專利名稱:一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹用噴槍及噴吹方法
技術領域:
本發明涉及一種高爐煤粉噴吹技術領域,尤其是一種利用廢舊塑料熱解氣替代部分煤粉的噴吹裝置及噴吹方法。
背景技術:
煤粉噴吹燃燒提供熱能的方法在各種熱能動力生產中得到廣泛應用,尤以高爐煉鐵過程中的燃料噴吹應用突出,面對日益高漲的用煤量,以及煤炭資源的過度使用和排放限制,傳統的高爐噴煤作為熱能來源的現狀必須有所改觀。近些年,國內研究重點在降低煤粉著火點、減少未燃煤粉、改進噴槍等方面,提出了多種基于煤粉的噴吹方法。例如I、采用交叉射流,使交叉式雙煤槍在煤粉燃燒的模擬試驗中得了比單槍高的燃燒率;2、對煤粉噴吹部分進行改造,采取噴吹罐底流化上出料經濃相混合輸送入噴煤總管,提高了整體設備工作的可靠性;3、對貧煤、貧瘦煤的優化處理方法。絕大多數國內外噴吹都是在常規鼓風的基礎上進行富氧噴煤,這些方法均通過改進工藝和系統組成改善煤炭利用率,減少焦炭比例,一定程度上緩解了煉焦成本和排放,但對于煤炭資源的依賴依然很重,資源消耗量依然難以有效控制。另一方面,研究者也在不斷尋找新型噴吹燃料,有的學者提出了改善燃煤效率的催化方法,還有的選用石油焦替代部分噴吹用煤,也可改善煤粉的燃燒性能、降低能耗。分析認為,新型輔助燃劑的開發應充分利用再生或廢舊資源,減少不可再生資源的應用,上述方法雖可一定程度減少煤炭資源的依賴,但不能解決其他不可再生資源的消耗。隨著節能方法和技術的深入研究,國外研究者主要將目光轉向更有潛力和可開發性的廢舊資源身上,尤其是廢舊高分子材料的潛能開發。而塑料廢棄物能源化處理后可以作為工業熱能源的重要補充。常見廢舊塑料H/C比高、灰分低,能源化處理為燃料用于生產,為煤炭利用質量的提升,三廢排放的減少,能源供應的多元化,提供了新的途徑,包括面向高爐噴吹過程的廢舊塑料能源化應用。但是塑料完全取代煤粉進行噴吹燃燒所需技術和設備投入巨大,對企業生產實施帶來很大困難;其次,由于熱塑性塑料的特性決定其在直接噴吹過程中會出現粘性堵塞和燃燒不充分的情況。現有廢舊塑料的噴吹燃燒技術主要集中在以下兩種方法(I)直接將單純的廢舊塑料噴入高爐內。這種方法設備投入大、塑料預處理費用高,且易產生堵槍的后果。(2)將廢舊塑料預處理后打碎,與煤粉較高溫度下混合,形成共熔物后再破碎,然后隨煤粉噴入高爐。這種方法也將混合燃料預處理工藝復雜化,且燃料的混合度不易控制。綜上所述,高溫下廢舊塑料與煤粉的復合噴吹燃燒技術的重要目標是強化燃燒,提高混合燃料的燃燒率。直接噴吹塑料顆粒或增加預混設備和工藝再噴入高爐,會帶來塑料堵塞、利用率低、投入成本高等難題。面向塑料的熱解噴吹燃燒新模式,基于塑料高溫軟化、熱解等特性,針對性開發新的技術和噴吹裝置促進本研究的開展,成為急需解決的問題。
發明內容
為了克服上述現有技術存在的缺點,本發明的目的在于提供一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹用噴槍及噴吹方法,使在噴吹過程中,形成氣固流場預混狀態,進而廢舊塑料迅速熱解成為氣體與煤粉一起燃燒提供熱能,這樣不僅能解決塑料堵塞噴槍口問題,又不必對現有噴吹系統進行大的改造,投入成本低,易實施。本發明提供的廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹用噴槍,包括直吹管,為一設置氣流通道的直管,其一端為吹入端并記為后端,另一端為吹出端并記為前端;塑料預熱預旋腔,呈圓環形,套置在直吹管的外圍;與該塑料預熱預旋腔連通設有用于噴入塑料顆粒的塑料顆粒噴嘴;預混腔,呈圓環形,也套置在直吹管的外圍,且位于塑料預熱預旋腔的前方;與該預混腔連通設有用于注入煤粉的多個煤粉噴嘴;熱解氣輸送管,設置有多根,將所述塑料預熱預旋腔與所述的預混腔連通;所述的預混腔向后延伸出多根混合料輸送管,混合料輸送管的另一端與所述直吹管的后端連通。優選的該噴槍中所述的混合料輸送管為連續的傾斜設置。優選的,所述的直吹管、塑料預熱預旋腔、預混腔均為同軸線設置;所述的煤粉噴嘴、熱解氣輸送管、混合料輸送管分別繞該軸線均布設置。
