CN103409585B - 连续外热式还原气直接还原铁综合装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开连续外热式还原气直接还原铁综合装置的控制方法，（1）、工控中心通过斗提机、进料皮带输送机控制向预热仓的料仓中加入的块矿或铁矿球团粒料，又控制加料阀开启或关闭，控制预热后的块矿或铁矿球团进入还原室的入炉量；（2）、工控中心根据燃烧室温度表测得的温度进行综合评估块矿或铁矿球团还原情况控制旋转换向电机的转动频率和空气风机、煤气风机、废气风机的风量大小对外燃气加热装置、内燃气加热装置的煤气燃烧进行控制，从而对块矿或铁矿球团还原反应进行调整；（3）、工控中心通过废气风机将燃烧后的废气进行水沐净化；（4）、工控中心调整喷洒水泵的泵水量实现对燃烧后的废气泵入尾气、还原后尾气的净化。

Description

连续外热式还原气直接还原铁综合装置的控制方法

技术领域

本发明涉及气基法还原铁的控制技术，特别是连续外热式还原气直接还原铁综合装置的控制方法。

背景技术

目前，生产直接还原铁(DRI)按使用还原剂不同，主要有煤基法和气基法两大类。气基法主要以天然气或用煤制造还原气或以焦炉煤气（COG）、转炉炉气和（或）高炉（BF）炉顶煤气代替天然气为还原剂和热源，煤基法以煤炭为还原剂和热源。煤基法有多种工艺，但生产效率低、投资高、污染大，使得气基法成为直接还原炼铁的主流。

传统的气基法以竖炉直接还原工艺为技术趋势，随着气基竖炉直接还原技术的发展，现也有许多的文献技术介绍，如专利文献CN102304599A介绍了一种气基还原竖炉生产直接还原铁的方法与装置，本文献主要是将焦炉煤气先分离出H2和林德气体，再将H2与煤制气混合加热成为还原气，林德气体做为冷却气体，此技术的缺点是将H2与煤制气混合加热需要消耗热能，生产成本会增加；另外关于气基法专利文献如CN1896286B介绍一种铁矿煤球团自产还原气生产直接还原铁的方法，利用加热的还原气通入还原竖炉中，加热新的铁矿煤球团，产生新的热解气H2、CO和炉顶气CO2、H2O，形成内生还原气的循环生产与使用，此技术的缺点是产生新的热解气H2、CO实际很容易在炉体燃烧生成CO2、H2O，得到的H2、CO很少，很难实现连续、高效、大量还原铁生产。

鉴于此，本发明人对气基竖炉直接还原工艺进行了深入的分析和研究，发明了一整套新的气基竖炉直接还原铁综合工艺技术。

发明内容

本发明提供连续外热式还原气直接还原铁综合装置的控制方法，该控制方法由将直接还原铁预热、还原、加热和冷却、尾气净化各工艺中的电器整合在一起，以实现对各工艺的控制与整体协调，实现自动连续大量直接还原铁的还原生产。

本发明通过以下技术方案实现：连续外热式还原气直接还原铁综合装置的控制方法，该方法涉及设备包括包括工控中心以及与工控中心分别相联的斗提机、皮带输送机、加料阀、螺旋排料器、燃烧室温度表、旋转换向电机、空气风机、煤气风机、废气风机、喷洒水泵，步骤是：

（1）、工控中心通过斗提机、进料皮带输送机控制向预热仓的料仓中加入的块矿或铁矿球团粒料，又控制加料阀开启开启或关闭，从而控制下料仓中预热后的块矿或铁矿球团通过入炉布料通道进入还原装置的还原室的入炉量；

（2）、工控中心根据燃烧室温度表测得的温度进行综合评估块矿或铁矿球团还原情况控制旋转换向电机的转动频率和空气风机、煤气风机、废气风机的风量大小对外燃气加热装置、内燃气加热装置的煤气燃烧进行控制，从而对块矿或铁矿球团还原反应进行调整；

（3）、工控中心通过废气风机将外燃气加热装置、内燃气加热装置中燃烧后的废气泵入尾气的水沐净化器中进行净化；

（4）、工控中心调整喷洒水泵的泵水量实现对燃烧后的废气泵入尾气、还原后尾气的净化。

本发明将直接还原铁预热、还原、加热和冷却、尾气净化各工艺中的电器整合在一起进行控制，以实现单独对各工艺的控制，又实现对完整的系统工艺协调，实现自动连续大量直接还原铁的还原生产。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的连续外热式还原气直接还原铁炉示意图。

图2是本发明的气体换向器示意图。

图3是本发明的气体换向器上盘示意图。

图4是本发明的气体换向器下盘示意图。

图5是图3中A－B处剖视示意图。

图6是本发明的气体换向器与燃气加热器管网连接示意图。

图7是本发明的连续外热式还原气直接还原铁炉截面示意图一，亦即图1中t-t处截面示意图。

图8是本发明的连续外热式还原气直接还原铁炉截面示意图二，亦即图1中u-u处截面示意图。

图9是本发明的连续外热式还原气直接还原铁炉截面示意图三，亦即图1中v-v处截面示意图。

图10是本发明的连续外热式还原气直接还原铁炉截面示意图四，亦即图1中x-x处截面示意图。

图11是本发明的连续外热式还原气直接还原铁炉截面示意图五，亦即图1中y-y处截面示意图。

图12是本发明的连续外热式还原气直接还原铁炉炉截面示意图六，亦即图1中z-z处截面示意图。

图13是本发明的工控中心电气连接示意图。

图14是本发明的连续外热式还原气直接还原铁综合装置组成示意图。

图15是本发明的预热仓横截面示意图，亦即图17中b-b处截面示意图。

图16是本发明的预热仓的剖视示意图，亦即图17中a-a处截面示意图。

图17是本发明的预热仓示意图，亦即图17中a-a处截面示意图。

图18是本发明的尾气水沐净化器的雾化喷洒在净化筒体内呈环状布置示意图，亦即图14中d-d处截面示意图。

具体实施方式

本发明的外热式还原气直接还原铁炉综合组成工艺的具体实施例主要在以下予以详细介绍。

第一部分块矿或铁矿球团原料制备

通过破碎筛分选出8-30mm块矿（原料），筛下物经高压力成球机加工成不掺粘合剂的15mm左右粒度的球团（原料），在这个粒度范围内块矿或铁矿球团还原反应更充分，但这不构成本发明对所需要的块矿或铁矿球团的大小限制。

