CN214830449U - 一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，包括预热装置本体、混合燃烧器及海绵铁还原层；预热装置本体的顶部设混合燃烧器，预热装置本体的底部设高温烟气出口；预热装置本体中沿高向设有多层海绵铁还原层；混合燃烧器上设有氢气入口管、氨气入口管及空气入口管；海绵铁还原层由支撑格栅及置于其上的海绵铁组成。本实用新型是一种高效清洁的加热装置，用于在氨气直接还原铁工艺的工业化生产转化过程中，燃烧氨气并将高温烟气中微量的NO经过海绵铁还原层去除，生成主要成分为N2的高温烟气，该高温烟气通入直接还原竖炉的预热段对铁矿石进行预热，能够保证直接还原铁过程无CO2产生，从而实现近零排放。
Description
技术领域
本实用新型涉及直接还原铁技术领域，尤其涉及一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置。
背景技术
直接还原炼铁是用气体或固体还原剂在低于铁矿石软化温度下，在反应装置内将铁矿石还原成金属铁的方法，其产品称直接还原铁(DRI)，这种铁保留了失氧前的外形，因失氧形成大量微孔隙，显微镜下形似海绵结构，故又称海绵铁。
气基竖炉直接还原炼铁因其操作容易、能耗低、效率高等优点，已经成为当今世界主流的海绵铁生产方法。目前，气基直接还原炼铁一般采用CO和H2作为气体还原剂来生产海绵铁。但是，CO用作气体还原存在还原气析碳、铁矿石易还原粉化粘接、冷却设备复杂、产生温室气体CO2等问题。H2用作气体还原剂存在长时间储存及远距离运输不便等问题。
氨气作为无碳燃料，同时也是一种富氢气体，其中氢的质量百分比为17.6％，其在高温时会分解成氮气和氢气，有还原作用。氨气可在常温下加压液化或常压下冷却液化，且液氨的体积能量密度高于液氢，因此液氨更便于储存和运输，是氢的理想载体。
最近出现了“一种基于氨气直接还原铁生产热态海绵铁的方法”，采用氨气作为氢气载体及直接还原剂，通过保证反应温度和氨气浓度，快速进行铁的还原反应，实现直接还原炼铁的目的。
发明内容
本实用新型提供了一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，其是一种高效清洁的加热装置，用于在氨气直接还原铁工艺的工业化生产转化过程中，氨气通过混合燃烧器燃烧后产生高温烟气，经过海绵铁还原层将其中微量的NO经过还原反应去除，生成主要成分为N2的高温烟气，该高温烟气通入直接还原竖炉的预热段对铁矿石进行预热，能够保证直接还原铁过程无CO2产生，从而实现近零排放。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，包括预热装置本体、混合燃烧器及海绵铁还原层；所述预热装置本体的顶部设混合燃烧器，预热装置本体的底部设高温烟气出口；预热装置本体中沿高向设有多层海绵铁还原层；所述混合燃烧器上设有氢气入口管、氨气入口管及空气入口管；所述海绵铁还原层由支撑格栅及置于其上的海绵铁组成。
所述混合燃烧器为多层套管结构，自中心向外依次由氢气入口管、第一空气入口管、氨气入口管及第二空气入口管组成；所述混合燃烧器在靠近燃烧端的内部设气体混合器。
所述氢气入口管连接外部的氢气输送管道，第一空气入口管与第二空气入口管分别对应的空气支管连接助燃风机；氨气入口管连接外部的氨气输送管道。
所述预热装置本体由钢板制成，预热装置本体的内层和/或外层设保温层。
所述预热装置本体内层设置的保温层由耐火保温材料制成。
所述支撑格栅为抽屉式推拉结构，对应的预热装置本体一侧设密封门；支撑格栅由格栅筛板、围板、滑道及滑轮组成；格栅筛板的顶部外围设围板，格栅筛板的底部两侧设滑轮，对应的预热装置本体内设滑道与滑轮相配合。
所述海绵铁为粒径为3～5mm的球状海绵铁或块状海绵铁；所述支撑格栅上的格栅筛板孔径≤2.5mm。
