CN208151410U - 一种外热式超大容积煤基直立炉的加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种外热式超大容积煤基直立炉的加热系统，包括贫煤气加热系统和富煤气加热系统；贫煤气加热系统包括蓄热室、燃烧室、水平气道和汇合气道，富煤气加热系统包括蓄热室、燃烧室、水平气道、汇合气道、富煤气下喷的砖煤气道和富煤气侧入的横排砖煤气道；燃烧室沿高向分为至少2个分段燃烧室，蓄热室沿高向分隔为至少3个独立蓄热室；贫煤气加热系统与富煤气加热系统单独或同时使用。本实用新型能够满足煤基直立炉大型化的需求，在提高还原室高度以增加产能的同时，保证了直立炉高向加热的均匀性，有利于提高海绵铁的质量和品位；其热工效率高，操作调节方便，易于控制燃烧温度和速度，更利于环保。

Description

一种外热式超大容积煤基直立炉的加热系统

技术领域

本实用新型涉及冶金技术领域，尤其涉及一种用于生产直接还原铁的外热式超大容积煤基直立炉的加热系统。

背景技术

直接还原炼铁工艺(DRI)是指在低于铁矿石的熔化温度下，通过在固态下还原，把铁矿石炼制成金属铁的工艺过程，其产物叫做海绵铁。海绵铁是冶炼优特钢的必须原料。然而，我国直接还原铁的产量不及百万吨，不到世界直接还原铁产量的1％，远低于世界平均水平。

直接还原炼铁按工艺分成气基直接还原和煤基直接还原两种，其主体设备分为回转窑、转底炉、反应罐、管式炉和流化床等。目前，世界上90％以上的直接还原铁都是用气基还原法生产出来的，但是我国天然气资源有限、且价格较高，气基还原工艺不适合我国多煤少气的国情；而传统的煤基回转窑工艺、转底炉工艺、隧道窑工艺都存在能耗高、生产过程不易控制、产品质量品位低等问题。

外热式竖炉直接还原法(KM法)是用竖炉形式进行生产，国内研究者对外热式煤基直接还原工艺也做了一定的研究，如公开号为CN101832706A的专利《外燃管式直接还原竖炉》、公开号为CN201166513的专利《煤基直接还原铁外热式竖炉》，公开号为CN204529897U的专利《一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉》等。上述技术方案中，炉体结构均过于简单，且受炉体强度的限制，还原室的高度不能太高，导致产能受限，无法满足大型化的需求。

发明内容

本实用新型提供了一种外热式超大容积煤基直立炉的加热系统，能够满足煤基直立炉大型化的需求，在提高还原室高度以增加产能的同时，保证了直立炉高向加热的均匀性，有利于提高海绵铁的质量和品位；其热工效率高，操作调节方便，易于控制燃烧温度和速度，能够减少高温点，从而降低NOx的生成，更利于环保。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种外热式超大容积煤基直立炉的加热系统，包括贫煤气加热系统和富煤气加热系统；所述贫煤气加热系统包括蓄热室、燃烧室、水平气道和汇合气道，所述富煤气加热系统包括蓄热室、燃烧室、水平气道、汇合气道、富煤气下喷的砖煤气道和富煤气侧入的横排砖煤气道，其中所述蓄热室、燃烧室、水平气道和汇合气道为两者共用；所述燃烧室沿高向分为至少2个分段燃烧室，蓄热室沿高向分隔为至少3个独立蓄热室，各分段燃烧室分别通过对应水平气道和汇合气道连接对应的独立蓄热室；富煤气下喷的砖煤气道设于最下部分段燃烧室的底部，最下部分段燃烧室的顶部及其余分段燃烧室的顶部与底部分别设富煤气侧入的横排砖煤气道；贫煤气加热系统与富煤气加热系统单独或同时使用，各独立蓄热室根据加热方式的不同分别作为空气蓄热室或空气蓄热室及贫煤气蓄热室使用。