第二部分块矿或铁矿球团预热

如图15、图16、图17、图14所示：预热仓1，包括壳体11、热气换热器13、下料仓14、冷凝水排放管125；壳体11内形成用于块矿或铁矿球团预热的料仓111，料仓111相对封闭，顶部只设有进料口112，在进料口112处设有皮带输送机17，下料仓14设置在壳体11底部与料仓111相通，下料仓14用于暂时存放预热后的块矿或铁矿球团，下料仓14底部接具有气密闭功能的加料阀15。

如图14、图15、图16、图17所示，热气换热器13包括高温热气进入通道131、高温热气进入室132、散热管133、散热管串接通道134、低温气体排出室136；高温热气进入通道131下端接冷凝水排放管125，在冷凝水排放管125上方，还原后尾气排出通道85接在高温热气进入通道131上，高温热气进入通道131上端与高温热气进入室132相通，高温热气进入室132设置在壳体21的一侧壁上，低温气体排出室136设置在高温热气进入室132相对一面侧壁上，低温气体排出室136设有低温气体排出通道138，低温气体排出室136的底部设有冷凝水排放支管126，冷凝水排放支管126与下方冷凝水排放管125接通；数条散热管串接通道134两两并行横穿在壳体11的料仓111内部，接在高温热气进入室132与低温气体排出室136之间，上一条散热管串接通道134的一端1341与高温热气进入室132相通而另一端1342封闭，下一条散热管串接通道134的一端1341封闭而另一端1342与低温气体排出室136之间，依此类推。

如图15、图16、图17所示，数条散热管133亦采用金属材料制成，数条散热管133在散热管串接通道134上间隔排列，散热管133呈“U”型，一端接在并行上一条散热管串接通道134上，另一端接在并行下一条的散热管串接通道134上，将两两并行的散热管串接通道134相互贯通，即将高温热气进入室132与低温气体排出室136接通，本例设置多条散热管133和散热管串接通道134，以增加与块矿或铁矿球团的接触面积，提高对块矿或铁矿球团预热效率。

如图17、图16所示，U型散热管133呈倒U型间隔连接在散热管串接通道134上，散热管串接通道134呈上下两排排列，当然可适当增加或减少U型散热管133在散热管串接通道134上的数量和散热管串接通道134本身的数量，这根据需要预热的块矿或铁矿球团的量、湿度和温度等情况而定。

如图17、图16所示，U型散热管133呈倒U型，倒U型顶部呈锲形1331，这有利于块矿或铁矿球团的散落。

如图13、图14所示，通过斗提机18置于皮带输送机17的一端，皮带输送机17的另一端置于进料口112处，斗提机18、皮带输送机17与工控中心90相联，由工控中心90自动控制通过斗提机18、皮带输送机17的工作。

本例块矿或铁矿球团预热方法是：

（1）、如图14所示，通过斗提机18将块矿或铁矿球团送到皮带输送机17，皮带输送机17将块矿或铁矿球团从预热仓1的料仓111的进口112中送入到料仓111中；

（2）、同时将高温还原后尾气通过还原尾气排出通道85、高温热气进入通道131通入高温热气进入室132中，再通过散热管串接通道134流入散热管133中，再通过与散热管133相连的另一条相邻散热管串接通道134流入低温气体排出室136中，最后低温气体排出通道138排出；

（3）、预热后的块矿或铁矿球团最后落入壳体11下部的下煤仓14中暂时存放，用于下一道还原气直接还原铁工序，从而又通过斗提机18、皮带输送机17不断向壳体11的料仓111中补充新的块矿或铁矿球团，实现对块矿或铁矿球团的连续脱水干燥；

（4）高温还原后尾气中的水汽经热气换热器13对块矿或铁矿球团换热而冷却成水，冷凝水通过高温热气进入通道131和冷凝水排放支管126回流至下方冷凝水排放管125排放。

本例通过高温还原后尾气对料仓111中的块矿或铁矿球团进行预热，既利用高温还原后尾气的热能，又同时对高温还原后尾气排出温度得以降低，不需要消耗额外的能源，节省生产成本；还原后尾气中水汽冷凝水又可以顺利排放，不会影响还原气直接还原铁的还原反应。

为了保持环境的干净整洁，还原后尾气、燃烧后的尾气通过尾气水沐净化器16净化降温处理后达标排放。

如图14、图18所示，尾气水沐净化器16包括净化筒体161、雾化喷洒162、不锈钢过滤丝网层163、水槽165、蓄水池166、喷洒水泵167、尾气导流罩164、尾气进入管169；净化筒体161顶部设置尾气排放口168，雾化喷洒162、不锈钢过滤丝网163、尾气导流罩164、水槽165均设置净化筒体161内；蓄水池166、喷洒水泵167均设置净化筒体161外；水槽165设置净化筒体161的底部，水槽165底部设有排泥管道1650，尾气导流罩164设置在水槽165的上方，尾气导流罩164接尾气进入管169，尾气进入管169一端设置在水槽165的上方，尾气进入管169另一端穿出净化筒体161与外界相通；在尾气导流罩164上方设置有不锈钢过滤丝网层163，在不锈钢过滤丝网层163上方设置雾化喷洒162，雾化喷洒162接在进水支管1601上，进水支管1601伸出净化筒体161外与进水围管1602接通，进水围管1602为绕置净化筒体161外周呈环状，进水围管1602通过进水主管160与喷洒水泵167相接，喷洒水泵167接有吸水管1603，吸水管1603伸入蓄水池166内；蓄水池166还通过连通管1604穿过净化筒体161与水槽165相通。

