一种基于拉乌尔喷管的超音速氢气喷吹系统及控制方法技术方案

一种基于拉乌尔喷管的超音速氢气喷吹系统及控制方法，利用拉乌尔喷管将氢气以超音速形式喷吹至高炉中，氢气在富氧热风环境中以湍流火焰形式发生弥散燃烧，反应速率低、局部释热少、热流分布均匀、燃烧峰值温度低，与传统直管氢气喷吹局部高温燃烧相比，反应在大区域、甚至整个直吹管进行，火焰锋面消失，可有效避免氢气燃烧局部放热对喷枪出口的热态烧损；同时在拉乌尔喷管外部辅以保护气管道，通入氮气等惰性气体，进一步避免氢气在喷枪出口局部区域快速燃烧。本发明专利技术适用于高炉喷吹氢气炼铁过程，可有效提高氢气喷枪的使用寿命，降低高炉喷氢过程中喷枪更换次数，促进高炉富氢冶炼技术的推广应用。术的推广应用。术的推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于拉乌尔喷管的超音速氢气喷吹系统及控制方法


[0001]本专利技术属于高炉炼铁喷吹氢气
，特别涉及一种基于拉乌尔喷管的超音速氢气喷吹系统及控制方法。

技术介绍

[0002]在应对气候变化和能源转型的背景下，各国都高度重视无碳和低碳能源的开发与利用，以减少碳足迹、降低碳排放为中心的冶金工艺技术变革日益受到钢铁工业的关注。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，利用氢气代替部分碳质原料(焦炭、煤粉)作为高炉冶炼熔融生铁过程的燃料及金属氧化物的还原剂，与传统的碳冶金相比，反应产物由温室气体CO2转变为水，从根本上减少钢铁生产流程碳排放量，是钢铁产业优化能源结构和工艺流程，实现绿色低碳可持续发展的有效途径之一。
[0003]目前钢铁冶炼工序中氢冶金技术主要是高炉喷吹氢气，即将氢气或富氢气体通过风口喷氢装置或炉身下部喷氢装置吹入高炉内部的炼铁方法，但氢气作为一种极易燃烧的气体，在热风直吹管高氧化性气氛环境下，喷枪出口位置氢气快速燃烧并放出大量的热，导致氢气喷枪喷头区域极易烧损；同时传统高炉氢气喷枪采用直管形式，喷枪出口局部区域氢气浓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于拉乌尔喷管的超音速氢气喷吹系统，其特征在于，包括拉乌尔喷管管体和套接其上的保护气喷管管体，所述拉乌尔喷管管体的外表面与所述保护气喷管管体的内表面之间留有环形缝隙以形成保护气通道，所述拉乌尔喷管管体的喷吹端口与所述保护气喷管管体的喷吹环缝端口具有同轴关系，所述拉乌尔喷管管体的入口端通过三通管道分别连接氢气控制阀组输出端和主吹惰性气体控制阀组输出端，所述保护气喷管管体的入口端连接保护气控制阀组输出端，保护气控制阀组输入端和主吹惰性气体控制阀组输入端均连接惰性气体气源，氢气控制阀组输入端连接氢气气源，所述拉乌尔喷管管体的入口端设置有管道气体压力传感器以控制所述喷吹端口所形成超音速射流的流速。2.根据权利要求1所述的基于拉乌尔喷管的超音速氢气喷吹系统，其特征在于，所述惰性气体采用氮气和/或氩气，所述惰性气体中氧气体积分数＜5％。3.根据权利要求1所述的基于拉乌尔喷管的超音速氢气喷吹系统，其特征在于，所述喷吹环缝端口的保护气射流一方面降低喷吹端口区域氧气浓度，达到氢气射流脱火效果，另一方面延长超音速射流核心区长度以扩大氢气在炼铁高炉炉膛中的燃烧范围。4.根据权利要求1所述的基于拉乌尔喷管的超音速氢气喷吹系统，其特征在于，所述管道气体压力传感器、主吹惰性气体控制阀组、氢气控制阀组和保护气控制阀组分别连接上位机，以使氢气与主吹惰性气体汇流后在所述喷吹端口形成超音速射流，使保护气在所述喷吹环缝端口达到预设的流量和流速。5.根据权利要求1所述的基于拉乌尔喷管的超音速氢气喷吹系统，其特征在于，所述超音速射流的速度为1～2马赫。6.根据权利要求1所述的基于拉乌尔喷管的超音速氢气喷吹系统，其特征在于，所述拉乌尔喷管管体的喷吹端口向内依次为扩张段、喉口段和收缩段，所述收缩段的入口直径为58mm
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【专利技术属性】
技术研发人员：周国成，鲁雄刚，武文合，张玉文，叶水鑫，祝凯，刘权利，杨玉文，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：