CN115751956A

CN115751956A - 熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法

Info

Publication number: CN115751956A
Application number: CN202211260556.5A
Authority: CN
Inventors: 牛强
Original assignee: Jiaxing Zhongkehaishi Alloy Technology Co ltd
Current assignee: Jiaxing Zhongkehaishi Alloy Technology Co ltd
Priority date: 2022-10-14
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2023-03-07

Abstract

本发明公开了一种熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，包括如下具体步骤：步骤1)在炉体中加入炉料，在炉料中埋入自耗管；步骤2)将气化炉盖安装到炉体上，使浸渍管的下端插入围裙管中；步骤3)点火和熔化，在炉体中获得熔铁液；步骤4)：造气作业：通过燃料喷枪在浸渍管中向熔铁液中喷吹固废颗粒原料，通过氧气喷枪在浸渍管中向熔铁液、熔渣液中喷吹氧气，产生合成气。本发明提供的熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，在不依赖独立前置熔化炉或炉体加热功能的前提下，能够直接在炉体中熔化形成所需的熔铁液，无需使用中频感应电炉、电弧炉或者冲天炉等具备加热功能的前置熔化炉，降低了炉体的制造成本，进而降低了生产线的造价，提高效费比。

Description

熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法

技术领域

本发明涉及能源技术领域，特别涉及一种熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法。

背景技术

在有机垃圾固废、生物质废弃物能源化利用方面，与传统工艺相比，熔铁浴气化是一种更为先进的将有害废弃物转变为低碳能源的工艺。熔铁浴气化是将有机固废颗粒高速喷吹进入熔融铁液中，并鼓入气化剂如纯氧气，进行彻底的处理和转化，将碳氢元素转化成洁净合成气(一氧化碳和氢气)，既可作为燃气，也可用于化工合成，如甲烷化制取天然气、费托合成制取汽油柴油等，而无机物则大部分留在浮于表面的熔渣中，实现减量化、无害化和资源化处理。

利用熔池式气化炉处理有机固废，生成合成气或者进一步制氢是目前新兴的能源技术。其通过在气化炉内预先盛放熔铁液，再把有机固废通过各种方式送到熔铁液内部，同时通入氧气，有机固废裂解-气化过程始终在浸没在1500度左右的液态环境中完成且相当迅速，高温快速裂解-气化，不产生二噁英，重金属及其氧化物(被还原)进入铁液或者沉到铁液下层而回收，整个有机固废处置过程只需要通入氧气(碳氧不完全燃烧为放热反应)，无需额外再加热，低成本、低碳排制取富氢能源。

在利用熔池式气化炉处理有机固废前，需要在另一台独立的前置熔化设备中完成对生铁的熔化，然后将熔化后的铁液兑入到气化炉中。这种熔化设备一般采用中频感应电炉、电弧炉或化铁冲天炉。这种独立的前置熔化设备，其本身造价较为高昂，且需要为其构建相应的外围配套设施，如供电设施等，导致整套设备的资金投入较大，制造成本高昂；且作为熔化功能而存在的中频感应电炉、电弧炉或者冲天炉，在几个小时的熔化作业完成后就停止作业了，且在后续的固废处理作业中无需启动，导致炉体的加热熔化功能长时间处于闲置状态，功能利用率低，效费比差。

如果在气化炉炉体上增加电热功能，也有很多不利的因素。中频感应炉的炉衬较薄，有利于电磁场穿透炉衬，因而不能长时间用作气化炉。电弧炉上方有复杂的电极、短网、夹持器等结构，设备复杂昂贵，需要较大的移动旋转空间。冲天炉的整体结构与气化炉不同，难以在同一个容器中兼顾。

本发明的目的是提供一种熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，在不依赖独立前置熔化炉，也不需要炉体加热功能的前提下，能够直接在炉体中熔化形成所需的熔铁液，无需使用中频感应电炉或者冲天炉等具备加热功能的前置熔化炉，降低了整套设备的造价，提高了效费比。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的不足之处，提供一种熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，在不依赖炉体加热功能的前提下，能够直接在炉体中熔化形成所需的熔铁液，无需使用中频感应电炉或者冲天炉等具备加热功能的炉体，降低了整套设备的造价，提高了效费比。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，包括如下具体步骤：

