CN101605913B - 回转炉底式还原炉及其作业方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为了提供一种能够抑制回转炉底式还原炉内的氮氧化物的产生、能大幅度降低排出量的回转炉底式还原炉的燃烧方法,在装入有金属氧化物和还原剂、并通过在加热燃烧区域及还原燃烧区域中设置的燃烧器进行加热、还原的对流加热方式的回转炉底式还原炉中,使燃烧装置的理论空燃比小于0.98的还原燃烧区域占总燃烧空间的至少15%,且在炉的排放气体排出部中燃烧排放气体的氧浓度为5%以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种回转炉底式还原炉及其作业方法,该回转炉底式还原炉以铁矿石、炼钢粉尘等为原料,主要制造还原铁。
背景技术
为了对炼钢粉尘或粉矿等中所含的氧化铁进行再利用,可以实施下述方法:将它们与还原剂和粘合剂混炼、造粒以制作成块化物,再将该成块化物装入到回转炉底式还原炉中,通过加热、还原来制造还原成块化物。
回转炉底式还原炉是使通过吹入燃料和燃烧空气进行燃烧而得到的高温燃烧气体与成块化物对流来进行加热还原的还原炉。
图4是回转炉底式还原炉的概略图。还原炉1由将上述成块化物装入到炉内的装入装置1a、通过高温燃烧气体对装入的成块化物进行加热还原的燃烧空间2a,2b、及将加热后的成块化物排出到炉外的排出装置1b构成。燃烧空间中,靠近装入装置1a的一侧成为加热燃烧区域2a,靠近排出装置1b的一侧成为还原燃烧区域2b。在加热燃烧区域2a及还原燃烧区域2b中,在还原炉1的侧壁分别设置有燃烧器4、5,通过回转炉底的回转使装入的成块化物从加热燃烧区域2a通过还原燃烧区域2b而进行加热、还原,由此来制造还原铁。
装入到加热燃烧区域2a的成块化物若被燃烧器4加热,则还原开始,产生以二氧化碳为主要成分的气体。其后,成块化物的还原继续进行,移动到还原燃烧区域2b时产生以一氧化碳为主要成分的还原气体。因此,在回转炉底式还原炉的还原燃烧区域2b中,除了从燃烧器5供给的燃料之外,由成块化物产生的还原气体也成为燃烧用燃料。
在还原炉1中,由于加热燃烧区域2a和还原燃烧区域2b在炉内呈连通状态,因此在还原燃烧区域2b中产生或者吹入的气体通过加热燃烧区域2a向排放气体排出口3排出。因此在加热燃烧区域2a中导入了充分的空气, 使得从还原燃烧区域2b流入的还原性气体燃烧而利用其燃烧热。
作为回转炉底式还原炉的燃烧控制方法,例如,专利文献1中公开了一种燃烧方法,即对加热燃烧区域的炉内气体的O2浓度或CO浓度进行测定,根据测定浓度向加热燃烧区域导入空气,使在还原燃烧区域中产生的未燃气体在加热燃烧区域中燃烧。
专利文献1:日本特开平11-248359号公报
发明内容
回转炉底式还原炉在成块化物被还原的过程中所产生的一氧化碳的影响下,炉内的燃烧区域的大部分成为还原气氛炉,在原理上与一般的工业用加热炉相比较,是难以产生氮氧化物的炉。然而,实际上由于炉内温度达到1000℃以上的高温,因此在从燃烧装置吹入的燃料和空气进行燃烧时,生成相当量的氮氧化物并被排出到炉外。以前,由于回转炉底式还原炉中氮氧化物产生量与一般的工业用加热炉相同或是其以下,就没有采取特别的对策。
但是,即使在这样的回转炉底式还原炉中,如果存在如下所述的条件,也会大量产生氮氧化物。
(1)即使是还原气氛下的燃烧,如果在高温区域中相对于向燃烧装置供给的燃料过量地供给燃烧空气,则火焰部等局部地产生剩余氧,生成氮氧化物。
(2)稀薄的未燃气体通过燃烧空气燃烧时,如果供给极度过量的空气,则燃烧气体的氧化度增大,生成氮氧化物。
(3)稀薄的未燃气体通过燃烧空气燃烧时,如果在狭小空间内燃烧,则局部地成为高温,生成氮氧化物。
(4)即使是还原气氛下的燃烧,越是高温,氮氧化物的生成量就越多。
