CN207143275U - 一种均热式煤基竖炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种均热式煤基竖炉，包括至少一个燃烧室和至少一个反应室，各燃烧室自上而下依次布置，每一反应室依次穿过各燃烧室，至少其中一个燃烧室为均热式燃烧室；均热式燃烧室包括多个燃烧机构和多个排烟机构，每一燃烧机构包括供气管和至少一个烧嘴，每一排烟机构包括排烟管和至少一个排烟口，各烧嘴及各排烟口均设于燃烧室上，至少一对烧嘴的喷气方向相反且分属于不同的燃烧机构，至少一对排烟口的排烟方向相反且分属于不同的排烟机构。通过各燃烧机构交替燃烧以及各排烟机构交替排烟，在燃烧室内形成交变气流，对燃烧室内的烟气进行强制混匀，有效减少燃烧室内部气流死区，提高燃烧室内温度场的均匀性。

Description

一种均热式煤基竖炉

技术领域

本实用新型涉及一种竖炉，特别地，涉及一种均热式煤基竖炉。

背景技术

直接还原技术，主要分为气基和煤基两种工艺。由于我国煤炭资源丰富，天然气资源匮乏，而煤制气技术还不够成熟，煤基直接还原技术受到越来越多的关注。尽管世界上直接还原气基工艺占90％以上，但是发展煤基直接还原技术，更符合我国的国情。

煤基直接还原是指直接以固体煤作还原剂对金属氧化物进行还原的方法，煤基直接还原可使用廉价的非焦煤作为还原剂。我国煤基直接还原技术主要有：回转窑、隧道窑、转底炉、竖炉等工艺方法。这些方法虽然都以煤作为还原剂，但由于这些装置的设备运行方式不同、燃烧加热方式不同、反应料移动受热方式不同，直接还原的效果也不同。

煤基直接还原竖炉通常采用外加热方式，被称为外热式竖炉，典型的如KM法。还原过程是煤中的碳在高温下气化生成的CO与铁矿石中铁氧化物发生多相高温冶金物化反应。铁矿石、煤与石灰石被分别破碎、筛分，取合格粒级配料混合，混合料从竖炉顶部加入，随着下部排料机构转动，物料在竖炉反应室内逐步下降。竖炉燃烧室的加热采用气体或液体燃料，燃烧室的热量通过碳化硅砖墙传入竖炉反应室内，加热炉料。

煤基直接还原工艺最重要的还原条件是还原温度和还原气氛。对于外热式竖炉，反应室是间接传热，反应室的墙壁或罐体在燃烧室内被加热，热量再由反应室的墙壁或罐体传给物料；燃烧室的烟气出口通常只有一个，一般位于燃烧室的上部，燃烧室内燃烧气流及排烟气流的流场基本固定，导致燃烧室内温度不均匀，存在一定的温度梯度。外热式竖炉的反应室在燃烧室内，一般分为预热段、还原段，反应室的高温段通常位于燃烧室中下部的有限区域；而且，当有多个反应室时，燃烧室内不同区域，反应室的受热状况也存在差异。除了在竖直方向上存在温度梯度，在水平方向上也存在温度不均匀的情况，这是由于当有多个反应室排列布置时，会将燃烧室内空间分割为多个区域，导致各区域间气流难以混合均匀，进而导致水平方向上温度场不均匀。

另外，现有煤基竖炉反应室的气体出口一般位于燃烧室内靠近顶部，反应产生的煤气排出反应室，就进入燃烧室烧掉；但是当煤气中含Zn、焦油等成分时，此方案就行不通了，容易影响燃烧室的正常工作。

实用新型内容

本实用新型实施例涉及一种均热式煤基竖炉，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本实用新型实施例涉及一种均热式煤基竖炉，包括至少一个燃烧室和至少一个反应室，各所述燃烧室自上而下依次布置，每一所述反应室依次穿过各所述燃烧室，至少其中一个所述燃烧室为均热式燃烧室；所述均热式燃烧室包括多个燃烧机构和多个排烟机构，每一所述燃烧机构包括至少一个烧嘴及向对应的各所述烧嘴供应燃烧气体的供气管，每一所述排烟机构包括至少一个排烟口及分别与对应的各所述排烟口连通的排烟管，各所述烧嘴及各所述排烟口均设于对应的所述均热式燃烧室上，其中，至少一对所述烧嘴的喷气方向相反且分属于不同的所述燃烧机构，至少一对所述排烟口的排烟方向相反且分属于不同的所述排烟机构。

