CN110129505B - 一种双还原剂还原炉及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双还原剂还原炉及其使用方法，包括炉体、矿渣颗粒进料组件、燃烧器组件、助燃气装置、排渣组件和自动控制装置；矿渣颗粒进料组件设置在炉体顶部的进料口；炉体的内部自上而下依次设置有预热腔、燃烧腔；燃烧器组件包括点火枪和补燃枪；预热腔的上部腔体还设置有高温烟气排气管；燃烧腔上还设置有水盘管，水盘管的一端为冷水进口，另一端为高温蒸汽出口；高温蒸汽出口与燃烧腔的蒸汽进气口相连接；排渣组件设置在炉体的底部。其具有结构设计合理、操作使用方便、维护成本低、自动化程度相对较高、能够充分利用碎焦块和煤粉燃烧产生的一氧化碳并进行收集，对环境污染小等优点。

Description

一种双还原剂还原炉及其使用方法

技术领域

本发明涉及可燃气提取炉技术领域，尤其涉及一种双还原剂还原炉及其使用方法。

背景技术

人们对碎焦块和煤粉的利用率相对较差，同时，在将碎焦块和煤粉投放炉体时，由于不完全燃烧导致例如一氧化碳等可燃气体的回收率较低，这些气体直接排放至大气中会导致环境污染，以及造成了资源的浪费。如果将这类气体收集起来进行开发利用，那么一方面可缓解环境污染造成的影响，另一方面还能将其作为燃料为许多行业使用。虽然，有些企业对一氧化碳的收集进行了相关研究，但是研究较多的停留在理论方面的研究，在炉体结构上的改进相对较少。本发明正是基于该研究背景而提出，旨在提高碎焦块和煤粉的利用率并对其燃烧产生的一氧化碳进行收集。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术中双还原剂还原炉研究现状存在的不足，提供一种双还原剂还原炉及其使用方法，其具有结构设计合理、操作使用方便、维护成本低、自动化程度相对较高、能够充分利用碎焦块和煤粉燃烧产生的一氧化碳并进行收集，对环境污染小等优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种双还原剂还原炉，其用于将矿渣颗粒中的含铁氧化物还原成铁，其特征在于：该双还原剂还原炉包括炉体、矿渣颗粒进料组件、燃烧器组件、助燃气装置、排渣组件和自动控制装置；其中，所述矿渣颗粒进料组件设置在炉体顶部的进料口；所述炉体的内部自上而下依次设置有预热腔、燃烧腔；矿渣颗粒依次经进料口、预热腔的预热进入燃烧腔；所述燃烧器组件包括点火枪和补燃枪，所述点火枪和补燃枪均与燃烧腔相连接；所述助燃气装置包括供气源，以及一端与供气源相连接，另一端与燃烧腔相连通的助燃风进气管；所述预热腔的上部腔体还设置有高温烟气排气管；所述燃烧腔上还设置有水盘管，所述水盘管的一端为冷水进口，另一端为高温蒸汽出口；所述高温蒸汽出口还通过扩容管与燃烧腔的蒸汽进气口相连接；所述排渣组件设置在炉体的底部，所述排渣组件包括设置在炉体底部的铁水出口，以及设置在铁水出口上方的炉体底部侧壁上的出渣口；所述自动控制装置分别与矿渣颗粒进料组件、燃烧器组件、助燃气装置、排渣组件控制连接。

作为上述方案的进一步优化，所述矿渣颗粒进料组件包括料盅、设置在料盅下方的第一上料密封闸板、第二上料密封闸板，以及与第一上料密封闸板相连接的第一闸板阀、与第二上料密封闸板相连接的第二闸板阀；所述第一闸板阀与第一上料密封闸板驱动连接；所述第二闸板阀与第二上料密封闸板驱动连接。

作为上述方案的进一步优化，所述高温烟气排气管上设置有放散管及与放散管启闭控制连接的电磁阀；所述矿渣颗粒包括含有四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁的铁渣颗粒，和含量为5-50％的煤颗粒。

