專利名稱：一種多功能通用煤粉燃燒試驗裝置及方法
技術領域：
本發明屬于冶金技術領域，特別涉及一種多功能通用煤粉燃燒試驗裝置及方法。
背景技術：
高爐噴煤煉鐵工藝具有節約焦炭，生產成本低，效率高等優點。然而不同的煤炭種類和 不同的噴煤方法，對高爐煉鐵生產會產生不同的效果。由于現有的高爐煤粉噴吹設備體積大， 控制系統復雜，難以采用生產裝置對煤粉燃燒狀況進行測試。
而當今高爐煉鐵對噴煤的要求越來越高，如何有效地降低焦比，增加噴煤量，成為衡量 高爐生產技術水平的重要標志。
因此借助一套研究裝置，在模擬高爐噴吹燃料的條件下，噴吹不同種類的燃料以及燃料 量的變化，在相同的條件下進行測試，然后進行燃燒效果的比較。提供有效數據來指導高爐 生產噴吹燃料的冶煉工藝過程。這樣有利于高爐生產噴煤工藝的提高和改進，更有效地降低 焦比，因此意義重大。

發明內容
為解決高爐煉鐵工藝在噴吹不同燃料，以及在噴吹燃料變化量的過程中，測試燃料燃燒 率的問題，本發明提供一種多功能通用煤粉燃燒試驗裝置。
本發明的多功能通用煤粉燃燒試驗裝置包括供風系統，氣體加熱系統，煤粉噴吹系統， 煤粉燃燒系統，煙塵收集系統，檢測分析系統。
各系統主要設備和功能為
1、 供風系統
主要設備螺桿式空壓機、電機調頻器、分氣包、氣體流量檢測儀、閥門、管路。 其作用是向煤粉燃燒系統，煤粉噴吹輸送系統，布袋除塵反吹系統提供所需求的風量。 本發明中使根據不同的供風量，采用不同規格、型號的螺桿式空壓機。
2、 氣體加熱系統
主要設備氣體低溫加熱爐和氣體高溫加熱爐，兩個爐體串接在一起。
其作用是將供風系統提供的風量，從氣體低溫加熱爐的入口端進入氣體加熱系統。由氣 體低溫加熱爐到氣體高溫加熱爐，氣體加熱系統中進行加熱，加熱后的氣體溫度可達到1200
'C 125(TC。通過氣體高溫加熱爐的出口端，向煤粉燃燒系統提供高溫熱風。
兩個氣體加熱爐均由金屬殼體、框架、耐火材料、保溫材料、發熱體組成，氣體加熱系 統包括氣體低溫加熱爐、氣體高溫加熱爐、變壓器、測溫熱電偶、控溫熱電偶、計算機、電控柜。
氣體低溫加熱爐的低溫發熱體材質是鐵鉻鋁絲，氣體高溫加熱爐的高溫發熱體材質是二 硅化鉬，耐火材料是氧化鋁空心球構件，保溫材料是輕質保溫磚。
3、 煤粉噴吹系統
該系統主要由噴吹所需的高壓氣源、煤粉定量輸送機、煤粉噴槍、輸送煤粉的管路和系 統重量檢測裝置4部分組成。
3.1、 噴吹所需的高壓氣源是由供風系統通過閥門切換提供的。
3.2、 煤粉定量輸送機
功能通過調節螺旋蛟龍的轉速變化，實現煤粉的定量輸出。
主要部件煤粉桶、螺旋蛟龍軸、調速電機、高壓氣流進入口、煤粉輸出口、設備框架。 連接方式調速電機與煤粉桶內的螺旋蛟龍軸連接，在煤粉桶內螺旋蛟龍軸靠近調速電
機的端頭上方開有進料口，在螺旋蛟龍軸的另一端的正上方是高壓氣流進入口，正下方就是 煤粉輸出口。
工作原理由于調速電機與螺旋蛟龍軸連接，因此通過調節電機的轉速，使得螺旋蛟龍 軸轉速改變，從而調節輸送煤粉量的大小。高壓氣流將輸送的煤粉攜帶從煤粉輸出口噴出。
