高爐操作方法
【專利摘要】一種高爐操作方法，其中，將用于從風(fēng)口(3)吹入燃料的噴槍(4)設(shè)定為二重管，從兩根二重管噴槍(4)的內(nèi)側(cè)管吹入煤粉，同時(shí)從兩根二重管噴槍(4)的外側(cè)管吹入氧氣，并使由煤粉的輸送氣體和從外側(cè)管吹入的氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上，由此，即使是煤粉的揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以下且煤粉比為150kg/噸以上的高煤粉比操作，也能夠提高燃燒溫度，結(jié)果能夠減少排放的CO2。另外，當(dāng)煤粉比為170kg/噸以上時(shí)，使氧濃度小于70體積％。另外，通過以使從兩根二重管噴槍(4)吹入的煤粉流不重疊的方式配置二重管噴槍(4)，能夠防止煤粉流的富集，從而能夠確保燃燒效率。
【專利說明】高爐操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高爐操作方法，其通過從高爐風(fēng)口吹入煤粉、使燃燒溫度上升來實(shí)現(xiàn)生廣率的提聞和排放CO2的減少。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于二氧化碳排放量的增加而導(dǎo)致的全球變暖成為問題，在煉鐵業(yè)中，抑制CO2的排放也是重要的課題。高爐主要使用焦炭以及從風(fēng)口吹入的煤粉作為還原材料，基于通過預(yù)處理所產(chǎn)生的二氧化碳排放量的差異，相比于焦炭，盡可能地使用煤粉能夠抑制排放的C02。例如，在下述專利文獻(xiàn)I中，使用煤粉比為150kg/噸生鐵以上、揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以下的煤粉，向用于從風(fēng)口吹入燃料的噴槍中供給煤粉和氧氣，并使噴槍中的氧濃度為70體積％以上，由此能夠提高燃燒效率。另外，在該專利文獻(xiàn)I中，還提出了:當(dāng)噴槍為單管時(shí)，從噴槍吹入氧氣和煤粉的混合物，當(dāng)噴槍為二重管時(shí)，從二重管噴槍的內(nèi)側(cè)管吹入煤粉，從二重管噴槍的外側(cè)管吹入氧氣。需要說明的是，所謂煤粉比，是指每I噸生鐵所使用的煤粉的質(zhì)量。
[0003]另外，在下述專利文獻(xiàn)2中，在二重管噴槍的外側(cè)管中設(shè)置凹凸，使煤粉分散，從而促進(jìn)了煤粉與氧氣的反應(yīng)。
[0004]另外，在下述專利文獻(xiàn)3中，將從內(nèi)側(cè)管吹入煤粉、從外側(cè)管吹入氧氣的兩根二重管噴槍相向配置來使用，使兩根二重管噴槍的中心軸延長(zhǎng)線不交叉，并且與送風(fēng)管(吹管)的中心也不交叉，由此提高了燃燒性。另外，通過使從外側(cè)管吹出的氧氣相對(duì)于噴槍中心的吹出角度為30°以上，使得氧氣接近煤粉的主流線。需要說明的是，噴槍與送風(fēng)管所成的角度(噴槍相對(duì)于送風(fēng)方向的吹入角度)為大于45°的角度。
[0005]另外，在下述專利文獻(xiàn)4中，將從內(nèi)側(cè)管吹入煤粉、從外側(cè)管吹入氧氣的兩根二重管噴槍相向配置來使用，并使各個(gè)噴槍的前端部位于比風(fēng)口縮徑部的小徑部更靠爐內(nèi)側(cè)的位置。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本專利第4074467號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)2:韓國專利公開公報(bào)2002-00047359
[0010]專利文獻(xiàn)3:日本特開平10-251715號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)4:日本特開2000-192119號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明所要解決的問題
[0013]雖然向風(fēng)口中送入了大量的空氣，但噴槍可能暴露于高溫中，如上述專利文獻(xiàn)I所述向單管噴槍中供給高濃度的氧氣和煤粉的混合物從安全方面考慮是不現(xiàn)實(shí)的。另外，從要求進(jìn)一步減少排放的CO2的觀點(diǎn)出發(fā)，例如希望使煤粉比為170kg/噸生鐵以上，但當(dāng)煤粉比為170kg/噸生鐵以上的高煤粉比時(shí)，即使如上述專利文獻(xiàn)I所述僅僅從二重管噴槍的內(nèi)側(cè)管吹入煤粉、從外側(cè)管吹入氧氣，燃燒溫度也會(huì)達(dá)到飽和，無法提高燃燒效率。
[0014]另外，在二重管噴槍的外側(cè)管中流動(dòng)的氣體還起到冷卻該外側(cè)管的作用，因此，當(dāng)如上述專利文獻(xiàn)2所述存在設(shè)置于外側(cè)管中的凹凸這種阻礙氣體流動(dòng)的部件時(shí)，在流動(dòng)較弱的部分施加了熱負(fù)荷，可能會(huì)產(chǎn)生裂紋、熔損等損耗。產(chǎn)生這種損耗時(shí)，可能會(huì)誘發(fā)逆火、噴槍堵塞等。另外，如果煤粉量增加，則存在因從內(nèi)側(cè)管噴出的煤粉而無法避免凸部產(chǎn)生磨損的問題。