作为实施例之一，每一所述均热式燃烧室中，各所述烧嘴及各所述排烟口分布形成多个混流层，各所述混流层自上而下均匀间隔排列；每一所述混流层包括布置于同一水平面内的多个烧嘴和多个排烟口，每一所述混流层中，至少一对所述烧嘴的喷气方向相反且分属于不同的所述燃烧机构，至少一对所述排烟口的排烟方向相反且分属于不同的所述排烟机构。

作为实施例之一，每一所述混流层中的所述烧嘴及所述排烟口均为n个，n为偶数；每一所述混流层中，各所述烧嘴分为数量相同的两组且每组均与同一供气管连接，各所述排烟口分为数量相同的两组且每组均与同一排烟管连通，并形成n/2对烧嘴对以及n/2对排烟口对，每一所述烧嘴对的两烧嘴的喷气方向相反且分别与两个所述供气管连接，每一所述排烟口对的两排烟口的排烟方向相反且分别与两个所述排烟管连接。

作为实施例之一，每一所述混流层所对应的各所述供气管及各所述排烟管上均设有控制阀。

作为实施例之一，每一所述均热式燃烧室中，所述排烟口与所述烧嘴的数量相同且一一对应正对布置。

作为实施例之一，每一所述排烟口所相邻的各所述烧嘴均与同一所述供气管连接，该所述排烟口所正对的所述烧嘴与另一所述供气管连接。

作为实施例之一，所述均热式燃烧室呈长方体结构或正方体结构，各所述烧嘴及各所述排烟口均匀分布于所述均热式燃烧室的正对的两个侧壁上或均匀分布于所述均热式燃烧室的四个侧壁上。

作为实施例之一，该均热式煤基竖炉包括有多个所述反应室，各所述反应室呈阵列布置。

作为实施例之一，各所述反应室的气体出口均位于各所述燃烧室的上方。

作为实施例之一，各所述反应室均包括位于各所述燃烧室上方的供物料与反应室烟气流逆向换热的换热段，各所述气体出口均设于对应的所述换热段的顶端。

本实用新型实施例至少具有如下有益效果：通过设置多个燃烧室，可以在各燃烧室内采用不同的加热方式，可满足一些特殊反应的需要。通过设置多个燃烧机构及多个排烟机构，可实现各燃烧机构交替燃烧以及各排烟机构交替排烟，从而在均热式燃烧室内形成交变气流，对均热式燃烧室内的烟气进行强制混匀，从而有效减少均热式燃烧室内部气流死区，提高均热式燃烧室内温度场的均匀性，实现均热式燃烧室内部温度的均匀化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的具有换热段和冷却段的均热式煤基竖炉的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的未设置换热段和冷却段的均热式煤基竖炉的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图2，本实用新型实施例提供一种均热式煤基竖炉，包括至少一个燃烧室1和至少一个反应室2，各所述燃烧室1自上而下依次布置，每一所述反应室2依次穿过各所述燃烧室1。通过设置多个燃烧室1，可以在各燃烧室1内采用不同的加热方式，可满足一些特殊反应的需要，也可以根据需要自上而下依次形成预热式燃烧室、反应式燃烧室等。优选地，采用多个反应室2，进一步优选地，各反应室2呈阵列布置，以提高各反应室2内反应的均匀性；一般地，各反应室2均竖直设置，即各反应室2均竖直穿设于各燃烧室1上。作为优选，至少其中一个所述燃烧室1为均热式燃烧室1；均热式燃烧室1为内部温度均匀、基本没有温度梯度(温度梯度可控制在±30℃以内)，各反应室2在该燃烧室1内均匀受热，处于相同的温度段，实现对各反应室2内的物料8的均匀传热。

