具有收缩的顶部的高炉及其使用方法技术

公开了一种具有（１）狭窄的顶部区段和（２）５套风口组件（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４和Ｔ５）的高炉及其使用方法。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及一种在产生最小量的废物和污染物情况下将各种输入物料转化为有用副产品和能量的设备和方法。现已发现如何将人类两种古老的大型工业工具高炉和熔渣造气炉(slagging-ash gas producer)的设计合并为一种分区控制多用途熔渣注氧鼓风转炉(改进型转炉)的设计，作为一个整套封闭回路中的主要转炉，它可以通过直接或间接地将包含在该转炉的4个操作模式，即废物、非优质含碳材料、油页岩和金属氧化物中的多种材料转化为需要的产品来帮助解决某些普遍存在的紧迫问题。该转炉不但具有其两个本源炉的最佳特征，而且在尽量消除不合要求的特征的同时，还有某些诱人的独到特征。自史前以来，两个本源炉，即使当其结构还很粗糙时，它们就已在高温下安全地将加进其顶部的所有原料都转化为熔融金属和熔渣、气体、蒸气和粉尘，但普通高炉每生产1吨熔融生铁还生产大约6吨劣质70-90Btu/cf的炉顶气。而且，现在的大型高炉只有当加入优质原料时才能正常工作，正在使用的所有类型的普通熔渣转炉的设计都没有被改进，因而不能提供一种精确调节当顶部进料与主要由热空气流在底部附近产生的气体物流逆流流动时发生的转化作用的方法。当前需要能将全部输入物料基本上100％地转化为所需产品的转化系统。人类的健康正在受到空气、水和土地污染造成的日益增长的威胁，这些污染和通过倾倒、埋藏、焚烧、向空气释放等途径产生和处理的各种废物有关。转化的残余物例如氮氧化物、烃类、含硫气体和含有可溶性毒物的化学物质正在污染我们的空气、土地和水。天然生长植物的生产场正在受到酸雨和酸雾所含化学物质的毒害，这些雨雾主要是在各种石油产品和煤燃烧并将烟排入空气时产生的。通常使用的高Btu含量燃料正在制造氮氧化物，它们具有消耗臭氧层的作用，因而特别危险。原油储量正在迅速消耗，用原子能发电带来新的严重污染问题。这里将U.S.P.No.3,814,404、3,928,023、4,381,938和4,495,054全部引入作为参考。它们都通过安装关键性的辅助风口(炉壁上的开口)引入了在高炉中三个温度控制区调节转化作用的想法，气体或其它材料可以通过所说辅助风口注入或抽出。除U.S.Patent No.4,495,054外，这些专利的基本目的是使用由优质焦炭在炉内产生的温度不太高的还原气由金属氧化物矿石生产熔融金属，所说优质焦炭由优质煤在外部制备。U.S.P.No.4,495,054描述如何将高炉改进为一种分区控制熔渣造气炉。该专利认识到使用100％氧气鼓风的必要性，但没有提到防止造气炉耐火墙受到这样做产生的高火焰温度损害的方法。U.S.P.No.4,381,938描述了一种既可用作高炉，也可用作熔渣造气炉的改进型高炉。本专利技术涉及对这些分区控制想法的改进，以便使高炉的性能最佳化并且得到其它希望的结果。改进型转炉及其操作方法说明“改进型转炉系统”中主要的转化装置是转炉。其结构除了附图说明图1的转炉截面方案图中所表示的下述主要改进外，几乎和现代高炉一样。炉身的最大直径(在2#区域和3#区域的界面处)在区2处减小大约25-30％，而在区4，炉身5从下到上由普通直径逐渐变细。区4由炉身的温度被控制在接近但从不超过480℃的某点延伸，炉身在区4开始变细至区4顶部。区4可以从炉腹以上炉身高度的大约85％处延伸到炉腹以上炉身高度的大约75％处。这一改进可防止油页岩或某些碳质炉篦形成物过早地吸收足够的热量以致因焦化而开始膨胀并在炉身的这一部分产生通道收缩。和一般做法一样，固体物料由炉顶10处加入。使用5套风口组件，以便能在转炉内产生和更精确控制发生转化作用的3个不同温度区。气体、蒸发的物料、液体和粉尘通过1#区域炉腹3中的风口组件T1和T2加入而通过3个风口组件T3、T4、T5和顶部9取出。