所述燃烧室沿高向分为2个分段燃烧室，即上部燃烧室和下部燃烧室，蓄热室沿高向分为3个独立蓄热室，即上部蓄热室、中部蓄热室及下部蓄热室；上部燃烧室的顶部通过对应水平气道和汇合气道连通上部蓄热室的顶部，上部燃烧室的底部和下部燃烧室的顶部通过对应水平气道和汇合气道连通中部蓄热室的顶部，下部燃烧室的顶部通过对应水平气道和汇合气道连接下部蓄热室的顶部；上部蓄热室、中部蓄热室和下部蓄热室内分别设格子砖，且上部蓄热室的底部、中部蓄热室的底部和下部蓄热室的底部分别通过对应小烟道连接对应的废气开闭器；下部燃烧室的底部设富煤气下喷的砖煤气道，上部燃烧室的顶部设富煤气侧入的上部横排砖煤气道，上部燃烧室的底部设富煤气侧入的中部横排砖煤气道，下部燃烧室的顶部设富煤气侧入的下部横排砖煤气道。

所述空气蓄热室及贫煤气蓄热室在同一高度，且相间排列。

所述富煤气下喷的砖煤气道和富煤气侧入的横排砖煤气道在采用富煤气加热方式时连接富煤气主管道，在采用贫煤气加热方式时连接压缩空气主管道，作为各分段燃烧室的二次空气供入点；富煤气主管道的接入点设在燃烧室封墙外侧。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)能够满足煤基直立炉大型化的需求(还原室容积可扩大到现有容积的2倍以上)，在提高还原室高度以增加产能的同时，保证了直立炉高向加热的均匀性，提高了海绵铁的质量和品位；

2)蓄热室能够回收烟气的余热预热燃烧用的空气，热工效率高；

3)操作方便、气流流量可调，易于控制燃烧温度和速度，减少高温点，从而降低NOx的生成，更利于环保。

附图说明

图1是本实用新型所述外热式超大容积煤基直立炉的加热系统的主视剖面图。

图2是图1中的A-A视图。

图3是图2中的B-B视图。

图4a是本实用新型所述煤基直立炉单独采用贫煤气加热方式中本次交换时的气体流向示意图。

图4b是本实用新型所述煤基直立炉单独采用贫煤气加热方式中下次交换时的气体流向示意图。

图5a是本实用新型所述煤基直立炉单独采用富煤气加热方式中本次交换时的气体流向示意图。

图5b是本实用新型所述煤基直立炉单独采用富煤气加热方式中下次交换时的气体流向示意图。

图6a是本实用新型所述煤基直立炉采用贫煤气与富煤气协同加热方式中本次交换时的气体流向示意图一(高向相邻的上、下分段燃烧室均为贫煤气加热)。

图6b是本实用新型所述煤基直立炉采用贫煤气与富煤气协同加热方式中下次交换时的气体流向示意图一(高向相邻的上、下分段燃烧室均为富煤气加热)。

图6c是本实用新型所述煤基直立炉采用贫煤气与富煤气协同加热方式中本次交换时的气体流向示意图二(高向相邻的上方分段燃烧室为贫煤气加热、下方分段燃烧室为富煤气加热)。

图6d是本实用新型所述煤基直立炉采用贫煤气与富煤气协同加热方式中下次交换时的气体流向示意图二(高向相邻的上下分段燃烧室均为贫煤气加热)。

图中：1.燃烧室 1-1.下部燃烧室 1-2.上部燃烧室 2.还原室 2-1.下部还原室2-2.上部还原室 3.蓄热室 3-1.下部蓄热室 3-2.中部蓄热室 3-3.上部蓄热室 4.小烟道4-1.下部蓄热室小烟道 4-2.中部蓄热室小烟道 4-3.上部蓄热室小烟道 5.炉顶 6.水平气道 7.汇合气道 8.富煤气侧入的横排砖煤气道 8-1.富煤气侧入的下部横排砖煤气道8-2.富煤气侧入的中部横排砖煤气道 8-3.富煤气侧入的上部横排砖煤气道 9.富煤气下喷的砖煤气道 10.冷却室 11.格子砖 12.篦子砖 13.燃烧室底部空气/贫煤气导入口或废气导出口 14.燃烧室顶部废气导出口或空气/贫煤气导入口