[0015]另外，當(dāng)如上述專利文獻(xiàn)3所述噴槍與送風(fēng)管所成的角度(噴槍相對(duì)于送風(fēng)方向的吹入角度)為大于45°的角度時(shí)，沿著噴槍流動(dòng)的熱風(fēng)在噴槍前端部產(chǎn)生紊流，煤粉以必要以上的程度分散，由于煤粉的附著、撞擊，風(fēng)口、送風(fēng)管可能會(huì)破損。另外，為了使從外側(cè)管吹出的氧氣相對(duì)于噴槍中心的吹出角度為30°以上，噴槍前端部的加工困難，并且容易因煤粉的附著、堵塞而產(chǎn)生噴槍的熔損，因此不實(shí)用。
[0016]另外，如果如上述專利文獻(xiàn)4所述使噴槍的前端部位于比風(fēng)口縮徑部的小徑部更靠爐內(nèi)側(cè)的位置，則由于通過縮徑部的熱風(fēng)流的紊流而導(dǎo)致煤粉以必要以上的程度分散，風(fēng)口、送風(fēng)管可能會(huì)破損。
[0017]本發(fā)明是著眼于上述問題而進(jìn)行的，其目的在于提供能夠在不損壞風(fēng)口、送風(fēng)管的情況下提高燃燒溫度、結(jié)果能夠減少排放的CO2的高爐操作方法。
[0018]用于解決問題的方法
[0019]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下所述的高爐操作方法。
[0020](I) 一種高爐操作方法，其中，
[0021]準(zhǔn)備揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以下的煤粉，
[0022]準(zhǔn)備用于從風(fēng)口吹入煤粉和助燃性氣體的具有內(nèi)側(cè)管和外側(cè)管的兩根二重管噴槍，
[0023]從所述風(fēng)口吹入熱風(fēng)，
[0024]從所述兩根二重管噴槍的內(nèi)側(cè)管以150kg/噸生鐵以上的煤粉比將所述煤粉與輸送氣體一同吹入，
[0025]從所述兩根二重管噴槍的外側(cè)管吹入助燃性氣體，
[0026]由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上。
[0027](2)如(I)所述的高爐操作方法，其中，以使從所述兩根二重管噴槍吹入的煤粉流不重疊的方式吹入煤粉。
[0028](3)如(2)所述的高爐操作方法，其中，使所述兩根二重管噴槍前端部的軸線不交叉。
[0029](4)如(I)所述的高爐操作方法，其中，所述二重管噴槍向送風(fēng)管中的插入角度為45°以下。
[0030](5)如(I)所述的高爐操作方法，其中，所述助燃性氣體為氧氣，從所述二重管噴槍的外側(cè)管吹入在送風(fēng)中富集的氧氣的一部分。
[0031](6)如(I)所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉具有3質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的揮發(fā)成分。
[0032](7)如(I)所述的高爐操作方法，其中，從所述二重管噴槍的外側(cè)管吹入的助燃性氣體具有20~120m/秒的出口流速。
[0033](8)如(I)所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上。
[0034](9)如⑴所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上且小于70體積％。
[0035](10)如(9)所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為40體積％以上且65體積％以下。
[0036](11)如(10)所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為45體積％以上且60體積％以下。
[0037](12)如⑶所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上且300kg/噸生鐵以下。
[0038](13)如(9)所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上且300kg/噸生鐵以下。
[0039](14)如(I)所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上且小于70體積％。
[0040](15)如(14)所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為40體積％以上且65體積％以下。
[0041](16)如(15)所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為45體積％以上且60體積％以下。
[0042](17)如⑴所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為150kg/噸生鐵以上且300kg/噸生鐵以下。
[0043](18)如(I)所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為150kg/噸生鐵以上且小于170kg/噸生鐵。
