CN101413041B - 煤基直接还原铁转底炉及其燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤基直接还原铁转底炉及其燃烧方法。包括环形的内壁和外壁，内壁和外壁之间设有可转动的炉底，内壁和外壁上分别设有多个蓄热式烧嘴。燃烧时，多个蓄热式烧嘴中，一部分烧嘴燃烧，另一部分烧嘴用于排烟；燃烧至预定的时间后，在燃烧的烧嘴停止燃烧，用于排烟，未燃烧的烧嘴开始燃烧，并进行周期性轮换。当烧嘴排烟时，蓄热室吸热，降低排烟温度；当烧嘴燃烧时，蓄热室放热，对助燃空气或燃料进行预热，提高燃烧温度。可以使用热值介于750kcal/Nm3～9000kcal/Nm3的所有燃料，使炉温和炉内气氛能够满足直接还原铁的工艺要求。

Description

煤基直接还原铁转底炉及其燃烧方法
技术领域
本发明涉及一种窑炉技术，尤其涉及一种煤基直接还原铁转底炉及其燃烧方法。
背景技术
传统的炼铁工艺是将铁矿石焙烧成烧结矿或氧化球团，把焦煤炼制成焦炭，燃后把铁矿和焦炭放进高炉里通过还原反应获得铁水。这种工艺虽然已经十分成熟且普遍采用，但是设备投资大，工艺过程复杂、能耗高、排放污染物多，而且适合炼焦的焦煤越来越趋于枯竭。
直接还原铁(海绵铁)可取代废钢作为钢铁短流程新工艺生产的电炉炼钢原料，如今废钢资源紧缺，价格越来越贵，因此直接还原铁生产越来越受到人们的重视。
现有技术中的海绵铁生产，有气基还原法和煤基还原法两种方法。气基还原法的还原剂采用天然气，缺少天然气资源的地区难于推广。煤基还原法采用煤或焦炭作为还原剂，还原剂取材方便，适合在天然气资源短缺而煤炭资源丰富的地区推广应用。
现有技术中的煤基直接还原铁的主要生产设备是转底炉，还原工艺的重要还原条件是高炉温和特定的还原性气氛。为了达到1400℃以上的炉温，需采用高热值燃料，例如天然气、液化石油气、重油等。
上述现有技术至少存在以下缺点：燃料热值要求高、排烟温度高、能源浪费、污染环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能、环保、燃烧温度高的煤基直接还原铁转底炉及其燃烧方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的煤基直接还原铁转底炉，包括环形的内壁和外壁，所述内壁和外壁之间设有可转动的炉底，所述的内壁和外壁分别设有多个蓄热式烧嘴，所述蓄热式烧嘴连接有蓄热室。
本发明的上述煤基直接还原铁转底炉的燃烧方法，所述的多个蓄热式烧嘴中，一部分烧嘴燃烧，另一部分烧嘴用于排烟；燃烧至预定的时间后，在燃烧的烧嘴停止燃烧，用于排烟，未燃烧的烧嘴开始燃烧，并进行周期性轮换。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的煤基直接还原铁转底炉及其燃烧方法，由于转底炉的内壁和外壁分别设有多个蓄热式烧嘴，所述蓄热式烧嘴连接有蓄热室。所述的多个蓄热式烧嘴中，一部分烧嘴燃烧，另一部分烧嘴用于排烟；燃烧至预定的时间后，在燃烧的烧嘴停止燃烧，用于排烟，未燃烧的烧嘴开始燃烧，并进行周期性轮换。当烧嘴排烟时，蓄热室吸热，降低排烟温度；当烧嘴燃烧时，蓄热室放热，对助燃空气或燃料进行预热，提高燃烧温度。节能、环保、燃烧温度高。
附图说明
图1为本发明煤基直接还原铁转底炉的结构示意图；
图2为本发明中蓄热式烧嘴的燃烧状态示意图。
具体实施方式
本发明的煤基直接还原铁转底炉，其较佳的具体实施方式如图1所示，包括环形的内壁2和外壁3，内壁2和外壁3之间设有炉底6，炉底6可以转动，内壁2和外壁3上分别设有多个蓄热式烧嘴1。转底炉内沿炉底6的转动方向依次设有布料区、预热还原段、加热还原段、高温还原段、控制还原段和出料区，布料区和出料区处分别设有进料口5和出料口4。
多个烧嘴1可以在炉壁上成对设置。每一对烧嘴1中，一个设置在内壁2上，另一个设置在外壁3上，也可以两个烧嘴1均设置在外壁3上。
如图2所示，蓄热式烧嘴连接有蓄热室，蓄热室内设有耐高温陶瓷材料的蓄热体。
蓄热式烧嘴包括燃料入口和气体进出口，蓄热室与气体进出口连接，蓄热室还连接有空气入口和烟气出口。气体进出口、空气入口和烟气出口之间通过三通换向阀连接。
空气入口和烟气出口也可以不通过三通换向阀连接，而是分别直接连接在蓄热室上，空气入口和烟气出口上分别设有单独的开关控制阀。
本发明的上述的煤基直接还原铁转底炉的燃烧方法，其较佳的具体实施方式如图2所示，多个蓄热式烧嘴中，一部分烧嘴燃烧，另一部分烧嘴用于排烟；燃烧至预定的时间后，在燃烧的烧嘴停止燃烧，用于排烟，未燃烧的烧嘴开始燃烧，并进行周期性轮换。