一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，还包括PLC控制器及热电偶；所述预热装置本体的下部设热电偶，热电偶的检测信号输出端连接PLC控制器；所述氢气输送管道上设电动氢气调节阀，所述氨气输送管道上设电动氨气调节阀，所述PLC控制器分别连接电动氢气调节阀、电动氨气调节阀及助燃风机的控制端。
所述预热装置本体的横截面为矩形。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型所述预热装置是一种高效清洁的加热装置，用于在氨气直接还原铁工艺的工业化生产转化过程中，氨气通过混合燃烧器燃烧后产生高温烟气，经过海绵铁还原层将其中微量的NO经过还原反应去除，生成主要成分为N2的高温烟气，该高温烟气通入直接还原竖炉的预热段对铁矿石进行预热，能够保证直接还原铁过程无CO2产生，从而实现近零排放。
附图说明
图1是本实用新型一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置的结构示意图。
图2是本实用新型所述海绵铁还原层的结构示意图。
图中：1.预热装置本体 2.混合燃烧器 3.支撑格栅 31.格栅筛板 32.围板 33.滑轮 34.滑道 4.海绵铁 5.热电偶 6.保温层 7.密封门
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所示，本实用新型所述一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，包括预热装置本体1、混合燃烧器2及海绵铁还原层；所述预热装置本体1的顶部设混合燃烧器2，预热装置本体1的底部设高温烟气出口；预热装置本体1中沿高向设有多层海绵铁还原层；所述混合燃烧器2上设有氢气入口管、氨气入口管及空气入口管；所述海绵铁还原层由支撑格栅3及置于其上的海绵铁4组成。
所述混合燃烧器2为多层套管结构，自中心向外依次由氢气入口管、第一空气入口管、氨气入口管及第二空气入口管组成；所述混合燃烧器2在靠近燃烧端的内部设气体混合器。
所述氢气入口管连接外部的氢气输送管道，第一空气入口管与第二空气入口管分别对应的空气支管连接助燃风机；氨气入口管连接外部的氨气输送管道。
所述预热装置本体1由钢板制成，预热装置本体1的内层和/或外层设保温层6。
所述预热装置本体1内层设置的保温层由耐火保温材料制成。
如图2所示，所述支撑格栅3为抽屉式推拉结构，对应的预热装置本体1一侧设密封门7；支撑格栅3由格栅筛板31、围板32、滑道34及滑轮33组成；格栅筛板31的顶部外围设围板32，格栅筛板31的底部两侧设滑轮33，对应的预热装置本体1内设滑道34 与滑轮33相配合。
所述海绵铁4为粒径为3～5mm的球状海绵铁或块状海绵铁；所述支撑格栅3上的格栅筛板31孔径≤2.5mm。
一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，还包括PLC控制器及热电偶；所述预热装置本体1的下部设热电偶5，热电偶5的检测信号输出端连接PLC控制器；所述氢气输送管道上设电动氢气调节阀，所述氨气输送管道上设电动氨气调节阀，所述PLC 控制器分别连接电动氢气调节阀、电动氨气调节阀及助燃风机的控制端。
所述预热装置本体1的横截面为矩形。
氨气直接还原铁工艺中，直接还原竖炉在启动初期需要将装入的铁矿石预热到900℃后，再通入NH3进行还原反应。本实用新型所述预热装置在对铁矿石进行预热的同时，采用氨气作为燃烧气源，实现了高效清洁燃烧。
混合燃烧器中氢气(占燃烧时混合气总量的5％左右)从混合燃烧器的中心通道(氢气入口管)喷入，形成长明灯火焰，保证氨气的稳定燃烧；氨气从外层的环形通道(氨气入口管)喷入并燃烧，产生高温烟气，高温烟气的主要成分是N2和水蒸气，以及微量的 NO(3000ppm左右)。
在预热装置中，高温烟气自上向下流动，依次通过多层海绵铁还原层后，NO被Fe0还原成N2，温度为950℃的高温烟气进入直接还原竖炉内加热铁矿石。
