CN105567897A - 炼铁方法及窑炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种炼铁方法，其包括以下步骤：使携带熔化状态粉尘的高温气体冲刷粘附分离器的内壁，熔化状态的粉尘在自身粘性作用下粘附在粘附分离器的内壁上而与高温气体分离，粘附在内壁上的熔化状态粉尘在自身重力的作用下流到粘附分离器底部的排液口输出，净化后的高温气体从粘附分离器的出气口输入换热器换热冷却后再排出或是进一步反应后再输入换热器冷却排出；换热器回收的热量用于加热输入粘附分离器的气体，被换热器加热后的气体是直接输入或进一步反应后再输入粘附分离器的，其从换热器吸收的热量单独或是与进一步反应继续增加的热量一起，使输出粘附分离器的气体温度一直高于熔化状态粉尘的熔点温度。

Description

炼铁方法及窑炉
本申请是2011年5月3日提交的申请号为：201110122901.4，题为“分离高温气体携带的熔化状态粉尘的方法、设备及其应用”的分案申请。
技术领域
本发明涉及对高温气体携带的熔化状态粉尘进行分离或收集的技术，尤其是涉及对高温气体携带的熔化状态的金属或矿物粉尘进行高效率分离并对气体的热量进行回收利用的方法和设备，以及上述方法和设备在固体燃料燃烧、固体燃料气化、固体物料加热熔化、玻璃熔制、冶金等工业领域中的应用。
背景技术
在固体燃料燃烧技术领域，特别是煤的燃烧技术领域，由于煤中的灰份难于净化，煤的使用范围受到很多限制，以致许多对燃料洁净程度要求较高的窑炉中只能使用价格昂贵的液体燃料或气体燃料。
例如，在申请号为200620012646.2、发明名称为“以煤代油洁净燃烧器”的中国实用新型专利中，介绍了一种煤的洁净燃烧和液态除渣技术，其对高温气体中熔化状态粉尘的分离方法是：利用空气旋流器沿圆柱状炉膛切向喷入的空气产生离心旋转力，从而使熔化状态粉尘从高温气体中分离并粘附在炉膛壁上，再以熔融状态排出。该实用新型虽然能分离大部份煤灰，但仍存在以下问题以致煤灰的分离效率不高：(1)输入炉膛的空气量必须与输入炉膛的燃料量相适应，所以限制了空气旋流器在圆柱状炉膛壁上的布置数量；(2)由于输入炉膛的空气必须与输入炉膛的煤粉迅速混合完全燃烧，限制了空气旋流器必须布置在煤粉输入炉膛的附近位置，而不能沿圆柱状炉膛的长度方向无限布置；(3)当需要提高熔化状态粉尘的分离效率而延长圆柱状炉膛时，由于空气旋流器不能沿圆柱状炉膛的长度方向无限布置，因此在圆柱状炉膛的延长段内的高温气体就没有足够的旋转力，所以熔化状态粉尘的分离效率不高，一般在50-80％；(4)当需要提高熔化状态粉尘的分离效率而延长圆柱状炉膛时，会使炉膛外壁的散热面积增加，导致炉内温度降低，炉内的煤灰冷凝成固体而不能保持熔融状态分离。
由于以上问题的存在，煤的洁净燃烧仍然是煤燃烧技术领域的难题，在陶瓷、玻璃等对燃料洁净度要求很高的工业领域，煤灰的分离效率在仅50-80％是远远不够的，必须达到95％以上，甚至要达到99.5％以上，所以目前仍然只能使用燃料油、天然气或含灰份很少的石油焦等洁净度很高的燃料，却不能通过使用市场价格低很多的煤来降低成本。
在燃煤发电技术领域，煤粉旋风炉是比较先进的燃烧技术，但是旋风炉同样也是采用切向进风装置输入的助燃空气使煤粉燃烧产生的高温气体在旋风炉中离心旋转来分离熔化状态的煤灰，但是熔化状态煤灰的分离效率不高，仅在50-70％左右，这造成煤灰粘附在锅炉管壁上影响传热效率，如何有效分离旋风炉中烟气携带的熔化状态的灰份一直是困扰发电行业的难题。
在固体燃料气化、固体物料加热熔化、玻璃熔制、冶金等高温化学反应技术领域中，由于目前还没有较成熟的方法和设备对高温气体携带的熔化状态粉尘进行有效分离，所以主要采用以下措施避免在高温气体中产生大量熔化状态的粉尘：
1、降低高温化学反应的温度，避免在高温气体中产生大量熔化状态的粉尘；
2、在高温气体中产生大量熔化状态的粉尘时，输入低温气体将高温气体迅速冷却，使高温气体中的大量熔化状态粉尘迅速冷却凝结成固体；
3、使用很洁净的燃料，如燃料油或天然气；
4、将需要熔化的物料以较大的颗粒状接受高温气体加热熔化，避免粉状物料分散在高温气体中并熔化；
5、使用电弧炉代替高温气体直接加热物料。
但是，以上措施都会降低生产效率和能源利用效率，增加生产成本，现举例说明如下：
第一、在固体燃料气化、特别是煤气化技术领域，一般采用固定床煤气发生炉，煤中的灰份呈固体状态排除，这就要求气化温度低于煤中灰份的熔融温度，一般在1100-1250℃之间，煤在这种低温状态下的气化效率较低，煤气的热值不高，煤气中还含有很多污染环境的焦油，而且用于气化的煤种要求也较高，价格较贵。
第二、在煤制类天然气技术领域，申请号为200610075185.8、发明名称为“煤制类天然气或氢气”的中国发明专利申请中，分离煤灰的方法是将携带熔化状态煤灰的高温可燃性气体与冷的可燃性气体混合，激冷降温使熔化状态的煤灰冷却成固体后再经旋风收尘器收集，这种方法不利于收集高温可燃性气体所含有的热量，需要用非常复杂的方法制备煤气化用的高温蒸汽，造成系统复杂、投资高、热转换效率不到80％。
第三、在玻璃、轧钢、冶金等工业窑炉中，对燃料的洁净度要求较高，主要使用燃料油或天然气。然而，从这些工业窑炉输出的烟气温度很高，如果利用蓄热式换热器技术回收其中的烟气余热，用以将含氧气体加热到较高温度做煤粉的气化剂，则能有效利用工业窑炉的烟气余热，有利于煤粉在高于煤的灰份熔点温度生产煤气，提高煤气的热转换效率，这样就可以替代这些窑炉原先需要使用的燃料油或天然气，从而降低生产成本。但是，由于没有有效的分离高温气体携带的熔化状态粉尘的设备，利用工业窑炉烟气加热含氧气体气化粉煤生产煤气的构思还无法实现。
第四、在玻璃生产技术领域，目前热效率最高的是采用蓄热式换热器回收烟气热量的玻璃池窑，在玻璃池窑内玻璃配合料浮在玻璃液面上受到上部火焰辐射传热逐渐熔化，实际熔化玻璃原料所吸收的热量也只占到燃料燃烧产生热能的25-30％，其余70-75％的热能通过窑炉表面散热和烟气带走而浪费掉了。如果能将玻璃配合料研磨成粉状喷入高温气体中，粉状物料的比表面积非常高，传热效率极高，就可以使玻璃配合料迅速熔化，只需要比传统玻璃窑体积小得多的窑炉，就可以熔化同样重量的玻璃配合料，这样就可以大幅减少玻璃窑表面散热，还可以减少烟气量。但是，玻璃配合料是以粉体状态喷入高温气体中的，高温气体中含有大量熔化状态的玻璃粉尘，必须研制出高效率的分离高温气体携带的熔化状态玻璃配合料的设备，再通过间壁式或蓄热式换热器回收高温气体中含有的热量，才可以实现上述构思而大幅降低玻璃生产的能耗。
第五、在冶金化学领域，如《冶金工程设计》第三册(冶金工业出版社出版2006年6月第1版第三章)介绍，闪速炉使用较广泛，具有热效率高的特点，但由于烟气中含尘量大，容易堵塞上升烟道和余热锅炉。如研制出高效率的分离高温气体携带的熔化状态粉尘的设备，即能将高温气体净化后再输入换热器回收热量而加热闪速炉内需要的含氧气体，有利于回收高温气体中的余热，改善环境。
第六、在冶金化学领域，特别是炼铁技术领域，主要采用高炉炼铁技术，该技术是将颗粒状或块状铁矿石与焦炭混合投入高炉，在高炉内的高温还原气氛中将铁矿石还原提炼铁。由于颗粒状或块状铁矿石的比表面积很低，传热和还原炼铁的反应速度很慢，需要耗费大量的焦炭和热能。如研制出分离高温气体携带的熔化状态粉尘的方法，即可将粉状的铁矿石分散在高温还原气体中，粉状铁矿石的比表面积很大，传热和还原的效率将会很高，粉状铁矿石会在还原气体中迅速熔化和还原而析出液态铁和熔化状态的炉渣，只要利用分离高温气体中携带的液态铁和熔化状态炉渣的设备即可回收液态铁和熔化状态的炉渣，再利用换热器回收高温气体中的热量加热含氧气体，高温含氧气体再与煤粉不完全燃烧可以制造出高温还原气体，这样就可以不用或少用焦炭，创新炼铁方法，节约能源。