因此,本发明提供一种回转炉底式还原炉的燃烧方法,该燃烧方法通过采取能缓和这些条件的对策,从而能够抑制回转炉底式还原炉内的氮氧化物的产生,大幅度地减少排出量。
本发明在装入金属氧化物和还原剂、通过在加热燃烧区域及还原燃烧区域中设置的燃烧器进行加热、还原的对流加热方式的回转炉底式还原炉中,使燃烧装置的理论空燃比小于0.98的还原燃烧区域占总燃烧空间的至少15%、且炉的排放气体排出部中燃烧排放气体的氧浓度在5%以下。。
另外,使燃烧装置的理论空燃比(theoretical air-fuel ratio)小于0.96的还原燃烧区域占总燃烧空间的至少10%、且炉的排放气体排出部中燃烧排放气体的氧浓度在5%以下。
通过设定为上述构成,由于还原气氛强,即使在以往被认为可以是氧化燃烧的区域中也变成从燃烧装置吹入的燃料与燃烧空气的比值比理论空燃比小的还原燃烧,不会局部地产生剩余氧,因此能大幅度降低氮氧化物的生成量和排出量。而且,在通过还原燃烧将剩余的炉内的未燃气体燃烧来对燃料进行有效利用时,通过不供给过度的燃烧用氧,可以将燃烧排放气体的氧化度抑制在低水平,能够大幅度地降低氮氧化物的生成量。
本发明进一步使在对炉内的未燃气体进行完全燃烧的完全燃烧区域中只吹入空气、或者使燃烧装置的理论空燃比为1.2以上,且该完全燃烧区域的容积是总燃烧区域的至少10%。由此,通过还原燃烧将剩余的炉内的未燃气体燃烧来对燃料进行有效利用时,由于能够确保充分的燃烧空间,因此不会局部地变成高温,能够降低氮氧化物的生成。
另外,通过使还原燃烧区域的平均温度低于1350℃而使得温度不过度地高,从而能抑制氮氧化物的生成。
根据本发明,能抑制回转炉底式还原炉内的有害的氮氧化物的生成,大幅度地降低排出量。其结果是,可以不需要高价的排烟脱硝装置。
附图说明
图1是根据本发明得到的回转炉底式还原炉的说明图。
图2是表示由炉内的总燃烧空间中的原料产生的CO生成量及CO2生成量的变化的图表。
图3是表示还原区域内的平均空燃比与在总燃烧空间中还原燃烧空间所占的比例的关系的图表。
图4是回转炉底式还原炉的概略图。
附图标记
1:回转炉底式还原炉
1a:装入装置
1b:排出装置
2a:加热燃烧区域
2b:还原燃烧区域
3:排放气体排出口
4:燃烧器
5:燃烧器
具体实施方式
图1是根据本发明得到的回转炉底式还原炉的说明图,是为了便于说明而将回转炉底式还原炉展开、以直线状进行图示的说明图。
本发明中使用的回转炉底式还原炉的构成与图4所示的以往的回转炉底式还原炉相同。用装入装置将对金属氧化物和还原剂进行混合、造粒而得到的成块化物装入到炉内,通过回转炉底的回转,在加热燃烧区域中对成块化物进行加热。加热了的成块化物在还原燃烧区域中被最终还原,作为还原制品被排出装置排出到炉外。在加热燃烧区域及还原燃烧区域中分别在还原炉的侧壁设置燃烧器或空气喷嘴来作为燃烧装置。还原燃烧区域中产生的还原性气体与成块化物的回转方向对流地通过加热燃烧区域,从排放气体排出口排出。向在侧壁上配置的燃烧装置中供给燃料和燃烧空气,并使其燃烧。
实施例1
表1表示本发明的实施例。
[表1]
A | B | C | D | E | F | |
还原燃烧区域比例(容积比例) | 21% | 10.5% | 32% | 25% | 10.50% | 10.50% |
还原燃烧区域的空燃比 | 0.8 | 0.76 | 0.96 | 0.97 | 0.9 | 1.02 |
还原燃烧区域的平均温度 | 1260 | 1290 | 1280 | 1180 | 1320 | 1280 |
完全燃烧区域比例(容积比例) | 0.29 | 0.15 | 0.32 | 0.25 | 0.15 | 15% |
完全燃烧区域的空燃比 | ∞ | 1.72 | ∞ | ∞ | 1.25 | 2.0 |
排放气体NOx ppm(O2=15%换算) | 42 | 39 | 41 | 69 | 81 | 132 |
