一种用于气基还原生产海绵铁的还原气加热炉及加热工艺制造技术

本发明专利技术属于直接还原炼铁技术领域，提供了一种用于气基还原生产海绵铁的还原气加热炉，包括：燃烧器(1)、辐射加热室(12)、对流换热室(11)、余热回收室(9)、加热管组、分气管、还原气进气总管(15)、还原气出气总管(16)和烟气出口管(8)；辐射燃烧室位于炉体下部中间，其左右两侧对称设置对流换热室，余热回收室位于它们共同上方的炉体上部；还原气进气总管设置在余热回收室上方，还原气出气总管设置在辐射燃烧室上方，原气进气总管经分气管加热管组连通，还原气出气总管经集气管与加热管组连通；辐射燃烧室与对流换热室、对流换热室与余热回收室之间相互连通，相互连通包括烟气互通和加热管组互通。

【技术实现步骤摘要】
一种用于气基还原生产海绵铁的还原气加热炉及加热工艺
本专利技术总体地涉及直接还原炼铁
，具体地涉及一种用于气基还原生产海绵铁的还原气加热炉及加热工艺。
技术介绍
我国生铁产量主要以高炉炼铁-转炉炼钢的长流程为主生产的，能源资源消耗大、CO2排放高。直接还原铁(DRI)又称海绵铁，是铁矿石在低于熔化温度下直接还原得到的含铁产品。海绵铁是一种废钢的代用品，是电炉炼纯净钢、优质钢不可缺少的杂质稀释剂，是转炉炼钢优质的冷却剂，是发展钢铁冶金短流程不可或缺的原料。生产直接还原铁的工艺称为直接还原法，属于非高炉炼铁工艺，分为气基法和煤基法两大类。气基竖炉直接还原技术作为主要的非高炉炼铁技术在国外已得到成熟应用，具有能耗低，无需高炉炼铁涉及到的烧结、焦化两个高耗能、高污染工序。具有流程短、节能减排效果明显的优势，是改善钢铁产品结构，提高钢铁产品质量，实现清洁冶炼的重要生产技术。气基竖炉用还原气的制备来源主要有天然气、煤制合成气、焦炉煤气等，通过调整组分和加热后送至气基竖炉。为得到较高的金属转化率，且能够还原黑钛石等较难还原矿相，需要提高竖炉的床层温度，因此对还原气加热炉出口还原气温度提出了更高要求。传统的加热炉，受限于其燃烧器形式、加热管组和炉体设计，一般使用空气作为助燃气，即使使用高热值燃料气，燃烧强度依然不足，还原气加热炉出口温度很难达到950℃以上，且存在烟气热量利用不充分，热效率低，烟气中有氮氧化物污染的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的针对现有技术的缺陷，提供一种用于气基还原生产海绵铁的还原气加热炉及加热工艺，所述还原气加热炉将炉体按温度分割成不同的三个区间，被加热气体管路和烟气通路在这些温度区域依次连接，使被加热的还原气和燃烧产生的烟气逆向流动，充分换热，降低能源损耗，提高还原气加热效率；并且采用同时燃烧燃料气和助燃气的燃烧器，经过燃料气和助燃气的合理配比，使燃烧温度显著提高，从而被加热还原气出炉温度显著提升。本专利技术的技术方案是，一种用于气基还原生产海绵铁的还原气加热炉，所述加热炉是由炉壁围成的封闭空间结构，包括：燃烧器、辐射加热室、对流换热室、余热回收室、加热管组、分气管、还原气进气总管、还原气出气总管和烟气出口管；所述辐射燃烧室位于炉体下部中间位置，所述对流换热室在辐射燃烧室同一水平面两侧对称布置，所述余热回收室位于辐射燃烧室和对流换热室上方的炉体上部；所述还原气进气总管设置在炉体顶部的余热回收室上方，所述还原气出气总管设置在炉体中部的辐射燃烧室上方，所述原气进气总管经分气管与余热回收室内的加热管组连通，还原气出气总管经集气管与辐射燃烧室内的加热管组连通；所述辐射燃烧室与对流换热室之间相互连通、对流换热室与余热回收室之间相互连通，所述相互连通包括烟气互通和加热管组互通；所述燃烧器设置在辐射燃烧室正下方的炉体底部；所述烟气出口管设置在炉体顶部，将余热回收室内的烟气送至炉体外。本专利技术的还原气加热炉将炉体整体分成三个区域，炉体下半部分为辐射燃烧室和对流换热室，辐射燃烧室位于中间，对流换热室包括两个区间，分别对称设置在辐射燃烧室两侧；炉体上半部分为余热回收室。这样，燃烧器燃烧时，位于燃烧器上部的辐射燃烧室温度最高，其产生的烟气温度最高，与辐射燃烧室有烟气通道和加热管组互通的是其两侧的对流换热室，高温烟气首先进入对流换热室，然后经与余热回收室互通的烟气通道和加热管组进入余热回收室，三个区域温度分布明显不同；而还原气从设置在最低温度区的余热回收室中的还原气进气总管进入炉体内，经分气管进入该区域中的加热管组同时与逆向进入该区间的烟气换热，还原气温度被提升；然后经连通的加热管组进入对流换热室，再次与较高温度的烟气换热，随后流进辐射燃烧室内的加热管组中，与最高温烟气换热同时被燃烧器燃烧的热量加热至目标温度，最后经集气管进入还原气出气总管；而烟气在经多次充分换热最后从最低温度区的余热回收室顶部排出。可以看出，本专利技术装置实现了高温烟气和待加热还原气逆向流动、多空间分别进行梯度温度换热，可以充分利用燃烧产生的热量以减少热量损失，显著提高还原气被加热效率、大幅度降低燃烧器加热还原气至目标温度所需燃料的同时，避免了专门设置高温烟气热量回收装置。进一步的，上述辐射燃烧室与其两侧的对流换热室之间设置有第一隔热墙；所述辐射燃烧室与对流换热室在第一隔热墙的顶部相通；所述辐射燃烧室和对流换热室与它们共同上方空间的余热回收室之间设置有第二隔热墙，在第二隔热墙两端和炉壁之间设置凸出的弯头室，以供余热回收室和对流换热室之间的加热管组连通以及烟气流通。