第七、在耐火材料生产技术中，熔制电熔锆钢玉砖必须使用电弧炉直接加热耐火砖原料，消耗大量电能，成本极高。
另外，在许多高温化学反应技术领域中，为有效利用高温气体的余热，普遍使用换热器技术，但换热器要求高温气体非常洁净，不得含有大量熔化状态的粉尘，否则很快就会堵塞换热器，导致其无法继续运行。由于目前还没有高效的分离高温气体携带的熔化状态粉尘的设备，还无法利用换热器回收含有大量熔化状态粉尘的高温气体的热量。
综上所述，在上述及其他高温化学反应中，凡是涉及分离高温气体携带的熔化状态粉尘的，都亟需有效的方法和设备，来实现高温气体所携带的熔化状态粉尘的高效分离，以提高生产效率、节约能源、改善环境。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种能够对高温气体携带的熔化状态粉尘进行高效分离，并对气体热量进行回收利用的方法、设备及其应用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种分离高温气体携带的熔化状态粉尘的方法，其包括以下步骤：使携带熔化状态粉尘的高温气体冲刷粘附分离器的内壁，熔化状态的粉尘在自身粘性作用下粘附在粘附分离器的内壁上而与高温气体分离，粘附在内壁上的熔化状态粉尘在自身重力的作用下流到粘附分离器底部的排液口输出，净化后的高温气体从粘附分离器的出气口输入换热器换热冷却后再排出或是进一步反应/加热物料后再输入换热器冷却排出；换热器回收的热量用于加热输入粘附分离器的气体，被换热器加热后的气体是直接输入或进一步反应后再输入粘附分离器的，其从换热器吸收的热量单独或是与进一步反应继续增加的热量一起，使输出粘附分离器的气体温度一直高于熔化状态粉尘的熔点温度。
与现有技术相比，本发明使用换热器回收净化后高温气体的热量，并将其用于加热输入粘附分离器的气体，既有利于回收高温气体中的热量，又能提高输出粘附分离器的高温气体的温度，使其一直高于熔化状态粉尘的熔点温度，因此有效解决了为提高粉尘分离效率而延长粘附分离器内空长度时导致的高温气体温度下降至粉尘熔点以下，以致粉尘无法顺利分离和排出的问题，提高了粘附分离器分离熔化状态粉尘的效率；同时，熔化状态粉尘分离效率的提高又避免了换热器的堵塞，使净化后高温气体的热量更易于回收，而且回收效率更高。可见，粘附分离器和换热器配合使用后，二者在功能上彼此支持，性能都得到了进一步改进。
作为本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘的方法的一种改进，所述换热器是蓄热式换热器，通过控制蓄热式换热器的换向操作时间控制净化后输出粘附分离器的高温气体的温度大于粉尘的熔点温度。由于蓄热式换热器的工作原理是将两组蓄热室分置于粘附分离器的两侧并每隔一段时间交替换向工作一次，因此蓄热式换热器与粘附分离器组合后，能保持携带熔化状态粉尘的高温气体从输入粘附分离器直到净化后输出粘附分离器的整个过程，温度都基本不变，从而彻底解决了为提高熔化状态粉尘分离效率而延长粘附分离器内空长度时，高温气体在延长的内空中温度会逐渐下降的问题。经测试，向粘附分离器输入的携带熔化状态粉尘的高温气体的温度是1650℃时，设定粘附分离器与蓄热式换热器的组合的换向工作时间为一小时/次，输出粘附分离器的净化后的高温气体的温度是1450℃；当换向工作时间缩短为30分钟/次时，输出粘附分离器的净化后的高温气体的温度可提高到1550-1600℃。
作为本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘的方法的一种改进，所述粘附分离器内壁面积与所处理的高温气体的流量之比大于1(m2)/10000(m3/h)，使高温气体携带的熔化状态粉尘的分离效率大于95％；所述粘附分离器内壁面积与所处理的高温气体的流量之比优选为大于1(m2)/1000(m3/h)，使高温气体携带的熔化状态粉尘的分离效率大于99％。可见，换热器对输入粘附分离器气体的升温作用使粘附分离器的内壁面积有了很大的提高空间，便于实现对粘附分离器的内壁面积与所处理的高温气体的流量之比的控制，从而使高温气体的净化效果更好，换热器也不会因高温气体携带残余未分离的熔化状态粉尘粘结在换热器中而堵塞，回收热量的效率也因此得到了进一步的提高。
作为本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘的方法的一种改进，所述粘附分离器为离心式粘附分离器、过滤式粘附分离器或者两种类型分离器的组合；离心式粘附分离器使携带熔化状态粉尘的高温气体在其内空中旋转，高温气体中携带的熔化状态粉尘即在离心力的作用下被甩离高温气体并粘附到分离器的内壁上，从而与高温气体分离；过滤式粘附分离器是使携带熔化状态粉尘的高温气体从其内由过滤材料堆砌成的过滤层的空隙中穿过，熔化状态的粉尘被粘附在过滤材料上而与高温气体分离。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种用于实现上述任一段落所述方法的粘附分离器，其为离心式粘附分离器，包括壳体、内空、至少一个进气口、至少一个出气口和至少一个排液口，内空由粘附分离器的内壁围成并基本为圆柱状，进气口和出气口开设于壳体端部并与内空连通，排液口开设于壳体位置较低的一端，并与内空的底部连接，粘附分离器的内壁上设置斜切于内空轴线的气体旋转导向条。气体旋转导向条能使高温气体在通过离心式粘附分离器的内空时不断旋转而产生分离高温气体中携带的熔化状态粉尘的离心力，为获得更高的粉尘分离效率，只要不断延长内空长度，即可增加壁面的面积，从而使分离熔化状态的粉尘效率达到95％以上，有效解决了现有技术中空气旋流器不能无限布置以致高温气体离心旋转力不足的问题。
作为本发明离心式粘附分离器的一种改进，所述气体旋转导向条为一体成型于粘附分离器内壁上的凸出条或弹簧状螺旋导向条，或是单独成型后装入离心式粘附分离器内空中的弹簧状螺旋导向条。
作为本发明离心式粘附分离器的一种改进，所述内空的数量为一个或一个以上，进气口和出气口分别开设于壳体的不同端部，一个以上的内空为并联结构并共用进气口、出气口和排液口。并联结构的多个内空能够将大量的高温气体分散成小股气流并对其进行分别净化，从而大幅增加高温气体与壁面的接触面积，使熔化状态粉尘的分离效率大幅提高；同时，这种结构对粘附分离器外壳的表面积增加不多，因此有利于减少散热，能够保持熔化状态粉尘在达到足够高的分离效率之前不会由于降温过多而凝固，保证粘附在内壁上的熔化状态粉尘顺利自排液口输出。经测试，使用上述粘附分离器分离熔化状态的粉尘效率可达95-100％。
作为本发明离心式粘附分离器的一种改进，所述离心式粘附分离器的一个以上内空由筒形耐火砖码放间隔而成，筒形耐火砖的外形基本为正方形或长方形，所述气体旋转导向条设于筒形耐火砖的内壁上或直接置于筒形耐火砖的内空中。这种结构不仅有利于粘附分离器的砌筑和维护，而且相邻筒形耐火砖之间有一定的间隙，温度变化时不容易出现因耐火材料的体积膨胀或收缩而损坏粘附分离器的现象，避免了大规格的粘附分离器容易因温度变化而出现耐火材料裂缝的问题，有利于延长离心式粘附分离器的使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种用于实现上述任一段落所述方法的粘附分离器，其为过滤式粘附分离器，包括外壳、进气口、过滤层、出气口和排液口，所述过滤层是由过滤材料堆砌成的含有空隙的过滤层，过滤材料包括金属材料、耐火材料、矿物原料或固体燃料中的一种或几种的组合。上述过滤式粘附分离器的过滤材料取材广泛，有利于对各种高温化学反应中的原材料或中间产物进行利用，而且过滤材料的表面构成粘附分离器的内壁面，与离心式粘附分离器相比，内壁面积大幅增加，内空的间隙更小，因此分离熔化状态粉尘的效率更高，经测试可达99-100％。