優選的所述混合料輸送管的傾斜角度為12 14°。優選的所述直吹管中氣流通道的直徑為15 25mm。本發明提供的廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹方法,包括以下步驟a)廢舊塑料在預處理后,加工成塑料顆粒;b)塑料顆粒由塑料顆粒噴嘴輸送進入塑料預熱預旋腔,形成旋流,并在該塑料預熱預旋腔內快速熱解生產烴類熱解氣體;c)并通過煤粉噴嘴向預混腔內處注入煤粉;煤粉迅速與塑料顆粒熱解產生的熱解氣體充分混合;d)經預混后的塑料熱解氣與煤粉經混合料輸送管導出,與直吹管導入的壓縮空氣混合接觸,并在直吹管吹出端高溫下開始著火,最終混合物隨直吹管進入高爐風口,開始燃燒,發生混合燃料的燃燒反應。優選的,該方法中,步驟a)中所述塑料顆粒的粒徑為3 5mm。優選的,步驟b)中塑料顆粒進行所述熱解的溫度為1200°C。優選的步驟c)中所述的煤粉的顆粒粒徑為05(T0. 75mm。優選的步驟b)中所述塑料顆粒通過風壓不小于I. 5Mpa的氮氣由塑料顆粒噴嘴噴入塑料預熱預旋腔;步驟c)中所述煤粉也是通過風壓不小于I. 5Mpa的氮氣注入預混腔。
本發明的有益效果是(I)本發明中的噴槍更適應廢舊塑料/煤粉/氧氣的三相預混噴吹技術.,(2)通過預熱、預混提高了裝置中三相混合度,改變混合物噴入燃燒前性態,降低混合物燃點,提高燃燒速度、燃燒率。(3)解決了塑料燃燒不充分和堵槍問題。提高了高爐綠色低碳性能,強化了燃燒質量,同時解決了廢舊塑料環境污染問題和再資源化技術難題,是兼顧社會效益、環境效益和生產效益的綜合利用生產方式。
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明 圖I為本發明中噴槍實施例的主視圖;圖2為本發明中噴槍實施例的俯視圖;圖3為本發明中噴槍實施例的左視圖。圖中1直吹管,2塑料預熱預旋腔,3預混腔,4混合料輸送管,5煤粉噴嘴,6塑料噴嘴,7熱解氣輸送管。
具體實施例方式如圖I所示,該廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹用噴槍,主要包括直吹管、塑料預熱預旋腔、預混腔、熱解氣輸送管、混合料輸送管。其中,直吹管為一設置氣流通道的直管,其一端為吹入端并記為后端,另一端為吹出端并記為前端。塑料預熱預旋腔,呈圓環形,套置在直吹管的外圍;與該塑料預熱預旋腔連通設有用于噴入塑料顆粒的塑料顆粒噴嘴;預混腔,呈圓環形,也套置在直吹管的外圍,且位于塑料預熱預旋腔的前方;與該預混腔連通設有用于注入煤粉的多個煤粉噴嘴;熱解氣輸送管,設置有多根,將所述塑料預熱預旋腔與所述的預混腔連通;所述的預混腔向后延伸出多根混合料輸送管,混合料輸送管的另一端與所述直吹管的后端連通。優選的該噴槍中所述的混合料輸送管為連續的傾斜設置。更進一步的優選所述混合料輸送管的傾斜角度為12 14°。該傾斜設置及傾斜角度的設置有利于混合料的氣力輸送效率及燃料供給的充分且能有利于三相混合比例及均勻性以及有利于保持三相混合的性態。優選的,所述的直吹管、塑料預熱預旋腔、預混腔均為同軸線設置;所述的煤粉噴嘴、熱解氣輸送管、混合料輸送管分別繞該軸線均布設置。此種同軸及均布設置有利于塑料熱解氣與煤粉的混合均勻。優選的所述直吹管中氣流通道的直徑為15 25mm。該直徑尺寸對三相混合中氧氣的量有影響,從而影響三相混合后的著火點,也對混合后的燃料輸送速度有影響。經試驗后,決定采用該尺寸效果較佳。其利用上述噴槍對廢舊塑料熱解氣預混煤粉實施噴吹的方法,包括以下步驟
a)廢舊塑料在預處理后,加工成塑料顆粒;b)塑料顆粒由塑料顆粒噴嘴輸送進入塑料預熱預旋腔,形成旋流,并在該塑料預熱預旋腔內快速熱解生產烴類熱解氣體;c)煤粉噴嘴向預混腔內處注入煤粉;煤粉迅速與塑料顆粒熱解產生的熱解氣體充分混合;d)經預混后的塑料熱解氣與煤粉經混合料輸送管導出,在混合腔出口與直吹管導入的壓縮空氣混合接觸,并在吹出端高溫下開始著火,最終混合物隨直吹管進入高爐風口,開始燃燒,發生混合燃料的燃燒反應。優選的,該方法中,步驟a)中所述塑料顆粒的粒徑為3 5_。該粒徑有利于高溫熱解充分,也有利于氣力輸送即高風壓下噴吹入塑料預熱預旋腔。 優選的,步驟b)中塑料顆粒進行所述熱解的溫度為1200°C。該溫度值有利于使上述塑料顆粒充分熱解,不會產生堵槍的現象。優選的步驟c)中所述的煤粉的顆粒粒徑為05(H). 75mm。該煤粉顆粒的粒徑,有利于與熱解氣、壓縮空氣混合,且對混合后的料的著火點有影響,有利于降低著火點,有利于燃燒更充分。優選的步驟b)中所述塑料顆粒通過風壓不小于I. 5Mpa的氮氣由塑料顆粒噴嘴噴入塑料預熱預旋腔;步驟c)中所述煤粉也是通過風壓不小于I. 5Mpa的氮氣注入預混腔。保證輸送效果,不會產生堵塞。而且還有利于物料的混合更均勻,及對物料的混合比產生影響,使得物料性態保持,從而對最終的燃燒效果產生有利影響。
權利要求
1.一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹用噴槍,其特征是,包括 直吹管,為一設置氣流通道的直管,其一端為吹入端并記為后端,另一端為吹出端并記為前端; 塑料預熱預旋腔,呈圓環形,套置在直吹管的外圍;與該塑料預熱預旋腔連通設有用于噴入塑料顆粒的塑料顆粒噴嘴; 預混腔,呈圓環形,也套置在直吹管的外圍,且位于塑料預熱預旋腔的前方;與該預混腔連通設有用于注入煤粉的多個煤粉噴嘴; 熱解氣輸送管,設置有多根,將所述塑料預熱預旋腔與所述的預混腔連通; 所述的預混腔向后延伸出多根混合料輸送管,混合料輸送管的另一端與所述直吹管的后端連通。
2.根據權利要求I所述的一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹用噴槍,其特征是,所述的混合料輸送管為連續的傾斜設置。
3.根據權利要求I或2所述的一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹用噴槍,其特征是,所述的直吹管、塑料預熱預旋腔、預混腔均為同軸線設置;所述的煤粉噴嘴、熱解氣輸送管、混合料輸送管分別繞該軸線均布設置。
4.根據權利要求2所述的一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹用噴槍,其特征是所述混合料輸送管的傾斜角度為12 14°。
5.根據權利要求I所述的一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹用噴槍,其特征是所述直吹管中氣流通道的直徑為15 25mm。
6.一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹方法,其特征是,包括以下步驟 a)廢舊塑料在預處理后,加工成塑料顆粒; b)塑料顆粒由塑料顆粒噴嘴輸送進入塑料預熱預旋腔,形成旋流,并在該塑料預熱預旋腔內快速熱解生產烴類熱解氣體; c)通過煤粉噴嘴向預混腔內處注入煤粉;煤粉迅速與塑料顆粒熱解產生的熱解氣體充分混合; d)經預混后的塑料熱解氣與煤粉經混合料輸送管導出,與直吹管導入的壓縮空氣混合接觸,并在直吹管的吹出端高溫下開始著火,最終混合物隨直吹管進入高爐風口,開始燃燒,發生混合燃料的燃燒反應。
7.根據權利要求6所述的一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹方法,其特征是,步驟a)中所述塑料顆粒的粒徑為3 5mm。
8.根據權利要求7所述的一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹方法,其特征是,步驟b)中塑料顆粒進行所述熱解的溫度為1200°C。
9.根據權利要求6或7或8所述的一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹方法,其特征是步驟c)中所述的煤粉的顆粒粒徑為05(T0. 75mm。
10.根據權利要求7所述的一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹方法,其特征是步驟b)中所述塑料顆粒通過風壓不小于I. 5Mpa的氮氣由塑料顆粒噴嘴噴入塑料預熱預旋腔;步驟c)中所述煤粉也是通過風壓不小于I. 5Mpa的氮氣注入預混腔。
全文摘要
一種廢舊塑料熱解氣預混煤粉噴吹用噴槍及噴吹方法,其特征是,包括直吹管,為一設置氣流通道的直管,后端為吹入端,前端為吹出端;塑料預熱預旋腔,呈圓環形,套置在直吹管的外圍,且其連通設有塑料顆粒噴嘴;預混腔,呈圓環形,也套置在直吹管的外圍,且位于塑料預熱預旋腔前方,其連通有多個煤粉噴嘴;熱解氣輸送管,設置有多根,將所述塑料預熱預旋腔與所述的預混腔連通;預混腔向后延伸出多根混合料輸送管,混合料輸送管另一端與直吹管的后端連通。在噴吹過程中,形成氣固流場預混狀態,進而廢舊塑料迅速熱解成為氣體與煤粉一起燃燒提供熱能,這樣不僅能解決塑料堵塞噴槍口問題,又不必對現有噴吹系統進行大的改造,投入成本低,易實施。
文檔編號C21B5/00GK102758035SQ20121022905
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月4日 優先權日2012年7月4日
發明者史巖彬 申請人:史巖彬, 山東輕工業學院