具体地，如图1-图2，上述均热式燃烧室1包括多个燃烧机构和多个排烟机构，每一所述燃烧机构包括至少一个烧嘴3及向对应的各所述烧嘴3供应燃烧气体的供气管，每一所述排烟机构包括至少一个排烟口4及分别与对应的各所述排烟口4连通的排烟管，各所述烧嘴3及各所述排烟口4均设于所述均热式燃烧室1上，其中，至少一对所述烧嘴3的喷气方向相反且分属于不同的所述燃烧机构，至少一对所述排烟口4的排烟方向相反且分属于不同的所述排烟机构。通过设置多个燃烧机构及多个排烟机构，可实现各燃烧机构交替燃烧以及各排烟机构交替排烟，从而在燃烧室1内形成交变气流，对燃烧室1内的烟气进行强制混匀，从而有效减少燃烧室1内部气流死区，提高燃烧室1内温度场的均匀性，实现燃烧室1内部温度的均匀化。上述燃烧室1可以为圆柱形、长方体形、正方体形或其他形状，上述各烧嘴3及排烟口4对应在燃烧室1的侧壁上布置，以达到所需的燃烧效果及燃烧控制效果为准。例如，为圆柱形时，上述喷气方向相反的一对烧嘴3可以是沿燃烧室1径向正对布置的两个烧嘴3；为长方体形时，上述喷气方向相反的一对烧嘴3可以是分别布置在燃烧室1的正对的两个侧壁上，该一对烧嘴3可以正对布置，也可以相互错位布置(烧嘴3喷气方向一般为水平向，朝向正对的另一侧壁)。

进一步优化上述均热式燃烧室1内烧嘴3及排烟口4的布置方式如下：

(1)作为实施例之一，优选为将各烧嘴3均匀分布形成为两个燃烧机构，每个燃烧机构所包含的烧嘴3的数量相同，且其中一个燃烧机构的各烧嘴3工作时，另一个燃烧机构的各烧嘴3处于非工作状态，从而保证燃烧室1内的温度均匀性。优选为采用长方体形或正方体形的燃烧室1，则上述各烧嘴3优选为均匀分布在该燃烧室1的正对的两个侧壁上或均匀分布在该燃烧室1的四个侧壁上，每正对的两个侧壁上布置的烧嘴3的数量相同，而且在同一时间，其中一个侧壁上的工作状态的烧嘴3的数量与正对侧壁上的非工作状态的烧嘴3的数量相同。以各烧嘴3均匀分布在该燃烧室1的正对的两个侧壁上的结构为例，烧嘴3的数量为n，则每个侧壁上2分布有n/2的烧嘴3，可以每个侧壁上的各烧嘴3均与同一供气管连接，即组成一个燃烧机构，也可以是其中n/4的烧嘴3属于其中一个燃烧机构，另外的n/4的烧嘴3属于另一个燃烧机构。

同样地，排烟口4的布置可以采用类似于上述烧嘴3的布置方式，具体不再赘述。

(2)作为优选实施例之一，将各烧嘴3均匀分布形成为两个以上的燃烧机构，将各排烟口4均匀分布形成为两个以上的排烟机构，具体地，各所述烧嘴3及各所述排烟口4在所述燃烧室1上分布形成多个混流层，各所述混流层自上而下均匀间隔排列；每一所述混流层包括布置于同一水平面内的多个烧嘴3和多个排烟口4，每一所述混流层中，至少一对所述烧嘴3的喷气方向相反且分属于不同的所述燃烧机构，至少一对所述排烟口4的排烟方向相反且分属于不同的所述排烟机构。其中，优选为各混流层的烧嘴3数量相同且采用相同的布置方式，各混流层的排烟口4数量相同且采用相同的布置方式；通过形成上述的多个混流层，以提高竖直方向上燃烧室1内各区域的温度均匀性。进一步优选地，每一所述混流层中的所述烧嘴3及所述排烟口4均为n个，n为偶数；每一所述混流层中，各所述烧嘴3分为数量相同的两组且每组均与同一供气管连接，各所述排烟口4分为数量相同的两组且每组均与同一排烟管连通，并形成n/2对烧嘴3对以及n/2对排烟口4对，每一所述烧嘴3对的两烧嘴3的喷气方向相反且分别与两个所述供气管连接，每一所述排烟口4对的两排烟口4的排烟方向相反且分别与两个所述排烟管连接。通过上述结构以保证每个混流层的相邻两个工作周期内工作的烧嘴3数量相同，以及工作的排烟口4的数量相同，以保证各混流层的各个工作周期内的温度场均匀化。作为优选方案，每一所述混流层所对应的各所述供气管及各所述排烟管上均设有控制阀，也即每个混流层均独立工作，从而使得燃烧室1可根据需要选择均热区域，可根据需要实现燃烧室1整体均热和局部均热。具体地，整体均热，即所有烧嘴3周期性交替燃烧工作、所有排烟口4周期性交替排烟工作；对于局部均热，可根据实际情况选择是燃烧室1上部、中部还是下部均热，例如，如选择燃烧室1上半区为均匀加热区，则选择上半区的各混流层内的烧嘴3和排烟口4进行周期性交替工作，而下半区则可根据温度要求，选择一定数量的烧嘴3及排烟口4以常规方式工作(即烧嘴3保持持续燃烧，排烟口4则可排烟或不排烟)。