如图14所示，在靠近不锈钢过滤丝网层163上方的净化筒体161壁面开设有检修孔1611，一是方便工人进入净化筒体161内对损坏的雾化喷洒162、不锈钢过滤丝网层163进行维修，二是可以定期通过人工清除淤积在不锈钢过滤丝网层163上的灰泥，在水槽165上方的净化筒体161壁面开设有进水口1612，通过进水口162对水槽165中注入干净的水，以便对水槽165中吸尘的污水进行更换，在靠近水槽165边缘处的净化筒体161壁面开设有进水溢流口1613，水槽165多余的水可从此处排出，避免水槽165中的水太多而淹没尾气导流罩164的开口，造成尾气进入受阻。

如图18、图14所示，为对更好地过滤尾气中灰尘，多个雾化喷洒162在净化筒体内161呈环状布置，通过多条进水支管1601伸出净化筒体161外与进水围管1602接通，另外还可以在净化筒体161内自下而上间隔设置多组雾化喷洒162、不锈钢过滤丝网层163，而且从下向上，不锈钢过滤丝网层163的目数逐渐增加，本尾气水沐净化器16设置了3组的雾化喷洒162、不锈钢过滤丝网层163，这不仅可以得到更干净的尾气，而且还能对热的尾气进行降温。

如图13所示，喷洒水泵167与工控中心90相联，由工控中心90自动控制喷洒水泵167的工作。

本例尾气水沐净化的原理方法是：

（1）、燃烧后的尾气通过尾气进入管169进入净化筒体161内的尾气导流罩164，吹向下方水槽165中的水面，尾气中颗粒较大的粉尘经过水面的吸附，浸入水槽的水中沉入水槽165底通过排泥管道1650排出；

（2）、经过水面吸附后的尾气向上经不锈钢过滤丝网层163进行过滤，滤去尾气大部分粉尘；

(3)、经过不锈钢过滤丝网层163过滤之后尾气再进入雾化喷洒162喷水形成的水雾层，尾气中经过水雾层清洗通过净化筒体161顶部的尾气排放口168达标排放。

为了让排放的尾气中含尘量减小到最少，其上第(3)进一步补充为：经过不锈钢过滤丝网层163过滤之后尾气再进入雾化喷洒162形成的水雾层，尾气中经过水雾层清洗后再向上进入目数更大的不锈钢过滤丝网层163再次过滤，再次经过该目数更大的不锈钢过滤丝网层163上方雾化喷洒162形成的水雾层清洗，最后通过净化筒体161顶部的尾气排放口168达标排放。

第三部分块矿或铁矿球团还原发应

第一节块矿或铁矿球团加热

如图1所示，还原装置6设置在炉体91中部，主要包括还原室61、外燃气加热装置64、内燃气加热装置67、气体换向装置66、中心支撑弓65；如图7、图8、图9所示：还原室61由耐火导热材料内、外环墙612、611构成一个环状空间，还原室61顶部与入炉布料通道921相通，围绕在还原室外墙611环外周为外燃气加热装置64，还原室内环墙612环内为内燃气加热装置67，其中外燃气加热装置64主要为若干组（本例9组）结构相同关联的第一燃气加热器62、第二燃气加热器60构成，如图1、图8、图9所示：因为块矿或铁矿球团需要达到一定的温度才能还原，还原室61从上到下分为上段预热，中段继续加热，下段主要为还原反应三个阶段，所以还原室61高度设计较高，相应外燃气加热装置64也主要分成上、中、下三段式加热，每段由9组结构相同关联的第一燃气加热器62、第二燃气加热器60构成，内燃气加热装置67主要分成上、下二段式加热，每段由6组结构相同联相第三燃气加热器68、第四燃气加热器69构成。

如图1、图9示，所述的第一燃气加热器62主要包括第一燃烧室621、第一煤气进入支管622和第一蓄热换热器624，第一煤气进入支管622穿过炉体91外墙通到第一燃烧室621中。

如图1、图9所示：第一燃烧室621由耐火材料砌成的炉体91外墙、和耐火导热材料砌成还原室外环墙611和外火道隔墙625围成一个相对封闭的煤气燃烧火道。

如图1、图9所示，第一蓄热换热器624包括第一蓄热腔626、第一蓄热体623、第一空气进入支管627和第一燃烧废气排出支管628；第一蓄热腔626设置在炉体91外墙中，第一蓄热体623设置第一蓄热腔626中，第一蓄热腔626一端通向第一燃烧室621底部，另一端分别接有第一空气进入支管627和第一燃烧废气排出支管628。

如图9所示，在第一空气进入支管627与第一蓄热腔626之间设置有第一单向空气阀门629，第一单向空气阀门629允许空气从第一空气进入管627和第一蓄热腔626流入第一燃烧室621；在第一燃烧废气排出支管628与第一蓄热腔626之间设置有第一单向废气阀门620，第一单向废气阀门620允许煤气燃烧废气从第一燃烧室621流经第一蓄热腔626，最后从第一燃烧废气排出支管628排出（当然，采用如下所述的气体换向装置66，当空气主管667与第一空气分管6671接通，空气主管667与第二空气分管6673处于切断；与此同时，燃烧废气主管669与第一燃烧废气分管6691亦相切断，而相应燃烧废气主管669与第二燃烧废气分管6693处于相接通，可以起到代替第一单向空气阀门629及第一单向废气阀门620的作用）。

