[实用新型]两段式煤基竖炉

说明书

本实用新型公开了一种两段式煤基竖炉，包括：至少一个燃烧室，其包括至少一段折流式燃烧室和至少一段封闭式燃烧室，所述折流式燃烧室和所述封闭式燃烧室自上而下依次布置并通过封闭式扼流板隔开；至少一个反应室，其依次穿过所述折流式燃烧室和所述封闭式燃烧室；以及至少一个冷却室，其布置在所述反应室下方并与所述反应室连通。该两段式煤基竖炉通过对各段燃烧室的燃烧控制和排烟控制，实现烟气在燃烧室内的有序紊流运动，保证燃烧室内温度场的均匀性，从而提高煤基竖炉的工作效率和高温烟气的热利用率，减少燃料的消耗和CO2的排放。

技术领域

本实用新型涉及直接还原技术领域，特别是涉及一种两段式煤基竖炉。

背景技术

所谓煤基竖炉，是一种应用固体还原剂生产海绵铁的直接还原工艺装置。根据其加热、传热原理，又称为外热式竖炉，是目前煤基直接还原技术领域最具产能规模化优势的一种直接还原工艺技术。

煤基竖炉直接还原工艺的主要技术特点为：将烘干后达到入炉水分控制要求的含铁球团(块矿)与还原煤、脱硫剂等物料按照工艺的配比要求，进行配料掺和后加入炉顶的料仓中；混合炉料经过反应室的预热段(300～800℃)、反应段(800～1250℃)和冷却段后，由炉底排料装置排出，生产出的合格海绵铁被用作钢铁冶金领域电炉炼钢原料、转炉炼钢冷却剂及粉末冶金领域含铁基料使用。

煤基竖炉直接还原工艺的主要热工特点为：竖炉的反应室与燃烧室各自独立，还原气氛与氧化气氛互不干扰；反应室内还原反应所需的热量由燃烧室外部烧嘴燃烧不同的气体燃料，产生高温烟气，并通过烟气的辐射和对流传热方式将热量传递给反应室腔体，实现对反应室内炉料的加热。

烧嘴作为煤基竖炉的供热核心部件，其选型和与燃烧室的适应性结构设计，关系到煤基竖炉的工作效率、结构稳定、产品质量、能耗指标和环保排放。现阶段，煤基竖炉多采用的加热方式主要是沿着反应室高度、根据物料反应所需的热量需求，在炉侧高度方向上分层布置多个长焰式普通烧嘴；加以半封闭式扼流板的导流作用，引导烟气在燃烧室内折流并以之字形上升、或下降运行，以期实现对反应室腔体的均匀加热，典型如KM工艺，还有其它在此基础上衍生的改进型煤基竖炉工艺装置，如专利CN103088185A、CN208218893U等所述。由于长焰烧嘴在高温加热区，普遍存在温度场均匀性差，调整难度大，温度控制精度低，燃料消耗高，NOx涣散率高等问题，已逐步被低NOx蓄热式烧嘴所取代。

基于蓄热式烧嘴以低NOx排放，高燃烧热效率著称，近些年来，在英国，西欧，北美，澳洲和日本等地作为节能技术核心广泛传播和示范推广，主要应用于工业燃气加热领域，如进式加热炉、推钢加热炉、锻造加热炉、环形加热炉、烤包器、燃气锅炉、金属熔化炉和玻璃池窑等。其与传统的普通烧嘴相比，燃料平均热利用效率提高50％以上，节能率达到34％以上，NOx排放降至150ppm以下，炉内温度和气氛更均匀。

由于蓄热式燃烧技术所拥有的诸多优点，国内的直接还原技术在煤基竖炉燃烧系统中采用蓄热式燃烧技术，如专利CN106086277A提出在传统烧嘴系统的基础上，通过复杂的砌筑结构将烟气余热回收结构和炉体合二为一，达到提高烟气余热回收效率，降低余热回收成本的目的；如专利CN207143275U和CN107190116A提出将传统烧嘴全部替代为蓄热式烧嘴，通过复杂的燃烧系统控制达到改善温度场均匀性、提高热能效率和降低燃烧NOx产生量的目的。尽管对煤基竖炉热工性能有所改善，但均忽略了烧嘴选型与燃烧室适应性结构设计的匹配问题。无论是蓄热式烧嘴还是普通烧嘴，都需要在设计参数状态下，考虑喷射出的气流与燃烧室高度和炉底面积的适应性问题，只有合理的燃烧室结构，才能实现烧嘴在最佳工作状态下与炉窑相匹配。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种两段式煤基竖炉，结合加热炉中蓄热式烧嘴适应的燃烧室结构特点，提出了一种两段式煤基竖炉装置，通过对各段燃烧室的燃烧控制和排烟控制，实现烟气在燃烧室内的有序紊流运动，保证燃烧室内温度场的均匀性，从而提高煤基竖炉的工作效率和高温烟气的热利用率，减少燃料的消耗和CO2的排放。