作为本发明过滤式粘附分离器的一种改进，所述过滤层是由基本为矩形的耐火砖砝放成的多层多排多列的格子状结构，矩形耐火砖之间形成格子状的内空。高温气体通过格子状的内空时会因每层耐火砖的阻碍而呈紊流状态，紊流状态的高温气体中的熔化状态粉尘会因不规则运动而冲刷并粘附在粘附分离器的内壁上，只要有足够多层数的耐火砖，就可以达到足够高的分离效率，而且这种结构的过滤层还可以通过调节相邻耐火砖的间隙大小，来调节高温气体通过的阻力，因此比不固定形状的耐火材料、矿物原料或固体燃料等堆砌的过滤层的阻力小，有利于降低高温气体通过过滤式粘附分离器的阻力。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种生产可燃性气体的方法，其包括以下步骤：
(1)利用换热器将含氧气或水蒸汽的气体加热至200-1600℃作为气化剂；
(2)将粉状固体燃料分散到所述200-1600℃的气化剂中，二者发生气化反应生成温度高于固体燃料中所含灰份熔点温度的含CO、H2的高温可燃性气体和熔化状态灰份，将携带熔化状态灰份的高温可燃性气体输入粘附分离器中分离熔化状态灰份并输出净化后的高温可燃性气体；或
将所述200-1600℃的气化剂输入以颗粒或块状固体燃料为过滤材料的过滤式粘附分离器中，所述颗粒或块状固体燃料与气化剂发生气化反应，生成温度高于固体燃料中所含灰份熔点温度的含CO、H2的高温可燃性气体和熔化状态的灰份，熔化状态的灰份被未反应的颗粒或块状固体燃料过滤分离，得到净化的高温可燃性气体，粘附分离器中消耗的过滤材料由颗粒或块状固体燃料加入设备输入补充；
(3)将净化后的高温可燃性气体输入步骤(1)所述的换热器中换热冷却至800℃以下再输出，回收的热量用于加热步骤(1)所述的含氧气或水蒸汽的气体；
所述换热器为间壁式换热器或蓄热式换热器，所述含氧气或水蒸汽的气体为空气、氧气、水蒸汽三种气体之一或组合，所述固体燃料为煤炭、石油焦、生物质材料、含碳矿物燃料、含可燃物的生活或工业垃圾中的一种或多种。
应用分离高温气体携带的熔化状态粉尘的方法生产可燃性气体，彻底改变了传统的煤气生产技术，实测结果表明其具有以下优点：第一、此方法生产的可燃性气体不含焦油，解决了传统的煤气生产技术产生焦油污染环境的问题；第二、分离高温可燃性气体携带的熔化状态粉尘的效率达到99.5％以上，所生产的可燃性气体含尘量极低，达到燃料油或天然气的洁净程度；第三、热转换效率达到90％以上，远高于传统的煤气生产技术的60-70％；第四、由于气化反应温度高，对煤的品质要求较低，普通品质的煤就可以使用，因此与传统的煤气生产相比，煤的成本可以降低20-30％；第五、由于本发明是把气化剂通过换热器加热后再气化燃料，燃料的气化效率大幅提高，甚至可将含可燃物的生活或工业垃圾作为燃料使用，有利于净化和处理城市生活和工业垃圾。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种生产高温可燃性气体并利用其加热物料的方法，其包括以下步骤：
(1)利用换热器将含氧气体或含水蒸汽的气体加热到500-1600℃；
(2)将粉状固体燃料分散到所述500-1600℃的含氧气体或含水蒸汽的气体中，二者发生气化反应生成温度高于固体燃料所含灰份熔点温度的含CO、H2的高温可燃性气体和熔化状态灰份，将携带熔化状态灰份的高温可燃性气体输入粘附分离器中分离熔化状态灰份并输出净化后的高温可燃性气体；
(3)将净化后的高温可燃性气体输入工业窑炉，与经换热器加热后输入工业窑炉的含氧气体混合燃烧，产生1200-2000℃的高温气体而对工业窑炉中的物料加热；
(4)将工业窑炉中加热物料后的气体输入步骤(1)和步骤(3)所述的换热器冷却降温后输出，换热器回收的热量用于加热步骤(1)和步骤(3)所述的含氧气体和/或含水蒸汽的气体；
所述工业窑炉为玻璃熔窑、冶金反射炉或轧钢加热炉。
应用分离高温气体携带的熔化状态粉尘的方法生产可燃性气体并利用其加热物料，彻底改变了传统工业窑炉使用煤气的技术，可以直接利用工业窑炉中的气体与换热器热交换加热气化剂，通过高温气化剂气化固体燃料产生温度高于固体燃料中灰份熔点的可燃性气体，有效利用了工业窑炉气体的余热，提高了热效率，实测结果表明，本发明比传统使用煤气技术的工业窑炉热效率提高30％以上；与传统使用煤气的工业窑炉相比，使用此方法生产的高温可燃性气体加热的窑炉温度更高，达到了与使用燃料油或天然气相同的窑炉温度；粘附分离器分离高温可燃性气体携带的熔化状态灰份的效率达到99.5％以上，所产生的可燃性气体含尘量极低，达到燃料油或天然气的洁净程度，完全能够代替原先工业窑炉上使用的燃料油或天然气，使燃料成本降低50％以上。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种炼铁方法，其包括以下步骤：
(1)利用换热器将含氧气体加热到500-1600℃作为氧化剂，将氧化剂分作第一和第二两部份；
(2)将步骤(1)所述的第一部份氧化剂与燃料和粉状铁矿石混合，氧化剂与燃料不完全燃烧产生1500℃以上的含CO、H2的高温还原性气体，粉状铁矿石在高温还原性气体中熔化成液体状态并还原析出液态铁和熔化状态的炉渣；
(3)将含有熔化状态的铁矿石、液态铁和熔化状态的炉渣的高温还原性气体输入粘附分离器中，熔化状态的铁矿石、液态铁和熔化状态的炉渣粘附于分离器的内壁上，未完全还原的熔化状态的铁矿石在高温还原性气体的作用下继续还原析出液态铁和熔化状态的炉渣，液态铁和熔化状态的炉渣从粘附分离器的排液口输出，再通过撇渣器将液态铁与炉渣分开，输出净化后的高温还原性气体；
(4)将经粘附分离器分离净化后输出的高温还原性气体与步骤(1)所述的第二部份氧化剂混合，二者完全燃烧所产生的1500℃以上的高温气体输入步骤(1)所述的换热器冷却后排出，换热器回收的热量用于加热步骤(1)所述的含氧气体。
作为本发明炼铁方法的一种改进，所述粘附分离器收集的液态铁和熔化状态的炉渣从排液口输出前，先通过一层煤炭或焦炭过滤层，以使未完全还原的熔化状态的铁矿石在煤炭或焦炭过滤层中继续还原析出液态铁和熔化状态的炉渣。
作为本发明炼铁方法的一种改进，所述粘附分离器为离心式过滤分离器或过滤式粘附分离器，过滤式粘附分离器的过滤材料是煤炭或焦炭。使用煤炭或焦炭作为粘附分离器的过滤材料，未完全还原的熔化状态的铁矿石在煤炭或焦炭过滤层中会继续还原析出液态铁和熔化状态的炉渣，使排液口输出的液体中少含或不含铁矿石。
为了解决上述技术问题，本发明还提供另一种炼铁方法，其包括以下步骤：
(1)利用换热器将含氧气体加热到500-1600℃作为氧化剂，将氧化剂分作第一和第二两部份；
(2)将步骤(1)所述的第一部份氧化剂与燃料混合，二者不完全燃烧产生1500℃以上的含CO、H2的高温还原性气体；
(3)将上述高温还原性气体输入以颗粒或块状铁矿石为过滤层的粘附分离器，颗粒或块状铁矿石在高温还原性气体作用下受热熔化并还原析出液态铁和熔化状态的炉渣，液态铁和熔化状态的炉渣从粘附分离器的排液口输出，再通过撇渣器将液态铁与炉渣分开；
(4)将经粘附分离器分离净化后输出的高温还原性气体与步骤(1)所述的第二部份氧化剂混合，二者完全燃烧所产生的1500℃以上的高温气体输入步骤(1)所述的换热器冷却后排出，换热器回收的热量用于加热步骤(1)所述的含氧气体。
作为本发明另一种炼铁方法的改进，所述粘附分离器收集的液态铁和熔化状态的炉渣从排液口输出前，先通过一层煤炭或焦炭过滤层，以使未完全还原的熔化状态的铁矿石在煤炭或焦炭过滤层中继续还原析出液态铁和熔化状态的炉渣。
与传统的高炉炼铁技术相比，本发明的炼铁方法可以不用或少用焦炭，节约焦炭成本约50-100％；传统的高炉炼铁需另外设几组庞大的热风炉轮流预热助燃空气，本发明由于对高温气体的热量回收利用而不需要单独设热风炉，体积大幅减小，炉体表面散热减少50％以上；炼铁装置也比传统的炼铁高炉结构更简单、紧凑，具有体积小、投资低的优势。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种熔化粉状固体物料的方法，其包括以下步骤：