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1-图3所示，本实用新型所述一种外热式超大容积煤基直立炉的加热系统，包括贫煤气加热系统和富煤气加热系统；所述贫煤气加热系统包括蓄热室3、燃烧室1、水平气道6和汇合气道7，所述富煤气加热系统包括蓄热室3、燃烧室1、水平气道6、汇合气道7、富煤气下喷的砖煤气道9和富煤气侧入的横排砖煤气道8，其中所述蓄热室3、燃烧室1、水平气道6和汇合气道7为两者共用；所述燃烧室1沿高向分为至少2个分段燃烧室，蓄热室3沿高向分隔为至少3个独立蓄热室，各分段燃烧室分别通过对应水平气道6和汇合气道7连接对应的独立蓄热室；富煤气下喷的砖煤气道9设于最下部分段燃烧室的底部，最下部分段燃烧室的顶部及其余分段燃烧室的顶部与底部分别设富煤气侧入的横排砖煤气道8；贫煤气加热系统与富煤气加热系统单独或同时使用，各独立蓄热室根据加热方式的不同分别作为空气蓄热室或空气蓄热室及贫煤气蓄热室使用。

所述燃烧室1沿高向分为2个分段燃烧室，即上部燃烧室1-2和下部燃烧室1-1，蓄热室3沿高向分为3个独立蓄热室，即上部蓄热室3-3、中部蓄热室3-2及下部蓄热室3-1；上部燃烧室1-2的顶部通过对应水平气道6和汇合气道7连通上部蓄热室3-3的顶部，上部燃烧室1-2的底部和下部燃烧室1-1的顶部通过对应水平气道6和汇合气道7连通中部蓄热室3-2的顶部，下部燃烧室1-1的顶部通过对应水平气道6和汇合气道7连接下部蓄热室3-1的顶部；上部蓄热室3-3、中部蓄热室3-2和下部蓄热室3-1内分别设格子砖11，且上部蓄热室3-3的底部、中部蓄热室3-2的底部和下部蓄热室3-1的底部分别通过对应小烟道4连接对应的废气开闭器；下部燃烧室1-1的底部设富煤气下喷的砖煤气道9，上部燃烧室1-2的顶部设富煤气侧入的上部横排砖煤气道8-3，上部燃烧室1-2的底部设富煤气侧入的中部横排砖煤气道8-2，下部燃烧室1-1的顶部设富煤气侧入的下部横排砖煤气道8-1。

所述空气蓄热室及贫煤气蓄热室在同一高度，且相间排列。

所述富煤气下喷的砖煤气道9和富煤气侧入的横排砖煤气道8在采用富煤气加热方式时连接富煤气主管道，在采用贫煤气加热方式时连接压缩空气主管道，作为各分段燃烧室的二次空气供入点；富煤气主管道的接入点设在燃烧室封墙外侧。

基于本实用新型所述一种外热式超大容积煤基直立炉加热系统的加热方法，可采用贫煤气加热、富煤气加热或贫煤气与富煤气协同加热三种加热方式，三种加热方式均采用分段燃烧、分段供气的方式，加热煤气介质为贫煤气、富煤气或贫煤气与富煤气。

本实用新型所述一种外热式超大容积煤基直立炉加热系统的加热方法，包括：

1)煤基直立炉单独采用贫煤气加热方式时，通过贫煤气加热系统完成；在同一换向周期内，经其中一个或多个独立蓄热室进入煤基直立炉的贫煤气/空气沿对应的汇合气道7、水平气道6分别进入对应的分段燃烧室、燃烧后的废气再沿对应的的水平气道6和汇合气道7进入另外的一个或多个独立蓄热室，然后通过对应的小烟道4及废气开闭器流出煤基直立炉；2个高向相邻的分段燃烧室内，位于上方的分段燃烧室与位于下方的分段燃烧室内的气体流向以两者之间的水平气道6为对称轴对称流动；