本领域技术人员公知，第一隔热墙和第二隔热墙材质需要兼具耐火、耐高温和隔热性能，比如常用的耐火砖、刚玉砖、耐火混凝土、轻质或重质浇注料、刚玉浇注料等。还原气最终需要在辐射燃烧室内被加热至目标温度，因此，既要保证辐射燃烧室与两侧的对流换热室能进行加热管组连接和烟气互通，又要保证其热量能充分聚集不流失，否则难以使还原气达到900℃以上甚至1100℃的高温。因此，第一隔热墙和第二隔热墙设置的目标是避免三个室内的热量相互流动，但同时保证高温烟气从辐射燃烧室经对流换热室向余热回收室流动最后排出，以及加热管组从余热回收室经对流换热室最后进入辐射燃烧室，因此，第一隔热墙的高度设置的足够高，仅在第一隔热墙顶部与第二隔热墙之间留空隙供烟气流通和加热管组通过；所述第二隔热墙同时隔离辐射燃烧室与余热回收室和对流换热室与余热回收室，因此其长度横跨炉体中部，仅在两端通过凸出炉体侧面的弯头室供烟气流通和加热管组通过。进一步的，上述辐射燃烧室和对流换热室内加热管组的加热管在竖直方向相互平行设置，所述余热回收室内加热管组的加热管在水平方向相互平行设置。因为燃烧器在辐射燃烧室下方，其燃烧产生的热量和烟气能量高、速度快，沿炉体高度方向传播，到达顶部的第二隔热墙后被反射又向下传播，因此辐射燃烧室和对流换热室内加热管组与热量和高温烟气之间的最佳交换热量方式是二者相互平行，使热量相向流动，即加热管组内加热管方向与热量和烟气的流动方向平行，即在竖直方向平行设置；对流换热室中的烟气经弯头室从余热回收室的两侧进入，因此，让烟气与加热管组最充分换热(在一次换热过程中，两者接触面积最大同时保证流动充分)的加热管组设置方向是水平方向层铺，使烟气沿加热管组的加热管层逐层流动向上流动直至从顶部排出炉体。进一步的，上述辐射燃烧室、对流换热室和余热回收室内的加热管组依次连通且分别由不同耐热材质材料组成：所述辐射燃烧室内加热管组的材质为耐1100℃的耐高温钢管材，且加热管表面均匀涂敷0.1～0.5mm厚的复合耐高温涂层，所述涂层材料主要包括刚玉；所述对流换热室内加热管组的材质为耐900℃的耐高温钢管材；所述余热回收室内加热管组的材质为耐600℃的耐高温钢管材。辐射燃烧室是还原气被火焰辐射加热至目标温度的区域，其对内部组件的耐热性要求最高，对流换热室与辐射燃烧室有烟道和加热管组相通，耐温要求辐射燃烧室最高，对流换热室次之，余热回收室温度最低，按此设置一是保证还原炉加热可靠性，同时节约了制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于气基还原生产海绵铁的还原气加热炉，其特征在于，所述加热炉是由炉壁(2)围成的封闭空间结构，包括：燃烧器(1)、辐射加热室(12)、对流换热室(11)、余热回收室(9)、加热管组、分气管、还原气进气总管(15)、还原气出气总管(16)和烟气出口管(8)；/n所述辐射燃烧室(12)位于炉体下部中间位置，所述对流换热室(11)在辐射燃烧室(12)同一水平面两侧对称布置，所述余热回收室(9)位于辐射燃烧室(12)和对流换热室(11)上方的炉体上部；/n所述还原气进气总管(15)设置在炉体顶部的余热回收室(9)上方，所述还原气出气总管(16)设置在炉体中部的辐射燃烧室(12)上方，所述原气进气总管(15)经分气管与余热回收室(9)内的加热管组连通，还原气出气总管(16)经集气管与辐射燃烧室(12)内的加热管组连通；/n所述辐射燃烧室(12)与对流换热室(11)之间互相连通，对流换热室(11)与余热回收室(9)之间相互连通，所述相互连通包括烟气互通和加热管组互通；/n所述燃烧器(1)设置在辐射燃烧室(12)正下方的炉体底部；所述烟气出口管(8)设置在炉体顶部，将余热回收室(9)内的烟气送至炉体外。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于气基还原生产海绵铁的还原气加热炉，其特征在于，所述加热炉是由炉壁(2)围成的封闭空间结构，包括：燃烧器(1)、辐射加热室(12)、对流换热室(11)、余热回收室(9)、加热管组、分气管、还原气进气总管(15)、还原气出气总管(16)和烟气出口管(8)；
所述辐射燃烧室(12)位于炉体下部中间位置，所述对流换热室(11)在辐射燃烧室(12)同一水平面两侧对称布置，所述余热回收室(9)位于辐射燃烧室(12)和对流换热室(11)上方的炉体上部；
所述还原气进气总管(15)设置在炉体顶部的余热回收室(9)上方，所述还原气出气总管(16)设置在炉体中部的辐射燃烧室(12)上方，所述原气进气总管(15)经分气管与余热回收室(9)内的加热管组连通，还原气出气总管(16)经集气管与辐射燃烧室(12)内的加热管组连通；
所述辐射燃烧室(12)与对流换热室(11)之间互相连通，对流换热室(11)与余热回收室(9)之间相互连通，所述相互连通包括烟气互通和加热管组互通；
所述燃烧器(1)设置在辐射燃烧室(12)正下方的炉体底部；所述烟气出口管(8)设置在炉体顶部，将余热回收室(9)内的烟气送至炉体外。