(1)由换热器将含氧气体加热到500-1600℃；
(2)将步骤(1)所述的500-1600℃的含氧气体输入到反应塔中，与燃料和粉状固体物料混合，含氧气体与燃料燃烧产生1200-2000℃的高温气体，粉状固体物料分散到1200-2000℃的高温气体中熔化成为液态粉尘；
(3)将含有液态粉尘的高温气体输入粘附分离器，液态粉尘分离汇集成的液态熔融物从排液口输出，净化后的高温气体从出气口输出；
(4)将净化后的高温气体输入步骤(1)所述的换热器中换热冷却后排出，换热器回收的热量用于加热步骤(1)所述的含氧气体。
本发明熔化粉状固体物料的方法用于生产玻璃时，所述固体物料是玻璃配合料，所述液状熔融物是液体状态的玻璃，从排液口输出的液体状态的玻璃输入澄清池消除气泡后输入成型设备成型，再输入退火设备降温退火后得到玻璃制品。
用本发明熔化粉状固体物料的方法生产玻璃，玻璃配合料呈粉状喷入高温气体中，在不到1秒钟的时间内就从固体状态熔化为玻璃液，传热效率极高；而传统玻璃熔窑是将一层配合料浮在玻璃液面上受配合料上层火焰传热熔化，需要1小时以上才能完全熔化，两者传热效率相差极大。实测结果表明，在生产相同重量的玻璃时，本发明的炉体体积只有传统玻璃窑炉体积的1/3，窑炉表面散热减少50％以上，烟气排放损失热量减少40％以上，燃料消耗量减少40％以上。
本发明熔化粉状固体物料的方法用于有色金属冶炼时，所述反应塔是冶金闪速炉，所述粉状固体物料为粉状硫化矿物。与传统技术相比，本发明冶金闪速炉与粘附分离器相结合，能够有效分离熔化状态的粉尘，输出洁净的高温气体，并将高温气体再输入换热器回收热量以加热含氧气体，热效率大幅提高，实测结果表明能够节约燃料30％左右。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种熔制耐火砖的方法，其包括以下步骤：
(1)由换热器将含氧气体加热到800-1600℃；
(2)将燃料分散到步骤(1)所述的800-1600℃的含氧气体中，二者混合燃烧产生1600-3000℃的高温气体；
(3)将1600-3000℃的高温气体输入以耐火砖原料为过滤层的粘附分离器中，耐火砖原料在1600-3000℃的高温气体作用下受热熔化成液体状态，并从排液口输出，浇注成型并冷却得到需要形状的耐火砖，净化后的高温气体从粘附分离器的出气口输出；
(4)将净化后的高温气体与低温气体混合冷却到1800℃以下，再输入步骤(1)所述的换热器中换热冷却后排出，换热器回收的热量用于加热步骤(1)所述的含氧气体；
所述耐火砖原料的主要成份为Al2O3、ZrO2、SiO2三种成份之一或组合。
本发明熔制耐火砖的方法采用燃料油或天然气等燃料就可以达到与电弧炉相同的温度，满足生产锆钢玉砖等耐火材料所要求的温度，实测结果表明，使用本发明装置生产的锆钢玉砖与传统电弧炉生产的锆钢玉砖质量相同，燃料油的成本却只有传统电弧炉生产锆钢玉砖电能成本的60％。
综上所述，在固体燃料燃烧、固体燃料气化、固体物料熔化、玻璃生产、冶金化学反应及其他高温化学反应的技术领域中，凡是需要分离高温气体携带的熔化状态粉尘的，都可以通过应用本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘的方法进一步改进上述高温化学反应的方法和技术，实现提高生产效率、节约能源、改善环境的目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘的方法、设备、应用及其有益技术效果进行详细说明。
图1为本发明的离心式粘附分离器第一实施方式的结构示意图。
图2为离心式粘附分离器所使用的耐火砖的结构示意图。
图3为本发明的离心式粘附分离器第二实施方式的结构示意图。
图4为本发明的过滤式粘附分离器的结构示意图。
图5至图13为应用本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘的方法的各种窑炉结构示意图。
具体实施方式
本发明中熔化状态的粉尘是指温度在自身熔点温度以上而呈液体状态的粉尘，包括但不限于金属、矿物原料的熔融产物之一或其组合，如煤的灰份或粉状金属铁；所述高温气体的温度大于粉尘的熔点温度。高温气体中熔化状态粉尘的来源为：(1)高温气体在输入粘附分离器内空之前携带的熔化状态粉尘；(2)将固体材料或固体燃料分散到输入粘附分离器内空的气体中发生物理和/或化学反应产生的熔化状态粉尘；(3)气体在输入过滤式粘附分离器后与过滤式粘附分离器中的过滤材料发生物理和/或化学反应产生的熔化状态粉尘。
本发明使用粘附分离器分离高温气体携带的熔化状态粉尘，并使用换热器冷却高温气体同时回收其热量，换热器回收的热量再用于加热直接输入或反应后输入粘附分离器的气体，从而实现高温气体的高效分离及热量回收。本发明使用的粘附分离器包括离心式粘附分离器和过滤式粘附分离器两种类型，以下分别对其进行说明。
请参阅图1，本发明的离心式粘附分离器的第一实施方式包括壳体12、进气口13、出气口14、排液口15和气体旋转导向条16。其中，壳体12基本为圆筒状，壳体12的内壁围成大致为圆柱状的内空17，进气口13、出气口14分别开设于壳体12的两端，并分别与内空17相切连接。排液口15开设于壳体12位置较低的一端，并与内空17的底部连接。气体旋转导向条16设于壳体12的内壁上，斜切于内空17的轴线。壳体12的材料为内衬耐火材料金属外壳、内衬耐火材料水冷金属外壳、水冷金属外壳或耐火材料外壳四种之一或组合。
使用时，携带粉尘的高温气体从进气口13输入粘附分离器的内空17，进气口13与内空17的相切结构、气体旋转导向条16的导向都使高温气体在内空17中螺旋前进，并冲刷壳体12的内壁，高温气体携带的熔化状态粉尘在离心力的作用下被甩离高温气体粘附到离心式粘附分离器的内壁上，并在自身重力作用下，流到粘附分离器的底部从排液口15排出，净化后的气体从出气口14输出。由于高温气体的温度大于粉尘的熔点温度，因此粉尘从排液口15排出前不会凝固。显然，进气口13、出气口14、排液口15、气体旋转导向条16的数量、形状、大小等都可以根据实际需要进行调整。
上述离心式粘附分离器可以由图2所示的耐火砖18制成，耐火砖18的内空17为圆柱状，外壁则大致为圆形、正方形或长方形。耐火砖18的内壁上设有斜切于内空17轴线的气体旋转导向条16。
请参阅图3，为了能够对大流量的高温气体进行及时处理，并保证熔化状态粉尘的分离效率，本发明给出离心式粘附分离器的第二实施方式，其与第一实施方式不同的是，外壳12基本为正方体或长方体，内部包括由耐火砖18码放间隔成的数条并联圆柱状内空17。这些内空17排列成多排多列的格子状，并共用进气口13、出气口14和排液口15。使用时，从进气口13输入的大股高温气体分别进入不同的内空17中，而被分为多个小股，这些小股的高温气体分别在所在内空17中净化后，再汇成一股从出气口14排出，各个内空17的侧壁粘附的熔化状态粉尘则在重力作用下分别流到粘附分离器的底部，汇成一股后从排液口15排出。并联内空17的设置能够大大增加粘附分离器的内壁面积，使其对熔化状态粉尘的粘附、分离能力大大增强，通过控制耐火砖18的行数、列数和层数，轻松实现对粉尘的高度分离净化。与直接延长分离器的长度相比，这样的结构有利于缩小散热面积而保持热量。
虽然图3所示离心式粘附分离器的多个内空17为并联结构，但在其他实施方式中，离心式粘附分离器的多个内空也可设置为串联结构，或者是串并联混用的结构。