同理，如图9所示：结构相同第二燃气加热器60主要包括第二燃烧室601、第二煤气进入支管602和第二蓄热换热器604。

如图9所示：第二燃烧室601由耐火材料砌成的炉体91外墙、和耐火导热材料砌成还原室外环墙611和外火道隔墙625围成一个相对封闭的煤气燃烧火道。

如图1、图9所示：第二煤气进入支管602穿过炉体91外墙通到第二燃烧室601中。

如图9所示：第二蓄热换热器604包括第二蓄热腔606、第二蓄热体603、第二空气进入支管607和第二燃烧废气排出支管608，第二蓄热腔606设置在炉体91外墙中，第二蓄热体603设置第二蓄热腔606中，第二蓄热腔606一端通向第二燃烧室601底部，另一端分别接有第二空气进入支管607和第二燃烧废气排出支管608，在第二空气进入支管607与第二蓄热腔606之间设置有第二单向空气阀门609，第二单向空气阀门609允许空气从第二空气进入管607和第二蓄热腔606流入第二燃烧室601;在第二燃烧废气排出支管608与第二蓄热腔606之间设置有第二单向废气阀门600，第二单向废气阀门600允许煤气燃烧废气从第二燃烧室601流经第二蓄热腔606，最后从第二燃烧废气排出支管608排出（当然，采用如下所述的气体换向装置66，当空气主管667与第一空气分管6671切断，空气主管667与第二空气分管6673处于接通，与此同时，燃烧废气主管669和第一燃烧废气分管6691亦相接通，而相应燃烧废气主管669和第二燃烧废气分管6693亦相切断；可以起到代替第二单向空气阀门609及第二单向废气阀门600的作用）。

如图1、图8所示，第一燃烧室621和紧邻的第二燃烧室601之间外火道隔墙625的顶部设有燃烧室通孔6251，燃烧室通孔6251将第一燃烧室621和紧邻的第二燃烧室601接通构成关联一组，本例中外燃气加热装置64共设有18道外火道隔墙625，形成9组关联燃烧组；另外，如图1所示；因为还原室61高度较高，其中外燃气加热装置64主要分成上、中、下三段式加热，每段由9组结构相同并关联第一燃气加热器62、第二燃气加热器60构成。

如图1所示：在炉体91外墙上每个燃烧室还设置有燃烧室温度监测孔6201和燃烧室观测孔6202，燃烧室观测孔6202便于技术人员直接观察每个燃烧室的煤气燃烧情况，燃烧室温度监测孔6201中设置有燃烧室温度表6203用于对燃烧室的温度监测，以便于对块矿或铁矿球团进程的评估。

如图13示：燃烧室温度表6203与工控中心90相联，由工控中心90自动采集燃烧室温度表6203的温度数据。

如图2、图3、图4、图5、图6，气体换向装置66包括上盘661、下盘662、旋转换向电机663、空气风机664、煤气风机665、废气风机666，下盘662分别接有一个空气主管667和第一空气分管6671、第二空气分管6673，一个煤气主管668和第一煤气分管6681、第二煤气分管6683，一个燃烧废气主管669和第二燃烧废气分管6693、第一燃烧废气分管6691，其中，第二燃烧废气分管6693和第一燃烧废气分管6691与第一空气分管6671和第二空气分管6673及第一煤气分管6681和第二煤气分管6683的设置刚好对调（图2、图4、图6所示）。

如图3、图4、图5、图6所示：上盘661贴合在下盘662上方，上盘661分别对应设置有空气连接管6672、煤气连接管6682、燃烧废气连接管6692，旋转换向电机663带动上盘661在下盘662上往复转动从而实现空气主管667不断与第一空气分管6671和第二空气分管6673进行接通和切断转换，煤气主管668不断与第一煤气分管6681和第二煤气分管6683进行接通和切断转换，燃烧废气主管669不断与第二燃烧废气分管6693和第一燃烧废气分管6691进行接通和切断转换（与第一空气分管6671和第二空气分管6673及第一煤气分管6681和第二煤气分管6683的切换刚好相反）。

如图1、图6所示，在炉体91的外周还设有两组围管，包括第一空气围管6674，第一煤气围管6684，第一燃烧废气围管6694；第二空气围管6675、第二煤气围管6685，第二燃烧废气围管6695。

如图1、图6所示，第一空气围管6674将第一空气分管6671和第一空气进入支管627连接起来，将第一空气分管6671、第一空气围管6674、第一空气进入支管627、第一蓄热腔626与第一燃烧室621构成同一通路；

与此同时，第一煤气围管6684将第一煤气分管6681和第一煤气进入支管622连接起来，将第一煤气分管6681、第一煤气围管6684、第一煤气进入支管622与第一燃烧室621构成同一通路；

此时同时，第一燃烧废气围管6694是将第一燃烧废气分管6691与第一燃烧废气排出支管628连接起来，将第一燃烧废气分管6691、第一燃烧废气围管6694、第一燃烧废气排出支管628、第一蓄热腔626与燃烧室621构成同一通路。

同理，第二空气围管6675将第二空气分管6673和第二空气进入支管607连接起来，将第二空气分管6673、第二空气围管6675、第二空气进入支管607、第二蓄热腔606与第二燃烧室601构成同一通路；

与此同时，第二煤气围管6685将第二煤气分管6683和第二煤气进入支管602连接起来，将第二煤气分管6683、第二煤气围管6685、第二煤气进入支管602和第二燃烧室601构成同一通路；

