專利名稱：節能隧道還原爐的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于煤、氣基直接還原煉鐵，或煉型焦的高溫反應器設備的技術領域， 具體涉及一種節能隧道還原爐。
背景技術：
目前國內國際的隧道還原爐、窯主要有以下兩大類比較普通的是罐裝法隧道還原爐，其窯型是一條筆直的涵洞，涵洞有長有短，有寬 有窄，有高有低，洞內有道軌供窯車行進。在靠近入口的部位窯頂或兩側窯墻上留有若干個 排煙氣孔，通過引風機或高煙囪的吸力將煙氣從窯內抽出；大約在窯的中部段的窯頂上留 有投煤或觀火孔，或在窯的兩側墻上有若干個煤氣火嘴。通常窯頭(入口)設有窯門，頂車 時打開，運行時關閉，窯尾(出口)是敞開的。直接還原煉鐵時，將鐵礦粉與煤粉及脫硫劑摻 和或分層裝入特別的耐火罐內，罐裝到窯車上，將載罐的窯車一個接一個從窯頭頂向窯尾， 在窯的中部通過窯頂投煤或窯側噴煤氣在窯內燃燒，助燃的空氣是由窯頭抽煙的引風機或 高煙囪，從敞開的窯尾吸入窯內的(也有個別窯尾有門，但門上有若干個鼓風機向窯內鼓 風)，火焰首先加熱罐體，罐體再傳熱給罐中的鐵礦粉、煤粉等料，升溫到一定溫度后，罐中 的煤奪取礦粉的氧，將鐵還原。當窯車被推進到燃燒區后段，窯車上的罐及罐內物被吸入窯 內與車逆行的冷空氣冷卻，直至冷卻到50°C以下出窯后，卸出罐內的還原鐵及煤灰等，再重 新將鐵礦粉、煤粉等裝入罐內，從頭到尾再來。此法的工藝特點是燃燒投入的煤或噴入的煤 氣是在窯內燃燒，火焰直接燒罐，由罐傳熱罐內物料，整個窯內大空間是氧化性氣氛，罐內 是還原氣氛。當罐處在火焰區時，罐內煤還原鐵，副產的煤氣(CO)以及煤的揮發份(H2、C0、 CnHm)逸出罐后將被氧化燃燒。而處在火焰區前段罐內逸出的還原副產煤氣特別是煤的揮 發份(煤的揮發份在此區大量甚至全部逸出)，由于此處窯內無氧或缺氧(空氣中的氧在火 焰區已消耗掉)，這些還原性氣體(C0、H2)或可轉變成還原性氣體的可燃性氣體(CnHm)，就 混合在燃燒區產生的煙氣(N2、C02、H20等)中，被引風機或高煙囪抽出窯外排空了，造成了 空氣污染和有用氣體的浪費，致使該法能耗較高。其優點是機械化甚至自動化程度可以提 高，連續性生產、效率高、產品質量穩定，窯體本身投資適中，但配套設備(外加熱源的煤氣 發生爐)投資大，還原罐不僅投資大，而且冷熱交替易損。裝卸料易產粉塵。另一種方法叫車底還原爐，其結構及工作原理與如上所述的隧道窯基本類同，主 要不同點有四其一，本法窯內空間較小，窯頂至車底間的距離較??；其二，本法不需要罐， 是將鐵礦粉、煤粉、脫硫劑混合后先造球，然后將球平鋪在車底上(較薄)；其三，燃燒的煤 氣及助燃空氣都是從窯體中部分布的若干火嘴鼓入的，空氣不是從窯尾口吸入，也就是其 冷卻劑不是空氣；其四，在窯尾口鼓入惰性氣(N2),阻止空氣進入，還原好的小球被惰性氣 體冷卻。此法的優點是不再需要罐及裝罐，減少了罐的投資及日常補充開支；粉塵較小，機 械化自動化程度都可以提高，還原速度快，但設備周轉運行快作業強度大。其工藝特點是， 火焰在窯的上部燃燒，上部空間是氧化性氣氛，而車底圍繞小球的小空間，由于還原副產煤 氣的不斷逸出，形成局部還原性氣氛。當車載著小球未達火焰區時，已逸出的揮發份氣體(H2, CO, CnHm)以及少量還原副產煤氣(CO)也都不能有效利用。該法需要專門制備惰性氣 體，既增加了投資又加大了成本費用。