处于关键点位的风口开口的定位应能得到比普通转炉更精确的温度分布和/或提取产物。传感设备安装在顶部和所有5个风口组件以及炉缸处，它们将转炉各个高度的温度和在风口组件T3、T4、T5和顶部周期性所取气体样品的分析结果一起输入过程控制计算机。通过安装在位于风口组件T2下面的风口组件T1中的吸热反应材料注入系统，按计算机的计算量将气体、液体、蒸发或粉尘状的吸热反应材料例如水蒸气、二氧化碳、以气体、液体或粉尘形式存在的废物、和烃类注入以形成1#区域。风口组件T2设在普通方法的热空气鼓风口及用来引入纯氧。它包括一个鼓氧喷嘴和用于吸热材料的周边注射系统。风口组件T1处所用的注入压力可以变化，但总是仅略高于炉腹中的优势压力。以这种方式在风口组件T1和T2前面产生一个环形气体火焰缓冲区1#区域。它保护2#区域这部分耐火墙免受高火焰温度的侵害。通过风口组件T1注入的物料倾向于向上运动而不是进入炉腹中心。由于吸热反应周边的由风口组件T2中的喷嘴鼓入的氧(可能是100％的氧)的含量被消耗，当它以大大高于(例如可达2倍)转炉在该处的压力流过1#区域时，在短距离内避免产生高火焰温度。大量的经过风口组件T1的吸热反应输入物料转化为H2和CO。这些吸热反应消耗的热量使1#区域中的火焰温度变化足以能保护该区中的耐火墙、注入系统和风口不受风口组件T2前面2#区域中产生的高火焰温度的侵害。2#区域主要作为高温过程热量和还原气产生区进行操作，向下移动的物料向气体、蒸气、熔渣，或熔融金属的最终转化在这里进行。它包括除1#区域外的全部炉腹。当氧注入物流和其周边的吸热反应物通过1#区域时，氧的消耗最少。该物流主要在高火焰温度(2300°-2600℃)下消耗2#区域中的碳质炉篦，这有助于反应,和。这些气体形成了主要的上升气物流，该物流在一定程度上被来自1#区域的吸热输入物料改变了温度，该物料的温度通过调节流经风口组件T1和T2的吸热反应物料的输入量而保持在800°-1200℃之间。3#区域起始于炉座(mantel)8的顶部，包括整个炉身。通过3个风口组件来调节。风口组件T3刚好位于炉座以上(例如约2ft)。该水平面的温度可通过经风口组件T2输入的氧的体积和/或通过风口组件T1和T2的吸热反应物料的进料量来调节。风口组件T4位于炉座以上大约炉座和炉顶之间距离的25％处。通过调节由T3取出的气体体积，将风口组件T4处的温度保持在接近850℃，过渡段4顶部的温度保持在接近480℃。风口组件T5的位置更靠上(大约是炉座以上炉座和炉顶之间距离的42％)，通过调节由T3和T4取出的气体的量将这里的炉温保持在接近760℃。通过调节由T3、T4和T5取出的气体体积和通过T1和T2的吸热反应物料的进料量将炉顶的温度保持在300°-400℃之间。顶部气体收集系统的输出口9将碳化和/或蒸发的气体产物，包括一氧化碳、氢气、烃类、硫化氢、硫氧化物、氮气、氨、轻油和水蒸气排出。上述位置以及文中更前面所引改进型转炉各区的位置一般可与所提数字相差4％。在2#区域消耗的由碳质炉篦以上重整得到的焦炭和炭成分(大量熔融金属生产模式除外)，随着其下面的一部分炉篦被气化，由非优质煤和其它含碳物质在3#区域内部制造，这些煤和含碳物质由顶部加入，靠重力向下移动。它们的温度通过调节流经该区域气体的量和进入该区域气体的温度加以控制，以便当到达3#区域底部时其温度永远不低于1000℃。用这种方法，完全可以避免当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理由高炉顶部加入的材料的高炉，该物料在其通过高炉逐渐变粗的锥形炉身下移时被加热，改进之处在于该炉身有一收缩的顶部段，大约包含炉腹以上炉身高度的１５％，并有基本恒定的直径，如果炉身的锥度基本保持不变，该直径约为炉身最上部分的直径的７５％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：HB克拉夫林，J亚斯宾赛克，
申请(专利权)人：改进转炉公司，物质转换公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]