。

在满足本发明的某些一般特征方面，现有技术中的一些燃烧器是成功的，但要实现燃烧过程的一些其它特征仍然不足。本发明目前的方法和装置，同时克服了上述全部缺点。燃烧器的重要问题是在实践中的要求，即在不产生堵塞、磨损等情况下进行作业。

上述全部现有技术中的精料流是环形的，这种情况下小孔经常相当小，并且造成堵塞的危险，例如，由于随同精料流带来一些不适宜的物质（如电焊条）所致。尤其在加热时，某些地区的小孔易于变窄，由此产生不对称现象。清理环形小孔常常也是个问题。检修损坏的小孔需要分别设计和人工制造特殊构件。

本发明的装置中可采用标准管，它易于更换，牢固并能良好地保持管子形状，众所周知，圆截面表面是最小的摩擦壁石，所以堵塞很少发生。但如果由于某些原因产生堵塞，人们可进行清理，与许多其它结构相比，可用更简单和容易操作的方法实现清理，如需要甚至可自动清理。

在很高速度下，当精料碰撞壁面时经常产生磨损。本发明以自生的方式考虑了这个问题，即在每个碰撞地区安设管子连续部分，同时作为收集精料的容器，并吸收精料流碰撞动能，如上所述。

很多情况氧气从精料周围产生，在精料-燃料空气流和反应炉身壁面之间的中间空间放出附加热量，由于炉身壁面因热变形而磨损，本发明通常不采用热火舌（氧气）。精料-空气悬浮***于壁面附近，因此发明的结构不致使炉身产生砖块或砂浆结构的危险。

参照附加实例进一步介绍本发明：

例1

在镍精料反射冶炼炉中，据下表将下述材料输送到炉中，反应炉身直径为4.2米。

容量Ⅰ  容量Ⅱ

总供料(精料+添加剂)  15吨/时  30吨/时

氧气(Vo_2n) 2500米³/时 5000米³/时

燃烧空气(Vin) 2000米³/时 3000米³/时

氧气压力  0.25巴  0.26巴

燃烧空气压力  0.015巴  0.03巴

油  300公升/时  300公升/时

由上表看出，燃烧器的调节范围很宽，其容量可达两倍，实践表明在两种规范下燃烧器可有效地工作。表中看出，容量Ⅱ规范中，供氧量和总供料量为两倍，但通过燃烧气体Ⅰ的循环强度可达到相等的混合效率（涡流速率）。与采用以前的现有技术设备得到的调节范围相比明显较大，因为在现有技术中，混合效率很大程度上依赖于预混合燃烧气体的排放速度。从实例中看出，输送燃烧气体Ⅰ和Ⅱ分别显示出调节范围实质上扩展了。

Claims (16)

1、借助燃烧气体将输送到炉子，较好的炉子是反射冶炼炉的粉状燃料氧化的方法，部分燃烧气体以涡流形式送入反应空间，其特征是，为扩大反射冶炼炉的容量范围，两种反应气体Ⅰ和Ⅱ用作燃烧气体，因此，以至少部分涡流分散空心流的方式将反应气体Ⅰ，即氧气，从燃烧器的中央供给到反射冶炼炉的反应空间，以至少三股围绕氧气流向下的分散流的方式输送燃烧气体Ⅱ，即空气，这些气流的开口角为15-20°，每个空气流之间，主要在同一圆上安设粉状燃烧管道，分离的燃烧流从这里流动，与位于燃烧器下方。反应炉身中央轴线构成15-50°角。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征是，反应气体Ⅰ和Ⅱ以不同压力通过燃烧器输送至反应炉身。

3、按照权利要求2所述的方法，其特征是反应气体Ⅰ的压力在0.2-0.5巴之间。

4、按照权利要求2所述的方法，其特征是，反应气体Ⅱ的压力在0.02-0.05巴之间。

5、按照权利要求1所述的方法，其特征是，反应气体Ⅱ的管道数目有利的是4-6个。

6、按照权利要求1所述的方法，其特征是，粉状燃料管道的数目有利的是4-6个。

7、按照权利要求1所述的方法，其特征是，从反应气体Ⅰ喷口中央输送一些气态或液态的附加燃料。

8、借助燃烧气体将输送到炉子，便利的炉子是反射冶炼炉（2），的粉状燃料氧化的燃烧器（1），该燃烧器安装在竖直圆柱形炉子的炉盖（3）上，因此部分燃烧气体以涡流方式输送到炉子的反应炉身（7）上，其特征是：燃烧器（1）包括装在其中心的涡流发生器（9），反应气体Ⅰ，即氧气，通过涡流发生器（9）以分散流形式送入反应炉身（7），包括涡流发生器（9）周围的空气分配室，以及为输送反应气体Ⅱ，即空气，而设置的至少三个向下的分离的管状供给管道（13），包括粉状燃烧管状管道（8），它位于每个空气供给管道（13）之间，大致在同一圆周上。

9、按照权利要求8的装置，其特征是：燃烧器（1）的底部设置水冷铜板（17）。

10、按照权利要求8的装置，其特征是：在涡流发生器（9）内，同轴装配一个用于气态或液态附加燃料的供给管（15）。

11、按照权利要求8的装置，其特征是：粉状燃料管（8）安设有保护管道的料仓（10）。

12、按照权利要求8的装置，其特征是：粉状燃料管（8）安设有刮削装置（12）。

13、按照权利要求8的装置，其特征是：向下的用于反应气体Ⅱ的管状管道（13），与反应炉身（7）的垂直中央轴线形成15-20°角。

14、按照权利要求8的装置，其特征是：向下的用于粉状燃料的管状管道（8），与反应炉身（7）的垂直中央轴线形成15-50°角。

15、按照权利要求8的装置，其特征是：反应气体Ⅱ的管道（13）的数目最有利的是4-6个。

16、按照权利要求8的装置，其特征是：粉状燃料的管道（8）的数目最有利的是4-6个。

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