本發明中的螺旋蛟龍軸的設計，要根據煤粉輸送量的不同，采用不同直徑的螺旋蛟龍軸 和不同螺距的螺旋蛟龍葉片。
3.3、 煤粉噴槍和輸送煤粉管路
主要部件輸送煤粉管路、煤粉噴槍、噴槍插入距離調節器。
功能從煤粉輸出口噴出的煤粉，通過輸送管路到煤粉噴槍，煤粉噴槍插入高溫加爐熱 的爐管中，噴出的煤粉與高溫熱風混合一起在燃燒爐管中進行燃燒。
煤粉噴槍插入爐管的距離對燃燒過程會產生影響，因此煤粉噴槍插入爐管的距離調節， 是由安裝在高溫加熱爐外部的噴槍插入距離調節器來完成。
3.4、 系統重量檢測裝置
主要部件稱重傳感器、重量顯示儀表、煤粉定量輸送機的吊掛框架。
功能由于煤粉定量輸送機通過吊掛框架，其整體重量完全作用在稱重傳感器上，因此, 煤粉定量輸送機在輸送煤粉的過程中，其重量變化稱重傳感器能夠檢測。因此稱重傳感器可 以動態檢測煤粉的輸送量，輸送量的變化通過顯示儀表顯示出來。
4、 煤粉燃燒系統
功能將氣體加熱系統提供的高溫熱風，同煤粉噴吹系統提供的煤粉，混合在燃燒爐的
高溫爐管內一起進行燃燒。燃燒爐的加熱溫度1300'C。煤粉燃燒會使爐溫達到150(TC左右。 主要部件系統由金屬殼體、框架，耐火材料、保溫材料、發熱體、測溫熱電偶和控溫 熱電偶組成。為了便于安裝、更換燃燒爐管，爐體設計為開合式。安裝燃燒爐管時，打開爐 膛，安裝完畢關閉爐膛進行試驗。燃燒爐管的材質是高純度氧化鋁管、和剛玉管兩種。耐火 材料是氧化鋁空心球構件，保溫材料是輕質保溫磚，發熱體的材質是碳化硅。 5、煙塵收集系統
主要部件煙塵冷卻器、布袋收灰器、振動反吹除灰裝置、收灰裝置和引風機。 功能由煤粉燃燒系統所產生的高溫燃氣，通過煙塵冷卻器，溫度降至小于200'C。在 布袋收灰器的作用下煙灰被布袋阻留，廢氣排到室外。當燃燒結束后，關閉布袋收灰器的引 風機。開啟振動反吹除灰裝置，使煤灰落到收灰裝置中。然后取出收灰裝置，提取煤灰試樣， 進行灰分分析。
本發明中的煙塵收集系統的殼體框架采用碳鋼材質，煙塵冷卻器采用不銹鋼材質，布袋 材質采用合成纖維。
本發明的各系統連接方式為供風系統通過管道與氣體加熱系統的低溫加熱爐的入口端 連接，同時通過帶有閥門的支線管道和煤粉定量輸送機的高壓氣流進入口連接；氣體低溫加 熱爐和氣體高溫加熱爐的兩個爐體串接在一起；高溫加熱爐的出口端與燃燒爐的高溫爐管連
接，煤粉噴槍插入高溫加熱的爐管中并與在燃燒爐的高溫爐管頂端連通，燃燒爐的高溫爐管 的底端連接煙塵冷卻器，煙塵冷卻器的另一端連接煙塵收集系統的殼體底部，煙塵收集系統 的殼體內部從上到下排列引風機、振動反吹除灰裝置、布袋收灰器和收灰裝置。
本發明的燃燒率測試采用的檢測分析系統如下
主要部件恒溫干燥箱、電子天平、箱式電爐。
功能采用灰分平衡計算法來獲取煤粉的燃燒率。
操作過程稱取煤粉試樣50g，在恒溫干燥箱內105°C、 2個小時干燥；然后用電子天平
