CN103088185A - 一种煤基直接还原铁竖炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤基直接还原铁竖炉，属于煤基直接还原铁过程装备技术领域；所述煤基直接还原铁竖炉的炉体架设于支撑钢结构上，炉体包括还原腔室、燃烧腔室和出料装置，所述还原腔室是由两平行导热墙组成的长方体结构腔体，还原腔室上下部分别设置有密封进料口和密封出料口，设置有多层水平的燃气折流通道的燃烧腔室位于还原腔室的两侧，所述出料装置为螺旋输送机，螺旋输送机的筒状外壳为夹套水冷却结构，螺旋转轴为中空水冷却结构；本发明的煤基直接还原铁竖炉，与传统管状还原腔体相比，其热传递效率高，炉内球团物料内外层加热均匀，能有效的降低还原铁的能源消耗，并提高生产质量和单炉的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种竖炉，尤其是一种煤基直接还原铁竖炉，属于煤基直接还原铁过程装备技术领域。
背景技术
煤基直接还原相对于气基直接还原工艺而言，是指直接以煤作还原剂的工艺。在现有煤基直接还原铁工艺竖炉技术中，氧化球团是在炉内的管状还原腔室完成加热和还原过程，再从炉底通过出料装置直接排出到输送设备，送去进行冷却、渣铁分离或者送达冶炼工序进行深加工。现有煤基直接还原铁竖炉结构因其还原腔室大而短、氧化球团在管状腔体内受热面积小、球团受热不均匀、高温燃气对还原腔室加热停留时间短，导致煤基直接还原铁工艺能源消耗高、产能低，同时，而现有竖炉出料装置在生产中容易导致高温还原球团与空气接触而发生二次氧化，同时也因其结构复杂、降温效果、出料效率低，自动化程度低的缺点，而不能满足还原铁生产要求。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种煤基直接还原铁竖炉，这种竖炉能有效的降低还原铁的能源消耗低、提高生产产能和生产效率，同时，竖炉配套的出料装置，这种出料装置具有结构简单、降温效果好、密封性好，以满足还原铁生产，提高还原铁的生产质量。
本发明采用的技术方案如下：
一种煤基直接还原铁竖炉，炉体架设于支撑钢结构上，炉体包括还原腔室、燃烧腔室和出料装置，所述还原腔室是由两平行导热墙组成的长方体结构腔体，还原腔室顶部设置有密封进料口，底部设置有密封出料口，且密封出料口与所述出料装置连接；所述燃烧腔室位于还原腔室的两侧，燃烧腔室设置有燃料喷嘴和尾气出口，且内部还设置有多层水平的燃气折流通道；所述出料装置为螺旋输送机，螺旋输送机的筒状外壳为夹套水冷却结构，螺旋转轴为中空水冷却结构。
由于采用了上述技术上方案，本发明的煤基直接还原铁竖炉，其还原腔室创造性的采用两平行的导热墙组成的长方体结构以替代传统的管状还原腔室，导热墙是采用高铝砖和碳化硅砖堆砌做成，具有耐高温、耐氧化和传热效果好的特点，可以满足竖炉的使用需求；本发明的还原腔体在长度、高度和宽度上可以灵活调节，燃烧腔室位于还原腔室的两侧，矩形腔体结构的燃烧腔室在高度和宽度上与还原腔室相匹配，燃烧腔室与还原腔室以导热墙为间隔，如为多个还原腔室结构，则形成燃烧腔室与还原腔室间隔布置的排布结构，即燃烧腔室的两侧均为还原腔室，提高燃烧腔室的热利用率；相比于传统的管状还原腔体，这种宽、高、薄的矩形腔体结构克服了管状还原腔体加热面积不足，物料中部加热不够的缺点，更有利于球团物料的均匀加热，保证还原反应中得到足够的热量用于还原反应，提高产率和生产效率；作为常规惯用手段，还原腔室的顶部一