燃烧排放气体的氧浓度 | 2.0% | 4.5% | 3.0% | 4.8% | 2.0% | 4.0% |
图2是表示由炉内的总燃烧空间中的原料产生的CO生成量及CO2生成量的变化的图表。
加热燃烧区域(图中左侧)中,通过从还原燃烧区域流入的CO的燃烧,CO慢慢减少并完全燃烧,从排放气体排出口排出。在与加热燃烧区域相连的还原燃烧区域中,CO的生成量慢慢变多而成为还原气氛,不久由原料产生的CO及CO2的生成量减少。
表1是在不同的作业条件下对氮氧化物的排出量进行测定而得到的数据。这些测定是在还原燃烧区域的温度低于1350℃、排放气体中的氧浓度为5%以下的条件下进行作业时而被实施的。
图3是表示将这些数据按照还原区域内的平均空燃比和在总燃烧空间中还原燃烧空间所占的比例的关系进行整理而得到的结果的图表。图3中标绘的从A到F的数据示出了:还原燃烧区域的比例越高,另外,在该区域内的燃烧装置的理论空燃比越低,氮氧化物的排出量就越低,在其变化的程度上具有一定的相关性。
作为本发明要解决的课题即氮氧化物的抑制的基准,跟与回转炉底式还原炉同样地制造还原铁的设备的代表即熔矿炉的氮氧化物排出基准值相同。即,在残存氧浓度为15%下氮氧化物排出量为100ppm。
在还原区域内的平均空燃比与在总燃烧空间中还原燃烧空间所占的比例的关系中,氮氧化物浓度变成100ppm的条件能容易地由图3求出。
本发明中,用燃烧装置的理论空燃比小于0.98的还原燃烧区域占总燃 烧空间的至少15%且在炉的排放气体排出部中燃烧排放气体的氧浓度为5%以下的范围、及以区域内的总量计燃烧装置的理论空燃比小于0.96的还原燃烧区域占总燃烧空间的至少10%的范围来表现由上述的图3所求得的氮氧化物浓度为100ppm以下的条件。
另外,为了使还原燃烧区域的温度不过度地高,将还原燃烧区域的平均温度控制在低于1350℃。
而且,从表1可知,在对炉内的未燃气体进行完全燃烧的完全燃烧区域内只吹入空气、或者以区域内的总量计燃烧装置的理论空燃比为1.2以上,且使该完全燃烧区域的容积占总燃烧区域的至少10%。由此,在通过还原燃烧将成为剩余的炉内的未燃气体燃烧来对燃料进行有效利用时,能确保充分的燃烧空间,能够抑制氮氧化物的生成。
Claims (6)
1.一种对流加热方式的回转炉底式还原炉,其装入有金属氧化物和还原剂,并通过在加热燃烧区域及还原燃烧区域中设置的燃烧器进行加热、还原,其特征在于,以区域内的总量计,燃烧装置的理论空燃比小于0.98的还原燃烧区域占总燃烧空间的至少15%,且在炉的排放气体排出部中,燃烧排放气体的氧浓度为5%以下。
2.一种对流加热方式的回转炉底式还原炉,其装入有金属氧化物和还原剂,并通过在加热燃烧区域及还原燃烧区域中设置的燃烧器进行加热、还原,其特征在于,以区域内的总量计,燃烧装置的理论空燃比小于0.96的还原燃烧区域占总燃烧空间的至少10%,且在炉的排放气体排出部中,燃烧排放气体的氧浓度为5%以下。
3.根据权利要求1或2所述的对流加热方式的回转炉底式还原炉,其特征在于,在对炉内的未燃气体进行完全燃烧的完全燃烧区域内只吹入空气、或者燃烧装置的理论空燃比为1.2以上,且使该完全燃烧区域的容积占总燃烧区域的至少10%。
4.根据权利要求1或2所述的对流加热方式的回转炉底式还原炉,其中,还原燃烧区域的平均温度低于1350℃。
5.根据权利要求3所述的对流加热方式的回转炉底式还原炉,其中,还原燃烧区域的平均温度低于1350℃。
6.一种对流加热方式的回转炉底式还原炉的作业方法,其装入金属氧化物和还原剂,并通过在加热燃烧区域及还原燃烧区域中设置的燃烧器进行加热、还原,其特征在于,按照下述方式使燃烧器燃烧:以区域内的总量计,燃烧装置的理论空燃比小于0.98的还原燃烧区域占总燃烧空间的至少15%,且在炉的排放气体排出部中,燃烧排放气体的氧浓度为5%以下。
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |