一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置及方法，属于钢铁冶金技术领域，解决了现有技术中的金属换热器不能将氢气直接加热至1050℃的技术问题，所述的装置包括加热器和可控硅调压系统，所述的加热器内部设置有多孔蓄热体和多个互相连接的硅钼棒，所述的多孔蓄热体设置在相邻的两个硅钼棒之间，所述的硅钼棒与氢气流动方向垂直设置，所述的硅钼棒通过电极与所述的可控硅调压系统连接，所述的可控硅调压系统通过调节加热功率对所述的硅钼棒进行加热。本发明专利技术的装置采用硅钼棒电加热方法直接快速加热氢气到1050℃，通过设置多孔蓄热体增加了氢气与高温蓄热体接触面积，提高氢气换热效率。气换热效率。气换热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置及方法


[0001]本专利技术涉及钢铁冶金
，尤其涉及一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置及方法。

技术介绍

[0002]钢铁产业(以高炉长流程为主)的整个生产过程中是以碳为还原剂及能源为主，碳冶金的最终产物是CO2，钢铁工业CO2排放占全国CO2总排放量的14～15％左右，其中高炉炼铁CO2排放占73.1％，而氢冶金的还原剂为H2，最终产物是H2O，真正做到了CO2零排放，所以将碳冶金转变为氢冶金是钢铁工业发展低碳经济的最佳选择。氢冶金是当前全球钢铁行业技术研发的热点，尤其在欧洲，面临碳减排压力，欧洲钢铁企业纷纷将目光聚焦在利用氢气作为还原剂，开发氢炼铁工艺技术，推动绿色氢能冶金技术的发展和应用，实现低碳冶金新技术路线的突破。
[0003]2020年我国风能和太阳能加起来发电总量2.215万亿kwh，相当于约1.92亿吨标准煤的发电量，上网的风能和太阳能发电总量大约只能取代煤炭发电的12.5％左右。电网只能容纳15％左右的非稳定电源，风能、太阳能发出来的电，电网没法全部承受。太阳能、风能、生物质能电解水制备绿氢和氧气成本上是有竞争力的。到2030年非化石能源发电量占全部发电量的比重达到50％。风能和太阳能发电量分别需要增长4倍和13倍。2020年我国陆上风电、光伏发电平均度电成本分别降至0.38元和0.36元左右，同比分别下降10％和18％，风电行业力争在2025年将陆上高、中、低风速地区的度电成本分别降至0.1元、0.2元和0.3元，在相关国家政策的驱动下，为下一步高比例、低成本、大规模发展绿氢冶金创造了有利条件。按全流程绿氢冶金折算(含绿电电解水制氢，水电解制氢电耗≤4.6KWh/m3H2)，电能总需求量为
[0004]3.31MWh/t
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H2BI计算，绿电成本低于0.25元/KWh，铁成本低于高炉长5流程碳冶金，这为风电+光伏(绿电)
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电解水制氢(绿氢)
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纯氢竖炉还原铁
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绿电电炉熔化炼钢的全绿色冶金工艺提供了途径。
[0005]风力发电、光伏发电具有随机性、波动性、阶段性供电等问题，发电量曲线不够稳定，如直接接入电网，会加重电网调节负担、严重的会
[0006]造成电网失稳，利用绿电制氢，将不稳定的能量转化为氢能储存，能够10实现发电曲线平抑。
[0007]氢冶金具有反应速率快、产品清洁、环境负荷小的优势。氢冶金的产物为水，不仅可减少甚至避免CO2对大气污染，且还原产物易于脱除，能源和水资源可循环利用。由于氢冶金在高温还原速率高，氢冶金是吸
[0008]热反应，为了维持反应的进行，除了还原需要氢气外，还需要大量氢气15循环补热，须将氢气加热至950～1050℃。
[0009]纯氢竖炉还原工艺关键技术如下：
[0010](1)低成本氢气制备；
[0011](2)耐高温高压耐氢腐蚀材料及加热器或换热器的开发(材料+结
[0012]构设计)
[0013]20(3)反应器全系统防爆防泄漏(安全联锁)；
[0014](4)氢还原反应器结构设计与工艺控制；
[0015](5)热态氢直接还原铁高效利用(电炉熔分+精炼)。
[0016]现有技术中高温高压换热器及反应系统如表1所示。
[0017]表1现有技术中换热器及反应系统状况
[0018][0019][0020]纯氢竖炉直接还原工艺的核心就是解决氢气加热问题，在小于830℃温度内可以采用金属管式换热，而金属管式换热将氢气从830℃加热至1050℃，则由于材料的长期耐高温性能、氢腐蚀、焊接焊缝和高温防爆防泄漏问题难于解决，成为纯氢冶金的技术瓶颈。