作为上述方案的进一步优化，所述自动控制装置包括控制器、设置于预热腔内的第一温度传感器、设置于高温烟气排气管上的一氧化碳浓度传感器和氢气浓度传感器；所述第一温度传感器、一氧化碳浓度传感器、氢气浓度传感器均与控制器相连接并将实时检测的预热腔内温度信号、一氧化碳浓度信号、氢气浓度信号发送至控制器；所述控制器将接收到的预热腔内温度信号、一氧化碳浓度信号、氢气浓度信号经数据转换后存储至存储模块中，并与存储模块中预设的相应阈值进行比较，并将比较的结果存储至存储模块中。

作为上述方案的进一步优化，所述自动控制装置还包括与控制器相连接的第二温度传感器、氧气流量传感器、高温蒸汽流量传感器；所述第二温度传感器设置于水盘管的高温出气口，用于实时监测水盘管的高温出气口的温度信号；所述氧气流量传感器设置于氧气供应管内用于实时监测氧气供应流量信号；所述高温蒸汽流量传感器设置于高温蒸汽管上用于实时监测还原炉的炉体内高温蒸汽的流量信号；所述控制器将接收到的实时高温出气口的温度信号、氧气供应流量信号、还原炉的炉体内高温蒸汽的流量信号经数据转换后存储至存储模块中，并与存储模块中预设的相应阈值进行比较，并将比较的结果存储至存储模块中。

作为上述方案的进一步优化，所述自动控制装置还包括与控制器相连接的压力传感器和/或接近式传感器，所述排渣组件的出渣口设置有自动启闭板，所述自动启闭板包括驱动器及挡板；所述驱动器与挡板驱动连接；所述压力传感器和/或接近式传感器设置在挡板的内壁上，用于实时监测渣物对挡板的压力和/或渣物距挡板的距离信号，并将监测的相应信号发送至控制器；控制器还与驱动器控制连接，控制器根据接收到的实时挡板压力信号和/或距挡板距离信号经数据转换后与存储器内存储的相应阈值进行比较，根据比较的结果控制驱动器打开或者关闭挡板。

本发明上述双还原剂还原炉的使用方法包括如下步骤：

1)在燃烧器组件的点火枪初次点火前，炉体的燃烧腔内填充木材引火材料，矿渣颗粒由炉体顶部的进料口填入还原炉的炉体内，且一直填充到炉体燃烧段；

2)打开氧气源，氧气经过氧气供应管输送至燃料腔；点火枪点火，将引火材料点燃，燃烧10到30分钟后，木材引火材料燃烧完全；

3)矿渣颗粒下落使其整体料位下降，料盅上的第一上料密封板阀和第二上料密封板阀交替打开、闭合使得矿渣颗粒和掺混的煤颗粒逐渐落入双还原剂还原炉的炉体燃烧腔内；

4)在燃烧腔内，控制氧气流量，使矿渣颗粒不完全燃烧产生高浓度CO气体；

5)燃烧产生的CO气体与矿渣颗粒中的四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁在500-1300℃的高温中产生还原反应，将四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁中的铁还原出来，在还原的产物中，含有高温烟气；

6)高温烟气经过烟气净化装置进行净化处理，还原炉燃烧段设有水盘管，通入水盘管内的冷水利用燃烧腔内释放的热量被加热，产生高温高压水蒸气，一部分水蒸汽进入还原炉燃烧段，这部分高温蒸汽与炉内碳反应产生氢气和一氧化碳，氢气和一氧化碳作为还原气体，进一步参与矿渣颗粒中四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁的还原反应；

7)经过还原反应后，矿渣颗粒中的四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁已被还原成铁，生成的铁水沉积在炉子底部，当达到一定的高度时，铁水从炉底的铁水出口流出；废渣漂浮在铁水之上，并且达到一定的高度后，从炉侧的出渣口排出。