般设计为梯形或者锥型结构，底部一般设计成漏斗的结构以方便出料，在本发明中，所述还原腔室的进料口和出料口均采用密封的结构，能为还原腔体提供良好的反应气氛，这种密封输料装置作为煤基直接还原铁竖炉一种连续或不连续受料或者出料装置，属于现有技术范围，可以根据整个煤基直接还原铁竖炉直接还原生产线的布置进行选择，可以是溜槽，也可以是其它钢结构输料装置，密封进料口的前端可以与原料漏斗和仓库相连接，进料口的个数可以根据炉体还原腔体的宽度进行一个或多个布置；本发明的燃烧腔室，燃料通过燃料喷嘴进入并燃烧，高温烟气沿燃烧腔室内部设置的多层水平的燃气折流通道上升，最后从尾气出口排出，极大的提高了高温烟气在燃烧腔室的停留时间，为原料球团进行提供足够的加热强度，也提高了燃料的热利用率，燃烧腔室的整个燃气折流通道上，可以不仅仅设置一个燃料喷嘴，可以根据生产需求在中部设置辅助的燃料喷嘴进行辅助热量供给；在还原腔室的密封出料口设置有的出料装置为螺旋输送机，结构简单、可靠性高、调节灵活，其外壳采用夹套水冷换热结构，螺旋转轴也为中空结构，能够通入冷却水，物料从还原腔室出来以后，通过螺旋转轴上螺旋桨叶的带动将物料输送出去，本发明采用的螺旋输送机能够根据生产需求灵活的进行调节其转速达到控制还原腔室出料速度，由于螺旋输送机的水冷设计，能够在高温物料输送中起到保护螺旋输送机的作用，还可以在输送过程中通过外壳夹套和中空螺旋转轴对物料进行冷却，通过螺旋转轴的转动，物料在输送过程中进行不断的混合，进一步增强冷却效果，螺旋输送机能灵活的通过设计螺旋输送机长度调节冷却效果，达到工艺设计球团出口温度指标，螺旋输送机端部的出料口也为密封出料口，使得壳体内部能做到很好的密封，防止空气和高温球团接触发生二次氧化而降低产品质量，螺旋输送机包括设置于螺旋转轴上配套的减速装置和带动减速装置的电机设备。
所述还原腔室下部设置有至少两个密封出料口，各密封出料口（6）均与同一螺旋输送机连接，所述螺旋输送机的螺旋桨叶的螺距沿物料输送方向增大。
由于采用了上述技术方案，还原腔室下部设置的多个密封出料口，能够满足跨度较大的还原腔室出料需求，保证还原腔室内两边和中间的球体在炉内的停留时间具有一致性，提高生产的质量，同时这种多个密封出料口的设计，能够提高单个炉体的产能，特别适合大规模生产所采用，还原腔室的具体个数可根据还原腔体的跨度、高度进行综合设计确定，在多个密封出料口设计思路中，由于多个密封出料口公用一台螺旋输送机，本发明创造性的采用变螺距螺旋桨叶设计，在沿螺旋输送机内物料传输方向上螺距增大，这种增大螺距方式可以为螺距在各密封出料口处突然增大，也可以为逐渐增大，同一还原腔体上随着出料口个数的增加，螺旋输送机内的产品球团数量会逐级增加，这种变螺距设计避免为保证出料的输送能力，克服了需通过增加壳体的直径而导致各个出料口处于不同高度位置，或者需要将螺旋输送机倾斜布置的缺点，巧妙的消除了上述措施对各个密封出料口出料速率的影响，同时又满足了物料输送能力，避免螺旋输送机内物料的阻塞。
进一步的，所述螺旋桨叶沿物料输送方向，下一密封出料口所在处的螺距，较上一密封出料口所在处的螺距，其增量不低于第一个密封出料口所在处螺旋桨叶的螺距量。
由于采用了上述技术方案，在同样的直径下，通过各密封出料口处螺距至少按第一个密封出料口处螺距为基数递增，能够很好的满足各级物料的传输，同时还能留下足够富裕的操作空间，增强生产的灵活性，例如：沿物料输送的方向，第一个密封出料口处螺旋桨叶的螺距为a，则以下各处分别为: ≥2a、≥3a 、≥4a，并以此类推。
