專利名稱：一種用于生產海綿鐵和水煤氣的冶鐵煤氣發(fā)生爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及海綿鐵和水煤氣領域，特別是一種用于生產海綿鐵和水煤氣的冶鐵煤氣發(fā) 生爐。
背景技術：
目前，直接還原法冶鐵技術均以單一的冶鐵為目的，如中國專利文獻l公開的"一
種煉海綿鐵的新工藝及爐型"(CN1012580B),中國專利文獻2公開的一種"直接還原法及 回轉爐床爐"(CN 1219891C)，中國專利文獻3公開的一種"煤氧熔融還原煉鐵方法及裝 置"(CN1073630C)，中國專利文獻4公開的一種"還原氣生產海綿鐵聯(lián)產合成氨的方法"
(CN1047798 C)，中國專利文獻5公開的"一種海綿鐵煤基直接還原工藝"(CN1142541A)， 等。眾所周知，煤氣生產技術是一種成熟技術，但無論是以(固定床汽化)爐或魯奇(Lurgi) 爐演化的煤氣生產技術，還是近代先進的流化床爐技術，都是以單一的煤氣生產為目的。 目前高爐煉鐵技術所使用的燃料和還原劑為焦炭，高爐回收的氣體是高純度的C0氣，這 種氣體毒性大，不能作為民用煤氣所使用。
直接還原法(一歩還原法)具有投資低、工藝簡單、由于可直接使用無煙煤，冶鐵成本 相對較低的特點，因此目前在一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)開始被用于直接從低品位的鐵礦石中還原生產海綿 鐵，但這種土法高爐(大多在100立方米以下甚至更小)由于不能實現(xiàn)高爐煙汽的回收， 因此生產環(huán)境惡劣，對周別環(huán)境造成嚴重的環(huán)境污染，已經(jīng)被地方政府所取締(如湖南省 藍山縣)。國外如澳大利亞、日本等國已經(jīng)成功地實現(xiàn)高爐或轉底爐直接還原生產海綿鐵。 國內目前已經(jīng)有一些科研院所和大專院校也在企業(yè)的資助下開始進行直接還原法的工業(yè) 生產研究。但至今沒有見到將直接還原法生產海綿鐵技術與煤氣生產技術結合在一起，形 成一種聯(lián)產技術的報道，也沒有一種能夠實現(xiàn)該聯(lián)產技術的冶鐵煤氣發(fā)生爐。
煤氣生產技術是一種成熟的大型工業(yè)技術，但目前的煤氣技術都是以單一生產煤氣
(含單一CO氣和水煤氣)。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種將冶煉海綿鐵和生產民用煤氣生產合二為一 的冶鐵煤氣發(fā)生爐，以便在用直接還原法冶鐵的同時生產水煤氣，并且實現(xiàn)C02的零排放。 本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是
設有爐體；在爐體的頂部，裝有與爐膛連通的旋轉布料機和發(fā)生爐氣回收管；在爐體 的側部，裝有與爐膛連通的熱煤氣出口、 二次送氣接管和噴火嘴，噴火嘴與熱煤氣進氣管 和輸氧管連通；在爐體內腔的底部裝有錐型爐底，它的下部與爐壁的間隙是出料口，在出 料口的上方裝有能夠開啟和關閉的擋板；設有上穿錐型爐底的注水管，在其伸出的桿體上 部裝有噴水嘴和堵頭。其爐膛內可自然形成多個反應區(qū) (一步還原生產海綿鐵技術)
(水煤氣技術) (3) C+C02,-腦-c gcO (水煤氣技術) 在本發(fā)明冶鐵煤氣發(fā)生爐之爐膛內，自上而下大致分為低溫層，爐溫為15 300°C;
有機質降解層，爐溫為301 800°C;主氣化層，爐溫為801 1000°C;鐵還原層，爐溫為 1001 1250°C;水蒸汽還原層，爐溫為1249 800°C;高溫水蒸汽層，爐溫為799 500 °C;注水汽化層，爐溫為499 100°C。
本發(fā)明提供的冶鐵煤氣發(fā)生爐，填補了能夠將直接還原法生產海綿鐵技術與煤氣生產 技術結合在一起的空白。同時，采用本冶鐵煤氣發(fā)生爐在冶鐵的同時生產水煤氣的過程中， 與現(xiàn)有技術相比具有以下的主要優(yōu)點
1. 使鐵粉、煤粉直接接觸直接還原，金屬球團由表至里同時快速"直接還原"。所以 本發(fā)明與常規(guī)煉鐵比較，在實驗室試驗中可提高七倍；用于小型工業(yè)生產，可使高爐產量
增加1.2倍；并且煉鐵運行費大幅降低。
2. 經(jīng)濟效益可觀用原煤粉作還原劑，要比常規(guī)冶鐵使用的還原劑焦炭價格低，兩者
相差約3.5倍。
3. 生產周期短在120(TC時直接還原用時僅2小時， 一般高爐還原時間需要16小時。
4. 為固態(tài)還原，溫度低，還原時間短，能耗低，又能以煤代焦，所以生產成本低。可 以使品位在30-45%的鐵礦石的采、選、冶成為經(jīng)濟可行。
5. 可以回收煤中的揮發(fā)份和冶鐵煤氣發(fā)生爐產生的水煤氣，生產過程無氣體排放，真 正做到環(huán)保冶鐵。
6. 采用氧氣作為助燃劑，大大降低了冶鐵煤氣發(fā)生爐水煤氣中氮氣含量，所生產的水 煤氣熱值高，運用領域廣，如可作為民用煤氣、發(fā)電、工業(yè)燃料等。
7. 采用爐底注水或注氣吸收金屬球團的熱量產生高溫水蒸氣，大幅度降低了海綿鐵和 煤氣的單位成本，排出的是10(TC低溫金屬球團，生產工藝安全和節(jié)能。


圖1是本發(fā)明冶鐵煤氣發(fā)生爐在煉鐵工藝流程的位置和相關設備的連接示意圖。 圖2是圖1中冶鐵煤氣發(fā)生爐7的結構示意圖。
圖中l(wèi).第一磨機；2.第二磨機；3.混料機；4.制球機；5.烘干機；6.第一熱交換器； 7.冶鐵煤氣發(fā)生爐；8.噴火嘴；9.風機；IO.第二熱交換器；ll.制氧機；12.重力除塵器； 13.布袋除塵器；14.商品氣庫；15.第三磨機；16.磁選機；17.成型機；18.商品鐵庫； 19.尾礦庫；20.基座；21.出料口； 22.爐壁；23.鋼殼；24.耐火材料層；25.二次送氣接管； 26.第一熱煤氣出口； 27.發(fā)生爐氣回收管；28.旋轉布料機；29.爐膛；30.金屬球團； 31.第二熱煤氣出口； 32.熱煤氣進氣管；33.輸氧管；34.噴水嘴；35.擋板；36.注水管；
37.注水控制閥；38.錐型爐底。
本發(fā)明冶鐵煤氣發(fā)生爐基于下述原理，
(1) 2Fe203+6C 1000-1250 'c 4Fe+6CO
(2) C+H2O 800-1000 \ CO+H
具體實施例方式
本發(fā)明提供的一種用于生產海綿鐵和水煤氣的冶鐵煤氣發(fā)生爐，其結構如圖2所示
設有座落在基座20的爐體。在爐體的頂部，裝有與爐膛29連通的旋轉布料機28和發(fā)生 爐氣回收管27;在爐體的側部，裝有與爐膛29連通的熱煤氣出口、 二次送氣接管25和 噴火嘴8，噴火嘴8與熱煤氣進氣管32和輸氧管33連通；在爐體內腔的底部裝有錐型爐 底38，它的下部與爐壁22的間隙是出料口 21，在出料口 21的上方裝有能夠開啟和關閉 的擋板35。設有一根上穿錐型爐底38的注水管36，在其伸出的桿體上部裝有噴水嘴34 和堵頭。
所述熱煤氣出口可以有1 4個。采用2個(如圖2所示的第一熱煤氣出口 26和第二 熱煤氣出口31)或2個以上的熱煤氣出口時，它們對稱分布在爐體側部的中上方。
所述噴火嘴8，其左端伸入爐膛29，其右端通過三通接頭連接熱煤氣進氣管32和輸 氧管33。該噴火嘴8具有雙層套管結構，其中內管與熱煤氣進氣管32連通，外管與輸 氧管33連通。
所述爐壁22的組成是由內向外依次是鋼殼23、耐火材料層24。所述爐膛29為長 臺錐體式空腔。爐膛29中的金屬球團30，為煤鐵礦石比為1 1.5: l經(jīng)球磨、制球工序 制成的直徑為5 15厘米的小球。
所述發(fā)生爐氣回收管27，由2個或2個以上的支管組成，它們的頂部設有一個共同 的接管。如圖1和圖2所示所述接管通過第一熱交換器6分別與二次送氣接管25和第 一熱煤氣出口 26以及第二熱交換器IO和重力除塵器12連通，其支管的下端與與爐膛29 連通。第二熱交換器10通過管道與爐膛29連通。
所述擋板35，其一側邊與爐壁22或錐型爐底38相鉸接；其開啟和關閉可由氣動或 液壓機構控制，例如可采用類似公汽車門的開啟和關閉的控制機構。
所述注水管36，可以根據(jù)爐膛29的大小安排1或多個注水管。該注水管管體上裝有 注水控制閥37，以便控制注水量和注水速度。每個注水管上的噴水嘴34可以是兩個或多 個。經(jīng)過噴水嘴注入爐膛內的水一方面可以充分利用爐內余熱，同時經(jīng)過爐內還原條件下 噴水降溫可有效地阻止海綿鐵二次氧化。
所述旋轉布料機28可采用現(xiàn)行冶鐵高爐用旋轉布料機總成。
與本發(fā)明有關的其它部件，如圖l所示制球機4可以是輥式制球機，也可以是沖壓 式制球機。制氧機11，其輸送氧氣管與第二熱交換器10連通，并且在第二熱交換器10 和與噴火嘴8連通的管道之間設有風機9。重力除塵器12通過管道經(jīng)布袋除塵器13與商 品氣庫連通。第一磨機1、第二磨機2和第三磨機15可以是球磨機、雷蒙磨機。成型機 可以是熱壓成型機，也可以是通過黏結劑冷壓成形。
本發(fā)明的冶鐵煤氣發(fā)生爐7可采用豎爐型爐體，從上到下爐徑逐漸增大的臺錐形或圓 柱形。以利于金屬球團30從爐頂裝入，并在爐體內憑自重向下運行，爐內高溫還原氣體 上行，爐內形成相對逆流還原環(huán)境，達到與上層礦料充分接觸，提高還原效率，
本發(fā)明提供的冶鐵煤氣發(fā)生爐，其工作過程是參見圖1和圖2，本發(fā)明的燃料為冶鐵煤氣發(fā)生爐7產生的高溫水煤氣。所述水煤氣從第二熱煤氣出口 31經(jīng)過風機9從熱煤 氣進氣管32進入噴火嘴8，與進入噴火嘴8的氧氣在噴火嘴8噴出并燃燒，使爐膛29內 的鐵還原層的溫度恒定在1201 1250之間，以便將鐵礦石中的98%的鐵氧化物還原為海 綿鐵。助燃劑為氧氣，可以將所述冶鐵煤氣發(fā)生爐輸出煤氣中的可燃氣體組分提高到80% 以上。氧氣從制氧機11經(jīng)過第二熱轉換器10升溫至90(TC，經(jīng)噴火嘴注入爐內助燃，既 經(jīng)過第二熱轉換器10可保持爐溫穩(wěn)定，又能充分節(jié)能。本發(fā)明的冶鐵煤氣發(fā)生爐7于低 溫層和有機質降解層產生的低溫爐氣經(jīng)發(fā)生爐氣回收管27回收，然后注入第一熱交換器 6，把低溫爐氣溫提高到800°C, 二次注入冶鐵煤氣發(fā)生爐7之主氣化層，經(jīng)高溫完全降 解為甲烷，乙烷至丁烷等低碳的碳氫化合物。
本發(fā)明提供的冶鐵煤氣發(fā)生爐，在用直接還原法冶鐵的同時生產水煤氣的方法中的應 用。現(xiàn)舉例如下
冶鐵煤氣發(fā)生爐7以煤為還原劑，水煤氣為燃料，以氧氣為助燃劑；將煤和鐵氧化物 分別用第一磨機l、第二磨機2磨成粉料，經(jīng)混料機3混合，并用制球機4壓制成金屬球 團后由烘干機5烘干備用，將備用的金屬球團置于冶鐵煤氣發(fā)生爐中，加熱升溫至1000 125(TC直接還原生產出半成品的海綿鐵。半成品的海綿鐵先用第三磨機15將其粉碎成為 含鐵混合碎料，然后用磁選機16選出純海綿鐵碎料，再將純海綿鐵碎料送入成型機17壓 制成待銷售的商品鐵，該商品鐵可以入商品鐵庫18保存；剩下的廢渣排入尾礦庫19。
同時，利用冶鐵煤氣發(fā)生爐的爐溫熱量，在爐溫100 30(TC區(qū)間烘干備用的金屬球 團，在爐溫301 80(TC區(qū)間使金屬球團中的煤降解釋放出揮發(fā)份，該揮發(fā)份與蒸發(fā)的水 份由發(fā)生爐氣回收管回收后，在熱交換器升溫至卯O'C時經(jīng)二次送氣接管25再次入爐， 并在爐溫801 100(TC區(qū)間裂解為低碳碳氫化合物；同時金屬球團中的部分碳將與從二次 送氣接管25進入的水蒸汽和自下部鐵還原層上升的殘余水蒸氣發(fā)生反應，生成水煤氣。
本發(fā)明冶鐵煤氣發(fā)生爐在同時生產海綿鐵和水煤氣過程中，可采用以下的步驟方法
(1) 加料先將重量比為3 5:1的煤和黏土分別用第一磨機1、第二磨機2磨至200 400目后置于混料機3中用水混勻，加水量為煤和黏土總重量的10 20%;再將混勻物用 制球機4制成直徑為5 10厘米的煤球團，并由烘干機5烘干至含水量為8%;然后將烘 干的煤球團用旋轉布料機28均勻撒布于冶鐵煤氣發(fā)生爐7的爐膛29中，直至與噴火嘴8 持平時停止加入煤球團。所述煤可以是無煙煤、煙煤、褐煤中的一種，或多種。
(2) 點火半開擋板35，從出料口 21點火，由風機9向爐內鼓風，使煤球團從下 向爐膛內燃燒。待爐膛內全面起火后，將備用的金屬球團用旋轉布料機均勻撒布于冶鐵煤 氣發(fā)生爐的爐膛中，入爐后的金屬球團在低溫層被烘干，低溫層的爐溫為15 30(TC，然 后在重力作用下金屬球團依靠自重首先降到有機質降解層中降解，有機質降解層的爐溫為 300 S0(TC，此時金屬球團中的煤在熱烘烤中先釋放出煤中的揮發(fā)份。
備用的金屬球團可由以下方法制成先將重量比為1 2:1的煤和鐵礦石粉分別磨至 200 400目后置于混料機3中用水混勻，加水量為煤和鐵礦石粉總重量的10 20%;再 將混勻物用制球機4制成直徑為5 10厘米的金屬球團，然后通過烘干機5將金屬球團烘干至含水量為8%，備用。
(3) 二次送氣被釋放的煤揮發(fā)份與爐中的蒸發(fā)水份先由發(fā)生爐氣回收管27回收后 進入熱交換器，升溫至90(TC，再經(jīng)二次送氣接管25入爐裂解為低碳的碳氫化合物，如甲 烷、乙烷、丙烷和丁烷等。
上述金屬球團依靠自重由有機質降解層下降到主氣化層，主氣化層的爐溫為801 IOOCTC;此時，金屬球團中的部分碳，與從二次送氣接管25進入的水蒸汽和自下部鐵還 原層上升的殘余水蒸汽發(fā)生反應生成水煤氣，水煤氣再經(jīng)熱煤氣出口進入對應的熱交換器 中，水煤氣再經(jīng)熱煤氣出口進入對應的熱交換器降溫，然后經(jīng)重力除塵器12、布袋除塵 器13進入商品氣庫14。
(4) 冶鐵上述金屬球團依靠自重由主氣化層下降到鐵還原層，啟動制氧機ll和風 機9，將氧氣和水煤氣從噴火嘴8點燃噴出，對金屬球團加熱至爐溫為1001 125(TC，使 金屬球團中的碳對金屬球團中的鐵氧化物直接還原為海綿鐵。所述鐵氧化物是赤鐵礦、褐 鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦中的一種，或多種。
(5) 初次制氣上述金屬球團依靠自重由鐵還原層下降到水蒸汽還原層，水蒸汽還 原層的爐溫為1249 80CTC;此時，金屬球團中所含有的部分過量碳與水蒸汽反應，生成 水煤氣，并使金屬球團迅速降溫至80(TC。
(6) 余熱交換制高溫水蒸汽上述金屬球團依靠自重從水蒸汽還原層下降到高溫水 蒸汽層進行熱交換，高溫水蒸汽層的爐溫為799 50(TC;此時，將注水汽化層汽化的水 蒸汽加熱到約799"C，注水汽化層的爐溫為499 10(TC;同時將金屬球團降溫至499°C， 降溫后的金屬球團依靠自重從高溫水蒸汽層下降到注水汽化層，此時，注入水或10(TC的 水蒸氣從噴水嘴34射出，并迅速汽化和升溫，使金屬球團降溫至IO(TC，再經(jīng)擋板35從 出料口 21排出。
在從出料口 21排出的過程中，通過擋板35的開啟和關閉，控制膨化后的金屬球團從 出料口的排出和停止，由此控制爐膛內金屬球團下降的速度，以保證金屬球團在低溫層、 有機質降解層、主氣化層、鐵還原層、水蒸汽還原層、高溫水蒸汽層和注水汽化層中有合 理的反應時間，該反應時間可由爐膛29的大小以及實際工藝需要而定。擋板35的開啟和 關閉，可由氣動或液壓機構控制，例如可采用類似公汽車門的開啟和關閉的控制機構。
(7) 磁選從出料口 21排出的膨化金屬球團，先用第三磨機15將其粉碎成為含鐵 混合碎料，然后用磁選機16選出純海綿鐵碎料，再將純海綿鐵碎料送入成型機壓制成待 銷售的商品鐵；剩下的廢渣排入尾礦庫。
(8) 除塵所述步驟3和5產生的水煤氣，為冶鐵煤氣發(fā)生爐產生的CO、 H2和低 碳的碳氫化合物中的一種，或多種。低碳的碳氫化合物為甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等氣體。 該水煤氣先由重力除塵器12除塵，再由布袋除塵器13進一步除塵，形成待銷售的商品煤 氣，并且入商品氣庫14,備用。除塵下來的廢渣排入尾礦庫。
在上述過程中，反應所需的高溫水蒸氣是通過在爐膛下部注入水或水蒸氣，利用水或 水蒸氣與爐膛內還原出海綿鐵的金屬球團進行熱交換后獲得。本發(fā)明冶鐵煤氣發(fā)生爐7，在其爐膛29內自然形成有以下幾個反應區(qū) 主氣化層依靠從鐵還原層強烈上升的高溫氣流加熱到801 1000°C。 有機質降解層依靠從鐵還原層產生，經(jīng)過主氣化層強烈上升的高溫氣流加熱到301 800。C 。
低溫層依靠從鐵還原層產生，經(jīng)過主氣化層、有機質降解層強烈上升的熱氣流加熱
到15 30CTC。
水蒸汽還原層依靠被還原的高溫金屬球團將水蒸汽加熱到1249 80(TC。并可將金
屬球團內殘余的碳置換為H,和CO。
高溫水蒸汽層依靠799 500'C金屬球團將水蒸汽加熱到799 50CTC。
注水汽化層依靠被還原的高溫金屬球團將從注水嘴34噴出的水氣化，或直接注入
水蒸氣并加熱到100 30CTC。
權利要求
1.一種用于生產海綿鐵和水煤氣的冶鐵煤氣發(fā)生爐，設有爐體，其特征是在爐體的頂部，裝有與爐膛(29)連通的旋轉布料機(28)和發(fā)生爐氣回收管(27)；在爐體的側部，裝有與爐膛(29)連通的熱煤氣出口、二次送氣接管(25)和噴火嘴(8)，噴火嘴(8)與熱煤氣進氣管(32)和輸氧管(33)連通；在爐體內腔的底部裝有錐型爐底(38)，它的下部與爐壁(22)的間隙是出料口(21)，在出料口(21)的上方裝有能夠開啟和關閉的擋板(35)；設有上穿錐型爐底(38)的注水管(36)，在其伸出的桿體上部裝有噴水嘴(34)和堵頭。
2. 根據(jù)權利要求1所述的冶鐵煤氣發(fā)生爐，其特征是所述熱煤氣出口有1個或1個 以上。
3. 根據(jù)權利要求1所述的冶鐵煤氣發(fā)生爐，其特征是所述發(fā)生爐氣回收管(27)通 過熱交換器與二次送氣接管(25)連通。
4. 根據(jù)權利要求1所述的冶鐵煤氣發(fā)生爐，其特征是所述噴火嘴(8)，其左端伸入 爐膛(29)，右端通過三通接頭連接熱煤氣進氣管(32)和輸氧管(33)。
5. 根據(jù)權利要求1或4所述的冶鐵煤氣發(fā)生爐，其特征是所述噴火嘴(8)具有雙層 套管結構，其中，內管與熱煤氣進氣管(32)連通，外管與輸氧管(33)連通。
6. 根據(jù)權利要求l所述的冶鐵煤氣發(fā)生爐，其特征是所述擋板(35)，其一側邊與爐 壁(22)或錐型爐底(38)相鉸接。
7. 根據(jù)權利要求1或6所述的冶鐵煤氣發(fā)生爐，其特征是所述擋板(35)，其開啟和 關閉由氣動或液壓機構控制。
8. 根據(jù)權利要求1所述的冶鐵煤氣發(fā)生爐，其特征是所述上穿爐底的注水管(36)， 可以是l或一個以上，且其管體上裝有注水控制閥(37)。
9. 根據(jù)權利要求1至8中任一權利要求所述的冶鐵煤氣發(fā)生爐，其特征是所述冶鐵煤 氣發(fā)生爐在用直接還原法冶鐵的同時生產水煤氣中應用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于生產海綿鐵和水煤氣的冶鐵煤氣發(fā)生爐，其結構是在爐體的頂部，裝有與爐膛(29)連通的旋轉布料機(28)和發(fā)生爐氣回收管(27)；在爐體的側部，裝有與爐膛連通的熱煤氣出口、二次送氣接管(25)和噴火嘴(8)，噴火嘴與熱煤氣進氣管(32)和輸氧管(33)連通；在爐體內腔的底部裝有錐型爐底(38)，它的下部與爐壁的間隙是出料口(21)，在出料口的上方裝有能夠開啟和關閉的擋板(35)；設有上穿錐型爐底(38)的注水管(36)，在其伸出的桿體上部裝有噴水嘴(34)和堵頭。本發(fā)明利用直接還原法煉鐵并在還原煉鐵的同時生產水煤氣，可以使冶鐵過程中產生的氣體回收利用，實現(xiàn)爐內發(fā)生氣體的零排放。
文檔編號C21B13/00GK101307369SQ20081004837
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權日2008年7月11日
發(fā)明者肖勁東 申請人:深圳市華夏基業(yè)投資擔保有限公司