稱取干燥的試樣約3g，置于瓷舟內，使堆積厚度不超過0.5cm。試樣送入馬弗爐中升溫至500 'C，恒溫半小時后繼續升溫至815'C,恒溫4小時進行灰化。最后用電子天平稱量灰樣重量， 記算出煤粉的灰分含量為A。
稱取燃燒后的殘余物試樣50g，在恒溫干燥箱內105°C、 2個小時干燥；然后用電子天平 稱取干燥的試樣約3g，置于瓷舟內，使堆積厚度不超過0.5cm。試樣送入馬弗爐中升溫至500 'C，恒溫半小時后繼續升溫至815'C,恒溫4小時進行灰化。最后用電子天平稱量灰樣重量， 記算出回收物的灰分含量為A,。
煤粉燃燒率的計算公式為<formula>formula see original document page 7</formula>
式中R為煤粉的燃燒率；A為煤粉的灰分含量；Ai為回收物的灰分含量。 多功能通用煤粉燃燒試驗裝置的方法為
啟動螺桿式空壓機，通過風量控制儀、電機調頻器組成的供風系統，向氣體加熱系統提 供所需的風量。
同時開啟氣體加熱系統的電源，通過電控柜向高溫發熱體組、低溫發熱體組和硅碳棒發 熱體供電，三個加熱爐按照升溫制度升溫。
將干燥后的煤粉，裝入煤粉定量輸送機的煤粉桶。通過重量測量裝置來標定煤粉的輸出
啟動除塵引風機和布袋震動反吹裝置，同時在煙塵冷卻器中通入冷卻水。 當低溫加熱爐、高溫加熱爐和煤粉燃燒爐的溫度達到要求的溫度時，向噴吹煤粉系統供 風，并開啟調速電機，由于調速電機與螺旋蛟龍軸連接，因此通過調節電機的轉速，使得螺 旋蛟龍軸轉速改變，從而調節輸送煤粉量的大小。高壓氣流將輸送的煤粉攜帶從煤粉輸出口 噴出。從煤粉輸出口噴出的煤粉，通過輸送管路到煤粉噴槍，煤粉噴槍插入高溫加熱的爐管 中，噴出的煤粉與高溫熱風混合一起在燃燒爐管中進行燃燒。
由煤粉燃燒系統所產生的高溫燃氣，通過煙塵冷卻器，溫度降至小于200'C。在布袋收 灰器的作用下煙灰被布袋阻留，廢氣排到室外。當燃燒結束后，關閉布袋收灰器的引風機。 開啟振動反吹除灰裝置，使煤灰落到收灰裝置中。然后取出收灰裝置，提取煤灰試樣，進行 灰分分析，來檢測煤粉燃燒效果。
在煤粉燃燒過程中，氣體可以在線分析，能夠在計算機上繪制出實時氣樣分析曲線。 本發明中采用的設備為機電一體設備，配備電氣與儀表控制柜，儀表控制柜具備的功能 包括空氣及氧系統壓力流量檢測、控制，爐膛溫度的控制和檢測。顯示、控制、實時記錄、 超溫報警，儀表控制柜具有良好的通風換氣設備，保證柜內電氣元器件的可靠工作環境。
本發明的氣體低溫加熱爐熱風溫度為800°C，氣體高溫加熱爐熱風溫度可達1250°C，煤 粉燃燒爐溫度可達130(TC;燃燒室外表面溫度小于50'C，煙塵冷卻器出口煙塵溫度小于200 'C，煤粉噴吹系統運轉穩定可靠，輸送量波動范圍小于5%。采用本發明的試驗裝置可在實驗 室內通過較簡單的設備模擬高爐煉鐵工藝，對不同燃料進行燃燒率測試。


圖1為本發明的多功能通用煤粉燃燒試驗裝置示意圖，圖中1、煤粉桶，2、螺旋蛟龍軸，
