CN113969349B - 一种喷吹结构及其喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷吹结构及其喷嘴,包括:具有喷腔的喷嘴壳体,喷嘴壳体的沿燃料气体流通的方向的上端具有连通喷腔与外界的喷嘴口,喷腔与燃料气体供应管路连通;用于调节喷嘴壳体内径尺寸的可调膨胀环,位于喷嘴壳体的沿燃料气体流通方向的下端,且可调膨胀环与压缩介质管路连通。燃料气体进入喷腔然后通过喷嘴口喷出,燃料气体和空气经过可调膨胀环时,由于康达效应,会改变喷嘴的喷吹方向,从而调节混合气体的喷吹范围,提高喷吹的均匀性。混合气体从喷嘴喷出后,由于速度大压强小,附近的空气被吸入混合气体,通过该喷嘴喷出的燃料可吸入大量的空气与其混合,提高了气体混匀程度和进入烧结料面燃气喷吹总量,提高了气体混合均匀程度。

Description

一种喷吹结构及其喷嘴
技术领域
本发明涉及冶炼的技术领域,特别涉及一种喷吹结构及其喷嘴。
背景技术
烧结是我国钢铁冶炼主要的原料加工工艺,75%以上的高炉原料来源于烧结矿。但烧结是典型的高能耗、高污染行业,其能耗居钢铁工业第二位,污染负荷占钢铁工业的40%而居首位。随着环保要求的日益严格,研究和开发高能效低排放烧结清洁生产技术及其装备,对支撑我国钢铁工业产业升级、实现绿色可持续发展具有重大意义。
鉴于上述技术问题,提出了燃气喷吹和蒸汽喷吹强化烧结技术,这两种技术是现阶段较先进的烧结绿色化改造技术。
其中,燃气喷吹技术是通过在点火炉后往烧结料层表面喷入低于燃气***浓度下限的燃气的方式用来代替烧结添加的部分焦粉,使燃气从料层表面进入烧结料层并在燃烧带上部附近燃烧。该技术可以有效降低整个生产工序中焦粉的使用量和污染物的排放量。此外,该技术还可有效避免烧结峰值温度过高,延长烧结高温保持时间,提高烧结矿质量。
蒸汽喷吹技术是在烧结料层表面喷入蒸汽,使得水蒸气穿过上部烧成矿后碰到燃烧带的焦粉而反应,利用水煤气反应起到强化焦粉燃烧的作用,使得燃烧更完全,提高了燃烧效率和烧结矿质量,减少了焦粉的使用量。为了进一步提高烧结效果,目前将蒸汽喷吹技术和燃气喷吹技术耦合在一起使用,并在耦合段将蒸汽和燃气耦合在一起再从喷嘴喷出。
目前现有喷嘴喷入料面的气体均匀性差,导致喷吹效率低,不利于烧结。此外,由于单纯的燃气和空气混合效率较低,导致单位时间内喷出的燃气总量较小,无法提高燃气喷吹总量。并且进入料面的燃气还依赖于料面透气性、抽风机的功率和负压大小。
无法提高喷入氧气量,进入料面的氧气量依赖于料面透气性、抽风机的功率和负压大小。
因此,如何提供一种喷吹结构的喷嘴,提高喷吹的均匀性,是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种喷吹结构的喷嘴,提高喷吹的均匀性。本发明的另一目的在于提供一种具有上述喷嘴的喷吹结构。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种喷吹结构的喷嘴,其包括:
具有喷腔的喷嘴壳体,所述喷嘴壳体的沿燃料气体流通的方向的上端具有连通所述喷腔与外界的喷嘴口,所述喷腔与燃料气体供应管路连通;
用于调节所述喷嘴壳体的内径的尺寸的可调膨胀环,所述可调膨胀环位于所述喷嘴壳体的沿燃料气体流通的方向的下端,且所述可调膨胀环与压缩介质管路连通。
优选的,上述的喷嘴中,所述喷嘴壳体包括:
喷嘴外环套和位于所述喷嘴外环套内侧的喷嘴内环套,所述喷嘴内环套与所述喷嘴外环套密封连接形成所述喷腔;
所述可调膨胀环套设在所述喷嘴内环套的内侧。
优选的,上述的喷嘴中,所述喷嘴外环套的上端与所述喷嘴内环套的上端能够开合形成所述喷嘴口。
优选的,上述的喷嘴中,所述喷嘴外环套相对于所述喷嘴内环套的上下距离可调。
优选的,上述的喷嘴中,所述喷嘴外环套的下端通过螺纹安装。
一种喷吹结构,包括喷嘴,其中,所述喷嘴为上述任一项所述的喷嘴。
优选的,上述的喷吹结构中,所述燃料气体供应管路通过连接管和渐缩管连接所述喷嘴的进气管,所述渐缩管为由所述燃料气体供应管路向所述喷嘴的方向渐缩。
优选的,上述的喷吹结构中,所述渐缩管的渐缩角度可调,且所述连接管的长度可调。
优选的,上述的喷吹结构中,两相邻所述喷嘴间距为L,两相邻所述喷嘴喷吹范围重合高度为hc,所述喷嘴喷出角为a,所述喷嘴距料面高度h,则:
L=2 tan a×(h-hc)
喷嘴距料面高度h由混合气体速度v0确定;
两相邻喷嘴喷吹范围重合高度hc由h确定,一般hc为h的5%~10%;
从所述喷嘴喷出的燃料和空气的混合气体速度为v0,压强为p0,烧结料面压强恒定为p1,烧结料面气体速度恒为v1,则可通过伯努利方程得到如下公式:
Figure BDA0002598447900000031
Figure BDA0002598447900000032
当v0计算值大于实际值,则可增大所述渐缩管的渐缩角度和/或所述气体供应管路内气体流速直至计算值v0等于实际v0
优选的,上述的喷吹结构中,所述喷嘴关于所述气体供应管路对称布置。
由以上技术方案可以看出,本发明所公开的一种喷吹结构的喷嘴,燃料气体进入喷腔然后通过喷嘴口排出,燃料气体和空气经过可调膨胀环时,由于康达效应,会改变喷嘴的喷吹方向,从而调节混合气体的喷吹范围,提高喷吹的均匀性。混合气体从喷嘴喷出后,由于速度大压强小,附近的空气被吸入混合气体,通过该喷嘴喷出的燃料可吸入大量的空气与其混合,提高了气体混匀程度和进入烧结料面燃气喷吹总量,提高了气体混合均匀程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见的,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中公开的喷吹结构的侧视图;
图2为本发明实施例中公开的喷吹结构的俯视图;
图3为本发明实施例中公开的喷嘴喷吹范围示意图;
图4为本发明实施例中公开的喷嘴位置关系图。
具体实施方式
有鉴于此,本发明的核心在于提供一种喷吹结构的喷嘴,提高喷吹的均匀性。本发明的核心的另一目的在于提供了一种具有上述喷嘴的喷吹结构。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1-图4所示,本发明公开了一种喷吹结构的喷嘴,其包括:喷嘴壳体和可调膨胀环10。其中,喷嘴壳体具有喷腔1,并且在喷嘴壳体的上端设置有连通喷腔1与外界的喷嘴口2,该喷腔1与燃料气体供应管路9连通,在本申请中,沿燃料气体流通的方向高位的地方为上端,低位的地方为下端。可调膨胀环10用于调节喷嘴壳体的内径尺寸,并且位于喷嘴壳体的下端,该可调膨胀环10与压缩介质管路11连通,此处的压缩介质可为压缩空气或液压油。通过调节进入可调膨胀环10的压缩介质的量,改变可调膨胀环10的膨胀程度,从而调节出口的喷吹范围。