与此同时，第二燃烧废气围管6695将第二燃烧气分管6693与第二燃烧废气排出支管608连接起来，将第二燃烧废气分管6693、第二燃烧废气围管6695、第二燃烧废气排出支管608、第二蓄热腔606与第二燃烧室601构成同一通路。

另外，废气风机666通过管道6661与尾气进入管169连接，从而与尾气水沐净化器16的尾气导流罩164相通；图13所示，本例还包括气体换向装置控制器906用于对旋转换向电机663、空气风机664、煤气风机665、废气风机666控制，气体换向装置电气控制器906又与上位工控中心90相联，当然从电气控制原理来讲，本例中旋转换向电机663、空气风机664、煤气风机665、废气风机666亦可直接受工控中心90控制，所以此处设置气体换向装置控制器906并不构成对本例保护范围的限制。

如图1、图2～图5、图6、图13所示：本外燃气加热装置64的加热方法是：

（1）工控中心90启动旋转换向电机663带动上盘661在下盘662上转动，空气主管667与第一空气分管6671接通，空气主管667与第二空气分管6673处于切断状态；同时，煤气主管668与第一煤气分管6681亦相接通，煤气主管668与第二煤气分管6683处于切断状态；与此同时，燃烧废气主管669与第一燃烧废气分管6691亦相切断，而相应燃烧废气主管669与第二燃烧废气分管6693处于相接通状态；

（2）工控中心90启动空气风机664、煤气风机665、废气风机666；空气风机664将空气鼓入空气主管667、空气依次进入经过空气连接管6672、第一空气分管6671、第一空气围管6674、第一空气进入支管627进入到第一蓄热腔626，利用第一蓄热体623释放的热量对空气进行加热后进入第一燃烧室621中；同时，煤气风机665将净煤气鼓入煤气主管668，煤气依次进入煤气连接管6682、第一煤气分管6681、第一煤气围管6684、第一煤气进入支管622进入第一燃烧室621中进行燃烧，与此同时，因为燃烧废气主管669与第一燃烧废气分管6691处于相切断状态，而相应燃烧废气主管669和第二燃烧废气分管6693处于相接通状态，所以第一燃烧室621中煤气燃烧后的废气只能通过外火道隔墙625上部的燃烧室通孔6251进入到第二燃烧室601中，再经过第二蓄热腔606中，经第二蓄热腔606中的第二蓄热体603进行吸热降温后从第二燃烧废气排出支管608、第二燃烧废气围管6695、第二燃烧废气分管6693、燃烧废气连接管6692、燃烧废气主管669通过废气风机666排出；

（3）达到设定燃烧时间，工控中心90启动旋转换向电机663带动上盘661在下盘662上反向转动，空气主管667与第一空气分管6671切断，空气主管667与第二空气分管6673处于接通状态，同时，煤气主管668和第一煤气分管6681亦相切断，煤气主管668与第二煤气分管6683接通状态，与此同时，燃烧废气主管669和第一燃烧废气分管6691亦相接通，而相应燃烧废气主管669和第二燃烧废气分管6693亦相切断状态；

（4）空气风机664将空气鼓入空气主管667、空气依次进入经过空气连接管6672、第二空气分管6673、第二空气围管6675、第二空气进入支管607进入到第二蓄热腔606，利用第二蓄热腔606中的第二蓄热体603释放的热量对空气进行加热后进入第二燃烧室601中；同时，煤气风机665将净煤气鼓入煤气主管668，煤气依次进入煤气连接管6682、第二煤气分管6683、第二煤气围管6685、第二煤气进入支管602进入第二燃烧室601中进行燃烧，与此同时，因为燃烧废气主管669和第一燃烧废气分管6691相接通，而相应燃烧废气主管669和第二燃烧废气分管6693处于相切断状态，所以第二燃烧室601中煤气燃烧后的废气只能通过外火道隔墙625上部的燃烧室通孔6251进入第一燃烧室621中，再经过第一蓄热腔626，经第一蓄热腔626中的第一蓄热体603进行吸热降温后，最后从第一燃烧废气排出支管628、第一燃烧废气围管6694、第一燃烧废气分管6691、燃烧废气主管669通过废气风机666排出，所以外燃气加热装置64燃烧原理在于当第一燃烧室621中煤气燃烧后生成的废气从燃烧室通孔6251进入第二燃烧室601，经第二燃烧室601及第二蓄热腔606中第二蓄热体603对其余热吸收降温后排出，反之，当第二燃烧室601中煤气燃烧后生成的废气从燃烧室通孔6251进入第一燃烧室621，经第一燃烧室621及第一蓄热腔606中第一蓄热体603对其余热吸收降温后排出。

进一步：净煤气燃烧后的废气通过废气风机666排入尾气水沐净化器16中进行水沐净化后干净排出。

综上所述，这种通过气体换向装置的气体两进一出的工作方式和蓄热换热器的蓄热换热的工作方式，实现两组关联的燃气加热器交替燃烧，即气体换向装置向第一燃气加热器的燃烧室送入空气、净煤气燃烧，同时从第二燃气加热器的燃烧室中吸出燃烧后的热废气，热废气经第二燃气加热器的第二蓄热换热器中的第二蓄热体吸热降温变为温度相对较低的低温废气排出；同理，气体换向装置向第二燃气加热器的燃烧室送入空气、净煤气燃烧，同时从第一燃气加热器的燃烧室中吸出燃烧后的热废气，热废气经第一燃气加热器的第一蓄热换热器中的第一蓄热体吸热降温变为温度相对较低的低温废气排出；这种相互利用煤气燃烧后的废气余热进行加热空气的方法，既起到了对煤气燃烧后的废气余热充分利用，提高燃烧室中的煤气的燃烧效率，又能对煤气燃烧后的废气进行一定程度的降温，不用消耗外来能源，起到节能降耗的目的，节省块矿或铁矿球团还原成本，煤气燃烧后的废气又能干净排放，锲和当今的环保要求。