[0044](19)如(I)所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為150kg/噸生鐵以上且小于170kg/噸生鐵，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上且小于70體積％。
[0045](20)如(I)至(19)中任一項(xiàng)所述的高爐操作方法，其中，在所述煤粉中加入由廢塑料、廢棄物固體燃料、有機(jī)資源、廢料、CDQ集塵焦炭構(gòu)成的組中的至少一種。
[0046](21)如(20)所述的高爐操作方法，其中，以使所述煤粉的比例為80質(zhì)量％以上的方式使用所述廢塑料、廢棄物固體燃料、有機(jī)資源、廢料、CDQ集塵焦炭。
[0047]發(fā)明效果
[0048]根據(jù)本發(fā)明的高爐操作方法，將用于從風(fēng)口吹入燃料的噴槍設(shè)定為二重管，從兩根二重管噴槍的各個(gè)內(nèi)側(cè)管將煤粉與輸送氣體一同吹入，同時(shí)從兩根二重管噴槍的各個(gè)外側(cè)管吹入助燃性氣體，并使二重管噴槍中的由輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上，由此，即使是煤粉的揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以下且煤粉比為150kg/噸以上的高煤粉比操作，也能夠提高燃燒溫度，結(jié)果能夠減少排放的C02。另外，當(dāng)煤粉比為170kg/噸以上時(shí)，通過使二重管噴槍中的由輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度小于70體積％，能夠抑制氧氣等助燃性氣體的單耗。
[0049]另外，通過以使從兩根二重管噴槍的內(nèi)側(cè)管吹入的煤粉流不重疊的方式吹入煤粉，能夠防止煤粉流的富集，從而能夠確保燃燒效率。[0050]另外，通過使兩根二重管噴槍前端部的軸線不交叉，能夠使從兩根二重管噴槍的內(nèi)側(cè)管吹入的煤粉流確實(shí)地不重疊。
[0051]另外，通過使二重管噴槍向送風(fēng)管中的插入角度為45°以下，能夠抑制從噴槍前端噴出的射流的紊流。
[0052]另外，通過從二重管噴槍的外側(cè)管吹入在送風(fēng)中富集的氧氣的一部分作為助燃性氣體，能夠在不損害高爐內(nèi)的氣體平衡的情況下避免氧氣的過量供給。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0053]圖1是表示應(yīng)用本發(fā)明的高爐操作方法的高爐的一個(gè)實(shí)施方式的縱剖面圖。
[0054]圖2是從圖1的噴槍僅吹入煤粉時(shí)的燃燒狀態(tài)的說明圖。
[0055]圖3是圖2的煤粉的燃燒機(jī)理的說明圖。
[0056]圖4是吹入煤粉和氧氣時(shí)的燃燒機(jī)理的說明圖。
[0057]圖5是燃燒實(shí)驗(yàn)裝置的說明圖。
[0058]圖6(a)~(C)是煤粉流富集的說明圖。
[0059]圖7是圖1的噴槍的吹入前端部的詳圖。
[0060]圖8是圖7的噴槍以及由直管構(gòu)成的噴槍的煤粉流的說明圖。
[0061]圖9是表示煤粉比為150kg/噸以上且小于170kg/噸時(shí)，噴槍供給氣體中的氧濃度與燃燒率的關(guān)系的圖。
[0062]圖10是表示煤粉比為170kg/噸以上時(shí)，噴槍供給氣體中的氧濃度與燃燒率的關(guān)系的圖。
[0063]圖11(a)和圖11(b)是噴槍向送風(fēng)管中的插入角度的說明圖。
[0064]圖12是將噴槍前端與風(fēng)口前端內(nèi)面的徑向距離圖示化的說明圖。
[0065]圖13是表示噴槍的出口流速與噴槍表面溫度的關(guān)系的說明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0066]接著，參考附圖對(duì)本發(fā)明的高爐操作方法的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0067]圖1是應(yīng)用本實(shí)施方式的高爐操作方法的高爐的整體圖。如圖所示，在高爐I的風(fēng)口 3中連接有用于吹送熱風(fēng)的送風(fēng)管2，并且貫通該送風(fēng)管2而設(shè)置有噴槍4。在風(fēng)口 3的熱風(fēng)吹送方向前方的焦炭堆積層上，存在被稱為回旋區(qū)5的燃燒空間，主要在該燃燒空間中進(jìn)行還原材料的燃燒、氣化。
[0068]圖2示出了從噴槍4僅吹入作為固體還原材料的煤粉6時(shí)的燃燒狀態(tài)。從噴槍4通過風(fēng)口 3吹入到回旋區(qū)5內(nèi)的煤粉6的揮發(fā)成分和固定碳與焦炭7 —起燃燒，釋放出揮發(fā)成分后殘留下來的通常被稱為炭的碳與灰分的集合體作為未燃燒炭8從回旋區(qū)排出。風(fēng)口 3的熱風(fēng)吹送方向前方的熱風(fēng)速度約為200米/秒，從噴槍4的前端到回旋區(qū)5內(nèi)存在氧氣的區(qū)域約為0.3~0.5米，因此實(shí)質(zhì)上需要以1/1000秒的水平改善煤粉粒子的升溫以及與氧氣的接觸效率(分散性)。