进一步优化上述均热式燃烧室1内烧嘴3及排烟口4的布置方式，优选地，如图1-图2，所述排烟口4与所述烧嘴3的数量相同且一一对应正对布置，可采取烧嘴3燃烧工作时，与其正对的排烟口4处于排烟工作状态，可在燃烧室1内形成自一侧向另一侧的气流引导趋势，而当燃烧室1内存在多个以及多向的上述气流引导趋势时，可有效增加燃烧室1内的烟气紊流状态，从而消除燃烧室1内的烟气流死区，提高燃烧室1内的温度场均匀性。

进一步优化上述均热式燃烧室1内烧嘴3及排烟口4的布置方式，每一所述排烟口4所相邻的各所述烧嘴3均与同一所述供气管连接，该所述排烟口4所正对的所述烧嘴3与另一所述供气管连接。通过合理的控制，使得该排烟口4进行排烟工作时，其相邻的各烧嘴3均处于非工作状态，从而使得各排烟口4尽量远离工作烧嘴3，防止气流短路。可以采用排烟口4与烧嘴3交叉排列布置的方式，即每相邻两个烧嘴3之间有一个排烟口4，每相邻两个排烟口4之间有一个烧嘴3，使得各排烟口4与最近的工作烧嘴3之间均有一定的间隔。

接续上述均热式煤基竖炉的结构，如图1-图2，各所述反应室2的气体出口5均位于各所述燃烧室1的上方，其中，气体出口5距离燃烧室1的高度可根据反应室2中不同的工艺进行设定，具体包括：

(1)如图1，各所述反应室2均包括位于各所述燃烧室1上方的供物料8与反应室2的烟气流7逆向换热的换热段21，各所述气体出口5均设于对应的所述换热段21的顶端。这种方式适用于普通的直接还原，通过反应室2内产生的高温煤气流7上行进入上述换热段21，在换热段21内与低温物料8接触换热，从而对物料8进行预热，同时煤气流7的温度降低，充分利用煤气流7的余热，降低生产能耗。换热段21的高度应能满足煤气流7与物料8的换热效果，具体应根据物料8的种类及煤气流7的成分及温度确定，煤气流7的温度可降低至150℃～300℃从上述气体出口5排出。

(2)对于特殊原料的处理，如脱除的K、Na、Pb、Zn等有害元素在反应室2的还原过程中蒸发混入煤气流7，则应尽快将煤气流7在高温状态排出反应室2，避免煤气流7与低温物料8换热时，有害元素重新冷凝粘附于物料8。这种情况下，如图2，上述气体出口5应靠近最上方的燃烧室1，不宜设置换热段21。

(3)当物料8中含碳比例较高时，如炭化、结焦类工艺，煤气流7中可能含有焦油或其它有机类物质，同样也应避免煤气流7与低温物料8换热，应尽快将煤气流7以高温状态排出反应室2，气体出口5应靠近最上方的燃烧室1设置。

