[发明专利]一种直接气化还原铁的烧嘴组合装置及方法

权利要求书

1.一种直接气化还原铁的烧嘴组合装置，包括一个气化还原塔，其特征在于，所述气化还原塔的塔体为细长结构，塔体的顶部设有一个点火烧嘴、一个气化烧嘴、一个或多个铁矿烧嘴和一个或多个焦炭供入口，塔体的底部设有一个熔池；所述气化烧嘴安装于塔体顶部中心，所述的点火烧嘴以一定角度倾斜安装于气化烧嘴附近，所述的铁矿烧嘴安装于气化烧嘴及点火烧嘴外侧。

2.如权利要求1所述的烧嘴组合装置，其特征在于，所述的气化烧嘴包括由内而外同轴布置的气化燃料通道和气化剂通道；优选地，气化燃料通道出口采用内缩结构和/或气化剂通道出口附近布置旋流装置。

3.如权利要求1所述的烧嘴组合装置，其特征在于，所述的点火烧嘴包括由内而外同轴布置的高能电点火枪、点火燃料通道和点火氧通道；优选地，点火燃料通道出口为内缩结构和/或点火氧通道出口附近布置旋流装置。

4.如权利要求1所述的烧嘴组合装置，其特征在于，所述的铁矿烧嘴为单通道结构，通道内的铁矿砂通过铁矿砂通道出口向气化还原塔内喷入铁矿砂；优选地，铁矿烧嘴的数量为多个，例如4-8个；且周向均布。

5.如权利要求1-4任一项所述的烧嘴组合装置，其特征在于，所述的气化烧嘴、点火烧嘴、铁矿烧嘴的外壁设有冷却夹套；优选地，冷却夹套由一环形套筒中间加装一层环形夹板组成，夹板将套筒分为封闭式的内外两层通道。

6.如权利要求1所述的烧嘴组合装置，其特征在于，所述的熔池表面覆盖焦炭层，由气化还原塔塔体顶部的焦炭供入口供入；优选地，焦炭供入口的数量为4-8个，且周向均布于铁矿烧嘴的外侧。

7.如权利要求1所述的烧嘴组合装置，其特征在于，熔池内部设有排渣口和铁水出口,熔池上层侧壁设有尾部烟道。

8.一种利用权利要求1-7任一项所述的直接气化还原铁的烧嘴组合装置炼铁的方法，包括下面步骤：

i)通过点火烧嘴、气化烧嘴、铁矿烧嘴和焦炭供入口向气化还原塔内投入煤气化反应和铁还原反应的原料；

ii)使气化燃料在气化还原塔内和气化剂在某一温度下发生气化反应，产生包括一氧化碳和氢气的高温粗合成气；

iii)上述高温粗合成气在气化还原塔内与铁矿砂发生还原反应，生成低阶FeO以及部分金属铁；

iv)上述低阶FeO与焦炭层在熔池的高温作用下继续反应，完全还原成熔融的金属铁(铁水)；

v)反应后铁水由铁水出口排出。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，

i)步骤之后还包括用点火源点燃点火燃料和点火氧，将还原塔内整体温度预加热至800-1000度，然后引燃喷入还原塔内的气化燃料和气化剂的步骤；

ii)步骤中所述气化反应的温度大约1200--1500度，反应时间大约2-6秒，生成的高温粗合成气温度大约1300度以上；

iii)步骤中所述高温粗合成气在气化还原塔内以旋转射流下行过程中引发气流的逆向回流，与喷入塔内的铁矿砂接触并充分混合反应；

iv)步骤中上述低阶FeO沿气化还原塔继续下行落入熔池前，与焦炭口供入的覆盖于熔池表面的焦炭层接触；和/或

v)步骤中铁水由铁水出口排出的同时，高温烟气由尾部烟道排出后进入下游系统，渣由排渣口排出。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，

i)通过所述点火烧嘴从所述还原塔的顶部向所述还原塔内喷入点火燃料和点火氧；

通过所述的气化烧嘴从所述还原塔的顶部中心向所述还原塔内喷入气化燃料和气化剂；

通过所述的铁矿烧嘴从所述还原塔的顶部四周向所述还原塔内喷入高阶铁氧化物的铁矿砂；

通过所述的焦炭供入口从所述还原塔的顶部四周向所述还原塔内喷入焦炭；

ii)用点火烧嘴提供的点火源点燃点火燃料和点火氧的混合气体，形成的火焰将还原塔内整体温度预加热至800-1000度，快速引燃喷入还原塔内的气化燃料和气化剂的混合物，在欠氧的还原性气氛下快速气化反应，约2-6s的时间内生成大量以一氧化碳和氢气为主要含量的1300度以上的高温粗合成气；

iii)高温粗合成气在还原塔内以旋转射流下行过程中，引发气流的逆向回流与喷入塔内的铁矿砂接触并充分混合反应，生成低阶FeO以及部分金属铁；

iv)低阶FeO沿还原塔继续下行落入熔池前，与焦炭口供入的覆盖于熔池表面的焦炭层接触，在熔池的高温作用下，低阶FeO迅速反应被完全还原产出熔融的金属铁；

v)反应后的高温烟气由尾部烟道排出进入下游系统，渣和铁水分别由排渣口和铁水出口排出。