[0069]圖3示出了從噴槍4向送風(fēng)管2內(nèi)僅吹入煤粉(圖中，PC:pulverized Coal) 6時(shí)的燃燒機(jī)理。從風(fēng)口 3吹入到回旋區(qū)5內(nèi)的煤粉6的粒子通過來自回旋區(qū)5內(nèi)的火焰的輻射傳熱而被加熱，進(jìn)而通過輻射傳熱、傳導(dǎo)傳熱使粒子溫度急劇上升，從升溫至300°C以上的時(shí)刻開始熱分解，揮發(fā)成分著火而形成火焰，燃燒溫度達(dá)到1400~1700°C。如果揮發(fā)成分釋放，則形成上述的炭8。由于炭8主要為固定碳，因此在燃燒反應(yīng)的同時(shí)，也產(chǎn)生溶損反應(yīng)、氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)等被稱為碳溶解反應(yīng)的反應(yīng)。
[0070]圖4不出了從噴槍4向送風(fēng)管2內(nèi)與煤粉6 —同吹入作為助燃性氣體的氧氣9時(shí)的燃燒機(jī)理。示出的是煤粉6和氧氣9的吹入方法為簡(jiǎn)單地平行吹入的情況。需要說明的是，圖中的雙點(diǎn)劃線示出了圖3所示的僅吹入煤粉時(shí)的燃燒溫度作為參考?？梢哉J(rèn)為，在這樣同時(shí)吹入煤粉和氧氣的情況下，在噴槍附近促進(jìn)了煤粉與氧氣的混合，煤粉從更早的時(shí)期開始燃燒，由此，在靠近噴槍的位置，燃燒溫度進(jìn)一步上升。
[0071]基于這種見解，使用圖5所示的燃燒實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了燃燒實(shí)驗(yàn)。模擬高爐內(nèi)部，在實(shí)驗(yàn)爐11中填充有焦炭，可以從觀察窗對(duì)回旋區(qū)15的內(nèi)部進(jìn)行觀察。在送風(fēng)管12中插入噴槍14，使得能夠以規(guī)定的送風(fēng)量向?qū)嶒?yàn)爐11內(nèi)吹送由燃燒器13產(chǎn)生的熱風(fēng)作為從熱風(fēng)爐向高爐吹送的熱風(fēng)。另外，還可以通過該送風(fēng)管12調(diào)整送風(fēng)的氧氣富集量。噴槍14可以向送風(fēng)管12內(nèi)吹入煤粉和氧氣中的任意一者或兩者。實(shí)驗(yàn)爐11中產(chǎn)生的廢氣在稱作旋風(fēng)分離器的分離裝置16中被分離為廢氣和粉塵，廢氣被送至助燃爐等廢氣處理設(shè)備，粉塵被收集到收集箱17中。
[0072]煤粉的參數(shù)為固定碳(FC=Fixed Carbon) 71.4 %、揮發(fā)成分(VM =VolatileMatter) 19.5%、灰分(Ash)9.1%.送風(fēng)條件設(shè)定為送風(fēng)溫度1200°C、流量300Nm3/小時(shí)、風(fēng)口前端風(fēng)速130m/秒、氧氣富集6% (氧濃度為27.0%，即相對(duì)于空氣中的氧濃度21%，富集了 6.0% )。作為煤粉吹入條件，噴槍14使用二重管噴槍，從二重管噴槍的內(nèi)側(cè)管吹入煤粉，從二重管噴槍的外側(cè)管吹入氧氣作為助燃性氣體。將煤粉與輸送氣體一同吹入，煤粉的輸送氣體使用氮?dú)狻Ａ硗?，?duì)于煤粉與輸送煤粉的輸送氣體的固氣比而言，在以較少的氣體量輸送粉體、即煤粉的方式(高濃度輸送)中，固氣比為10~25kg/Nm3，在以大量的氣體進(jìn)行輸送的方式(低濃度輸送)中，固氣比為5~10kg/Nm3。輸送氣體除了氮?dú)庖酝?還可以使用空氣。接著，在10kg/噸~180kg/噸之間對(duì)煤粉比進(jìn)行各種改變，特別是對(duì)煤粉流的變化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。需要說明的是，在吹入氧氣作為助燃性氣體時(shí)，使用在送風(fēng)中富集的氧氣的一部分，從而使吹入到爐內(nèi)的氧氣總量不變。另外，作為助燃性氣體，也可以使用富氧空氣。
[0073]通過該實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明人進(jìn)一步得到以下見解。即，在從二重管噴槍的內(nèi)側(cè)管吹入煤粉、從外側(cè)管吹入助燃性氣體即氧氣時(shí)，即使煤粉的揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以下，只要是煤粉比小于150kg/噸的低煤粉比操作，則通過提高氧濃度，燃燒溫度也會(huì)提高。然而，在煤粉比為150kg/噸以上的高煤粉比操作中，即使提高氧濃度，燃燒溫度也不會(huì)提高。在煤粉比為150kg/噸以上的區(qū)域中，在氧濃度約為35體積％時(shí)燃燒溫度達(dá)到飽和。這是因?yàn)?，如后所述，從二重管噴槍的?nèi)側(cè)管吹入的煤粉集中在吹入流的中央部分(也稱為富集)，難以與從二重管噴槍的外側(cè)管吹入的氧氣接觸，或者無法接觸。因此，在本發(fā)明中，使用兩根二重管噴槍，并減少從各個(gè)二重管噴槍的內(nèi)側(cè)管吹入的煤粉量。另一方面，即使在使用兩根二重管噴槍時(shí)，在煤粉比為170kg/噸以上的區(qū)域中，在氧濃度約為70體積％時(shí)，燃燒溫度也會(huì)達(dá)到飽和而無法提高。即，即使在此濃度以上提高氧濃度，也只會(huì)增加氧氣單耗而不會(huì)提高燃燒效率。