通过对外燃气加热装置64的加热自动控制，降低人力成本，提高了对块矿或铁矿球团过程的控制精度，实现自动化。

如图1、图10、图11所示，内燃气加热装置67主要由若干组（本例6组）结构相同的燃气加热器68、69，因为还原室61高度较高，内燃气加热装置67主要分成上、下二段式加热，每段有6组结构相同的关联第三燃气加热器68、第四燃气加热器69，其组成结构和燃烧原理与以上介绍的关联第一燃烧加热器62、第二燃烧加热器60几乎完全相同，第三燃气加热器68也包括第三燃烧室681、第三煤气进入支管682、第三蓄热腔686、第三蓄热体683、第三空气进入支管687和第三燃烧废气排出支管688。

如图1、图9、图11所示，第三燃烧室681由耐火导热材料砌成还原室内环墙612和内火道隔墙635围成一个相对封闭的煤气燃烧火道。

如图1、图10所示，下段的第三煤气进入支管682从中心支撑弓65的条弓651的下面穿过向上通向第三燃烧室681，第三蓄热腔686设置在条弓651下方的炉体91上，第三蓄热体683置于第三蓄热腔686中，第三蓄热腔686一端通过延伸通道6861从中心支撑弓65的条弓651的下面穿过向上延伸通向第三燃烧室681底部，第三蓄热腔686另一端分别接有第三空气进入支管687和第三燃烧废气排出支管688。

如图1、图9、图10所示，上段的第三煤气进入支管682从中心支撑弓65的条弓651的下面穿过向上经火道隔墙635通向第三燃烧室681，第三蓄热腔686设置在条弓651下方的炉体91上，第三蓄热体683置于第三蓄热腔686中，第三蓄热腔686一端通过延伸通道6861从中心支撑弓65的条弓651的下面穿过向上经火道隔墙635延伸通向第三燃烧室681底部，第三蓄热腔686另一端分别接有第三空气进入支管687和第三燃烧废气排出支管688。

同理，如图9、图10、图11所示，第四燃气加热器69结构与第三燃气加热器68完相同，这里不再赘述，其中第四燃烧室691与第三燃烧室681通过燃烧室通道6305接通构成关联一组，如图1、图8所示。

其中，如图1、图6、图10所示，第三燃烧加热器68的第三燃烧室681的第三煤气进入支管682、第三空气进入支管687和第三燃烧废气排出支管688分别通过第一煤气围管6684、第一空气围管6674，第一燃烧废气围管6694与第一煤气分管6681、第一空气分管6671、第一燃烧废气分管6691相通。

如图6、图10所示，第四燃烧加热器69的第四燃烧室691的第四煤气进入支管692、第四空气进入支管697和第四燃烧废气排出支管698分别通过第二煤气围管6685、第二空气围管6675、第二燃烧废气围管6695与第二煤气分管6683、第二空气分管6673、第二燃烧废气分管6693相通。

这里，第三燃烧加热器68、第四燃气加热器69燃烧原理与以上第一燃烧加热器62、第二燃烧加热器60几乎完全相同，不再赘述。

如图1、图10所示，中心支撑弓65，因为还原室内环墙612以及内燃烧加热装置67的火道隔墙635都设置在炉腔中，需要中心支撑弓65为其提供支撑，同时又给内燃烧加热装置67提供各种管道的铺设。

如图1、图10所示，中心支撑弓65设置在还原室61、内燃烧加热装置67下方的炉腔中，主要包括若干条的条弓651、火弓中心环墙652，条弓651一端固定在火弓中心环墙652上，另一端固定在炉体91上，条弓651围绕火弓中心环墙652中心以一定角度间隔辐射状散开布置，本例中的火弓651为12条弓，数量与内燃烧加热装置67的相互关联的第三燃烧加热器68第四燃烧加热器69总数一致。

如图1、图10、图9、图11所示，一条火弓651的墙体中设置第三煤气进入支管682和第三蓄热腔686的延伸通道6861，紧相邻的另一条火弓651的墙体中设置的第四煤气进入支管692和第四蓄热腔696的延伸通道6961，给内燃烧加热装置67的管道铺设提供了便利，使内燃烧加热装置67的各种管道排列有序，不至于干涉。

综上所述，还原装置6的加热方式是通过外燃气加热装置64、内燃气加热装置67采用双联燃烧室和换向加热，外燃气加热装置64分上、中、下三段加热，内燃气加热装置67分上、下两段加热，向还原室61中提供热源，另外，本还原装置6的还原反应单独在还原室61室内进行，而还原加热单独在还原室61室外进行，故称之为外热式，有别于现有自产还原气生产直接还原铁的方式，使得还原反应和还原反应加热分别可以连续、受控进行，相互协调而又不相互制约、影响。

第二节还原反应

由于块矿或铁矿球团在还原室中温度较高，再给块矿或铁矿球团通入还原气，还原气可以是天燃气或用煤制造还原气或以焦炉煤气（COG）、转炉炉气和（或）高炉（BF）炉顶煤气，本发明主要利用低阶煤高温产物无烟炭中的炭与过热水蒸汽相遇进行水煤气反应水煤气产品，该水煤气产品主要成分是H2、CO，其中氢气含量高，一氧化碳和氢气配比合理，其它成份含量低，是理想的还原气产品，也可以通过变压吸附或膜分离工艺可获得纯净的氢气作为还原气。