3、稱重傳感器，4、煤粉噴槍，5、高壓氣流進入口， 6、煤粉輸出口， 7、輸煤管，8、調速 電機，9、氣體高溫加熱爐，10、氣體高溫加熱管道，11、高溫發熱體，12、氣體低溫加熱爐， 13、氣體低溫加熱管道，14、低溫發熱體，15、煤粉燃燒爐金屬殼體，16、煤粉燃燒爐發熱 體，17、煙塵冷卻器，18、引風機，19、振動反吹除灰裝置，20、布袋收灰器，21、收灰裝 置，22、噴槍插入距離調節器。
圖2為本發明的多功能通用煤粉燃燒試驗裝置工作流程示意圖。
具體實施方式
實施例
本發明的多功能通用煤粉燃燒試驗裝置如圖1所示，多功能通用煤粉燃燒試驗裝置包括 供風系統，氣體加熱系統，煤粉噴吹系統，煤粉燃燒系統，煙塵收集系統。
氣體加熱系統由氣體低溫加熱爐12和氣體高溫加熱爐9組成，兩個爐體串接在一起。 其中氣體低溫加熱爐12內置有氣體低溫加熱管道13和低溫發熱體14，氣體高溫加熱爐9內 置有氣體高溫加熱管道10和高溫發熱體11，低溫加熱爐的發熱體材質是鐵鉻鋁絲，高溫氣 體加熱爐的發熱體材質是二硅化鉬，氣體低溫加熱爐12和氣體高溫加熱爐9所用的耐火材料 是氧化鋁空心球構件，保溫材料是輕質保溫磚。
煤粉噴吹系統由噴吹所需的高壓氣源、煤粉定量輸送機、煤粉噴槍4和輸送煤粉管路、 系統重量檢測裝置4部分組成。其中煤粉定量輸送機包括煤粉桶1、螺旋蛟龍軸2、調速電機 8、高壓氣流進入口 5、煤粉輸出口 6;輸送煤粉管路包括輸煤管7、煤粉噴槍、噴槍插入距 離調節器22;系統重量檢測裝置包括稱重傳感器3、重量顯示儀表、煤粉定量輸送機的吊掛 框架。其中調速電機8與煤粉桶1內的螺旋蛟龍軸2連接，在煤粉桶1內螺旋蛟龍軸2靠近 調速電機8的端頭上方開有進料口 ，在螺旋蛟龍軸2的另一端的正上方是高壓氣流進入口 5， 正下方就是煤粉輸出口 6。
煤粉燃燒系統包括煤粉燃燒爐金屬殼體15、框架，耐火材料、保溫材料、煤粉燃燒爐發 熱體16、測溫熱電偶和控溫熱電偶組成。為了便于安裝、更換燃燒爐管，爐體設計為開合式。 安裝燃燒爐管時，打開爐膛，安裝完畢關閉爐膛進行試驗。燃燒爐管的材質是高純度氧化鋁 管、和剛玉管兩種。耐火材料是氧化鋁空心球構件，保溫材料是輕質保溫磚，發熱體的材質 是碳化硅。
煙塵收集系統包括煙塵冷卻器17、布袋收灰器20、振動反吹除灰裝置19、收灰裝置21 和引風機18。煙塵收集系統的殼體框架采用碳鋼材質，煙塵冷卻器采用不銹鋼材質，布袋材 質采用合成纖維。
采用所述的多功能通用煤粉燃燒試驗裝置，啟動鼓風機，通過風量控制儀調節風量，向 氣體低溫加熱管道供風，同時開啟電源，向高溫發熱體ll、低溫發熱體14和煤粉燃燒爐發 熱體16供電。
將千燥后的煤粉裝入煤粉桶l，通過重量測量裝置測定煤粉量。由于煤粉定量輸送機通 過吊掛框架，其整體重量完全作用在稱重傳感器上，因此，煤粉定量輸送機在輸送煤粉的過 程中，其重量變化稱重傳感器能夠檢測。因此稱重傳感器可以動態檢測煤粉的輸送量，輸送 量的變化通過顯示儀表顯示出來。