本发明的工作原理简单概括如下：

该发明作为将矿渣中的四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁在还原炉内还原成铁的新工艺，其原理是采用含有四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁的矿渣颗粒，掺入5-50％的煤颗粒在还原炉内燃烧，煤颗粒中的碳与可以是空气或氧气，也可以用空气氧气混合成富氧的助燃剂经过不完全燃烧产生CO气体，CO气体作为还原剂与矿渣中的四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁进行还原反应，从而将矿渣中的铁还原出来。同时利用水盘管，通入盘管内的冷水被加热，产生高温高压热水，一部分水蒸汽进入还原炉燃烧段，这部分高温蒸汽与炉内碳反应产生氢气和一氧化碳，氢气和一氧化碳又可作为还原剂参与四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁的还原生成铁，炉内还原温度控制在500-1300℃之间，还原炉烟气出口安装有气体检测装置，通过调节助燃剂流量，控制还原炉内还原气氛，控制烟气中的氧气浓度为2％以内、一氧化碳浓度为5％-50％范围以内。同时也要监测烟气中的氢气浓度，调节水蒸气流量，控制氢气浓度在5％-50％范围内，保证还原炉内氢气最佳还原效果。

附图说明

附图1为本发明双还原剂还原炉结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明双还原剂还原炉及其使用方法作以详细说明。

一种双还原剂还原炉，其用于将矿渣颗粒中的含铁氧化物还原成铁，其特征在于：该双还原剂还原炉包括炉体1、矿渣颗粒进料组件、燃烧器组件、助燃气装置、排渣组件和自动控制装置；其中，所述矿渣颗粒进料组件设置在炉体顶部的进料口；所述炉体的内部自上而下依次设置有预热腔2、燃烧腔3；矿渣颗粒依次经进料口、预热腔的预热进入燃烧腔；所述燃烧器组件包括点火枪4和补燃枪5，所述点火枪和补燃枪均与燃烧腔相连接；所述助燃气装置包括供气源，以及一端与供气源相连接，另一端与燃烧腔相连通的助燃风进气管6；所述预热腔的上部腔体还设置有高温烟气排气管7；所述燃烧腔上还设置有水盘管S，所述水盘管的一端为冷水进口8，另一端为高温蒸汽出口9；所述高温蒸汽出口还通过扩容管10与燃烧腔的蒸汽进气口11相连接；所述排渣组件设置在炉体的底部，所述排渣组件包括设置在炉体底部的铁水出口12，以及设置在铁水出口上方的炉体底部侧壁上的出渣口13；所述自动控制装置分别与矿渣颗粒进料组件、燃烧器组件、助燃气装置、排渣组件控制连接。所述矿渣颗粒进料组件包括料盅14、设置在料盅下方的第一上料密封闸板15、第二上料密封闸板16，以及与第一上料密封闸板相连接的第一闸板阀、与第二上料密封闸板相连接的第二闸板阀；所述第一闸板阀与第一上料密封闸板驱动连接；所述第二闸板阀与第二上料密封闸板驱动连接。所述高温烟气排气管上设置有放散管17及与放散管启闭控制连接的电磁阀18；所述矿渣颗粒包括含有四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁的铁渣颗粒，和含量为5-50％的煤颗粒。所述自动控制装置包括控制器、设置于预热腔内的第一温度传感器19、设置于高温烟气排气管上的一氧化碳浓度传感器和氢气浓度传感器20；所述第一温度传感器、一氧化碳浓度传感器、氢气浓度传感器均与控制器相连接并将实时检测的预热腔内温度信号、一氧化碳浓度信号、氢气浓度信号发送至控制器；所述控制器将接收到的预热腔内温度信号、一氧化碳浓度信号、氢气浓度信号经数据转换后存储至存储模块中，并与存储模块中预设的相应阈值进行比较，并将比较的结果存储至存储模块中。所述自动控制装置还包括与控制器相连接的第二温度传感器、氧气流量传感器、高温蒸汽流量传感器；所述第二温度传感器设置于水盘管的高温出气口，用于实时监测水盘管的高温出气口的温度信号；所述氧气流量传感器设置于氧气供应管内用于实时监测氧气供应流量信号；所述高温蒸汽流量传感器设置于高温蒸汽管上用于实时监测还原炉的炉体内高温蒸汽的流量信号；所述控制器将接收到的实时高温出气口的温度信号、氧气供应流量信号、还原炉的炉体内高温蒸汽的流量信号经数据转换后存储至存储模块中，并与存储模块中预设的相应阈值进行比较，并将比较的结果存储至存储模块中。所述自动控制装置还包括与控制器相连接的压力传感器和/或接近式传感器，所述排渣组件的出渣口设置有自动启闭板，所述自动启闭板包括驱动器及挡板；所述驱动器与挡板驱动连接；所述压力传感器和/或接近式传感器设置在挡板的内壁上，用于实时监测渣物对挡板的压力和/或渣物距挡板的距离信号，并将监测的相应信号发送至控制器；控制器还与驱动器控制连接，控制器根据接收到的实时挡板压力信号和/或距挡板距离信号经数据转换后与存储器内存储的相应阈值进行比较，根据比较的结果控制驱动器打开或者关闭挡板。