如图1、图12所示，外热式还原气直接还原铁装置7包括还原装置6、物料降温室70、还原气进入通管707。

如图1所示，还原装置6的还原室61位于中心支撑弓65上方，外燃气加热装置64、内燃气加热装置67分别置于还原室61的外环墙611外、内环墙612内，外燃气加热装置64、内燃气加热装置67净煤气燃烧给还原室61提供所需的热源，故称之为外热式，当然，如果对还原室61使用其他的外加热装置、内加热装置也是可行，只要能够保证给还原室61的还原所需的热量和温度即可，并不局限于上述外燃气加热装置64、内燃气加热装置67的加热方式。

如图1所示，物料降温室70设置在炉体91下部位于中心支撑弓65下方，物料降温室70的顶部与还原室61底部相通；还原气进入通管707一端通向物料降温室70的顶部，还原气进入通管707的开口708向下朝向物料降温室70，还原气进入通管707的另一端伸出炉体91外用于外接还原气。

本发明的还原反应原理方法是：

（1）、通过还原气进入通管707向物料降温室70通入还原气，还原气吹向物料降温室70，给物料降温室70中大量的还原反应后的高温固体产物直接还原铁降温，还原气在给高温固体产物直接还原铁降温的同时，提高还原气温度形成高温还原气；

（2）、高温还原气穿过中心支撑弓65进入还原室61，并与还原室61的高温块矿或铁矿球团物料接触，进行还原反应生成高温还原后尾气；

（3）、上述第2步，还原室61的加热通过外燃气加热装置64、内燃气加热装置67采用双联燃烧室和换向蓄热加热，外燃气加热装置64分上、中、下三段加热，内燃气加热装置67分上、下两段加热，给还原反应提供所需热量。

本发明利用还原气主是低阶煤高温产物无烟炭中的炭与过热水蒸汽相遇进行水煤气反应生成的水煤气，水煤气给还原反应后的高温固体产物直接还原铁进行气冷降温的同时被加热，不需要额外增加还原气的加热设备，也不需要单独的降温设备，节省能耗，生产成本得以降低。

第三节还原后尾气导出

还原气直接还原铁后的生成的还原后尾气主要是水汽和二氧化碳气体，还原后尾气的温度较高，需要导出以便利用。

如图1、图7、图14所示，还原后尾气排出通道85设置炉体91的外墙中，与还原室61的顶部相通；如图7所示，4条还原后尾气排出通道85设置炉体91的外墙中，还原后尾气排出通道85的入口851穿过外环墙611中部通向还原室61，还原后尾气排出通道85的出口852伸出炉体91的外墙。

本例特点将在还原室61中还原反应后的还原后尾气从还原室61的顶部顺利导出。

第四节连续外热式还原气直接还原铁

综合上述，本例特点是将块矿或铁矿球团预热、还原反应、还原后尾气导出工艺整合在同一个炉体中，使得块矿或铁矿球团还原反应得以连续实现。

如图14所示，连续外热式还原气直接还原铁炉9包括炉体91、预热仓1、入炉布料通道921、外热式还原气直接还原铁装置7、还原后尾气排出通道85、螺旋排料器96、封闭成品仓94；预热仓1、外热式还原气直接还原铁装置7、还原后尾气排出通道85的具体结构见以上所述；预热仓1设置在炉体91顶部，预热仓1的高温热气进入通道131与还原后尾气排出通道85相通，炉体91顶部设有入炉布料通道921，入炉布料通道921上端与预热仓1底部相通，入炉布料通道921下端与还原装置6的还原室61顶部相通，入炉布料通道921上端与预热仓1的下料仓14底部的加料阀15连接。

如图14所示，螺旋排料器96设置在外热式还原气直接还原铁装置7的物料降温室70底部，封闭成品仓94置于炉体91底部，封闭成品仓94上接螺旋排料器96，螺旋排料器96属现有技术，如市场上的排料器、回料器、下料器等。

本例连续外热式还原气直接还原铁的方法是：

（1）、通过斗提机18将块矿或铁矿球团送到皮带输送机17，皮带输送机17将块矿或铁矿球团从预热仓1中预热，再通过入炉布料通道921进入还原装置6的还原室61中；

（2）、通过外热式还原气直接还原铁装置7的还原装置6的外燃气加热装置64、内燃气加热装置67对净化后煤气燃烧给还原室61提供热源，块矿或铁矿球团在还原室61中高温环境下进行还原；

（3）、通过还原气进入通管707向物料降温室70通入还原气，还原气吹向物料降温室70，给物料降温室70中大量的还原反应后的高温固体产物直接还原铁降温，还原气在给高温固体产物直接还原铁降温的同时，提高还原气的温度形成高温还原气；

（4）、高温还原气穿过中心支撑弓65进入还原室61，并与还原室61的高温块矿或铁矿球团物料接触，进行还原反应生成高温还原后尾气；

（5）、将还原后尾气通过还原后尾气排出通道85导入高温热气进入通道131进入预热仓1对块矿或铁矿球团预热，即上述第1步的预热，高温还原后尾气中的水汽经热气换热器13对块矿或铁矿球团换热而冷却成水，冷凝水通过高温热气进入通道131和冷凝水排放支管126回流至下方冷凝水排放管125排放；

（6）、根据块矿或铁矿球团还原程度，适时控制加料阀15开启或关闭，将块矿或铁矿球团通过入炉布料通道921进入还原装置6的还原室61中；控制螺旋排料器96开启或关闭，将物料降温室70中块矿或铁矿球团还原降温后的固体产物直接还原铁排入封闭成品仓94中。