發明內容本實用新型為了解決現有隧道式煤基(煤為還原劑)直接還原煉鐵設備存在的問 題，采用類似焦爐煉焦的原理，提供了一種節能遂道還原爐。本實用新型采用如下技術方案實現節能隧道還原爐，包括爐道，其特征在于爐道 是砌筑的直筒隧道，其入口和出口處分別可升降的用入口內門、入口外門和出口內門、出口 外門封閉，爐道底部設有供隧道車行進的道軌，在靠近入口內門的兩側爐墻上各有用耐火 磚砌筑的抽煤氣孔，在靠近出口內門的爐頂上有通入爐道內的還原煤氣管，在靠近爐道的 中部兩側爐墻外各有一個煤氣燃燒室，在每個煤氣燃燒室內有數個用耐火磚砌筑的大孔花 格蓄熱墻，在每個煤氣燃燒室的兩端都裝有若干小孔蓄熱體，在每個煤氣燃燒室的兩端外 部，都用錐形罩將各個小孔蓄熱體群罩著，錐形罩中央連接有風/煙氣管，在每個小孔蓄熱 體群兩側有通入煤氣燃燒室的燃燒煤氣管。節能隧道還原爐，一種窄而高的隧道爐，在爐的兩頭及靠近兩端適當位置各安裝 一個可升降的門(共計4個門)，其中兩頭的門都可將爐全封閉，兩個內門是將爐內車底至 爐頂的上部空間隔斷封閉。在靠近入口段內門處的爐墻兩側留有若干孔，通過管道閥門與 冷卻器、脫水器、引風機、煤氣包連通，窯內還原副產的煤氣及煤揮發份可燃氣，一同經孔道 被集中抽送到煤氣包。在爐的中部兩側爐墻外有兩個煤氣燃燒室，這部分的爐墻采用導熱性好的耐火材 料(如SiC)砌筑，其作用除了支撐爐頂外，還將火焰與爐內隔斷，并將燃燒室的熱量傳輸到 爐內。在每個燃燒室的兩端都有煤氣入口、空氣入口(兼作煙氣出口)及特制的余熱回收 小孔蓄熱體。通過特別的切換閥，使煤氣、空氣定時切換從兩端的某一段進入燃燒室燃燒， 與此同時煙氣被切換從另一段原空氣管口被抽出。在靠近燃燒室兩端頂部裝有防爆管及盲 板，在燃燒室外有供操作及維修的小空間及人孔管與外界連通。在燃燒室橫斷面有數個用 耐火磚砌筑的花格孔蓄熱墻。在靠近出口內門適當位置有煤氣管通入隧道爐內。本實用新型相對現有技術具有如下有益效果1、本實用新型操作前半流程是濕法運行(加水攪拌、壓塊、干燥)，后半流程是塊 型運行(入爐、還原、出爐、鈍化、儲存)，沒有粉塵污染，作業環境很好；2、與其它各種直接還原鐵的爐型比，本爐型只需消耗還原煤，不需或極少補供燃 燒煤(或外供燃燒煤氣)。還原反應所需的化學能、熱能是自產自消(還原反應副產的煤氣 CO及煤的揮發份H2、CO、CnHm，先從爐內抽出，此過程利用煤氣作載體將爐內已還原好的鐵 塊的物理潛熱，從爐頭帶到爐尾并傳熱給剛入爐的車載壓塊；煤氣抽出爐外，經冷卻脫水后 (H2還原鐵副產H2O)，一部分供燃燒室燃燒放熱，維持還原反應溫度，一部分從爐頭的煤氣 管鼓入爐內，使爐頭待出爐的已還原好的熱鐵塊冷卻，煤氣將物理潛熱帶到爐尾預熱入爐 壓塊；鼓入爐頭的煤氣中富含H2 (約40% )及CnHm(約8% )，CnHm遇到高溫、高氣孔率、高 活性的海綿鐵催化裂解成CO及H2,由此提高了煤氣的還原能力。當此種煤氣穿過最高溫的 還原段時，H2、CO奪取氧化鐵的氧還原出鐵(氫氣還原為主)，還原反應副產的水蒸汽經冷 卻脫水后又恢復了煤氣的還原能力，混合中溫段逸出的煤的揮發份從爐頭鼓入，遇高溫鐵，CnHm催化裂解后進一步提高了煤氣的還原能力，循環往復滿足了還原反應所需的化學能和 熱能。