使用时,高速的燃料气体从喷嘴口2喷出后,由于康达效应,混合气体会偏离原本垂直轴心线的喷出方向,改为随着环形喷嘴的凸起的环形壁面喷出,即由垂直轴心线方向改为沿着轴心线方向。根据伯努利方程,此时燃料气体速度大压强小,喷嘴上部空气压强为大气压大于混合气体压强,喷嘴上部空气被吸入喷嘴内部,在加速的同时与燃料气体混合。
燃料气体供应管路9与喷腔1连通,燃料气体进入喷腔1然后通过喷嘴口2排出,燃料气体和空气经过可调膨胀环10时,由于康达效应,会改变喷嘴的喷吹方向,从而调节混合气体的喷吹范围,提高喷吹的均匀性。混合气体从喷嘴喷出后,由于速度大压强小,附近的空气被吸入混合气体,通过该喷嘴喷出的燃料可吸入大量的空气与其混合,提高了气体混匀程度和进入烧结料面燃气喷吹总量,提高了气体混合均匀程度。
具体的实施例中,上述的喷嘴壳体包括:喷嘴外环套4和喷嘴内环套5,其中,喷嘴外环套4作为整个喷嘴的外部结构,喷嘴内环套5位于喷嘴外环套4以内,并且两者之间形成环形的喷腔1。上述的可调膨胀环10套设在喷嘴内环套5的内侧。通过改变可调膨胀环10的尺寸,从而调节喷嘴内环套5的下端的尺寸,对燃料气体的喷吹范围进行调节。
进一步的实施例中,上述的喷嘴外环套4的上端与喷嘴内环套5的上端能够开合形成上述的喷嘴口2。具体的,喷嘴外环套4的上端为锥形结构,且锥形结构的底面与喷嘴内环套5的上端顶端相抵,在燃料气体进入喷腔1内后,压力逐渐变大,在压力的作用下可打开锥形结构与喷嘴内环套5的上端相抵的位置,即打开喷嘴口2。
优选的实施例中,喷嘴外环套4相对于喷嘴内环套5的上下距离可调。如此设置,可实现对喷嘴口2大小的调节,从而控制喷吹量。在实际中喷嘴外环套4的下端可通过螺纹3安装,并通过调节螺纹3调节喷嘴口2的大小。对于喷嘴口2的大小的调节可根据不同的实施方式来实现。
此外,本申请还公开了一种喷吹结构,包括喷嘴,具体的该喷嘴为上述实施例中公开的喷嘴,因此,具有该喷嘴的喷吹结构也具有上述所有技术效果,在此不再一一赘述。
在实际中,本申请中的燃料气体供应管路9通过连接管8和渐缩管7连接喷嘴的进气管6,并且渐缩管7为由燃料气体供应管路9向喷嘴的方向渐缩。本申请中的渐缩管7可以根据燃料气体加速程度需要,对渐缩程度进行调节。此外,连接管8的长度可根据喷嘴位置进行加长或缩短。此外,整个喷嘴可以利用燃料气体供应管路9上的管排升降装置进行上下运动,调节喷嘴与料面的垂直高度。
具体的,燃料气体供应管路9将对称布置的喷嘴连接起来,可根据喷吹方法确定燃料气体供应管路9上的喷嘴位置。特别的,喷嘴的安装高度应使得料面处于初混段末端、混匀段前端,增加燃气、蒸汽和空气混合的均匀性。
具体的数据关系:两相邻喷嘴间距为L,两相邻喷嘴喷吹范围重合高度为hc,喷嘴喷出角为a,喷嘴距料面高度h,则:
L=2 tan a×(h-hc)
喷嘴距料面高度h由燃料气体速度v0确定;
两相邻喷嘴喷吹范围重合高度hc由h确定,一般hc为h的5%~10%;
喷嘴喷出角a由喷嘴结构决定,喷嘴可由可调膨胀环10调节a大小,调大可调膨胀环10,a减小,反之,a增大;
喷嘴距料面高度h由燃料气体速度v0确定,大于喷射段和初混段总长度,一般h在0.2~0.7m范围内;
从喷嘴喷出的燃料和空气的混合气体速度为v0,压强为p0,烧结料面压强恒定为p1,烧结料面气体速度恒为v1,则可通过伯努利方程得到如下公式:
Figure BDA0002598447900000071