[0074]圖6 (a)示出了煤粉比小于150kg/噸的低煤粉比操作狀態(tài)下的煤粉流。在實(shí)驗(yàn)中，由于噴槍形狀為一定直徑的直管，因此煤粉的分散寬度大致恒定。在這種煤粉比低的情況下，在分散寬度內(nèi)煤粉流形成大致均勻的濃度。然而，在煤粉比為150kg/噸以上的高煤粉比操作狀態(tài)下，如圖6(b)所示，分散寬度內(nèi)的中央部發(fā)生富集，特別是在煤粉比為170kg/噸以上的高煤粉比操作狀態(tài)下，煤粉流的中央部顯著富集。由于氧氣從二重管噴槍的外側(cè)管吹入，因此在煤粉流的中央部富集的煤粉不與氧氣接觸而直接以未燃燒的狀態(tài)進(jìn)入到爐內(nèi)，使高爐內(nèi)的通風(fēng)變差。即使為了促進(jìn)與氧氣的接觸而增加氧氣的吹入量，如圖6(c)所示，如果氧氣的吹入量達(dá)到一定量以上，則煤粉流也只是在周圍的氧氣流的中央部更加富集，沒有實(shí)質(zhì)性地促進(jìn)與氧氣的接觸，如后所述燃燒溫度達(dá)到飽和。
[0075]因此，在本實(shí)施方式中，如圖7所示，使用兩根二重管噴槍，從這些二重管噴槍4的各個(gè)內(nèi)側(cè)管吹入煤粉，從各個(gè)外側(cè)管吹入作為助燃性氣體的氧氣。這時(shí)重要的是，使從兩根二重管噴槍4吹入的煤粉流不重疊。即，以使兩條煤粉流不重疊的方式配置二重管噴槍4。具體而言，如圖7所示，以使兩根二重管噴槍4的軸線、特別是它們前端部的軸線不交叉的方式使兩根二重管噴槍4偏心配置即可。
[0076]例如，如圖8所示，如果兩條煤粉流重疊，則在重疊的部分煤粉流富集，阻礙了與氧氣的接觸，燃燒溫度可能飽和或者降低。如果從兩根二重管噴槍4吹入的兩條煤粉流不重疊，則各個(gè)二重管噴槍4的煤粉流的煤粉量與使用單一噴槍吹入時(shí)相比為1/2的煤粉吹入量，因此燃燒溫度不易飽和，能夠提高燃燒溫度，結(jié)果能夠提高煤粉比，減少排放的C02。
[0077]但是，如后所述，即使在使用兩根二重管噴槍4時(shí)，在煤粉比為170kg/噸以上的區(qū)域中，難以抑制、防止上述煤粉流的富集，特別是當(dāng)氧濃度為70體積％以上時(shí)，燃燒溫度達(dá)到飽和。
[0078]圖9中，用燃燒率表示在煤粉比為150kg/噸以上且小于170kg/噸、煤粉的揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以下、送風(fēng)條件恒定、氧富集率恒定的條件下，僅使用一根二重管噴槍4時(shí)和使用兩根二重管噴槍4(偏心)時(shí)的燃燒溫度。兩種情況下，均從二重管噴槍4的內(nèi)側(cè)管吹入煤粉，從外側(cè)管吹入氧氣作為助燃性氣體。由該圖可知，在僅使用一根二重管噴槍4的情況下，當(dāng)噴槍中由輸送煤粉的輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上時(shí)，燃燒溫度達(dá)到飽和。即，在二重管噴槍4為一根時(shí)，即使使氧濃度為35體積％以上，燃燒溫度也不會(huì)提高。與此相對(duì)，在以偏心的方式使用兩根二重管噴槍4時(shí)，即使由輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上，燃燒溫度也會(huì)提高。這表示在煤粉比為150kg/噸以上且小于170kg/噸的區(qū)域中，從各個(gè)二重管噴槍4吹入的煤粉流未發(fā)生富集。
[0079]但是，另一方面，即使在使用兩根二重管噴槍4的情況下，當(dāng)煤粉比為170kg/噸以上時(shí),如圖10所示，如果噴槍中由輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為70體積％以上，則燃燒溫度也會(huì)達(dá)到飽和，即使在此濃度以上提高氧濃度，燃燒溫度也不會(huì)提高。即，在煤粉比為170kg/噸以上的區(qū)域中，當(dāng)噴槍中由輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為70體積％以上時(shí)，只會(huì)增加氧氣單耗而不會(huì)改善燃燒效率。因此，即使在使用兩根二重管噴槍4的情況下，當(dāng)煤粉比為170kg/噸以上時(shí)，也要使噴槍中由輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度小于70體積％，優(yōu)選設(shè)定為40體積％以上且65體積％以下，更優(yōu)選設(shè)定為45體積％以上且60體積％以下。另外，煤粉比的上限設(shè)定為300kg/噸以下，優(yōu)選設(shè)定為250kg/噸以下。[0080]此外，對(duì)于噴槍與送風(fēng)管所成的角度、即噴槍相對(duì)于送風(fēng)方向的插入角度，本發(fā)明人在改變噴槍前端與風(fēng)口前端內(nèi)面的徑向距離的同時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)。二重管噴槍為同軸的二重管，如上所述優(yōu)選為直管。對(duì)于直管而言，根據(jù)噴槍與送風(fēng)管所成的插入角度、即噴槍相對(duì)于送風(fēng)方向的插入角度，從噴槍前端噴出的射流會(huì)產(chǎn)生紊流，因此需要規(guī)定噴槍與送風(fēng)管的插入角度。例如，如圖11(a)所示，當(dāng)噴槍4與送風(fēng)管2的插入角度(噴槍4相對(duì)于送風(fēng)方向的插入角度)Θ小時(shí)，沿著噴槍4流動(dòng)的熱風(fēng)流的變化平緩，因此沿著噴槍4流動(dòng)的熱風(fēng)在噴槍前端的紊流少，煤粉流的分散寬度小。另一方面，如圖11(b)所示，當(dāng)噴槍4與送風(fēng)管2的插入角度(噴槍4相對(duì)于送風(fēng)方向的插入角度)Θ大時(shí)，沿著噴槍4流動(dòng)的熱風(fēng)流的變化急劇，因此沿著噴槍4流動(dòng)的熱風(fēng)在噴槍前端的紊流多，煤粉流的分散寬度大。煤粉流如果在燃燒后擴(kuò)散，則燃燒溫度提高，但如果在燃燒前分散，則燃燒溫度無法提高，燃燒效率不好。
