一种直接还原竖炉装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种直接还原竖炉装置，采用两个竖炉，两个竖炉的炉顶煤气、高温还原气、中间煤气和冷却煤气相连；相连炉顶煤气管路与高温还原气管路上均设置有换向阀组；该装置以外部高温煤气为热源，以单独的块矿或球团矿，或者块矿或球团矿与外配还原剂的混合物为入炉原料，通过气流方向的定时切换，实现在第一竖炉和第二竖炉来回、同时进行并流加热和逆流蓄热，实现直接还原；产生的炉顶煤气，作为加热炉燃料、循环还原气和循环冷却煤气使用；该装置不受还原气资源限制，可单独实现气基直接还原或气固结合的直接还原，煤气行程长，一次还原气利用率高，炉顶煤气温度低，综合热效率高，双竖炉温度场统一，解决了双竖炉同步稳定运行问题。

【技术实现步骤摘要】
一种直接还原竖炉装置
本技术属于直接还原
，具体涉及一种直接还原竖炉装置。
技术介绍
为了摆脱焦煤资源短缺对冶金工业发展的羁绊，适应环境保护的要求，进一步地降低炼铁工序能耗，以直接还原为主要发展方向之一的非高炉炼铁技术，日益成为了钢铁行业发展和关注的热点。直接还原技术作为一种新的炼铁技术，有气基直接还原和煤基直接还原两种。其中，气基直接还原以H2和CO组成的还原气为还原剂，在竖炉或罐式炉内将铁矿中的氧化铁在固态温度下还原成海绵铁；气基直接还原具有单位容积利用高、气体直接传热效率高、生产效率高等优点，而成为现有直接还原工艺的主流技术，典型如MIDREX法和HYL法。但现有气基直接还原装置依然存在有待进一步完善的工艺环节，如(1)因气流行程较短，炉顶煤气温度一般为400～500℃，比传统高炉工艺的炉顶煤气温度高250～300℃，因此热效率利用上较高炉工艺有一定的差距；(2)因炉顶温度较高，含尘量大，大多采用湿法除尘工艺，通过洗涤对高温还原气同时进行降温和除尘，因此炉顶煤气的显热损耗较大，除尘过程中需要消耗新水并产生污泥，没有传统高炉的干法除尘工艺环保效果好和运行成本低；(3)因煤气温度高，独立循环的炉顶煤气和冷却煤气需要各配置一套冷却设施和加压设施，被冷媒介带走的热量较多，设备的台套数增加，控制环节增多；(4)炉顶煤气一次利用率较低，含有的H2和CO的比例较高，总量依然有50～70％；(5)对天然气资源的过渡依赖。煤基直接还原主要以非焦煤作为还原剂，在回转窑、转底炉或循环流化床内将铁矿石中的氧化铁在固态温度下还原成海绵铁；煤基直接还原不受天然气资源的限制，适用的煤种较多，比较适合天然气资源比较匮乏而煤资源充裕的地区；但煤基直接还原的产能规模有限，难以满足大规模化生产的需要，分析其主要原因，除了受现有煤基直接还原装置的物料运行方式影响，还在于现有煤基直接还原工艺的热效率不高，导致物料所需的还原时间较长。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，借鉴于高炉热风炉的并流蓄热和逆流换热的工作原理，本技术提出了一种直接还原竖炉装置，以外部高温还原气为热源，通过换向阀的切换，使载热还原气在第一竖炉和第二竖炉来回、同时进行并流加热和逆流蓄热，实现气体直接还原或气固相结合的直接还原；所产生的炉顶煤气作为加热炉的燃料、循环还原气和循环冷却煤气使用；通过采用连通的双竖炉构造，增加煤气行程，解决传统气基竖炉气流行程短的问题，提高了一次还原气的利用率，高温还原气和冷却煤气的显热利用充分，综合热效率大幅提高，炉顶煤气温度更低；并且煤气流的定期在线切换，有利于实现了两个竖炉温度场的同步与统一，也解决了双竖炉同步稳定、高效运行的问题。本技术的技术方案为：一种直接还原竖炉装置，包括：第一竖炉、第二竖炉，其特征在于，所述第一竖炉设有第一进料口、第一炉顶煤气溢出口、第一高温还原气环道和与之连通的第一高温还原气喷口、第一煤气环形通道、第一冷却煤气进气口以及第一排料口；所述第二竖炉设有第二进料口、第二炉顶煤气溢出口、第二高温还原气环道和与之连通的第二高温还原气喷口、第二煤气环形通道、第二冷却煤气进气口以及第二排料口；所述第一竖炉与第二竖炉镜像对称布置，从上到下依次设有相同的空料段、预热段、还原段、等压段和冷却段；其中还原段腔体直径小于等压段腔体直径，还原段的末端插入等压段腔体内，分别形成第一煤气环形通道和第二煤气环形通道；所述的中间煤气通道与第一煤气环形通道和第二煤气环形通道连通；所述的第一进料口、第二进料口、第一炉顶煤气溢出口和第二炉顶煤气溢出口分别布置于两个竖炉的空料段顶部，所述的第一高温还原气环道、第二高温还原气环道、第一高温还原气喷口和第二高温还原气喷口分别布置于两个竖炉预热段和还原段的交界处，所述的第一冷却煤气进气口和第二冷却煤气进气口分别布置于两个竖炉的冷却段上，所述的第一排料口、第二排料口分别位于两个竖炉冷却段的下方；所述第一煤气溢出口与第二煤气溢出口通过管路连通，中间设置有换向阀组；所述第一高温还原气环道与第二高温还原气环道通过管路连通，中间设置有高温还原气换向阀组；所述第一冷却煤气进气口与第二冷却煤气进气口通过管路连通，中间设置有冷却煤气阀组；进一步的，所述的高温还原气通过中间换向阀组切换进入第一竖炉或第二竖炉，按照气流方向，在两个竖炉内同时并流加热和逆流蓄热，过程中发生直接还原反应；进一步的，所述的炉顶煤气通过中间换向阀组的切换从第一竖炉或第二竖炉排出；炉顶煤气排出方向与高温还原气进气方向相反；进一步的，所述的炉顶煤气中间的换向阀组与高温还原气换向阀的换向组间隔时间为15～60min；进一步的，所述的直接还原竖炉装置，可以单独实现气基直接还原或气固结合的直接还原，入炉物料为含铁氧化物的球团或块矿，或者为含铁氧化物的球团或块矿与外配的还原剂；其中球团或块矿的粒度为5～35mm，外配还原剂的粒度为5～50mm；进一步的，所述的直接还原竖炉装置，排出物料为还原铁或还原铁与残余还原剂的混合物；排料温度为600～700℃或50～120℃；进一步的，所述的直接还原竖炉装置，高温还原气温度为900～1050℃，为天然气、页岩气、焦炉煤气、半焦炉煤气、发生炉煤气、高炉煤气、转炉煤气中的一种或多种；在还原竖炉能够产生足够数量的煤气的情况下，不需要外部煤气的输入；所述的外配还原剂为生物质炭、碎焦、半焦、褐煤、烟煤、无烟煤中的一种或多种；进一步的，所述的直接还原竖炉装置，第一竖炉和第二竖炉内存在压力差，高温还原气进气口压力为0.25～0.6MPa，冷却煤气的进气口压力为0.25～0.6MPa，竖炉的煤气环形通道和等压段内的压力为0.2～0.4MPa，炉顶煤气溢出口的压力为0.05～0.4MPa；进一步的，所述的直接还原竖炉装置，预热段温度为200～600℃，还原段温度为600～1050℃，等压段温度为700～950℃，冷却段温度为50～700℃；进一步的，所述的直接还原竖炉装置，入炉物料在竖炉内的停留时间为13～24h，其中预热段停留的时间为3～5h，在还原段停留的时间为6～12h，在等压段内停留的时间为1-2h，冷却段停留的时间为3～5h。与现有技术相比，本技术的有益效果为：(1)没有对还原气质量的严格限制，不受建设地天然气资源的束缚；在还原气条件较好的情况下，可以实施单独的气基直接还原，在还原气条件较差的情况下，可以外配入还原剂，采用气固相结合的直接还原；(2)采用连通的双竖炉构造，高温还原气在两个竖炉内分别同时进行并流加热和逆流蓄热；煤气行程较长，解决了传统竖炉气流行程短的问题，使得高温还原气和冷却煤气的热量回收充分，炉顶煤气的温度和粉尘浓度较低以及一次还原气的利用效率提高；(3)采用连通的双竖炉构造，高温还原气和炉顶煤气在换向阀组的切换下，控制着高温还原气在两个竖炉内往复运行，保证了两个竖炉温度场的同步性和统一性，有利于双竖炉同步高效运行，产量和还原质量得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直接还原竖炉装置，包括：第一竖炉、第二竖炉，其特征在于，/n所述第一竖炉设有第一进料口、第一炉顶煤气溢出口、第一高温还原气环道和与之连通的第一高温还原气喷口、第一煤气环形通道、第一冷却煤气进气口以及第一排料口；/n所述第二竖炉设有第二进料口、第二炉顶煤气溢出口、第二高温还原气环道和与之连通的第二高温还原气喷口、第二煤气环形通道、第二冷却煤气进气口以及第二排料口；/n所述第一竖炉与第二竖炉镜像对称布置，从上到下依次设有相同的空料段、预热段、还原段、等压段和冷却段；其中还原段腔体直径小于等压段腔体直径，还原段的末端插入等压段腔体内，分别形成第一煤气环形通道和第二煤气环形通道；中间煤气通道与第一煤气环形通道和第二煤气环形通道连通；/n所述的第一进料口、第二进料口、第一炉顶煤气溢出口和第二炉顶煤气溢出口分别布置于两个竖炉的空料段顶部，所述的第一高温还原气环道、第二高温还原气环道、第一高温还原气喷口和第二高温还原气喷口分别布置于两个竖炉预热段和还原段的交界处，所述的第一冷却煤气进气口和第二冷却煤气进气口分别布置于两个竖炉的冷却段上，所述的第一排料口、第二排料口分别位于两个竖炉冷却段的下方；/n所述第一煤气溢出口与第二煤气溢出口通过管路连通，中间设置有换向阀组；/n所述第一高温还原气环道与第二高温还原气环道通过管路连通，中间设置有高温还原气换向阀组；/n所述第一冷却煤气进气口与第二冷却煤气进气口通过管路连通，中间设置有冷却煤气阀组。/n...

【技术特征摘要】
1.一种直接还原竖炉装置，包括：第一竖炉、第二竖炉，其特征在于，
所述第一竖炉设有第一进料口、第一炉顶煤气溢出口、第一高温还原气环道和与之连通的第一高温还原气喷口、第一煤气环形通道、第一冷却煤气进气口以及第一排料口；
所述第二竖炉设有第二进料口、第二炉顶煤气溢出口、第二高温还原气环道和与之连通的第二高温还原气喷口、第二煤气环形通道、第二冷却煤气进气口以及第二排料口；
所述第一竖炉与第二竖炉镜像对称布置，从上到下依次设有相同的空料段、预热段、还原段、等压段和冷却段；其中还原段腔体直径小于等压段腔体直径，还原段的末端插入等压段腔体内，分别形成第一煤气环形通道和第二煤气环形通道；中间煤气通道与第一煤气环形通道和第二煤气环形通道连通；
所述的第一进料口、第二进料口、第一炉顶煤气溢出口和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪朋，周强，李森蓉，李建涛，唐恩，付邦豪，陈泉锋，
申请(专利权)人：武汉科思瑞迪科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42