所述燃烧腔室在沿炉体高度方向上设置有5-24层燃气折流通道。
由于采用了上述技术方案，5-24层燃气折流通道能够很好的满足燃烧要烟气在燃烧腔室内的停留时间，以提高其传热效率。
所述还原腔室还设置有还原性气体导入口和还原性气体导出口，所述还原性气体导出口通过管道连接至燃烧腔室。
由于采用了上述技术方案，所述还原性气体导入口能够在炉内球团含碳量不足的情况下进行还原性气体额外补充，提高还原质量和效率，或者通过还原性气体的导入来增加炉内的还原气氛，还原性气体导出口在炉内为炉内存在过多的未消耗还原性气体情况下，将炉内气体引出至燃烧腔室燃烧，提高物料的利用率，能够在一定程度上节省燃料的消耗。
所述密封进料口和密封出料口与还原腔室的连接处，还分别设置有球团截断装置。
由于采用了上述技术方案，球团截断装置能够对球团进行截断，也对炉内的气体有一定的截断作用，起到增加和平衡炉内气体压力的作用，本设计主要是用于在发生生产事故时，对原料进行截断便于处理突发事故，球团截断装置可以为普通的挡板或者通过制动控制进行开合的挡板。
所述还原腔室顶部还设置有物料检测装置。
由于采用了上述技术方案，物料检测装置能够用于还原腔室内物料堆积高度和堆料量的检测，可以为螺旋输送机的出料速度和密封进料口进料操作提供依据，所述物料检测装置可以是高温雷达料面仪或称重式料量检测装置或其它可以测量受热腔体内物料装入量的装置，其安装在还原腔室上部。
所述还原腔室和燃烧腔室在沿炉体高度方向上，均分布有温度检测装置。
由于采用了上述技术方案，温度检测装置能够对还原腔室的球团堆料层及燃烧腔室内各段的温度进行检测，为炉内还原情况作出判断，并根据此检测信号调节加热量或者调整球团进料和出料速度。
所述炉体设置有至少2个还原腔室和至少3个燃烧腔室，且还原腔室和燃烧腔室相间排列布置，各还原腔室均分别设置有螺旋输送机。
由于采用了上述技术方案，所述还原腔室和燃烧腔室相间排列布置，即：还原腔室和燃烧腔室以导热墙为间隔布置，并各还原腔室和燃烧腔室相间排列，一个燃烧腔室能对两侧相邻的的还原腔室进行加热，有效地提高了热利用率，避免了传统单边加热造成的热量浪费，单个炉体设置的还原腔室和燃烧腔室越多，单位产品热量损失越小。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的一种煤基直接还原铁竖炉，与传统管状还原腔体相比，其热传递效率高，炉内球团物料内外层加热均匀，能有效的降低还原铁的能源消耗，并提高生产质量和单炉的生产效率；同时，竖炉配套的出料装置，这种出料装置具有结构简单、降温效果好、密封性好，能有效的提高还原铁出口冷却的效率满足还原铁生产；本发明的竖炉能相当方便简单的在单个炉体上通过布置多个并排的还原腔室和燃烧腔提高单个炉体的生产规模，且不会造成炉体结构复杂程度增加，并且单个还原腔室的尺寸规模控制灵活，特别适合大规模生产，经济效益和社会效益显著。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的炉体剖面结构示意图；
图2是本发明图1中A-A向剖面示意图；
图3是本发明图1中B-B向剖面示意图；
图4是本发明螺旋输送机变螺距结构示意图；
图5是本发明螺旋输送机另一变螺距结构示意图。