[0081]圖12以噴槍前端與風(fēng)口前端內(nèi)面的徑向距離的矩陣的形式對(duì)此進(jìn)行了圖示化。對(duì)于噴槍前端與風(fēng)口前端內(nèi)面的徑向距離，用一(負(fù)號(hào))表示噴槍前端位于比風(fēng)口前端內(nèi)面更靠徑向外側(cè)的位置的情況，用+(正號(hào))表示位于更靠徑向內(nèi)側(cè)的位置的情況。在該噴槍前端與風(fēng)口前端內(nèi)面的徑向距離和噴槍4與送風(fēng)管2的插入角度(噴槍4相對(duì)于送風(fēng)方向的插入角度)Θ的矩陣中，用〇表示煤粉的燃燒性良好的情況，用X表示煤粉的燃燒不好的情況。在噴槍4與送風(fēng)管2的插入角度(噴槍4相對(duì)于送風(fēng)方向的插入角度)Θ為45°以下的情況下，當(dāng)噴槍前端位于比風(fēng)口前端內(nèi)面更靠徑向內(nèi)側(cè)的位置時(shí)，未觀察到燃燒性的下降，但如果噴槍4與送風(fēng)管2的插入角度(噴槍4相對(duì)于送風(fēng)方向的插入角度)Θ超過45°，則即使噴槍前端位于比風(fēng)口前端內(nèi)面更靠徑向內(nèi)側(cè)的位置，也會(huì)觀察到燃燒性的下降。由此可知，噴槍4與送風(fēng)管2的插入角度(噴槍4相對(duì)于送風(fēng)方向的插入角度)Θ優(yōu)選設(shè)定為45°以下。另外，當(dāng)噴槍前端位于比風(fēng)口前端內(nèi)面的中心更靠下方的一(負(fù)號(hào))位置時(shí)，從噴槍吹出的煤粉流會(huì)撞擊到風(fēng)口內(nèi)面，因此用X表示。
[0082]另外，如果將如端彎曲而使如端部位沿著送風(fēng)方向，則能夠抑制從嗔槍如端嗔出的射流的紊流。當(dāng)彎曲的前端部位短時(shí)，從內(nèi)側(cè)管吹入的煤粉流和從外側(cè)管吹入的氧氣容易產(chǎn)生紊流，因此彎曲的前端部位需要至少設(shè)定為200mm以上，優(yōu)選設(shè)定為300mm以上。
[0083]另外，隨著如上所述的燃燒溫度的上升，二重管噴槍的外側(cè)管容易暴露在高溫中。噴槍例如由不銹鋼鋼管構(gòu)成。雖然也有在噴槍的外側(cè)實(shí)施了被稱為所謂水套的水冷的例子，但其無法覆蓋到噴槍前端。特別是已知該水冷達(dá)不到的二重管噴槍的外側(cè)管的前端部容易因熱而變形。如果噴槍變形即彎曲，則無法將氣體、煤粉吹入到所希望的部位，并且還會(huì)給作為消耗品的噴槍的更換操作帶來障礙。另外，也可以想到煤粉流會(huì)發(fā)生變化而撞擊到風(fēng)口，這種情況下風(fēng)口可能會(huì)損壞。另外，如果二重管噴槍的外側(cè)管彎曲，則與內(nèi)側(cè)管的間隙被阻塞，氣體無法從外側(cè)管流動(dòng)時(shí)，二重管噴槍的外側(cè)管會(huì)發(fā)生熔損，根據(jù)情況還存在送風(fēng)管破損的可能性。如果噴槍變形或損耗，則不能確保上述的燃燒溫度，進(jìn)而也無法降低還原材料單耗。
[0084]為了冷卻無法進(jìn)行水冷的二重管噴槍的外側(cè)管，只能通過在內(nèi)部流動(dòng)的氣體進(jìn)行冷卻。在通過向在內(nèi)部流動(dòng)的氣體散熱來對(duì)例如二重管噴槍的外側(cè)管自身進(jìn)行冷卻的情況下，認(rèn)為氣體的流速會(huì)給噴槍溫度帶來影響。因此，本發(fā)明人對(duì)于從二重管噴槍的外側(cè)管吹入的氣體的流速進(jìn)行了各種改變，并測(cè)定了噴槍表面的溫度。實(shí)驗(yàn)通過從二重管噴槍的外側(cè)管吹入氧氣、從內(nèi)側(cè)管吹入煤粉而進(jìn)行，氣體的流速調(diào)整通過增減從外側(cè)管吹入的氧氣的供給量而進(jìn)行。需要說明的是，氧氣可以是富氧空氣，使用2%以上、優(yōu)選10%以上的富氧空氣。通過使用富氧空氣，除了冷卻之外，還可以實(shí)現(xiàn)煤粉燃燒性的提高。將測(cè)定結(jié)果示于圖13中。
[0085]二重管噴槍的外側(cè)管使用被稱為20A Schedule5S的鋼管。另外，二重管噴槍的內(nèi)側(cè)管使用被稱為15A Schedule90的鋼管,對(duì)于從外側(cè)管吹入的氧氣和氮?dú)獾暮嫌?jì)流速進(jìn)行各種改變，并測(cè)定噴槍表面的溫度。順帶說明，“15A”、“20A”是JIS G3459中規(guī)定的鋼管外徑的公稱尺寸，15A表示外徑為21.7mm, 20A表示外徑為27.2mm。另外，“Schedule”是JISG3459中規(guī)定的鋼管壁厚的公稱尺寸，20A Schedule5S表示1.65mm，15A Schedule90表示3.70_。需要說明的是，除了不銹鋼鋼管以外，也可以使用普通鋼。這種情況下鋼管的外徑由JIS G3452規(guī)定，壁厚由JIS G3454規(guī)定。