本发明上述双还原剂还原炉的使用方法包括如下步骤：

1)在燃烧器组件的点火枪初次点火前，炉体的燃烧腔内填充木材引火材料，矿渣颗粒由炉体顶部的进料口填入还原炉的炉体内，且一直填充到炉体燃烧段；

2)打开氧气源，氧气经过氧气供应管输送至燃料腔；点火枪点火，将引火材料点燃，燃烧10到30分钟后，木材引火材料燃烧完全；

3)矿渣颗粒下落使其整体料位下降，料盅上的第一上料密封板阀和第二上料密封板阀交替打开、闭合使得矿渣颗粒和掺混的煤颗粒逐渐落入双还原剂还原炉的炉体燃烧腔内；

4)在燃烧腔内，控制氧气流量，使矿渣颗粒不完全燃烧产生高浓度CO气体；

5)燃烧产生的CO气体与矿渣颗粒中的四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁在500-1300℃的高温中产生还原反应，将四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁中的铁还原出来，在还原的产物中，含有高温烟气；

6)高温烟气经过烟气净化装置进行净化处理，还原炉燃烧段设有水盘管，通入水盘管内的冷水利用燃烧腔内释放的热量被加热，产生高温高压水蒸气，一部分水蒸汽进入还原炉燃烧段，这部分高温蒸汽与炉内碳反应产生氢气和一氧化碳，氢气和一氧化碳作为还原气体，进一步参与矿渣颗粒中四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁的还原反应；

7)经过还原反应后，矿渣颗粒中的四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁已被还原成铁，生成的铁水沉积在炉子底部，当达到一定的高度时，铁水从炉底的铁水出口流出；废渣漂浮在铁水之上，并且达到一定的高度后，从炉侧的出渣口排出。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种双还原剂还原炉，其用于将矿渣颗粒中的含铁氧化物还原成铁，其特征在于：该双还原剂还原炉包括炉体(1)、矿渣颗粒进料组件、燃烧器组件、助燃气装置、排渣组件和自动控制装置；其中，所述矿渣颗粒进料组件设置在炉体顶部的进料口；所述炉体的内部自上而下依次设置有预热腔(2)、燃烧腔(3)；矿渣颗粒依次经进料口、预热腔的预热进入燃烧腔；所述燃烧器组件包括点火枪(4)和补燃枪(5)，所述点火枪和补燃枪均与燃烧腔相连接；所述助燃气装置包括供气源，以及一端与供气源相连接，另一端与燃烧腔相连通的助燃风进气管(6)；所述预热腔的上部腔体还设置有高温烟气排气管(7)；所述燃烧腔上还设置有水盘管(S)，所述水盘管的一端为冷水进口(8)，另一端为高温蒸汽出口(9)；所述高温蒸汽出口还通过扩容管(10)与燃烧腔的蒸汽进气口(11)相连接；所述排渣组件设置在炉体的底部，所述排渣组件包括设置在炉体底部的铁水出口(12)，以及设置在铁水出口上方的炉体底部侧壁上的出渣口(13)；所述自动控制装置分别与矿渣颗粒进料组件、燃烧器组件、助燃气装置、排渣组件控制连接；

所述矿渣颗粒进料组件包括料盅(14)、设置在料盅下方的第一上料密封闸板(15)、第二上料密封闸板(16)，以及与第一上料密封闸板相连接的第一闸板阀、与第二上料密封闸板相连接的第二闸板阀；所述第一闸板阀与第一上料密封闸板驱动连接；所述第二闸板阀与第二上料密封闸板驱动连接；