图中标记：1-支撑钢结构、2-还原腔室、3-燃烧腔室、4-导热墙、5-密封进料口、6-密封出料口、7-燃料喷嘴、8-尾气出口、9-燃气折流通道、10-筒状外壳、11-螺旋转轴、12-螺旋桨叶、13-还原性气体导入口、14-还原性气体导出口、15-物料检测装置、16-温度检测装置、17-电机、18-减速装置、19-还原球团。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求和摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例
本发明的煤基直接还原铁竖炉，炉体整体架设于支撑钢结构1上，炉体上设置有两个还原腔室2和三个燃烧腔室3，还原腔室2与燃烧腔室3通过导热墙4为分隔间隔布置，形成还原腔室2两外侧各有一个燃烧腔室3，两还原腔室2之间共用一个燃烧腔室3的结构（如图1所示），所示导热墙4采用高铝砖和碳化硅砖堆砌做成。
所述还原腔室2上部设置有密封进料口5，密封进料口5为耐高温的溜槽，密封进料口5与还原腔室2之间还设置有抽插式挡板结构的球团截断装置（图中未示意出），还原腔室2的内顶部设置有物料检测装置15用于采集还原腔室2内部物料堆积位置信号，还原腔室2的下部设置有还原性气体导入口13，上部还设置有还原性气体导出口14，用于炉内还原性气体的导入导出，还原性气体导出口14通过管道连接至燃烧腔室3内，将还原性气体再次燃烧为还原提供热量，还原腔室2在沿炉体高度方向上还设置有一组热电偶温度检测装置16用于检测还原腔室2内的各堆积高度上的温度，还原腔室2下部沿其长度的方向上设置有两个密封出料口6，还原腔室2下部各密封出料口6的位置处为漏斗形结构，以便于物料的输出，密封出料口6与出料装置相连接，还原腔室2结构及物料堆积示意如图3所示。
所述燃烧腔室3的底部设置有燃料喷嘴7，顶部设置有尾气出口8，内部设置有水平布置的燃气折板构成燃气折流通道9，在整个燃烧腔室3的高度上设置有5-24层燃气折流通道9，其具体数量可以根据炉体生产规模进行设计，在沿燃烧腔室3高度方向上还设置有一组热电偶温度检测装置16，用于检测各层燃气折流通道9的温度，燃烧腔室3结构及高温燃烧烟气流动示意如图2所示。
所述出料装置为螺旋输送机，所述螺旋输送机由套设于筒状外壳10内的螺旋转轴11和设置于螺旋转轴11上的螺旋桨叶12组成，还包括与螺旋转轴11相连接的减速装置18和电机17（如图3所示），螺旋输送机筒状外壳10的两端部均为密封结构，输出端部的出料装置也为密封出料结构，防止高温的产品球团与空气接触二次氧化，筒状外壳10的外部设置有夹套水冷却结构，螺旋转轴11为中空的水冷却结构，能够在筒状外壳10和螺旋转轴11中通入冷却水，在物料输送过程中进行冷却；由于还原腔室2设置了两个密封出料口6，两密封出料口6均与同一个螺旋输送机连接，为了保证物料的顺利传输，螺旋桨叶12的设计为变螺距设计，沿物料传输方向上，第二个密封出料口6处螺旋桨叶12螺距为第一个密封出料口6处螺旋桨叶12螺距的一倍或一倍以上，这种变螺距设计可以为突然增大（如图4所示），也可以为逐渐增大（如图5所示），如密封出料口6的个数为2个以上，则下一出料口螺距较前一出料口螺距依次增加一倍或一倍以上，螺旋输送机剖面结构示意图如图4和图5所示。
本发明的煤基直接还原铁竖炉，原腔室2的个数可根据生产规模需求确定单个还原腔室2的长度及还原腔室2上的密封出料口6个数均可以根据生产规模灵活确定。