[0086]如該圖中雙點(diǎn)劃線所示，隨著從二重管噴槍的外側(cè)管吹入的氣體的流速的增加，噴槍表面的溫度成反比地下降。在將鋼管用于二重管噴槍時(shí)，如果二重管噴槍的表面溫度超過880°C，則會(huì)產(chǎn)生蠕變變形，二重管噴槍會(huì)發(fā)生彎曲。因此，在二重管噴槍的外側(cè)管使用20A Schedule5S的鋼管且二重管噴槍的表面溫度為880°C以下的情況下，二重管噴槍的外側(cè)管的出口流速為20米/秒以上。并且，當(dāng)二重管噴槍的外側(cè)管的出口流速為20米/秒以上時(shí)，二重管噴槍不會(huì)產(chǎn)生變形、彎曲。另一方面，如果二重管噴槍的外側(cè)管的出口流速超過120米/秒，則從設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)成本的觀點(diǎn)考慮是不實(shí)用的，因此將二重管噴槍的外側(cè)管的出口流速的上限設(shè)定為120米/秒。順帶說明，由于單管噴槍的熱負(fù)荷小于二重管噴槍，因此根據(jù)需要使出口流速為20米/秒以上即可。
[0087]在上述實(shí)施方式中，使用平均粒徑為10~100 μ m的煤粉，當(dāng)確保燃燒性并且考慮從噴槍供給以及對(duì)噴槍的供給性時(shí)，優(yōu)選設(shè)定為20~50 μ m。煤粉的平均粒徑小于20 μ m時(shí)，燃燒性優(yōu)良，但在輸送煤粉時(shí)(氣體輸送)噴槍容易堵塞，如果超過50 μ m，則煤粉燃燒
性可能會(huì)變差。
[0088]另外，對(duì)于能夠作為從二重管噴槍的內(nèi)側(cè)管吹入的煤粉使用的材料而言，除了具有25質(zhì)量％以下的揮發(fā)成分的煤以外，還可以使用無煙煤作為固體還原材料。無煙煤具有3~5質(zhì)量％的揮發(fā)成分。因此，在本發(fā)明中，使用的煤粉表現(xiàn)為包括無煙煤在內(nèi)的、具有3質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的揮發(fā)成分的煤粉。
[0089]另外，吹入的固體還原材料以煤粉為主，其中也可以使用廢塑料、廢棄物固體燃料(RDF)、有機(jī)資源(b1mass)、廢料、⑶Q集塵焦炭。⑶Q集塵焦炭是在干式熄火裝置(OTQ)中集塵而得到的焦炭粉。使用時(shí)，煤粉相對(duì)于全部固體還原材料的比優(yōu)選設(shè)定為80質(zhì)量％以上。即，由于煤粉和廢塑料、廢棄物固體燃料(RDF)、有機(jī)資源(b1mass)、廢料、⑶Q集塵焦炭等通過反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量不同，因此，如果彼此的使用比率接近，則燃燒容易產(chǎn)生不均勻，操作容易變得不穩(wěn)定。另外，與煤粉相比，廢塑料、廢棄物固體燃料(RDF)、有機(jī)資源(b1mass)、廢料等通過燃燒反應(yīng)所產(chǎn)生的發(fā)熱量較低，因此如果大量吹入，則對(duì)于從爐頂裝入的固體還原材料的替代效率下降，另外，雖然CDQ集塵焦炭的發(fā)熱量高，但由于沒有揮發(fā)成分因而難以著火，替代效率下降，因此優(yōu)選使煤粉的比例為80質(zhì)量％以上。
[0090]另外，廢塑料、廢棄物固體燃料(RDF)、有機(jī)資源(b1mass)、廢料可以以6mm以下、優(yōu)選3_以下的細(xì)粒的形式與煤粉一起使用。另外，CDQ集塵焦炭可以直接使用。與煤粉的比例可以通過與輸送氣體所運(yùn)送的煤粉合流而混合來實(shí)現(xiàn)。也可以預(yù)先與煤粉混合使用。
[0091]如上所述，在本實(shí)施方式的高爐操作方法中，將用于從風(fēng)口 3吹入燃料的噴槍4設(shè)定為二重管，從兩根二重管噴槍4的各個(gè)內(nèi)側(cè)管吹入煤粉，同時(shí)從兩根二重管噴槍4的各個(gè)外側(cè)管吹入氧氣(助燃性氣體)，并使由輸送煤粉的輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上，由此，即使是煤粉的揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以下且煤粉比為150kg/噸以上的高煤粉比操作，也能夠提高燃燒溫度，結(jié)果能夠減少排放的C02。另外，當(dāng)煤粉比為170kg/噸以上時(shí)，通過使由輸送煤粉的輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度小于70體積％，能夠抑制氧氣單耗。
[0092]另外，通過以使從兩根二重管噴槍4的內(nèi)側(cè)管吹入的煤粉流不重疊的方式吹入煤粉，能夠防止煤粉流的富集，從而能夠確保燃燒效率。
[0093]另外，通過以使兩根二重管噴槍4前端部的軸線不重疊的方式偏心，能夠使從兩根二重管噴槍4的內(nèi)側(cè)管吹入的煤粉流確實(shí)地不重疊。
[0094]另外，通過使二重管噴槍4向送風(fēng)管2中的插入角度為45°以下，能夠抑制從噴槍前端噴出的射流的紊流。
[0095]另外，通過從二重管噴槍4的外側(cè)管吹入在送風(fēng)中富集的氧氣的一部分(作為助燃性氣體)，能夠在不損害高爐內(nèi)的氣體平衡的情況下避免氧氣的過量供給，并且能夠減少使用的氧氣的單耗。
[0096]標(biāo)號(hào)說明