在其他实施方式中，为了提高对高温气体的导向作用，上述所有离心式粘附分离器及其耐火砖18的气体旋转导向条16也可以为弹簧状螺旋导向条，螺旋状导向条可以直接成型于耐火砖18的内壁，也可以单独成型后装入耐火砖18或离心式粘附分离器的内空17中。
请参阅图4，本发明的过滤式粘附分离器包括壳体12a、进气口13a、出气口14a、排液口15a和过滤层。其中，壳体12a基本为正方体或长方体；进气口13a、出气口14a分别开设于壳体12a的两端，并分别与内空17a连接；排液口15a开设于壳体12a位置较低的一端，并与内空17a的底部连接；过滤层则是由多排多列多层矩形耐火砖18a码放成格子状而砌成，矩形耐火砖18a之间形成格子状的内空17a。
使用时，携带熔化状态粉尘的高温气体从进气口13a输入，从过滤材料堆砌的过滤层的内空17a中穿过，熔化状态的粉尘粘附在耐火砖18a的壁面上，并在自身重力或与自身重力同流向的高温气体的作用下从过滤层的内空17a中流到底部的排液口15a排出，净化后的高温气体从出气口14a输出。
本发明过滤式粘附分离器通过控制耐火砖18a的行数、列数和层数，能够控制过滤式粘附分离器中壁面的总面积与高温气体的流量之比，轻松实现对粉尘的高度分离净化。
在过滤式粘附分离器的其他实施方式中，壳体12a内的过滤层可不使用耐火砖，改而由适当厚度的金属材料或固体材料堆积而成，所述金属材料包含废铜或废铁，所述固体材料包含焦炭、块状煤或矿物原料。
需要说明的是，上述各种粘附分离器(包括离心式和过滤式)都具有单独的进气口、出气口、排液口来实现相应的进气、出气、排液功能，但是在粘附分离器与其他设备连用时，其排液口也可以与进气口或出气口为同一个开口，只要能实现相应的功能即可。
以下将给出使用本发明粘附分离器分离高温气体携带的熔化状态粉尘、并使用换热器冷却高温气体同时回收其热量的窑炉实施例，并对窑炉的结构和工作流程进行说明。以下应用实例并非穷举，凡是应用本发明所述分离高温气体中的熔化状态粉尘的方法和设备，均落入本发明的保护范围内。
实施例1
图5所示为一种应用本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘方法的窑炉，其包括离心式粘附分离器1、过滤式粘附分离器10、间壁式换热器2、燃料或粉状物料输送及流量控制设备3、气体输入设备4、燃料输入口30和气体输出口50。离心式粘附分离器1的出气口和过滤式粘附分离器10的进气口连接，过滤式粘附分离器10与离心式粘附分离器1共用一个排液口15。间壁式换热器2包括两个管道，其中一个管道的入口与过滤式粘附分离器10的出气口连接，此管道的出口则为气体输出口50；间壁式换热器2的另一个管道入口与气体输入设备4连接，此管道的出口则与离心式粘附分离器1的进气口13连接。燃料输入口30开设于离心式粘附分离器1的进气口13附近，燃料和粉状物料输送和流量控制设备3通过燃料输入口30与离心式粘附分离器1连接。
上述窑炉用于生产可燃性气体，其工作原理为：由气体输入设备4将含氧气体输入间壁式换热器2加热到200-700℃之间的某一温度值，例如加热到350℃后从进气口13输入离心式粘附分离器1；由燃料或粉状物料输送及流量控制设备3将粉状固体燃料从燃料输入口30输入离心式粘附分离器1内，粉状固体燃料与含氧气体点燃发生气化反应，生成温度高于粉状固体燃料所含灰份熔点的高温可燃性气体，例如1600℃的高温可燃性气体，这种含有熔化状态灰份的高温可燃性气体在离心式粘附分离器1内初步分离一部份熔化状态的灰份后，再输入与离心式粘附分离器1连接的过滤式粘附分离器10，在离心式粘附分离器1和过滤式粘附分离器10的分离作用下，熔化状态的灰份从排液口15排出、净化后的高温可燃性气体再输入间壁式换热器2，将热量传递给含氧气体，可燃性气体被冷却到800℃以下任一温度值，例如500℃后从气体输出口50输出。
所述气体输入设备4采用风机，在输入的空气中加入水蒸汽，或通过富氧空气发生设备、制氧设备提高空气的含氧量，并可加入部份水蒸汽以提高可燃性气体的热值。
所述固体燃料包含煤炭、石油焦、生物质材料、含碳矿物燃料、含可燃物的生活或工业垃圾其中之一或组合。
所述离心式粘附分离器1的内衬和过滤式粘附分离器10内的材料采用优质硅砖，可以承受1600℃的高温环境。当使用煤作为燃料时，煤的灰份熔点一般在1150-1350℃，要求控制粘附分离器内的温度在1350℃以上，例如控制在1550℃左右，此温度既在优质硅砖允许的使用温度范围内，气化反应效果也比较好。
在离心式粘附分离器1内，煤粉发生如下气化反应：
一、以空气作为气化剂发生的气化反应：
2C+O2＝2CO+221.2kJ；
2CO+O2＝2CO2+566.0kJ；
C+O2＝CO2+393.8kJ；
CO2+C＝2CO-172.6kJ；
二、以水蒸汽作为气化剂发生的气化反应：
C+2H2O＝CO2+2H2-90.2kJ；
C+H2O＝CO+H2-131.4kJ。
根据上述气化反应化学方程式，以空气作为气化剂时主要是放热反应，以水蒸汽作为汽化剂时主要是吸热反应，适当提高空气中的含氧量可以减少可燃性气体中氮的含量，提高可燃性气体的热值，但离心式粘附分离器1内的反应温度也会相应提高，当达到一定限度时，反应温度会达到1600℃以上，如1750℃，这样就会超过优质硅砖允许的使用温度，如果增加一部份水蒸汽作为气化剂，由于水蒸汽与煤的气化反应是吸热反应，就可以适当降低离心式粘附分离器1内的气化反应温度，适当调整气化剂中的含氧量和含水蒸汽量，尽量减少含氮量，就可以实现既控制离心式粘附分离器1内的反应温度在优质硅砖允许的温度范围内，又获得高热值的可燃性气体；通过间壁式换热器2的换热作用，把高温可燃性气体降低到适当温度再输出，有效地利用了高温可燃性气体中的热量，加热后的含氧气体作为气化剂，更有利于提高固体燃料的气化效果。
由于间壁式换热器2一般只能将含氧气体加热到200-700℃，效果不是很好，如采用蓄热式换热器，可以将含氧气体加热到500-1600℃，本发明优选蓄热式换热器，以下实施例均采用蓄热式换热器。
实施例2
图6所示为一种应用本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘方法的窑炉，其包括离心式粘附分离器1、蓄热式换热器20、两个旋风炉或反应塔6、燃料或粉状物料输送及流量控制设备3、气体输入设备4、燃料输入口30、气体输出口50、阀门51、气体换向闸板52和烟气换向闸板53。离心式粘附分离器1的内空为先并联后串联的对称式结构，蓄热式换热器20的两组蓄热室分置于离心式粘附分离器1的两侧，并各自通过一个旋风炉或反应塔6与离心式粘附分离器1的进气口/出气口相连接。燃料或粉状物料输送及流量控制设备3通过阀门51和燃料输入口30与旋风炉或反应塔6相连。气体输入设备4与蓄热式换热器20的两组蓄热室分别相连，并通过两个气体换向闸板52打开或关闭与对应蓄热室的连通状态。蓄热式换热器20通过烟气换向闸板53打开或关闭与气体输出口50的连通状态。
蓄热式换热器20的工作原理是将两组蓄热室交替运行，分为吸热升温周期和降温放热周期，实现对高温气体中热量的回收。两组蓄热室换向回收高温气体中热量的操作过程如下(以下简称换向操作)：首先，左侧烟气换向闸板53关闭，右侧烟气换向闸板53打开，左侧气体换向闸板52打开，右侧气体换向闸板52关闭，气体输入设备4将含氧气体从左侧打开的气体换向闸板52向左侧蓄热室输入，含氧气体在左侧蓄热室内温度逐渐升高到500-1600℃之间的某一温度值，如1200℃后再进入左侧旋风炉或反应塔6，在左侧旋风炉或反应塔6内与燃料或粉状物料输送及流量控制设备3从打开的左侧阀门51(右侧阀门51关闭)输入的燃料或物料产生高温化学反应，生成熔化状态的粉尘和高温气体，如1650℃的熔化状态的粉尘和高温气体；含有熔化状态粉尘的高温气体输入离心式粘附分离器1，熔化状态的粉尘被收集下来从排液口15排出，净化后的高温气体从右侧旋风炉或反应塔6经过并进入右侧蓄热室，高温气体加热右侧蓄热室中的蓄热材料，温度逐渐降低至800℃以下，如降低到500℃或300℃后从打开的右侧烟气换向闸板53输出。在这一过程中，左侧蓄热室内的蓄热材料将热量传递给含氧气体完成左侧蓄热室内蓄热材料的降温放热周期，右侧蓄热室内的蓄热材料吸收高温气体中的热量完成右侧蓄热室内蓄热材料的吸热升温周期。