2.如权利要求1所述的用于气基还原生产海绵铁的还原气加热炉，其特征在于，
所述辐射燃烧室(12)与其两侧的对流换热室(11)之间设置有第一隔热墙；所述辐射燃烧室(12)与对流换热室(11)在第一隔热墙的顶部相通；
所述辐射燃烧室(12)和对流换热室(11)与它们共同上方空间的余热回收室(9)之间设置有第二隔热墙，在第二隔热墙两端和炉壁之间设置凸出的弯头室(10)，以供余热回收室(9)和对流换热室(11)之间的加热管组连通以及烟气流通。


3.如权利要求1所述的用于气基还原生产海绵铁的还原气加热炉，其特征在于，所述辐射燃烧室(12)和对流换热室(11)内加热管组的加热管在竖直方向相互平行设置，所述余热回收室(9)内加热管组的加热管在水平方向相互平行设置。


4.如权利要求1所述的用于气基还原生产海绵铁的还原气加热炉，其特征在于，
所述辐射燃烧室(12)、对流换热室(11)和余热回收室(9)内的加热管组依次连通且分别由不同耐热材质材料组成：
所述辐射燃烧室(12)内加热管组的材质为耐1100℃的高温钢管材，且加热管表面均匀涂敷0.1～0.5mm厚的复合耐高温涂层，所述涂层材料的主要成分为刚玉；
所述对流换热室(11)内加热管组的材质为耐900℃的耐高温钢管材；
所述余热回收室(9)内加热管组的材质为耐600℃的耐高温钢管材。


5.如权利要求2所述的用于气基还原生产海绵铁的还原气加热炉，其特征在于，所述对流换热室(11)内设置有折流隔热墙，所述余热回收室(9)内均有折流板：
所述对流换热室(11)内的折流隔热墙在辐射燃烧室(12)两侧的对流换热室(11)各设置一个，所述折流隔热墙顶端与第二隔热墙连接，底端悬空于炉体底部以供烟气和热量流通；
所述余热回收室(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金福，闫浩，薛健，唐强，
申请(专利权)人：上海泰普星坦新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31