可以是转底炉的外壁3上与内壁2上相对的两个烧嘴1中，一个烧嘴燃烧，另一个烧嘴用于排烟；燃烧至预定的时间后，在燃烧的烧嘴停止燃烧，用于排烟，未燃烧的烧嘴开始燃烧，并进行周期性轮换。
也可以是转底炉的外壁3上相邻的两个烧嘴中，一个烧嘴燃烧，另一个烧嘴用于排烟；燃烧至预定的时间后，在燃烧的烧嘴停止燃烧，用于排烟，未燃烧的烧嘴开始燃烧，并进行周期性轮换。
以其中的一对烧嘴为例：
成对的烧嘴分设于炉膛的A侧和B侧，当燃料和空气流向A侧烧嘴，A侧烧嘴燃烧时，空气流经烧嘴内积蓄了热量的蓄热体而被加热到高温，高温空气参与燃烧使低热值燃料获得高的理论燃烧温度。与此同时，B侧烧嘴排烟，烟气热量被B侧烧嘴内的蓄热体吸收，经过蓄热体排出的温度很低，废气余热得到了充分回收。三通换向阀使工作介质的流向改变后，B侧烧嘴燃烧，空气同样被B侧烧嘴内的蓄热体加热，A侧烧嘴排烟，烟气热量被A侧烧嘴内的蓄热体吸收。如此周而复始，通过蓄热体这一媒介，出炉烟气的余热被转换成空气的物理热，而得到回收利用。具有足够传热能力和蓄热能力的蓄热体，能使烟气余热积蓄起来，烟气排出温度可降低到200℃以下，积蓄的热量用于将助燃空气或燃料预热到1100℃以上的高温。通过蓄热体的蓄热和放热，热回收率达到85％以上，温度效率达到90％以上。这样不仅可以大幅度节约能源，向大气排放的污染物也大幅下降，达到节能、减排的双重效果。
本发明的直接还原转底炉可以使用热值介于750kcal/Nm3～9000kcal/Nm3的所有燃料，特别是低热值燃料。如钢铁厂容易获得的发生炉煤气(热值约1300kcal/Nm3)和高炉煤气(热值约750kcal/Nm3)等低热值煤气。利用从炉子排出的废气余热将助燃空气或燃料预热到1100℃以上，因而大大提高了低热值燃料的理论燃烧温度，使炉温能够满足1400℃～1500℃的工艺要求。
本发明的煤基直接还原铁转底炉与现有技术相比，至少具有以下的有益效果：
(1)燃烧温度提高，能满足直接还原工艺温度要求
使用发热值为1300kcal/Nm3的发生炉煤气为燃料时，本发明采用蓄热式方法空气可预热到1100℃，炉温能达到1546℃，则满足工艺要求温度有余。
现有技术中空气不预热时炉温只能达到1198℃，远远达不到工艺需要的温度；空气采用常规方法预热到450℃时，炉温只能达到1330℃，也达不到工艺需要的温度。
(2)节能效果显著
本发明采用蓄热式方法燃烧，将空气预热，炉子的热利用率可达到69.3％以上。
现有技术中，空气不预热时，炉子的热利用率只有44.3％；采用常规方法把空气预热到450℃时，炉子的热利用率为59％。
(3)减排幅度大
烟气减排幅度与燃料消耗量减少幅度成正比，CO2等气体可减排17～36.3％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种煤基直接还原铁转底炉，包括环形的内壁和外壁，所述内壁和外壁之间设有可转动的炉底，其特征在于，所述的内壁和外壁分别设有多个蓄热式烧嘴，所述蓄热式烧嘴连接有蓄热室；
所述的转底炉内沿所述炉底的转动方向依次设有布料区、预热还原段、加热还原段、高温还原段、控制还原段和出料区； 
所述的蓄热式烧嘴包括燃料入口和气体进出口，所述蓄热室与所述气体进出口连接。 
2.根据权利要求1所述的煤基直接还原铁转底炉，其特征在于，所述的蓄热室连接有空气入口和烟气出口。
3.根据权利要求2所述的煤基直接还原铁转底炉，其特征在于，所述的气体进出口、空气入口和烟气出口之间通过三通换向阀连接。
4.根据权利要求3所述的煤基直接还原铁转底炉，其特征在于，所述的蓄热室内设有耐高温陶瓷材料的蓄热体。
5.一种权利要求1至4任一项所述的煤基直接还原铁转底炉的燃烧方法，其特征在于，所述的多个蓄热式烧嘴中，一部分烧嘴燃烧，另一部分烧嘴的气体进出口 用于排烟；燃烧至预定的时间后，在燃烧的烧嘴停止燃烧，其气体进出口 用于排烟，未燃烧的烧嘴开始燃烧，并进行周期性轮换；
燃烧所用的燃料为热值为750kcal/Nm3～9000kcal/Nm3。 
6.根据权利要求5所述的煤基直接还原铁转底炉的燃烧方法，其特征在于，所述转底炉的外壁上与内壁上相对的两个烧嘴中，一个烧嘴燃烧，另一个烧嘴用于排烟；燃烧至预定的时间后，在燃烧的烧嘴停止燃烧，用于排烟，未燃烧的烧嘴开始燃烧，并进行周期性轮换。
7.根据权利要求5所述的煤基直接还原铁转底炉的燃烧方法，其特征在于，所述转底炉的外壁上相邻的两个烧嘴中，一个烧嘴燃烧，另一个烧嘴用于排烟；燃烧至预定的时间后，在燃烧的烧嘴停止燃烧，用于排烟，未燃烧的烧嘴开始燃烧，并进行周期性轮换。
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