步骤1)在炉体中加入炉料，炉料从下往上依次为底焦层、铁粒层、自热层和铁块，在炉料中埋入自耗管，自耗管包括自耗烟气主管，自耗烟气主管上设置有若干个沿自耗烟气主管径向外侧延伸的自耗烟气支管，自耗烟气支管埋于底焦层中，自耗烟气支管上设有支管烟气孔；自耗烟气主管的上端设有围裙管；

步骤2)将气化炉盖安装到炉体上，气化炉盖上设有浸渍管和合成气管道，气化炉盖的上端设有法兰台，浸渍管的上端与法兰台相连；在将气化炉盖安装到炉体上时，使浸渍管的下端插入围裙管中；

步骤3)点火和熔化：将引燃后的焦炭从浸渍管的上端投入，焦炭落入自耗烟气主管内的底部，然后将设置有燃料喷枪和氧气喷枪的法兰顶盖密封安装到气化炉盖上的法兰台上，燃料喷枪和氧气喷枪从浸渍管的上端伸入；通过氧气喷枪和燃料喷枪分别向浸渍管中喷吹氧气和燃料，从而引燃底焦层，底焦层被引燃后，热量传递至自热层使自热层发生反应并释放大量热量，将铁粒层、铁块和自耗管熔化，熔化后在炉体中形成熔铁液，自热层反应后的非金属化合物熔化形成熔渣层；熔化过程中产生的烟气通过合成气通道排出，并通过气体处理模块对烟气进行处理；

步骤4)：造气作业：通过燃料喷枪在浸渍管中向熔铁液中喷吹固废颗粒原料，通过氧气喷枪在浸渍管中向熔铁液、熔渣液中喷吹氧气，氧气和固废颗粒原料在熔铁液的催化下产生合成气，合成气从合成气通道排出，并通过气体处理模块对合成气进行处理。

作为优选，自热层包括金属发热剂、铁素原料和造渣剂，造渣剂熔化后在熔铁液的上方形成熔渣液。

作为优选，金属发热剂包括废铝粒、铝硅铁粒、硅铁粒、铝铁粒、硅钙粒；铁素原料包括铁矿粒、铁粒、铁锈、氧化铁皮、铁鳞、废铁、废钢；造渣剂包括石灰石、白云石、硼砂、煤矸石。

作为优选，在自耗烟气主管下端管口中塞入由黏土制成主管堵头，并在管口处焊接主管盲板进行封口；在自耗烟气支管远离自耗烟气主管一端的管口中塞入由黏土制成支管堵头，并在管口处焊接支管盲板进行封口。

作为优选，炉体的上端的边缘处设有炉体密封板，炉体密封板上设有炉体锁扣，气化炉盖的下端的边缘处设有炉盖密封板，炉盖密封板上设有与炉体密封锁扣相对应的炉盖密封锁扣；当气化炉盖安装在炉体上时，炉体密封锁扣与炉盖密封锁扣连接。

作为优选，炉体密封板的上表面设耐材密封圈。

作为有选，法兰顶盖上靠近气化炉盖的一侧设有法兰隔热层；当法兰顶盖安装在法兰台上时，法兰隔热层与浸渍管的上端面接触。

作为优选，法兰顶盖上设有上法兰锁扣，法兰台上设有与上法兰锁扣相对应的下法兰锁扣；当法兰顶盖安装在法兰台上时，上法兰锁扣与下法兰锁扣相连。

作为优选，所述气体处理模块包括冷却除尘器、精除尘模块，冷却除尘器中设有冷却除尘腔，冷却除尘器上设有第一喷淋管和二喷淋管；冷却除尘器上的进气口与合成气管道相连，冷却除尘器上的出气口与精除尘模块相连；熔化过程中产生的烟气从合成气管道排出后依次通过冷却除尘器和精除尘模块，第一喷淋管向冷却除尘腔中喷淋石灰乳液或碱液以去除烟气中的酸性气体，通过第二喷淋管向冷却除尘腔中喷淋氨水脱除烟气中的氮氧化物；造气作业过程中产生的合成气从合成气管道排出后依次通过冷却除尘器和精除尘模块，第一喷淋管和第二喷淋管向冷却除尘腔中喷淋石灰乳液或碱液以去除合成气中的酸性气体。