啟動除塵引風機和布袋震動反吹裝置，同時在煙塵冷卻器中通入冷卻水。
當氣體低溫加熱爐12、氣體高溫加熱爐9和煤粉燃燒爐的溫度達到要求的溫度時，向煤 粉噴槍4供風，并開啟調速電機8，通過調節電機8的轉速調節煤粉供應量，通過螺旋蛟龍 軸2向輸煤管7定量輸送煤粉，煤粉被來自高壓氣流進入口 5的風吹進輸煤管7,并進入氣 體高溫加熱爐9和煤粉燃燒爐中，進行煤粉燃燒試驗。
氣體低溫加熱爐12加熱溫度為800°C，氣體高溫加熱爐9加熱溫度為1200°C，煤粉燃 燒爐溫度為1300°C;燃燒室表面溫度小于5(TC，煙塵冷卻器出口煙塵溫度小于20(TC。
當氣體高溫加熱爐9溫度達到120(rC后，與煤粉在管殼式燃燒器中進行燃燒。當進行熱 風、富氧熱風或純氧燃燒時，煤粉噴槍將煤粉豎直向下噴入燃燒爐管中；煤粉噴槍可以調整 插入深度；空氣進口系統布置流量檢測點l個、壓力檢測點l個、溫度檢測點l個及調壓閥 組；爐膛不同高度均勻分布6個溫度檢測點；煙塵冷卻器17出口設氣體采樣口及氣體在線分 析控制系統(并能夠在計算機上繪制出實時氣樣分析曲線)。
由煤粉燃燒系統所產生的高溫燃氣，通過煙塵冷卻器，溫度降至小于200'C。在布袋收 灰器的作用下煙灰被布袋阻留，廢氣排到室外。當燃燒結束后，關閉布袋收灰器的引風機。 開啟振動反吹除灰裝置，使煤灰落到收灰裝置中。然后取出收灰裝置，提取煤灰試樣，進行 灰分分析。
在煤粉燃燒過程中，氣體可以在線分析，能夠在計算機上繪制出實時氣樣分析曲線。
權利要求
1、一種多功能通用煤粉燃燒試驗裝置，其特征在于包括供風系統、氣體加熱系統、煤粉噴吹系統、煤粉燃燒系統、煙塵收集系統和檢測分析系統，供風系統包括螺桿式空壓機、電機調頻器、分氣包、氣體流量檢測儀、閥門、管路；氣體加熱系統包括氣體低溫加熱爐和氣體高溫加熱爐；煤粉噴吹系統包括高壓氣源、煤粉定量輸送機、煤粉噴槍、輸送煤粉的管路和系統重量檢測裝置；系統重量檢測裝置包括稱重傳感器、重量顯示儀表、煤粉定量輸送機的吊掛框架；煤粉定量輸送機包括煤粉桶、螺旋蛟龍軸、調速電機、高壓氣流進入口、煤粉輸出口和設備框架；煤粉燃燒系統包括金屬殼體、框架，耐火材料、保溫材料、發熱體、測溫熱電偶和控溫熱電偶；煙塵收集系統包括煙塵冷卻器、布袋收灰器、振動反吹除灰裝置、收灰裝置和引風機；各系統的連接方式為供風系統通過管道與氣體加熱系統的低溫加熱爐的入口端連接，同時通過帶有閥門的支線管道和煤粉定量輸送機的高壓氣流進入口連接；氣體低溫加熱爐和氣體高溫加熱爐的兩個爐體串接在一起；高溫加熱爐的出口端與燃燒爐的高溫爐管連接，煤粉噴槍插入高溫加熱的爐管中并與在燃燒爐的高溫爐管頂端連通，燃燒爐的高溫爐管的底端連接煙塵冷卻器，煙塵冷卻器的另一端連接煙塵收集系統，其中調速電機與煤粉桶內的螺旋蛟龍軸連接，在煤粉桶內螺旋蛟龍軸靠近調速電機的端頭上方開有進料口，在螺旋蛟龍軸的另一端的正上方是高壓氣流進入口，正下方就是煤粉輸出口；煤粉定量輸送機通過吊掛框架，其整體重量完全作用在稱重傳感器上，煤粉定量輸送機在輸送煤粉的過程中，其重量變化稱重傳感器能夠檢測。