所述高温烟气排气管上设置有放散管(17)及与放散管启闭控制连接的电磁阀(18)；所述矿渣颗粒包括含有四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁的铁渣颗粒，和含量为5-50％的煤颗粒；

所述自动控制装置包括控制器、设置于预热腔内的第一温度传感器(19)、设置于高温烟气排气管上的一氧化碳浓度传感器和氢气浓度传感器(20)；所述第一温度传感器、一氧化碳浓度传感器、氢气浓度传感器均与控制器相连接并将实时检测的预热腔内温度信号、一氧化碳浓度信号、氢气浓度信号发送至控制器；所述控制器将接收到的预热腔内温度信号、一氧化碳浓度信号、氢气浓度信号经数据转换后存储至存储模块中，并与存储模块中预设的相应阈值进行比较，并将比较的结果存储至存储模块中；

所述自动控制装置还包括与控制器相连接的第二温度传感器、氧气流量传感器、高温蒸汽流量传感器；所述第二温度传感器设置于水盘管的高温出气口，用于实时监测水盘管的高温出气口的温度信号；所述氧气流量传感器设置于氧气供应管内用于实时监测氧气供应流量信号；所述高温蒸汽流量传感器设置于高温蒸汽管上用于实时监测还原炉的炉体内高温蒸汽的流量信号；所述控制器将接收到的实时高温出气口的温度信号、氧气供应流量信号、还原炉的炉体内高温蒸汽的流量信号经数据转换后存储至存储模块中，并与存储模块中预设的相应阈值进行比较，并将比较的结果存储至存储模块中；

所述自动控制装置还包括与控制器相连接的压力传感器和/或接近式传感器，所述排渣组件的出渣口设置有自动启闭板，所述自动启闭板包括驱动器及挡板；所述驱动器与挡板驱动连接；所述压力传感器和/或接近式传感器设置在挡板的内壁上，用于实时监测渣物对挡板的压力和/或渣物距挡板的距离信号，并将监测的相应信号发送至控制器；控制器还与驱动器控制连接，控制器根据接收到的实时挡板压力信号和/或距挡板距离信号经数据转换后与存储器内存储的相应阈值进行比较，根据比较的结果控制驱动器打开或者关闭挡板。

2.一种根据权利要求1所述的双还原剂还原炉的使用方法，其特征在于，该使用方法包括如下步骤：

1)在燃烧器组件的点火枪初次点火前，炉体的燃烧腔内填充木材引火材料，矿渣颗粒由炉体顶部的进料口填入还原炉的炉体内，且一直填充到炉体燃烧段；

2)打开氧气源，氧气经过氧气供应管输送至燃料腔；点火枪点火，将引火材料点燃，燃烧10到30分钟后，木材引火材料燃烧完全；

3)矿渣颗粒下落使其整体料位下降，料盅上的第一上料密封板阀和第二上料密封板阀交替打开、闭合使得矿渣颗粒和掺混的煤颗粒逐渐落入双还原剂还原炉的炉体燃烧腔内；

4)在燃烧腔内，控制氧气流量，使矿渣颗粒不完全燃烧产生高浓度CO气体；

5)燃烧产生的CO气体与矿渣颗粒中的四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁在500-1300℃的高温中产生还原反应，将四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁中的铁还原出来，在还原的产物中，含有高温烟气；

6)高温烟气经过烟气净化装置进行净化处理，还原炉燃烧段设有水盘管，通入水盘管内的冷水利用燃烧腔内释放的热量被加热，产生高温高压水蒸气，一部分水蒸汽进入还原炉燃烧段，这部分高温蒸汽与炉内碳反应产生氢气和一氧化碳，氢气和一氧化碳作为还原气体，进一步参与矿渣颗粒中四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁的还原反应；

7)经过还原反应后，矿渣颗粒中的四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铁已被还原成铁，生成的铁水沉积在炉子底部，当达到一定的高度时，铁水从炉底的铁水出口流出；废渣漂浮在铁水之上，并且达到一定的高度后，从炉侧的出渣口排出。

Images