2)煤基直立炉单独采用富煤气加热方式时，通过富煤气加热系统完成；在同一换向周期内，根据燃烧的需要，富煤气分别从富煤气下喷的砖煤气道9和/或富煤气侧入的横排砖煤气道8进入燃烧室1，用于助燃的空气经其中一个或多个独立蓄热室、对应的汇合气道7和水平气道6进入燃烧室，燃烧后的废气通过对应的水平气道6和汇合气道7进入另外的一个或多个独立蓄热室；2个高向相邻的分段燃烧室内，位于上方的分段燃烧室与位于下方的分段燃烧室内的气体流向以两者之间的水平气道6为对称轴对称流动；

3)煤基直立炉采用贫煤气与富煤气协同加热方式时，贫煤气加热系统与富煤气加热系统协同工作；在同一换向周期内，不同高度的分段燃烧室内分别采用贫煤气加热或富煤气加热，同时根据需要进入不同高度分段燃烧室内的煤气介质的种类，确定同为上升气流的独立蓄热室是作为贫煤气蓄热室及空气蓄热室，还是仅作为空气蓄热室；2个高向相邻的分段燃烧室内，位于上方的分段燃烧室与位于下方的分段燃烧室内的气体流向以两者之间的水平气道为对称轴对称流动。

本实用新型所述的一种外热式超大容积煤基直立炉的加热系统，在同一换向周期内，同高度的同排独立蓄热室内的气流方向相同，即同为上升气流或同为下降气流；上下相邻的独立蓄热室内的气流方向相反，即位于上方的独立蓄热室内的气流为上升气流时，则位于下方的独立蓄热室内的气流为下降气流；当采用富煤气加热时，同为上升气流的不同高度的独立蓄热室可同时作为空气蓄热室供入空气；当采用贫煤气加热时，同为上升气流的同排独立蓄热室作为贫煤气蓄热室和空气蓄热室，空气蓄热室用于供入助燃空气，贫煤气蓄热室用于供入贫煤气；当采用贫煤气与富煤气协同加热时，同为上升气流的独立蓄热室根据需要进入不同高度独立燃烧室内的煤气介质种类，确定不同高度的独立蓄热室是作为贫煤气蓄热室及空气蓄热室还是仅作为空气蓄热室。

以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

本实施例中，外热式超大容积的煤基直立炉由燃烧室1、还原室2、蓄热室3和炉顶5组成，燃烧室1与还原室2相间设置，并位于炉体的一侧；蓄热室3位于炉体的另一侧，燃烧室1与还原室2的上方为炉顶5。

本实施例中，所述燃烧室1沿高向分为上部燃烧室1-2和下部燃烧室1-1，蓄热室3沿高向分为上部蓄热室3-3、中部蓄热室3-2及下部蓄热室3-1；上部燃烧室1-2的顶部通过对应水平气道6和汇合气道7连通上部蓄热室3-3的顶部，上部燃烧室1-2的底部和下部燃烧室1-1的顶部通过对应水平气道6和汇合气道7连通中部蓄热室3-2的顶部，下部燃烧室1-1的顶部通过对应水平气道6和汇合气道7连接下部蓄热室3-1的顶部；上部蓄热室3-3、中部蓄热室3-2和下部蓄热室3-1内分别设格子砖11，上部蓄热室3-3的底部、中部蓄热室3-2的底部和下部蓄热室3-1的底部分别通过对应小烟道4-3、4-2、4-1连接对应的废气开闭器，小烟道4的顶部设篦子砖12；下部燃烧室1-1的底部设富煤气下喷的砖煤气道9，上部燃烧室1-2的顶部设富煤气侧入的上部横排砖煤气道8-3，上部燃烧室1-2的底部设富煤气侧入的中部横排砖煤气道8-2，下部燃烧室1-1的顶部设富煤气侧入的下部横排砖煤气道8-1。图中13为燃烧室底部空气/贫煤气导入口或废气导出口，14为燃烧室顶部废气导出口或空气/贫煤气导入口