本发明的煤基直接还原铁竖炉工作过程如下：还原球团19从煤基直接还原铁竖炉上部料仓进入密封进料口5，由密封进料口5送入耐高温还原腔室2，球团在还原腔室2内由上向下移动，燃烧腔室3内的高温燃气沿多层水平高温燃气折流通道9，通过导热墙4为还原腔室2内的球团加热，利用球团自带的还原剂，在逐渐加热到高温进行还原反应，球团进行还原反应过程中产生的还原性气体由还原性气体导出口14导出到燃料喷嘴7所在燃烧腔室3处继续燃烧，高温球团在还原腔室2从上到下移动的时间即为球团的还原时间，经过一定还原时间后到球团达到还原腔室2底部的密封出料口6处，并通过螺旋输送机输送和冷却后进入下步工序。
本发明的一种煤基直接还原铁竖炉，与传统管状还原腔体相比，其热传递效率高，炉内球团物料内外层加热均匀，能有效的降低还原铁的能源消耗，并提高生产质量和单炉的生产效率；同时，竖炉配套的出料装置，这种出料装置具有结构简单、降温效果好、密封性好，能有效的提高还原铁出口冷却的效率满足还原铁生产；本发明的竖炉能相当方便简单的在单个炉体上通过布置多个并排的还原腔室和燃烧腔提高单个炉体的生产规模，且不会造成炉体结构复杂程度增加，并且单个还原腔室的尺寸规模控制灵活，特别适合大规模生产，经济效益和社会效益显著。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种煤基直接还原铁竖炉，炉体架设于支撑钢结构（1）上，炉体包括还原腔室（2）、燃烧腔室（3）和出料装置，其特征在于：所述还原腔室（2）是由两平行导热墙（4）组成的长方体结构腔体，还原腔室（2）顶部设置有密封进料口（5），底部设置有密封出料口（6），且密封出料口（6）与所述出料装置连接；所述燃烧腔室（3）位于还原腔室（2）的两侧，燃烧腔室（3）设置有燃料喷嘴（7）和尾气出口（8），且内部还设置有多层水平的燃气折流通道（9）；所述出料装置为螺旋输送机，螺旋输送机的筒状外壳（10）为夹套水冷却结构，螺旋转轴（11）为中空水冷却结构。
2.如权利要求1所述的煤基直接还原铁竖炉，其特征在于：所述还原腔室（2）下部设置有至少两个密封出料口（6），各密封出料口（6）均与同一螺旋输送机连接，所述螺旋输送机的螺旋桨叶（12）的螺距沿物料输送方向增大。
3.如权利要求2所述的煤基直接还原铁竖炉，其特征在于：所述螺旋桨叶（12）沿物料输送方向，下一密封出料口（6）所在处的螺距，较上一密封出料口（6）所在处的螺距，其增量不低于第一个密封出料口（6）所在处螺旋桨叶（12）的螺距量。
4.如权利要求1所述的煤基直接还原铁竖炉，其特征在于：所述燃烧腔室（3）在沿炉体高度方向上设置有5-24层燃气折流通道（9）。
5.如权利要求1所述的煤基直接还原铁竖炉，其特征在于：所述还原腔室（2）还设置有还原性气体导入口（13）和还原性气体导出口（14），所述还原性气体导出口（14）通过管道连接至燃烧腔室（3）。
6.如权利要求1所述的煤基直接还原铁竖炉，其特征在于：所述密封进料口（5）和密封出料口（6）与还原腔室（2）的连接处，还分别设置有球团截断装置。
7.如权利要求1所述的煤基直接还原铁竖炉，其特征在于：所述还原腔室（2）顶部还设置有物料检测装置（15）。
8.如权利要求1所述的煤基直接还原铁竖炉，其特征在于：所述还原腔室（2）和燃烧腔室（3）在沿炉体高度方向上，均分布有温度检测装置（16）。
9.如权利要求1至8任一项所述的煤基直接还原铁竖炉，其特征在于：所述炉体设置有至少2个还原腔室（2）和至少3个燃烧腔室（3），且还原腔室（2）和燃烧腔室（3）相间排列布置，各还原腔室（2）均分别设置有螺旋输送机。
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