Figure BDA0002598447900000072
当v0计算值大于实际值,则可增大渐缩管7的渐缩角度和/或气体供应管路9内气体流速直至计算值v0等于实际v0
由于燃气密度较小,重力势能影响较小。烧结料面的压强p1和气体速度v1一般为一定值。烧结料面压强p1相对于大气压为-15~-7pa左右。
通过管排升降装置减小喷嘴距烧结料面的高度h能使燃料气体更易进入料面,不易逃逸,但会降低混匀程度。所以h应大于喷射段和初混段总长度。而喷射段和初混段总长度与混合气体速度v0呈正比。通过管排升降装置调整喷嘴距料面高度h,找到既满足混合气体速度v0要求又满足混匀程度要求的最优h。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种喷吹结构的喷嘴,其特征在于,包括:
具有喷腔(1)的喷嘴壳体,所述喷嘴壳体的沿燃料气体流通的方向的上端具有连通所述喷腔(1)与外界的喷嘴口(2),所述喷腔(1)与燃料气体供应管路(9)连通;
用于调节所述喷嘴壳体内径尺寸的可调膨胀环(10),所述可调膨胀环(10)位于所述喷嘴壳体远离所述喷嘴口的一端,且所述可调膨胀环(10)与压缩介质管路(11)连通。
2.根据权利要求1所述的喷嘴,其特征在于,所述喷嘴壳体包括:
喷嘴外环套(4)和位于所述喷嘴外环套(4)内侧的喷嘴内环套(5),所述喷嘴内环套(5)与所述喷嘴外环套(4)密封连接形成所述喷腔(1);
所述可调膨胀环(10)套设在所述喷嘴内环套(5)的内侧。
3.根据权利要求2所述的喷嘴,其特征在于,所述喷嘴外环套(4)的上端与所述喷嘴内环套(5)的上端能够开合形成所述喷嘴口(2)。
4.根据权利要求3所述的喷嘴,其特征在于,所述喷嘴外环套(4)相对于所述喷嘴内环套(5)的上下距离可调。
5.根据权利要求4所述的喷嘴,其特征在于,所述喷嘴外环套(4)的下端通过螺纹(3)安装。
6.一种喷吹结构,包括喷嘴,其特征在于,所述喷嘴为如权利要求1-5任一项所述的喷嘴。
7.根据权利要求6所述的喷吹结构,其特征在于,所述燃料气体供应管路(9)通过连接管(8)和渐缩管(7)连接所述喷嘴的进气管(6),所述渐缩管(7)为由所述燃料气体供应管路(9)向所述喷嘴的方向渐缩。
8.根据权利要求7所述的喷吹结构,其特征在于,所述渐缩管(7)的渐缩角度可调,且所述连接管(8)的长度可调。
9.根据权利要求8所述的喷吹结构,其特征在于,两相邻所述喷嘴间距为L,两相邻所述喷嘴喷吹范围重合高度为hc,所述喷嘴喷出角为a,所述喷嘴距料面高度h,则:
L=2tana×(h-hc)
喷嘴距料面高度h由混合气体速度y0确定;
两相邻喷嘴喷吹范围重合高度hc由h确定,一般hc为h的5%~10%;
从所述喷嘴喷出的燃料和空气的混合气体速度为v0,压强为p0,烧结料面压强恒定为p1,烧结料面气体速度恒为v1,p为混合气体的密度,则可通过伯努利方程得到如下公式:
Figure FDA0004153670620000021
Figure FDA0004153670620000022
当v0计算值大于实际值,则可增大所述渐缩管(7)的渐缩角度和/或所述气体供应管路(9)内气体流速直至计算值v0等于实际v0
10.根据权利要求6所述的喷吹结构,其特征在于,所述喷嘴关于所述气体供应管路(9)对称布置。
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