[发明专利]后燃烧方法和设备

说明书

本发明涉及用于反应气体后燃烧的方法和设备，特别涉及加入铁和氧化铁熔池中的反应物产生的反应气体后燃烧的方法和设备。

加入熔池的反应物是含碳物质（常用煤）和氧化气体（常用空气和氧气）。反应物由底部或顶部的风口加入熔池，也可同时从两个风口加入。产生的反应气体主要是一氧化碳和氢气，这些反应气体在熔化铁上面与氧化气体进行后燃烧，后燃烧产生的能量转入铁熔池。

在最近发展的从氧化铁炼铁的方法中，溶池中还原氧化铁所需要的能量来自熔池中生成的反应气体的氧化所释放的能量。反应气体包括一氧化碳和氢。就碳而言，当碳氧化成一氧化碳时，仅释放出15%的能量，剩余能量要在一氧化碳氧化成二氧化碳时才释放出来。所以最好能将一氧化碳后燃烧成二氧化碳，生成的热能主要用于将氧化铁还原成铁。然而在炼钢中，能可靠和重复地进行后燃烧，同时高效率地将产生的热能转给熔池的后燃烧水平还很低。

本发明的目的是提供一种后燃烧的方法和设备，用该方法和设备能可靠而重复地进行预定程度的后燃烧，同时保持操作的可靠性（即使在高程度的后燃烧时同样可靠），因此使炼钢、铁矿石或预还原铁矿石的熔融还原、煤的气化等过程和本领域的综合应用过程花费降低。

本发明的第一个方面是提供一种反应气体后燃烧的方法和设备，其中，将反应物加入铁熔池中，借助于至少一股氧化气体射流使由此生成的反应气体在熔池上部进行后燃烧，并将由此产生的能量高效率地转入熔池。该方法的特征在于如上所述用一个或多个风口向熔池表面旋涡喷射一股或多股氧化气体射流。

已发现：利用氧化气体的射流形成旋涡即流体力学中术语角动量，能极大地改善熔池中生成的反应气体的后燃烧，特别是能增加所选择后燃烧的可靠性和可重复性，这样便给反应气体的后燃烧方法带来许多优点。

本文中“角动量”的含义是氧化气体射流的切向分量;“旋涡数”的含义是切向动量与轴向气动量的比率。

一个或多个风口的出口可为常见结构，即圆截成，也可为其它任意几何图形，甚至可分成几个出口。

可通过任何手段或方法，使一股或多股氧化气体射流形成旋涡。例如，事实上，在一个或多个风口的出口通道的上游安装导向板或导向装置是成功的，也可在同一方向以同一斜度排列许多出口，这样可导致氧化气体射流具有切向分量，即具有旋涡。一个或多个风口也可具有如下结构：在出口的上游处有一小室，该小室接收切线方向的氧化气体，从而使氧化气体射流具有角动量。

按照本发明的第一方面，在其它条件相同的情况下，与常用的“自由式”非旋涡喷射氧化气体比较，有可能将后燃烧效率提高10%。例如，有人发现：用直径为150mm圆形出口的风口在1200℃，以约130NM³/分的流速无旋涡喷射氧化气体，可产生30%的后燃烧，而将相当低旋涡（即旋涡数为0.2）加于氧化气体便可达到45%的后的燃烧。

可以任何旋涡数将一股或多股氧化气体射流向熔池表面旋涡喷射。然而最适合的操作条件是旋涡数为0.1-5，最好为0.1-2。

本发明第一方面的特征是：一方面，可将反应池中的后燃烧程度调节至要求的操作条件;另一方面，也可控制这一操作过程，特别是控制输入熔池的能量。例如，用单一风口，仅通过改变旋涡数，便能可靠和可重复地将后燃烧控制在35-80%的范围，同时对向熔池的高度传热无有害影响。

一个或多个风口的安装角度和高度具有广泛的选择范围，对静止熔池表面的角度为10°-90°，最好为30°-90°。相应地，上述一股或多股氧化气体射流在反应器气体空间中的路程也大不相同。当然，此路程的长短影响氧化气体对熔池表面冲击面积的大小。至于安装高度应考虑反应器的几何形状和操作方法本身。例如，在底吹的炼钢方法中，应该选择比其它方法稍高一点的安装高度，因为底吹炼钢法的特征是剧烈的沸腾和喷射。但是，就已知的没有旋涡的自由喷射氧化气体而言，风口安装高度至少在平静的熔池表面上方2米处，而本发明有旋涡喷射的风口安装高度不受上述距离限制。在用鼓形反应器进行熔融还原时，在熔池表面下不仅加入矿石和燃烧物，而氧化气体主要从顶部喷入，因此可选择较短的旋涡喷射路程。已发现，在平静的熔池表面与风口出口间的距离为约0.5-10m是成功的。

关于用一个或多个风口喷射的氧化气体的选择基本上没有限制，该氧化气体可以是氧，空气或氧与惰性气体CO₂和/或H₂O的混合物及任何前述气体的混合物。