本发明的有益效果是：本发明提供的熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，在不依赖独立前置熔化炉、也不需要增加炉体电加热功能的前提下，能够直接在炉体中熔化形成所需的熔铁液，无需使用中频感应电炉或者冲天炉等独立熔化设备，也不需要在气化炉中增添电加热功能，降低了炉体的制造成本，进而降低了整套生产线的造价，提高了效费比。

附图说明

图1是炉体的结构示意图。

图2为气化炉盖的结构示意图。

图3为熔铁浴气化炉的整体结构示意图。

图4为自耗管的结构示意图。

图5为图4中A-A方向的剖视图。

图6为在炉体中加入炉料并埋入自耗管时的示意图。

图7为本发明在进行熔铁液熔化作业时的示意图。

图8为本发明在进行正常造气作业时的示意图。

图中：101、自耗烟气主管，102、围裙管，103、自耗烟气支管，104、主管烟气孔，105、支管烟气孔，106、支管盲板，107、支管堵头，108、主管盲板，109、主管堵头，201、炉体，202、炉体密封板，203、耐材密封圈，204、炉体密封锁扣，301、气化炉盖，302、炉盖密封板，303、炉盖密封锁扣，304、法兰台，305、下法兰密封面，306、下法兰锁扣，307、法兰顶盖，308、上法兰密封面，309、上法兰锁扣，310、法兰隔热层，320、观察窗，321、吹扫惰气口，322、测温装置，331、燃料喷枪，332、氧气喷枪，333、浸渍管，340、合成气管道，401、底焦层，402、铁粒层，403、自热层，404、铁块，410、引燃焦炭，501、熔铁液，502、熔渣液，601、冷却除尘器，602、第一精除尘器，603、第二精除尘器，604、防爆引风机，605、排气阀，606、排气口，607、合成气阀，608、合成气增压机，611、第一喷淋管，612、第二喷淋管，620、合成气用户。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

如图1至图8所示，一种熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，其特征在于，

步骤1)在炉体201中加入炉料，炉料从下往上依次为底焦层401、铁粒层402、自热层403和铁块404，在炉料中埋入自耗管，自耗管包括自耗烟气主管101，自耗烟气主管101上设置有若干个沿自耗烟气主管101径向外侧延伸的自耗烟气支管103，自耗烟气支管103埋于底焦层401中，自耗烟气支管103上设有支管烟气孔105，自耗烟气主管101的下端设有主管烟气孔104；自耗烟气主管的上端设有围裙管102。

该步骤中，炉体201采用普通结构的炉体，不自带加热功能，可以有效降低炉体的制造成本。自耗管由钢管制成，主要元素为铁，自耗管在熔化后融入熔铁液501中，成为熔铁液501的一部分。自耗烟气主管101下端管口中塞入由黏土制成主管堵头109，并在管口处焊接主管盲板108进行封口。在自耗烟气支管103远离自耗烟气主管101一端的管口中塞入由黏土制成支管堵头107，并在管口处焊接支管盲板106进行封口。

炉料为从下往上依次为底焦层401、铁粒层402、自热层403和铁块404，其中，底焦层401作为引燃物质，铁粒层402和铁块404以及自热层403中所含有的铁元素，为熔铁液501中铁元素的主要来源，自热层403在反应过程中能够产生大量的热量，用于熔化铁粒层402和铁块404。铁块404压在炉料的最上方，铁块404中间设有通孔，可以让自耗管穿过。

其中，自热层403包括金属发热剂、铁素原料和造渣剂，金属发热剂包括废铝粒、铝硅铁粒、硅铁粒、铝铁粒、硅钙粒；铁素原料包括铁矿粒、铁粒、铁锈、氧化铁皮、铁鳞、废铁、废钢；造渣剂包括石灰石、白云石、硼砂、煤矸石。

步骤2)将气化炉盖301安装到炉体201上，气化炉盖301上设有浸渍管333和合成气管道340，气化炉盖301的上端设有法兰台304，浸渍管333的上端与法兰台304相连；在将气化炉盖301安装到炉体201上时，使浸渍管333的下端插入围裙管102中。

其中，气化炉盖301由钢制成，内侧设有耐火材料层。炉体201的上端的边缘处设有炉体密封板202，炉体密封板202上设有炉体锁扣204；气化炉盖301的下端的边缘处设有炉盖密封板302，炉盖密封板302上设有与炉体密封锁扣204相对应的炉盖密封锁扣303；当气化炉盖安装在炉体上时，炉体密封锁扣204与炉盖密封锁扣303连接，通过炉体密封锁扣204和炉盖密封锁扣303将炉体201和气化炉盖301锁紧。