每隔一段时间，进行一次换向操作，按上述操作方法反向从右侧蓄热室输入含氧气体，从右侧旋风炉或反应塔6内输入燃料或物料，从左侧蓄热室输出净化并降温后的反应气体，周而复始进行上述换向操作，就实现了应用粘附分离器和蓄热室分离熔化状态粉尘并回收含有熔化状态粉尘的高温气体所含热量的目的。
图6所示的窑炉可用于生产可燃性气体，采用的操作方式包括如下两种：
A、从燃料或粉状物料输送及流量控制设备3输入粉状固体燃料，与气体输入设备4输入的含氧气体按上述换向操作方法交替在两侧旋风炉6内发生气化反应，交替从两侧气体输出口50输出可燃性气体。
B、由气体输入设备4从左(或右)侧蓄热室输入含氧气体预热到选自500-1200℃之间的某一温度值，如1000℃后进入旋风炉6与燃料或粉状物料输送及流量控制设备3输入的粉状固体燃料发生完全燃烧反应，产生高于固体燃料中所含灰份熔点温度的高温气体和熔化状态的灰份，如1700℃或1600℃的高温气体和熔化状态的灰份，经粘附分离器1净化，熔化状态的灰份从排液口15输出，净化的高温气体进入右(或左)侧蓄热室加热其中的蓄热材料后降温至300℃以下，如200或150℃后从右(或左)侧气体输出口50排放。隔一段时间，由气体输入设备4从右(或左)侧蓄热室输入水蒸汽预热到选自1450℃-1600℃之间的某一温度值，如1580℃后进入旋风炉6与燃料或粉状物料输送及流量控制设备3输入的粉状固体燃料发生气化反应产生选自1400-1500℃之间的某一温度值，如1450℃的含CO、H2的高温可燃性气体和熔化状态的灰份，经粘附分离器1净化，熔化状态的灰份从排液口15输出，含CO、H2的高温可燃性气体输入左(或右)侧蓄热室加热其中的蓄热材料后，气体降温至500℃以下，如300℃或150℃后从左(或右)侧气体输出口50输出。这种操作方法在一侧全部采用水蒸汽作气化剂，输出的可燃性气体成份中CO和H2占总量的95％以上，具有很高的热值。
图6所示的窑炉还可以用于生产玻璃，操作方法是：从燃料或粉状物料输送及流量控制设备3向左(或右)侧反应塔6输入粉状固体燃料和粉状玻璃配合料的混合物，从气体输入设备4输入的含氧气体经左(或右)侧蓄热室预热至选自500-1600℃之间的某一温度值，如1000℃后与粉状固体物料在左(或右)反应塔6内产生高温燃烧反应，达到选自1200-2000℃之间的某一温度值，如1600℃，粉状玻璃配合料同时分散在1600℃的高温气体中并迅速受热熔化，粉状固体燃料的灰份也是玻璃的组份；高温气体经粘附分离器1的分离，玻璃液从排液口15输出，再输入澄清池，经成型设备加工成型，送入退火窑冷却，成为玻璃产品，净化后的高温气体输入右(或左)侧蓄热室中换热冷却后排出。每隔一段时间，进行一次换向操作。
图6所示的窑炉还可以用于生产有色金属，反应塔6采用闪速炉，可用于熔化粉状硫化矿物。以炼铜为例：从燃料或粉状物料输送及流量控制设备3向左(或右)侧反应塔6输入硫化铜精矿颗粒，与经蓄热式换热器20预热至选自500-1600℃之间的某一温度值，如800℃的高温含氧气体在左(或右)侧反应塔6内混合传质传热，反应达到选自1200-2000℃之间的某一温度值，如1400℃，在1400℃的高温作用下硫化铜精矿颗粒完成氧化脱硫、熔化反应，并放出大量的热，铜锍和熔化状态的炉渣经粘附分离器1收集后从排液口15输出并输入沉淀池，经澄清分离分别从锍口和渣口放出铜锍和炉渣，净化后的高温气体输入右(或左)侧蓄热室中换热冷却后排出。每隔一段时间，进行一次换向操作。
实施例3
图7所示为一种应用本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘方法的窑炉，其包括过滤式粘附分离器10a、蓄热式换热器20、颗粒或块状物料加入设备7、气体输入设备4、气体输出口50、气体换向闸板52和烟气换向闸板53。过滤式粘附分离器10a的过滤层是颗粒或块状固体燃料11，蓄热式换热器20的两组蓄热室分置于过滤式粘附分离器10a的两侧。颗粒或块状物料加入设备7设于过滤式粘附分离器10a的上部。气体输入设备4与蓄热式换热器20的两组蓄热室分别相连，并通过两个气体换向闸板52打开或关闭与对应蓄热室的连通状态。蓄热式换热器20通过烟气换向闸板53打开或关闭与气体输出口50的连通状态。
图7所示窑炉用于生产可燃性气体，工作原理如下：由气体输入设备4从左侧蓄热室输入含氧气体，经左侧蓄热室加热至200-1600℃之间的某一温度值，如1300℃的含氧气体输入粘附分离器10a；由颗粒或块状物料加入设备7将颗粒或块状固体燃料11输入过滤式粘附分离器10a，颗粒或块状固体燃料11与输入的1300℃的含氧气体发生气化反应生成高于固体燃料中所含灰份熔点温度的含CO、H2的高温可燃性气体，如1600℃的高温可燃性气体，颗粒或块状固体燃料11中含有的灰份受热熔化并从排液口15输出，净化的高温可燃性气体则进入右侧蓄热室并加热右侧蓄热室中的蓄热材料，高温可燃性气体冷却至800℃以下，如300℃后，从右侧气体输出口50输出；每隔一段时间换向一次，交替从两侧气体输出口50输出可燃性气体。
在上述窑炉中，过滤式粘附分离器10a中的颗粒或块状的固体燃料11既是生产可燃性气体的燃料，又是过滤式粘附分离器10a中的过滤材料。
实施例4
图8所示为一种应用本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘方法的窑炉，其与实施例2(图6)的结构基本相同，区别是在两组蓄热室之间增加了一条含氧气体输送管路54，含氧气体输送管路54的气体流量由流量调节阀55调节。
图8所示的窑炉用于炼铁，工作原理是：由燃料或粉状物料输送及流量控制设备3从燃料输入口30向左侧反应塔6内加入粉状铁矿石和燃料，燃料在左侧反应塔6内与从气体输入设备4输入蓄热式换热器20的左侧蓄热室加热的一部分达到500-1600℃之间的某一温度，如1300℃的含氧气体混合燃烧，产生高于铁矿石熔点的高温还原性气体，如1700℃的高温还原性气体，粉状铁矿石分散在1700℃高温还原性气体中受热熔化，铁氧化物被还原析出液态铁，高温气体和熔化状态的铁矿石、液态铁、炉渣的混合物输入离心式粘附分离器1中，熔化状态的铁矿石、液态铁、炉渣粘附在粘附分离器1的壁面上，并受到高温还原性气体的不断冲刷，粘附在壁面上的铁矿石不断还原析出液态铁，最终液态铁和熔化状态的炉渣在重力作用下流到排液口15输出，再由撇渣器将液态铁和熔化状态的炉渣分开。经左侧蓄热室换热加温的另一部分高温含氧气体由流量调节阀55控制流量，从含氧气体输送管路54输入到右侧的蓄热室上部，并与经离心式粘附分离器1净化的高温还原性气体混合完全燃烧升温到1500℃以上，如1650℃，高温气体加热右侧蓄热室的蓄热材料，降温后的气体从右侧气体输出口50排出。每隔一段时间换向操作一次。
实施例5
图9所示为一种应用本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘方法的窑炉，其与实施例4(图8)的结构基本相同，区别是在粘附分离器1的内空下游与排液口15之间增加了一层颗粒状或块状煤炭或焦炭56及用于添加颗粒状或块状煤炭或焦炭56的颗粒或块状物料加入设备7。
图9所示的窑炉用于炼铁，其工作原理与实施例4(图8)基本相同，区别仅在于：高温气体和熔化状态的铁矿石、液态铁、炉渣的混合物输入离心式粘附分离器1并被分离、还原后，再通过离心式粘附分离器1下游的颗粒状或块状煤炭或焦炭56，未完全还原的铁矿石(如果有的话)在煤炭或焦炭56的作用下进一步还原析出液态铁，最终液态铁和熔化状态的炉渣在重力作用下流到排液口15输出。颗粒状或块状煤炭或焦炭56在炼铁生产过程中会不断消耗，消耗量由颗粒或块状物料加入设备7及时加入补充。