本例将块矿或铁矿球团预热、加热、还原工艺整合在同一个炉体，实现连续块矿或铁矿球团还原，生产效率高，设备所需厂房面小，人力成本低，具有低耗、环保的特点。

第四部分连续外热式还原气直接还原铁综合

第一节连续外热式还原气直接还原铁综合装置

如图14所示，综合上述，得出连续外热式还原气直接还原铁综合装置，包括连续外热式还原气直接还原铁炉9、尾气水沐净化器16，连续外热式还原气直接还原铁炉9的还原装置6的气体换向装置66的废气风机666通过管道6661与尾气进入管169连接，从而与尾气水沐净化器16的尾气导流罩164相通；连续外热式还原气直接还原铁炉9的预热仓1的冷凝水排放管125通过冷凝水排放连接管1251和低温气体排出通道138通过低温气体排出连接管1381，共同伸入尾气水沐净化器16的净化筒体161内，低温气体排出连接管1381的出口位于雾化喷洒162、不锈钢过滤丝网层163的下方，以便对还原后尾气的净化排放。

故而得出，连续外热式还原气直接还原铁综合方法是：在上述连续外热式还原气直接还原铁的方法的第2步进一步补充为，上述的外燃气加热装置64、内燃气加热装置67采用双联燃烧室和换向加热，向还原室61中提供热源，外燃气加热装置64、内燃气加热装置67中净煤气燃烧后的废气通过废气风机666排入尾气水沐净化器16中进行水沐净化后干净排出；在上述连续外热式还原气直接还原铁的方法的第5步进一步补充为，将还原后尾气通过还原后尾气排出通道85导出高温热气进入通道131进入预热仓1对块矿或铁矿球团预热，即上述第1步的预热，高温还原后尾气中的水汽经热气换热器13对块矿或铁矿球团换热而冷却成水，冷凝水通过高温热气进入通道131和冷凝水排放支管126回流至下方冷凝水排放管125，通过冷凝水排放连接管1251排入尾气水沐净化器16的水槽165中，还原尾气通过低温气体排出连接管1381流入尾气水沐净化器16的净化筒体161内，经过经过雾化喷洒162的水雾层清洗和不锈钢过滤丝网层163过滤之后达到干净排放，保护环境。

进一步细化为：外燃气加热装置64分上、中、下三段加热，内燃气加热装置67分上、下两段加热，向还原室61中提供热源。

第二节连续外热式还原气直接还原铁综合综合工艺的控制

如图13所示：连续外热式还原气直接还原铁综合装置的控制装置，包括工控中心90与块矿或铁矿球团预热加料用的斗提机18、皮带输送机17、加料阀15、螺旋排料器96、燃烧室温度表6203、旋转换向电机663、空气风机664、煤气风机665、废气风机666、喷洒水泵167相联，由工控中心90自动控制它们的工作。

连续外热式还原气直接还原铁综合装置的控制方法是：

（1）、工控中心90通过斗提机18、进料皮带输送机17控制向预热仓1的料仓111中加入的块矿或铁矿球团粒料，又控制加料阀15开启开启或关闭，从而控制下料仓14中预热后的块矿或铁矿球团通过入炉布料通道921进入还原装置6的还原室61的入炉量；

（2）、工控中心90根据燃烧室温度表6203测得的温度进行综合评估块矿或铁矿球团还原情况控制旋转换向电机663的转动频率和空气风机664、煤气风机665、废气风机666的风量大小对外燃气加热装置64、内燃气加热装置67的煤气燃烧进行控制，从而对块矿或铁矿球团还原反应进行调整；

（3）、工控中心90通过废气风机666将外燃气加热装置64、内燃气加热装置67中燃烧后的废气泵入尾气的水沐净化器16中进行净化；

（4）、工控中心90调整喷洒水泵167的泵水量实现对燃烧后的废气泵入尾气、还原后尾气的净化。

以上内容介绍只是例举连续外热式还原气直接还原铁综合装置及工艺的一个具实施例，并不构成对本案连续外热式还原气直接还原铁综合装置及工艺保护范围的限制。

Claims (1)

1.连续外热式还原气直接还原铁综合装置的控制方法，其特征在于：该方法涉及设备包括工控中心以及与工控中心分别相联的斗提机、皮带输送机、加料阀、螺旋排料器、燃烧室温度表、旋转换向电机、空气风机、煤气风机、废气风机、喷洒水泵，步骤是：

（1）、工控中心通过斗提机、进料皮带输送机控制向预热仓的料仓中加入的块矿或铁矿球团粒料，又控制气密闭功能的加料阀开启或关闭，从而控制下料仓中预热后的块矿或铁矿球团通过入炉布料通道进入还原装置的还原室的入炉量；

（2）、工控中心根据燃烧室温度表测得的温度进行综合评估块矿或铁矿球团还原情况控制旋转换向电机的转动频率和空气风机、煤气风机、废气风机的风量大小对外燃气加热装置、内燃气加热装置的煤气燃烧进行控制，从而对块矿或铁矿球团还原反应进行调整，上述的外燃气加热装置、内燃气加热装置采用双联燃烧室和换向加热，向还原室中提供热源，外燃气加热装置、内燃气加热装置中净煤气燃烧后的废气通过废气风机排入尾气水沐净化器中进行水沐净化后干净排出；将还原后尾气通过还原后尾气排出通道导出高温热气进入通道进入预热仓对块矿或铁矿球团预热，即上述第1步的预热，高温还原后尾气中的水汽经热气换热器对块矿或铁矿球团换热而冷却成水，冷凝水通过高温热气进入通道和冷凝水排放支管回流至下方冷凝水排放管，通过冷凝水排放连接管排入尾气水沐净化器的水槽中，还原尾气通过低温气体排出连接管流入尾气水沐净化器的净化筒体，经过雾化喷洒的水雾层清洗和不锈钢过滤丝网层过滤之后达到干净排放；

（3）、工控中心通过废气风机将外燃气加热装置、内燃气加热装置中燃烧后的废气泵入尾气水沐净化器中进行净化；

（4）、工控中心调整喷洒水泵的泵水量实现对燃烧后尾气、还原后尾气的净化。