为了保证炉体201和气化炉盖301之间的密封性，在炉体密封板202的上表面设耐材密封圈203。当气化炉盖301安装在炉体201上时，耐材密封圈203与炉盖密封板302的下表面密封接触。

浸渍管333由优质耐火材料制成，能够抵抗高温，浸渍管333的上端从法兰台304穿过，浸渍管333的下端与围裙管102相适配，浸渍管333的外径与围裙管102的内径相同。

气化炉盖301上还设有观察窗320、吹扫惰气口321和测温装置322，观察窗320用于观察炉体内部的情况，测温装置322选用红外测温装置，用于测量炉体内熔铁液501的温度。

步骤3)点火和熔化：将引燃后的焦炭410从浸渍管333的上端投入，焦炭410落入自耗烟气主管101内的底部，然后将设置有燃料喷枪331和氧气喷枪332的法兰顶盖307密封安装到气化炉盖301上的法兰台304上，燃料喷枪331和氧气喷枪332从浸渍管333的上端伸入；通过氧气喷枪332和燃料喷枪331分别向浸渍管333中喷吹氧气和燃料，从而引燃底焦层，底焦层被引燃后，热量传递至自热层403使自热层403发生反应并释放大量热量，将铁粒层402、铁块404和自耗管熔化，熔化后在炉体201中形成熔铁液501，自热层403反应后的非金属化合物熔化形成熔渣层502；熔化过程中产生的烟气通过合成气通道340排出，并通过气体处理模块对烟气进行处理。

该步骤中，燃料喷枪331可以向浸渍管333中喷吹天然气、石油液化气、甲烷、丙烷、压缩合成气等可燃气体，或者通过可燃气体或者惰性气体CO2、N2为载气喷吹柴油、重油、焦炭煤粉兰炭粉等固体含碳粉料，燃料喷枪331喷吹的燃料与氧气喷枪332喷吹的氧气混合后遇到引燃的焦炭410后发生燃烧，燃烧的热量和火焰通过支管烟气孔将底焦层401点燃，底焦层401被点燃后，氧气以及底焦层401燃烧产生的热量和烟气透过铁粒层402中的间隙达到自热层403，当自热层达到反应温度后，自热层403中发生铝热反应、硅热反应等放热化学反应，反应方程式如下：

Al-Si-Ca+Fe_xO_y→[Fe]+(Al₂O₃-SiO₂-CaO)+ΔH

上述反应过程中，一方面还原出金属铁，另一方面产生氧化铝、氧化硅等副产物，同时释放的大量热量，使自热层403两侧的铁粒层402和铁块404熔化成为熔铁液501，副产物氧化铝、氧化硅与造渣剂一起熔化后形成熔渣液502，熔渣液502浮于熔铁液501上方，对熔铁液501起到保温作用。

其中，法兰顶盖307的下端设有上法兰密封面308，法兰台304的上端设有下法兰密封面305。法兰顶盖307上设有上法兰锁扣309，法兰台304上设有与上法兰锁扣309相对应的下法兰锁扣306。当法兰顶盖307安装在法兰台304上时，上法兰锁扣309与下法兰锁扣306相连，通过上法兰锁扣309与下法兰锁扣306的连接将法兰顶盖307锁紧在法兰台304上。

法兰顶盖307上靠近气化炉盖301的一侧设有法兰隔热层310；当法兰顶盖307安装在法兰台304上时，法兰隔热层310与浸渍管333的上端面接触。法兰隔热层310用于阻挡炉体201中的热辐射。

在熔化作业时产生的烟气为氧化性气体，烟气从340向外流动，通过气体处理模块对烟气进行处理。气体处理模块包括冷却除尘器601、精除尘模块，冷却除尘器601中设有冷却除尘腔，冷却除尘器上设有第一喷淋管611和二喷淋管612；冷却除尘器601上的进气口与合成气管道340相连，冷却除尘器601上的出气口与精除尘模块相连。熔化作业过程中产生的烟气从合成气管道排出后依次通过冷却除尘器和精除尘模块，第一喷淋管611向冷却除尘腔中喷淋石灰乳液或碱液以去除烟气中的酸性气体，通过第二喷淋管612向冷却除尘腔中喷淋氨水脱除烟气中的氮氧化物。精除尘模块包括第一精除尘器602和第二精除尘器603，烟气经过冷却除尘器601的处理后，然后依次通过第一精除尘器602和第二精除尘器603，然后通过防爆引风机604和排气阀605后到达排气口606，并通过排气口606向外排出。