实施例6
图10所示为一种应用本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘方法的窑炉，其与实施例4(图8)的结构基本相同，区别是将离心式粘附分离器1改为过滤式粘附分离器10b，过滤式粘附分离器10b的过滤层采用的过滤材料是颗粒状或块状煤炭或焦炭56，并增加了两个用于添加颗粒状或块状煤炭或焦炭56的颗粒或块状物料加入设备7。
图10所示的窑炉用于炼铁，其工作原理与实施例4(图8)基本相同，区别仅在于：图10所示窑炉的粘附分离器是过滤式粘附分离器10b，当高温气体和熔化状态的铁矿石、液态铁、炉渣的混合物输入过滤式粘附分离器10b中后，熔化状态的铁矿石不断被对其有很强还原作用的过滤材料(颗粒状或块状煤炭或焦炭56)还原析出液态铁，液态铁和熔化状态的炉渣在重力作用下流到排液口15输出。过滤材料在炼铁生产过程中会不断消耗，消耗量由颗粒或块状物料加入设备7及时加入补充。
实施例7
图11所示为一种应用本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘方法的窑炉，其与实施例4(图8)的结构基本相同，区别是将离心式粘附分离器1改为过滤式粘附分离器10a，过滤式粘附分离器10a的过滤层采用的过滤材料是颗粒或块状的铁矿石57，并在过滤式粘附分离器10a的顶部增加了用于添加颗粒或块状铁矿石57的颗粒或块状物料加入设备7。
图11所示窑炉用于炼铁的工作原理是：由燃料或粉状物料输送及流量控制设备3从物料输入口30向左侧反应塔6内输入燃料，燃料在左侧反应塔6内与从气体输入设备4输入蓄热式换热器20的左侧蓄热室加热的达到500-1600℃之间的某一温度，如1200℃的一部分含氧气体混合燃烧，产生高于铁矿石熔点的高温还原性气体，如1650℃的高温还原性气体；颗粒或块状物料加入设备7将颗粒或块状的铁矿石57输入粘附分离器10a。颗粒或块状的铁矿石57既是过滤材料，又是炼铁的原料。左侧反应塔6内产生的1650℃的高温还原性气体输入粘附分离器10a中，颗粒或块状的铁矿石57受热熔化，铁氧化物被还原析出液态铁，液态铁、熔化状态的炉渣在重力作用下流到排液口15输出，由撇渣器将液态铁和熔化状态的炉渣分开。经左侧蓄热室换热加温的另一部分高温含氧气体由流量调节阀55控制流量，从含氧气体输送管路54输入到右侧的蓄热室上部，与经过滤式粘附分离器10a净化的高温还原性气体混合完全燃烧升温达到1500℃以上后，如1650℃，高温气体加热右侧蓄热室的蓄热材料，降温后的气体从右侧气体输出口50排出。每隔一段时间换向操作一次。
实施例8
图12所示为一种应用本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘方法的窑炉，其包括工业窑炉8、两组离心式粘附分离器1、两组蓄热式换热器20、旋风炉6、燃料或粉状物料输送及流量控制设备3、两组气体输入设备4、气体换向闸板52和烟气换向闸板53。两组离心式粘附分离器1分置于工业窑炉8的两侧并与其连通。一组蓄热式换热器20的两组蓄热室分置于工业窑炉8的两侧并与其连通，另外一组蓄热式换热器20的两组蓄热室分别通过旋风炉6与两组离心式粘附分离器1连通。燃料或粉状物料输送及流量控制设备3通过阀门51和燃料输入口30与旋风炉6相连。两组气体输入设备4与两组蓄热式换热器20的蓄热室分别相连，并通过气体换向闸板52打开或关闭与对应蓄热室的连通状态。两组蓄热式换热器20分别通过烟气换向闸板53打开或关闭与气体输出口50的连通状态。
图12所示的窑炉可用于生产高温可燃性气体，并将其输入工业窑炉8中燃烧以加热工业窑炉8中的物料80，具体工作原理如下：
从左侧的两组蓄热室输入含氧气体，由燃料或粉状物料输送及流量控制设备3将粉状固体燃料输入左侧旋风炉6与经左侧的一组对应蓄热室加热至500-1600℃之间的某一温度值，如1000℃的含氧气体混合气化，生成温度高于固体燃料所含灰份熔点温度的含CO、H2的高温可燃性气体和熔化状态的灰份，如1500℃的高温可燃性气体和熔化状态的灰份；上述高温可燃性气体和熔化状态的灰份输入左侧粘附分离器1，熔化状态的灰份从左侧排液口15排出，净化后的高温可燃性气体输入工业窑炉8中，并与经左侧另一组蓄热室加热输入工业窑炉8的含氧气体混合燃烧，产生选自1200-2000℃之间的某一温度值(具体数值根据所加热物料的需要确定)的高温气体，从而加热输入工业窑炉8内的物料80，熔化的物料80通过工业窑炉8的出口输出；工业窑炉8内的高温气体再输入右侧的两组蓄热室，将热量传递给右侧蓄热室中的蓄热材料，冷却的气体从气体输出口50输出。每隔一段时间换向操作一次。
上述工业窑炉8可以是玻璃熔窑、冶金反射炉或轧钢加热炉。
当工业窑炉8是玻璃熔窑时，物料80是玻璃配合料，玻璃熔窑内高温气体的温度控制在1500-2000℃之间的某一温度值，如1600℃，玻璃配合料在玻璃熔窑内受热熔化成玻璃液，玻璃液从玻璃熔窑的出口输入成型设备加工和退火窑冷却，得到玻璃产品。
当工业窑炉8是冶金反射炉时，以炼铜为例：物料80是硫化铜精矿颗粒，反射炉内的高温气体温度控制在1200-1600℃之间的某一温度值，如1550℃，反射炉内的硫化铜精矿颗粒在高温作用下发生氧化脱硫、熔化反应，并放出大量的热，生成铜锍和炉渣，将铜锍和炉渣从反射炉的出口输入沉淀池，经澄清分离分别从锍口和渣口放出铜锍和炉渣。
当工业窑炉8是轧钢加热炉时，物料80是钢坯，轧钢加热炉内的高温气体温度控制在1300-1500℃之间的某一温度值，如1380℃，钢坯被加热到需要的温度后从轧钢加热炉输出。
另外，本实施例的蓄热式换热器20也可以仅为一组，并采用和图11类似的方法将升温后的含氧气体分为两部分，一部分通过旋风炉6与离心式粘附分离器1连通，用于在旋风炉6中与粉状固体燃料发生气化反应，另一部分则与工业窑炉8连通，用于与净化后输入工业窑炉8的高温可燃性气体混合燃烧。
实施例9
图13所示为一种应用本发明分离高温气体携带的熔化状态粉尘方法的窑炉，其包括过滤式粘附分离器10a、蓄热式换热器20、旋风炉6、颗粒或块状物料加入设备7、燃料或粉状物料输送及流量控制设备3、阀门51、燃料输入口30、气体输入设备4、气体输出口50、气体换向闸板52、烟气换向闸板53、鼓风装置9、鼓风换向闸板90和调温风入口59。过滤式粘附分离器10a的过滤层是颗粒或块状耐火材料58。蓄热式换热器20的两组蓄热室分置于过滤式粘附分离器10a的两侧，并通过旋风炉6与粘附分离器10a连通。颗粒或块状物料加入设备7设于过滤式粘附分离器10a的顶部。燃料或粉状物料输送及流量控制设备3通过阀门51和燃料输入口30与旋风炉6相连。气体输入设备4与蓄热式换热器20的两组蓄热室分别相连，并通过两个气体换向闸板52打开或关闭与对应蓄热室的连通状态。蓄热式换热器20通过烟气换向闸板53打开或关闭与气体输出口50的连通状态。调温风入口59开设于蓄热室5与旋风炉6的连接部位，鼓风装置9设于气体输出口50，并通过鼓风换向闸板90可开闭地连接至调温风入口59，鼓风装置9能够从气体输出口50抽取一部份烟气从调温风入口59输入。