技术实现思路

[0021]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置及方法，用于解决现有技术中的金属换热器不能将氢气加热至1050℃的问题。
[0022]本专利技术的第一目的，提供了一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置，所述的装置包括加热器和可控硅调压系统，所述的加热器内部设置有多孔蓄热体和多个互相连接的硅钼棒，所述的多孔蓄热体设置在相邻的两个硅钼棒之间，所述的硅钼棒与氢气流动方向垂直设置，所述的硅钼棒通过电极与所述的可控硅调压系统连接，所述的可控硅调压系统通过调节加热功率对所述的硅钼棒进行加热。
[0023]进一步的，所述的加热器包括依次连接的氢气入口管道、入口变径锥、加热器本体、出口变径锥和氢气出口管道，所述的加热器本体为圆柱体结构，所述的加热器本体自外向内依次包括加热器本体外壳、耐火纤维毡层、轻质浇注料层、重质抗磨浇注层和氢气加热通道，所述的硅钼棒在所述的氢气加热通道内对氢气加热。
[0024]进一步的，所述的氢气入口管道通过入口法兰及金属密封组与所述的入口变径锥一端连接，入口变径锥的另一端通过炉体联接法兰及金属密封组与加热器本体的一端连接，加热器本体的另一端通过炉体联接法兰及金属密封组与出口变径锥的一端连接，出口变径锥的另一端通过出口法兰及金属密封组与氢气出口管道连接。
[0025]进一步的，所述的加热器本体沿氢气流动方向设置有多个加热室，相邻的两个加热室之间设置有一个用于氢气温度混合均匀的空段，每个加热室内设置有多孔蓄热体和多个相互连接的硅钼棒。
[0026]进一步的，加热器本体上的氢气入口处和氢气出口处均设置有测压变送器和测温
热电偶，所述的空段内设置有测温热电偶。
[0027]进一步的，所述的加热室上方的加热器本体外壳上固定设置有冷却室，所述的冷却室外四周固定连接有冷却套体，所述的冷却套体通过金属密封组与冷却套密封盖连接，冷却套体和冷却密封盖上均设置有进水口和出水口，硅钼棒的加热端设置在所述的加热室内，硅钼棒的导电冷端设置在所述的冷却室。
[0028]进一步的，每个加热室连接有结构相同的A相电极、B相电极、C相电极和三个N电极，每个加热室内的多个硅钼棒分成A相硅钼棒组、B相硅钼棒组和C相硅钼棒组三部分，A相硅钼棒组中的电流输入和电流输出硅钼棒分别与A相电极和第一个N电极连接，B相硅钼棒组中的电流输入和电流输出硅钼棒分别与B相电极和第二个N电极连接，C相硅钼棒组中的电流输入和电流输出硅钼棒分别与C相电极和第三个N电极连接，A相硅钼棒组、B相硅钼棒组和C相硅钼棒组中的多个硅钼棒之间为串联或串
‑
并联。
[0029]进一步的，每个硅钼棒的导电冷端固定连接有硅钼棒导电卡，相连接的两个硅钼棒上的硅钼棒导电卡通过硅钼棒电带连接，与电极连接的硅钼棒依次通过硅钼棒导电卡、硅钼棒电带、导电铜排与电极连接。
[0030]进一步的，所述的导电铜排与电极上的电极引线铜杆的一端连接，电极引线铜杆的另一端通过电缆与可控硅调压系统连接，电极上还设置有水冷结构、密封结构和绝缘结构。
[0031]进一步的，每个加热室中的硅钼棒均匀排列成多排，每一排硅钼棒的两端均设置有耐火砖，相邻的两排硅钼棒之间设置有多孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置，其特征在于，所述的装置包括加热器和可控硅调压系统，所述的加热器内部设置有多孔蓄热体和多个互相连接的硅钼棒，所述的多孔蓄热体设置在相邻的两个硅钼棒之间，所述的硅钼棒与氢气流动方向垂直设置，所述的硅钼棒通过电极与所述的可控硅调压系统连接，所述的可控硅调压系统通过调节加热功率对所述的硅钼棒进行加热。2.根据权利要求1所述的一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置，其特征在于，所述的加热器包括依次连接的氢气入口管道、入口变径锥、加热器本体、出口变径锥和氢气出口管道，所述的加热器本体为圆柱体结构，所述的加热器本体自外向内依次包括加热器本体外壳、耐火纤维毡层、轻质浇注料层、重质抗磨浇注层和氢气加热通道，所述的硅钼棒在所述的氢气加热通道内对氢气加热。3.根据权利要求2所述的一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置，其特征在于，所述的氢气入口管道通过入口法兰及金属密封组与所述的入口变径锥一端连接，入口变径锥的另一端通过炉体联接法兰及金属密封组与加热器本体的一端连接，加热器本体的另一端通过炉体联接法兰及金属密封组与出口变径锥的一端连接，出口变径锥的另一端通过出口法兰及金属密封组与氢气出口管道连接。4.根据权利要求2所述的一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置，其特征在于，所述的加热器本体沿氢气流动方向设置有多个加热室，相邻的两个加热室之间设置有一个用于氢气温度混合均匀的空段，每个加热室内设置有多孔蓄热体和多个相互连接的硅钼棒。5.根据权利要求4所述的一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置，其特征在于，加热器本体上的氢气入口处和氢气出口处均设置有测压变送器和测温热电偶，所述的空段内设置有测温热电偶。6.根据权利要求4所述的一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置，其特征在于，所述的加热室上方的加热器本体外壳上固定设置有冷却室，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周和敏，郝晓东，张俊，沈朋飞，徐洪军，何鹏，高俊哲，
申请(专利权)人：钢研晟华科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：