上述气体出口5排出的煤气流7可根据其温度、组成等特性，选择不同的煤气处理工艺，综合考虑煤气及固废的回收利用，例如可以将回收净化的煤气送至各烧嘴3作为燃气使用。

接续上述均热式煤基竖炉的结构，如图1，各反应室2下部穿过最下方的燃烧室1的部分，可以根据需要设置反应室2的冷却段22，反应后的物料8下行进入冷却段22冷却，再经排料装置排出；如果将物料8排出反应室2后再在外部进行冷却，则反应室2可以不设冷却段22。

另外，如图1-图2，在各燃烧室1上可根据需要设置独立的辅助排烟口6，起到辅助加强燃烧室1内烟气对流换热效果的作用，其可以设置在燃烧室1的上部或顶部，可设置一个或多个。

进一步地，从各排烟口4排出的烟气可进入换热器，对各烧嘴3所使用的助燃空气进行预热，从而节约竖炉的工作能耗，改善烧嘴3的燃烧状况。也即各排烟管均与换热器的工作介质入口连通，助燃气供管与换热器的换热介质入口连通。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种均热式煤基竖炉，其特征在于：包括至少一个燃烧室和至少一个反应室，各所述燃烧室自上而下依次布置，每一所述反应室依次穿过各所述燃烧室，至少其中一个所述燃烧室为均热式燃烧室；

所述均热式燃烧室包括多个燃烧机构和多个排烟机构，每一所述燃烧机构包括至少一个烧嘴及向对应的各所述烧嘴供应燃烧气体的供气管，每一所述排烟机构包括至少一个排烟口及分别与对应的各所述排烟口连通的排烟管，各所述烧嘴及各所述排烟口均设于对应的所述均热式燃烧室上，其中，至少一对所述烧嘴的喷气方向相反且分属于不同的所述燃烧机构，至少一对所述排烟口的排烟方向相反且分属于不同的所述排烟机构。

2.如权利要求1所述的均热式煤基竖炉，其特征在于：每一所述均热式燃烧室中，各所述烧嘴及各所述排烟口分布形成多个混流层，各所述混流层自上而下均匀间隔排列；每一所述混流层包括布置于同一水平面内的多个烧嘴和多个排烟口，每一所述混流层中，至少一对所述烧嘴的喷气方向相反且分属于不同的所述燃烧机构，至少一对所述排烟口的排烟方向相反且分属于不同的所述排烟机构。

3.如权利要求2所述的均热式煤基竖炉，其特征在于：每一所述混流层中的所述烧嘴及所述排烟口均为n个，n为偶数；每一所述混流层中，各所述烧嘴分为数量相同的两组且每组均与同一供气管连接，各所述排烟口分为数量相同的两组且每组均与同一排烟管连通，并形成n/2对烧嘴对以及n/2对排烟口对，每一所述烧嘴对的两烧嘴的喷气方向相反且分别与两个所述供气管连接，每一所述排烟口对的两排烟口的排烟方向相反且分别与两个所述排烟管连接。

4.如权利要求3所述的均热式煤基竖炉，其特征在于：每一所述混流层所对应的各所述供气管及各所述排烟管上均设有控制阀。

5.如权利要求1至4中任一项所述的均热式煤基竖炉，其特征在于：每一所述均热式燃烧室中，所述排烟口与所述烧嘴的数量相同且一一对应正对布置。

6.如权利要求5所述的均热式煤基竖炉，其特征在于：每一所述排烟口所相邻的各所述烧嘴均与同一所述供气管连接，该所述排烟口所正对的所述烧嘴与另一所述供气管连接。

7.如权利要求1至4中任一项所述的均热式煤基竖炉，其特征在于：所述均热式燃烧室呈长方体结构或正方体结构，各所述烧嘴及各所述排烟口均匀分布于所述均热式燃烧室的正对的两个侧壁上或均匀分布于所述均热式燃烧室的四个侧壁上。

8.如权利要求1所述的均热式煤基竖炉，其特征在于：包括有多个所述反应室，各所述反应室呈阵列布置。

9.如权利要求1所述的均热式煤基竖炉，其特征在于：各所述反应室的气体出口均位于各所述燃烧室的上方。

10.如权利要求9所述的均热式煤基竖炉，其特征在于：各所述反应室均包括位于各所述燃烧室上方的供物料与反应室烟气流逆向换热的换热段，各所述气体出口均设于对应的所述换热段的顶端。