图13所示窑炉用于熔制耐火材料58，工作原理如下：由气体输入设备4从左侧蓄热室输入含氧气体，含氧气体经左侧蓄热室加热到800-1600℃之间的某一温度值，如1550℃后输入旋风炉6，此时，左侧的鼓风换向闸板90关闭；由燃料或粉状物料输送及流量控制设备3从物料输入口30向左侧反应塔6内输入燃料，燃料与高温含氧气体混合燃烧，生成温度在1600-3000℃之间、高于耐火材料58熔点温度的某一温度值的高温气体，如2200℃的高温气体；由颗粒或块状物料加入设备7将颗粒或块状耐火材料58输入粘附分离器10a，颗粒或块状耐火材料58被输入的2200℃的高温气体加热熔化，从排液口15输出，浇注成型并冷却后得到需要形状的耐火材料；从粘附分离器10a输出的高温气体在进入右侧蓄热室之前与右侧鼓风装置9通过调温风入口59输入的低温气体混合而冷却到蓄热室中耐火材料所能承受的温度(如1800℃以下)，之后经右侧蓄热室换热冷却，再从右侧气体输出口50输出；每隔一段时间换向一次。
所述过滤式粘附分离器10a的外壳采用水冷金属外壳或内衬耐火材料水冷金属外壳。
所述耐火材料58的主要成份包含Al2O3、ZrO2、SiO2三种成份之一或其组合，例如，熔制莫来石质耐火材料：含71.8％的Al2O3、26.2％的SiO2；或熔制刚玉质耐火材料：含99.2％的Al2O3、0.3％的SiO2；或熔制锆刚玉质耐火材料:含45.4％的Al2O3、41％的ZrO2、12.5％的SiO2。以上百分比均为质量百分比。
上述所有使用蓄热式换热器的实施例中，所述每隔一段时间换向一次的时间长度一般为10-60分钟之间的数值。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种炼铁方法，其特征在于，包括以下步骤：使携带熔化状态粉尘的高温气体冲刷粘附分离器的内壁，熔化状态的粉尘在自身粘性作用下粘附在粘附分离器的内壁上而与高温气体分离，粘附在内壁上的熔化状态粉尘在自身重力的作用下流到粘附分离器底部的排液口输出，净化后的高温气体从粘附分离器的出气口输入换热器换热冷却后再排出或是进一步反应后再输入换热器冷却排出；换热器回收的热量用于加热输入粘附分离器的气体，被换热器加热后的气体是直接输入或进一步反应后再输入粘附分离器的，其从换热器吸收的热量单独或是与进一步反应继续增加的热量一起，使输出粘附分离器的气体温度一直高于熔化状态粉尘的熔点温度。
2.根据权利要求1所述的炼铁方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用换热器将含氧气体加热到500-1600℃作为氧化剂，将氧化剂分作第一和第二两部份；
(2)将步骤(1)所述的第一部份氧化剂与燃料和粉状铁矿石混合，氧化剂与燃料不完全燃烧产生1500℃以上的含CO、H2的高温还原性气体，粉状铁矿石在高温还原性气体中熔化成液体状态并还原析出液态铁和熔化状态的炉渣；
(3)将含有熔化状态的铁矿石、液态铁和熔化状态的炉渣的高温还原性气体输入粘附分离器中，熔化状态的铁矿石、液态铁和熔化状态的炉渣粘附于分离器的内壁上，未完全还原的熔化状态的铁矿石在高温还原性气体的作用下继续还原析出液态铁和熔化状态的炉渣，液态铁和熔化状态的炉渣从粘附分离器的排液口输出，再通过撇渣器将液态铁与炉渣分开，输出净化后的高温还原性气体；
(4)将经粘附分离器分离净化后输出的高温还原性气体与步骤(1)所述的第二部份氧化剂混合，二者完全燃烧所产生的1500℃以上的高温气体输入步骤(1)所述的换热器冷却后排出，换热器回收的热量用于加热步骤(1)所述的含氧气体。
3.根据权利要求1所述炼铁方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用换热器将含氧气体加热到500-1600℃作为氧化剂，将氧化剂分作第一和第二两部份；
(2)将步骤(1)所述的第一部份氧化剂与燃料混合，二者不完全燃烧产生1500℃以上的含CO、H2的高温还原性气体；
(3)将上述高温还原性气体输入以颗粒或块状铁矿石为过滤层的粘附分离器，颗粒或块状铁矿石在高温还原性气体作用下受热熔化并还原析出液态铁和熔化状态的炉渣，液态铁和熔化状态的炉渣从粘附分离器的排液口输出，再通过撇渣器将液态铁与炉渣分开；
(4)将经粘附分离器分离净化后输出的高温还原性气体与步骤(1)所述的第二部份氧化剂混合，二者完全燃烧所产生的1500℃以上的高温气体输入步骤(1)所述的换热器冷却后排出，换热器回收的热量用于加热步骤(1)所述的含氧气体。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的炼铁方法，其特征在于，所述粘附分离器内壁面积与所处理的高温气体的流量之比大于1(m2)/10000(m3/h)，使高温气体携带的熔化状态粉尘的分离效率大于95％；或者所述粘附分离器内壁面积与所处理的高温气体的流量之比大于1(m2)/1000(m3/h)，使高温气体携带的熔化状态粉尘的分离效率大于99％。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的炼铁方法，其特征在于，粘附分离器收集的液态铁和熔化状态的炉渣从排液口输出前，先通过一层煤炭或焦炭过滤层，以使未完全还原的熔化状态的铁矿石在煤炭或焦炭过滤层中继续还原析出液态铁和熔化状态的炉渣；所述换热器是蓄热式换热器，通过控制蓄热式换热器的换向操作时间控制净化后输出粘附分离器的高温气体的温度大于粉尘的熔点温度；所述粘附分离器为离心式粘附分离器、过滤式粘附分离器或者两种类型分离器的组合；离心式粘附分离器使携带熔化状态粉尘的高温气体在其内空中旋转，高温气体中携带的熔化状态粉尘即在离心力的作用下被甩离高温气体并粘附到分离器的内壁上，从而与高温气体分离；过滤式粘附分离器是使携带熔化状态粉尘的高温气体从其内由过滤材料堆砌成的过滤层的空隙中穿过，熔化状态的粉尘被粘附在过滤材料上而与高温气体分离。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的炼铁方法，其特征在于，所述粘附分离器为离心式粘附分离器，离心式粘附分离器包括壳体、内空、至少一个进气口、至少一个出气口和至少一个排液口，内空由粘附分离器的内壁围成并为圆柱状，进气口和出气口开设于壳体端部并与内空连通，排液口开设于壳体位置较低的一端，并与内空的底部连接，粘附分离器的内壁上设置斜切于内空轴线的气体旋转导向条。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的炼铁方法，其特征在于，所述粘附分离器为过滤式粘附分离器，所述过滤式粘附分离器包括外壳、进气口、过滤层、出气口和排液口，所述过滤层是由过滤材料堆砌成的含有空隙的过滤层，过滤材料包含耐火材料、矿物原料或固体燃料中的一种或几种的组合。
8.一种用于实现权利要求1至7中任一项所述的炼铁方法的窑炉，其包括：离心式粘附分离器、蓄热式换热器、含氧气体输送管路、流量调节阀、两个旋风炉或反应塔、燃料或粉状物料输送及流量控制设备、气体输入设备、燃料输入口、气体输出口、阀门、气体换向闸板和烟气换向闸板，其特征在于：蓄热式换热器的两组蓄热室分置于离心式粘附分离器的两侧，并各自通过一个旋风炉或反应塔与离心式粘附分离器的进气口/出气口相连接；两组蓄热室之间连接一条含氧气体输送管路，含氧气体输送管路的气体流量由流量调节阀调节；燃料或粉状物料输送及流量控制设备通过阀门和燃料输入口与旋风炉或反应塔相连；气体输入设备与蓄热式换热器的两组蓄热室分别相连，并通过两个气体换向闸板打开或关闭与对应蓄热室的连通状态；蓄热式换热器通过烟气换向闸板打开或关闭与气体输出口的连通状态。
9.根据权利要求8所述的窑炉，其特征在于，在所述粘附分离器的内空下游与排液口之间增加了一层颗粒状或块状煤炭或焦炭及用于添加颗粒状或块状煤炭或焦炭的颗粒或块状物料加入设备。
10.根据权利要求8所述的窑炉，其特征在于，将离心式粘附分离器替换为过滤式粘附分离器，过滤式粘附分离器的过滤层采用的过滤材料是颗粒状或块状煤炭或焦炭，由颗粒或块状物料加入设备加入颗粒状或块状煤炭或焦炭。
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