[0097]I 高爐
[0098]2送風(fēng)管
[0099]3 風(fēng)口
[0100]4 噴槍
[0101]5回旋區(qū)
[0102]6 煤粉
[0103]7 焦炭
[0104]8 炭
[0105]9 氧氣
【權(quán)利要求】
1.一種高爐操作方法，其中， 準(zhǔn)備揮發(fā)成分為25質(zhì)量％以下的煤粉， 準(zhǔn)備用于從風(fēng)口吹入煤粉和助燃性氣體的具有內(nèi)側(cè)管和外側(cè)管的兩根二重管噴槍， 從所述風(fēng)口吹入熱風(fēng)， 從所述兩根二重管噴槍的內(nèi)側(cè)管以150kg/噸生鐵以上的煤粉比將所述煤粉與輸送氣體一同吹入， 從所述兩根二重管噴槍的外側(cè)管吹入助燃性氣體， 由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上。
2.如權(quán)利要求1所述的高爐操作方法，其中，以使從所述兩根二重管噴槍吹入的煤粉流不重疊的方式吹入煤粉。
3.如權(quán)利要求2所述的高爐操作方法，其中，使所述兩根二重管噴槍前端部的軸線不交叉。
4.如權(quán)利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述二重管噴槍向送風(fēng)管中的插入角度為45°以下。
5.如權(quán)利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述助燃性氣體為氧氣，從所述二重管噴槍的外側(cè)管吹入在送風(fēng)中 富集的氧氣的一部分。
6.如權(quán)利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉具有3質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的揮發(fā)成分。
7.如權(quán)利要求1所述的高爐操作方法，其中，從所述二重管噴槍的外側(cè)管吹入的助燃性氣體具有20~120m/秒的出口流速。
8.如權(quán)利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上。
9.如權(quán)利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上且小于70體積％。
10.如權(quán)利要求9所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為40體積％以上且65體積％以下。
11.如權(quán)利要求10所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為45體積％以上且60體積％以下。
12.如權(quán)利要求8所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上且300kg/噸生鐵以下。
13.如權(quán)利要求9所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上且300kg/噸生鐵以下。
14.如權(quán)利要求1所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上且小于70體積％。
15.如權(quán)利要求14所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為40體積％以上且65體積％以下。
16.如權(quán)利要求15所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為45體積％以上且60體積％以下。
17.如權(quán)利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為150kg/噸生鐵以上且300kg/噸生鐵以下。
18.如權(quán)利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為150kg/噸生鐵以上且小于170kg/噸生鐵。
19.如權(quán)利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為150kg/噸生鐵以上且小于170kg/噸生鐵，由所述輸送氣體和助燃性氣體構(gòu)成的氣體的氧濃度為35體積％以上且小于70體積％。
20.如權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的高爐操作方法，其中，在所述煤粉中加入由廢塑料、廢棄物固體燃料、有機(jī)資源、廢料、CDQ集塵焦炭構(gòu)成的組中的至少一種。
21.如權(quán)利要求20所述的高爐操作方法，其中，以使所述煤粉的比例為80質(zhì)量％以上的方式使用所述廢塑料、廢棄物固體燃料、有機(jī)資源、廢料、CDQ集塵焦炭。
【文檔編號(hào)】C21B5/00GK104039985SQ201280064116
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月21日
【發(fā)明者】村尾明紀(jì), 藤原大樹, 渡壁史朗 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社