步骤4)：造气作业：通过燃料喷枪331在浸渍管333中向熔铁液501中喷吹固废颗粒原料，通过氧气喷枪332在浸渍管333中向熔铁液501、熔渣液502中喷吹氧气，氧气和固废颗粒原料在熔铁液的催化下产生合成气，合成气从合成气通道340排出，并通过气体处理模块对合成气进行处理。

其中，造气作业过程中产生的合成气从合成气管道排出后依次通过冷却除尘器、第一精除尘器602、第二精除尘器603，第一喷淋管611和第二喷淋管612向冷却除尘腔中喷淋石灰乳液或碱液以去除合成气中的酸性气体，经过第一精除尘器602和第二精除尘器603的进一步除尘处理后，接着依次通过防爆引风机604、合成气阀607、合成气增压机608后送至合成气用户620中。

本发明提供的熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，在不依赖独立前置熔化炉、增加炉体电加热功能的前提下，能够直接在炉体中熔化形成所需的熔铁液，无需使用中频感应电炉、电弧炉或者冲天炉等具备加热功能的独立熔化炉，也无需在气化炉中添置昂贵的电加热功能，降低了炉体的制造成本，进而降低了整套生产线的造价，提高了效费比。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，其特征在于，自热层包括金属发热剂、铁素原料和造渣剂，反应后的金属发热剂的氧化物与造渣剂高温熔化后在熔铁液的上方形成熔渣液。

3.根据权利要求2所述的熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，其特征在于，金属发热剂包括废铝粒、铝硅铁粒、硅铁粒、铝铁粒、硅钙粒；铁素原料包括铁矿粒、铁粒、铁锈、氧化铁皮、铁鳞、废铁、废钢；造渣剂包括石灰石、白云石、硼砂、煤矸石。

4.根据权利要求1所述的熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，其特征在于，在自耗烟气主管下端管口中塞入由黏土制成主管堵头，并在管口处焊接主管盲板进行封口；在自耗烟气支管远离自耗烟气主管一端的管口中塞入由黏土制成支管堵头，并在管口处焊接支管盲板进行封口。

5.根据权利要求1所述的熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，其特征在于，炉体的上端的边缘处设有炉体密封板，炉体密封板上设有炉体锁扣，气化炉盖的下端的边缘处设有炉盖密封板，炉盖密封板上设有与炉体密封锁扣相对应的炉盖密封锁扣；当气化炉盖安装在炉体上时，炉体密封锁扣与炉盖密封锁扣连接。

6.根据权利要求5所述的熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，其特征在于，炉体密封板的上表面设耐材密封圈。

7.根据权利要求1所述的熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，其特征在于，法兰顶盖上靠近气化炉盖的一侧设有法兰隔热层；当法兰顶盖安装在法兰台上时，法兰隔热层与浸渍管的上端面接触。

8.根据权利要求1所述的熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，其特征在于，法兰顶盖上设有上法兰锁扣，法兰台上设有与上法兰锁扣相对应的下法兰锁扣；当法兰顶盖安装在法兰台上时，上法兰锁扣与下法兰锁扣相连。

9.根据权利要求1所述的熔铁浴气化炉原位熔铁液熔化方法，其特征在于，所述气体处理模块包括冷却除尘器、精除尘模块，冷却除尘器中设有冷却除尘腔，冷却除尘器上设有第一喷淋管和二喷淋管；冷却除尘器上的进气口与合成气管道相连，冷却除尘器上的出气口与精除尘模块相连；熔化过程中产生的烟气从合成气管道排出后依次通过冷却除尘器和精除尘模块，第一喷淋管向冷却除尘腔中喷淋石灰乳液或碱液以去除烟气中的酸性气体，通过第二喷淋管向冷却除尘腔中喷淋氨水脱除烟气中的氮氧化物；造气作业过程中产生的合成气从合成气管道排出后依次通过冷却除尘器和精除尘模块，第一喷淋管和第二喷淋管向冷却除尘腔中喷淋石灰乳液或碱液以去除合成气中的酸性气体。