煤基直立炉单独采用贫煤气加热方式时，通过贫煤气加热系统完成；如图4a所示，在本次交换时，自上部蓄热室3-3、下部蓄热室3-1进入煤基直立炉的贫煤气/空气沿对应汇合气道7、水平气道6分别进入上部燃烧室1-2、下部燃烧室1-1燃烧后，废气自上部燃烧室1-2底部和下部燃烧室1-1顶部进入同一水平气道6，再经汇合气道7进入中部蓄热室3-2内，然后通过中部蓄热室小烟道4-2及对应的废气开闭器流出煤基直立炉；上部燃烧室1-2内的气流自上向下流动，下部燃烧室1-1内的气流自下向上流动。

如图4b所示，在下次交换时，自中部蓄热室3-2进入煤基直立炉的贫煤气/空气沿对应汇合气道7、水平气道6分别进入上部燃烧室1-2、下部燃烧室1-1燃烧后，废气自上部燃烧室1-2顶部经对应的水平气道6、汇合气道7后进入上部蓄热室3-3，同时废气自下部燃烧室1-1底部经对应的水平气道6、汇合气道7后进入下部蓄热室3-1，与格子砖11换热后，分别通过上部蓄热室小烟道4-3、下部蓄热室小烟道4-1及对应的废气开闭器流出煤基直立炉；上部燃烧室1-2内的气流自下向上流动，下部燃烧室1-1内的气流自上向下流动。

煤基直立炉单独采用富煤气加热方法时，通过富煤气加热系统完成；如图5a所示，在本次交换时，富煤气通过上部燃烧室1-2顶部的富煤气侧入的上部横排砖煤气道8-3进入上部燃烧室1-2，同时通过下部燃烧室1-1底部的富煤气下喷的砖煤气道9进入下部燃烧室1-1；助燃空气通过上部蓄热室3-3、下部蓄热室3-1并经对应的汇合气道7、水平气道6分别进入上部燃烧室1-2、下部燃烧室1-1与富煤气掺混后燃烧，燃烧后的废气经上部燃烧室1-2与下部燃烧室1-1之间的同一水平气道6、汇合气道7进入中部蓄热室3-2，与格子砖11换热后经中部蓄热室小烟道4-2和对应的废气开闭器流出煤基直立炉。如图5b所示，在下次交换时，富煤气通过上部燃烧室1-2底部的富煤气侧入的中部横排砖煤气道8-2进入上部燃烧室1-2，同时通过下部燃烧室1-1顶部的富煤气侧入的下部横排砖煤气道8-1进入下部燃烧室1-1；助燃空气通过中部蓄热室3-2并经对应的汇合气道7和水平气道6分别进入上部燃烧室1-2和下部燃烧室1-1，与富煤气掺混后燃烧，燃烧后的废气经上部燃烧室1-2顶部及下部燃烧室1-1底部的水平气道6、对应的汇合气道7分别进入上部蓄热室3-3和下部蓄热室3-1，与格子砖11换热后，经上部蓄热室小烟道4-3、下部蓄热室小烟道4-1并经对应的废气开闭器流出煤基直立炉。