根据系统的阻力，调整设置的海绵铁还原层的层数，保证还原效果。在每个海绵铁还原层中，海绵铁放置在支撑格栅的格栅筛板上，格栅筛板的孔径小于海绵铁的粒径，并保证高温烟气的流动性。支撑格栅采用抽屉式的推拉结构，格栅筛板四周设围板用于盛装海绵铁，通过滑轮与滑道配合实现整体的推进拉出。对应的预热装置本体上设密封门；在盛装或置换海绵铁时，将密封门打开，拉出格栅筛板进行操作。海绵铁还原层上的海绵铁被 NO氧化成氧化铁，待其完全失效后进行置换，失效后的海绵铁送入直接还原竖炉中重新进行冶炼。
本实用新型所述预热装置主要采用氨气作为燃料，氢气的作用是稳定氨气火焰，保证燃烧充分。燃烧产物中主要是氮气和水蒸气，无CO2产生。高温烟气中微量的NO被海绵铁还原成N2，由于NO产生量很少，因此在还原过程中消耗的海绵铁量也很少。
通过热电偶实时监测高温烟气的温度，通过PLC控制系统控制电动氨气调节阀、电动氨气调节阀及助燃风机，实现混合燃烧器中混合气体的比例及流量调节，从而保证送往直接还原竖炉高温烟气的温度满足要求。
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 (9)
1.一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，其特征在于，包括预热装置本体、混合燃烧器及海绵铁还原层；所述预热装置本体的顶部设混合燃烧器，预热装置本体的底部设高温烟气出口；预热装置本体中沿高向设有多层海绵铁还原层；所述混合燃烧器上设有氢气入口管、氨气入口管及空气入口管；所述海绵铁还原层由支撑格栅及置于其上的海绵铁组成。
2.根据权利要求1所述的一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，其特征在于，所述混合燃烧器为多层套管结构，自中心向外依次由氢气入口管、第一空气入口管、氨气入口管及第二空气入口管组成；所述混合燃烧器在靠近燃烧端的内部设气体混合器。
3.根据权利要求1或2所述的一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，其特征在于，所述氢气入口管连接外部的氢气输送管道，第一空气入口管与第二空气入口管分别对应的空气支管连接助燃风机；氨气入口管连接外部的氨气输送管道。
4.根据权利要求1所述的一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，其特征在于，所述预热装置本体由钢板制成，预热装置本体的内层和/或外层设保温层。
5.根据权利要求4所述的一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，其特征在于，所述预热装置本体内层设置的保温层由耐火保温材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，其特征在于，所述支撑格栅为抽屉式推拉结构，对应的预热装置本体一侧设密封门；支撑格栅由格栅筛板、围板、滑道及滑轮组成；格栅筛板的顶部外围设围板，格栅筛板的底部两侧设滑轮，对应的预热装置本体内设滑道与滑轮相配合。
7.根据权利要求1所述的一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，其特征在于，所述海绵铁为粒径为3～5mm的球状海绵铁或块状海绵铁；所述支撑格栅上的格栅筛板孔径≤2.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，其特征在于，还包括PLC控制器及热电偶；所述预热装置本体的下部设热电偶，热电偶的检测信号输出端连接PLC控制器；所述氢气输送管道上设电动氢气调节阀，所述氨气输送管道上设电动氨气调节阀，所述PLC控制器分别连接电动氢气调节阀、电动氨气调节阀及助燃风机的控制端。
9.根据权利要求1或4或6或8所述的一种氨气直接还原铁工艺中直接还原竖炉的预热装置，其特征在于，所述预热装置本体的横截面为矩形。
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