2、 根據權利要求1所述一種多功能通用煤粉燃燒試驗裝置，其特征在于所述的氣體加 熱系統由氣體低溫加熱爐和氣體高溫加熱爐組成，兩個爐體串接在一起，其中氣體低溫加熱 爐的低溫發熱體材質是鐵鉻鋁絲，氣體高溫加熱爐的高溫發熱體材質是二硅化鉬，氣體低溫 加熱爐的入口端連接供風系統，氣體高溫加熱爐的出口端連接煤粉燃燒系統。
3、 一種多功能通用煤粉燃燒試驗方法其特征在于包括以下步驟(1)啟動螺桿式空壓機，通過風量控制儀、電機調頻器組成的供風系統，向氣體加熱系統提供所需的風量；同時開啟氣體加熱系統的電源，通過電控柜向高溫發熱體組、低溫發熱體組和硅碳棒發熱體供電；(2)將干燥后的煤粉，裝入煤粉定量輸送機的煤粉桶，通過重量測量裝置來標定煤粉的輸出量；啟動除塵引風機和布袋震動反吹裝置，同時在煙塵冷卻器中通入冷卻水；(3)高溫加熱爐和煤粉燃燒爐的溫度分別達到120(TC和130(rC時，向噴吹煤粉系統供風，并開啟調速電機，高壓氣流將輸送的煤粉攜帶從煤粉輸出口噴出，通過輸送管路到煤粉噴槍，煤粉噴槍插入高溫加熱的爐管中，噴出的煤粉與高溫熱風混合一起在燃燒爐管中進行燃燒；由煤粉燃燒系統所產生的高溫燃氣，通過煙塵冷卻器，溫度降至小于20(TC;在布袋收灰器的作用下煙灰被布袋阻留，廢氣排到室外；(4)當燃燒結束后，關閉布袋收灰器的引風機，開啟振動 反吹除灰裝置，使煤灰落到收灰裝置中，然后取出收灰裝置，提取煤灰試樣，進行灰分分析, 來檢測煤粉燃燒效果。。
4、 根據權利要求3所述的一種多功能通用煤粉燃燒試驗方法其特征在于開啟調速電 機時，通過調節電機的轉速，使得螺旋蛟龍軸轉速改變，從而調節輸送的煤粉量。
5、 根據權利要求3所述的一種多功能通用煤粉燃燒試驗方法其特征在于氣體低溫加 熱爐熱風溫度為S0(TC，氣體高溫加熱爐熱風溫度可達1250°C，煤粉燃燒爐溫度可達1300°C; 燃燒室外表面溫度小于50°C，煙塵冷卻器出口煙塵溫度小于200°C。
全文摘要
一種多功能通用煤粉燃燒試驗裝置及方法，其特征在于調速電機與煤粉桶內的螺旋蛟龍軸連接，在煤粉桶內螺旋蛟龍軸靠近調速電機的端頭上方開有進料口，在螺旋蛟龍軸的另一端的正上方是高壓氣流進入口，正下方為煤粉輸出口；煤粉定量輸送機通過吊掛框架，其整體重量完全作用在稱重傳感器上；使用方法為向氣體加熱系統供風，高溫加熱爐和煤粉燃燒爐的溫度達到要求時，開啟調速電機，煤粉從煤粉輸出口噴出，與高溫熱風混合一起在燃燒爐管中進行燃燒。本發明的煤粉噴吹系統運轉穩定可靠，輸送量波動范圍小于5％，煤粉燃燒爐溫度可達1300℃。
文檔編號C21B5/00GK101349688SQ20081001293
公開日2009年1月21日 申請日期2008年8月26日 優先權日2008年8月26日
發明者董文獻 申請人:東北大學