煤基直立炉采用贫煤气与富煤气协同加热方式时，贫煤气加热系统与富煤气加热系统协同工作；如图6a所示，在本次交换时，上部燃烧室1-2和下部燃烧室1-1均采用贫煤气加热；其原理与单独采用贫煤气加热系统时相同；如图6b所示，在下次交换时，上部燃烧室1-2与下部燃烧室1-1均采用富煤气加热，其原理与单独采用富煤气加热系统时相同；如图6c所示，在本次交换中，上部燃烧室1-2采用贫煤气加热方式，下部燃烧室1-1采用富煤气加热方式；此时，贫煤气经上部蓄热室3-3、对应汇合气道7及水平气道6自顶部进入上部燃烧室1-2，富煤气自富煤气下喷的砖煤气道9进入下部燃烧室1-1，助燃空气经下部蓄热室3-1、对应汇合气道7及水平气道6自底部进入下部燃烧室1-1；上部燃烧室1-2和下部燃烧室1-1燃烧后的废气均经过上部燃烧室1-2与下部燃烧室1-1之间的水平气道6、对应的汇合气道7进入中部蓄热室3-2，然后经中部蓄热室小烟道4-2及对应废气开闭器流出煤基直立炉。如图6d所示，在下次交换时，上部燃烧室1-2及下部燃烧室1-1均采用贫煤气加热方式，其原理与单独采用贫煤气加热系统时相同。

在采用上述任意一种加热方法时，富煤气系统中的横排砖煤气道8和下喷砖煤气道9可全部/部分与压缩空气主管连通，作为各段燃烧室分段燃烧的空气二次供入点。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种外热式超大容积煤基直立炉的加热系统，其特征在于，包括贫煤气加热系统和富煤气加热系统；所述贫煤气加热系统包括蓄热室、燃烧室、水平气道和汇合气道，所述富煤气加热系统包括蓄热室、燃烧室、水平气道、汇合气道、富煤气下喷的砖煤气道和富煤气侧入的横排砖煤气道，其中所述蓄热室、燃烧室、水平气道和汇合气道为两者共用；所述燃烧室沿高向分为至少2个分段燃烧室，蓄热室沿高向分隔为至少3个独立蓄热室，各分段燃烧室分别通过对应水平气道和汇合气道连接对应的独立蓄热室；富煤气下喷的砖煤气道设于最下部分段燃烧室的底部，最下部分段燃烧室的顶部及其余分段燃烧室的顶部与底部分别设富煤气侧入的横排砖煤气道；贫煤气加热系统与富煤气加热系统单独或同时使用，各独立蓄热室根据加热方式的不同分别作为空气蓄热室或空气蓄热室及贫煤气蓄热室使用。

2.根据权利要求1所述的一种外热式超大容积煤基直立炉的加热系统，其特征在于，所述燃烧室沿高向分为2个分段燃烧室，即上部燃烧室和下部燃烧室，蓄热室沿高向分为3个独立蓄热室，即上部蓄热室、中部蓄热室及下部蓄热室；上部燃烧室的顶部通过对应水平气道和汇合气道连通上部蓄热室的顶部，上部燃烧室的底部和下部燃烧室的顶部通过对应水平气道和汇合气道连通中部蓄热室的顶部，下部燃烧室的顶部通过对应水平气道和汇合气道连接下部蓄热室的顶部；上部蓄热室、中部蓄热室和下部蓄热室内分别设格子砖，且上部蓄热室的底部、中部蓄热室的底部和下部蓄热室的底部分别通过对应小烟道连接对应的废气开闭器；下部燃烧室的底部设富煤气下喷的砖煤气道，上部燃烧室的顶部设富煤气侧入的上部横排砖煤气道，上部燃烧室的底部设富煤气侧入的中部横排砖煤气道，下部燃烧室的顶部设富煤气侧入的下部横排砖煤气道。

3.根据权利要求1所述的一种外热式超大容积煤基直立炉的加热系统，其特征在于，所述空气蓄热室及贫煤气蓄热室在同一高度，且相间排列。

4.根据权利要求1所述的一种外热式超大容积煤基直立炉的加热系统，其特征在于，所述富煤气下喷的砖煤气道和富煤气侧入的横排砖煤气道在采用富煤气加热方式时连接富煤气主管道，在采用贫煤气加热方式时连接压缩空气主管道，作为各分段燃烧室的二次空气供入点；富煤气主管道的接入点设在燃烧室封墙外侧。