3、由于不需外供熱源，本法能耗很低；特別是有相當比例的氫還原，與碳還原相 比，H2與C奪氧還原鐵消耗當量相同，但H2是C重量的1/6，相比能耗極低；4、不需外供熱源，亦即減少了排放；H2還原生成H2O,經脫水后，排放總量更少；特 別是減排了溫室氣體CO2的排放；5、本法爐內全程還原氣氛，隔墻爐外的燃燒室是氧化氣氛，操作易掌控，產品質量 很穩定；6、由于采用了小孔蓄熱體回收煙氣余熱，入燃燒室的空氣溫度可達500°C以上，不 僅節能，而且火焰穩定，若干蓄熱墻又起到了穩定爐溫的作用，使整個操作過程輕松簡單；7、爐兩側與燃燒室的隔墻，相當于罐裝法的“罐”，但本法既不需裝罐，避免了操作 的麻煩，相比罐的運行過程，本法的隔墻沒有冷熱頻繁交換問題，壽命極高。8、本法非常簡單而巧妙地兼容了煤基和氣基兩種還原法，綜合了兩種還原法的優占.
^ \\\ 9、本法可大可小很易實現，就象焦爐一樣，只需增加并聯數就增加了產能，而且并 聯比單爐更節能，一是相對減少了燃燒室，二是并聯使窯體保溫性能更好。10、比其它爐、窯型占地少、投資少，運行成本低。

圖0為節能隧道還原爐縱剖視圖圖1為圖0的1-1橫剖視圖圖2為圖0的2-2橫剖視圖圖3為圖0的3-3橫剖視圖圖4為圖0的4-4橫剖視圖圖5為圖0的5-5橫剖視圖圖6為圖0的6-6橫剖視圖圖中1_入口外門(鋼焊)，2-入口內門(鋼焊、水冷)，3-抽煤氣蝶閥(外購)， 4-抽煤氣孔(耐火磚砌筑)，5-人孔筒、蓋(鋼焊)，6-風/煙氣管(鋼焊)，7-燃燒煤氣管 (鋼管)，8_調風/煙蝶閥(外購)，9-調煤氣蝶閥(外購)，10-小孔蓄熱體(瓷，外購)， 11-防爆管、盲板(鋼管、橡膠石綿板)，12-大孔花格蓄熱墻(耐火磚砌)，13-還原煤氣管 (鋼管)，14-出口內門(鋼焊、水冷)，15-出口外門(鋼焊、水冷)，16-還原鐵壓塊，17-隧 道車，18-道軌，19-煤氣燃燒室，20-錐形罩，21-冷卻器，22-脫水器，23-引風機，24-煤氣 包。
具體實施方式
結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步說明，實施例是用來說明本實用 新型的，而不是對其作任何限制。由圖0可見，節能隧道還原爐首先是一個用門封閉的臥倒的直筒砌體。在其左右 兩頭分別由入口外門1及出口外門15將整個爐道與外界封閉(進、出車時分別開啟，但兩
5內門封閉)。由圖0結合圖6可見，在節能隧道還原爐靠近左右兩端分別由入口內門2及出口 內門14將隧道車17上部的空間進一步封閉(車前進時兩外門封閉，兩內門同時開啟)。由圖0結合圖1可見，在靠近入口內門2適當位置的兩側爐墻下部(與隧道車17 的車底平面高度相當)，用耐火磚砌筑成若干個抽煤氣孔4，通過管道、抽煤氣蝶閥3與煤氣 總管、冷卻器21、脫水器22、引風機23、煤氣包24(后4項圖中僅為示意)聯通。通過煤氣 包將煤氣分送到燃燒煤氣管7及還原煤氣管13。由圖0結合圖2、圖3、圖4可見，在還原爐中部兩側爐墻外，各有一個煤氣燃燒室 19。由圖0結合圖4可見，煤氣燃燒室19的左右兩頭裝有一定厚度的小孔蓄熱體10， 在兩側小孔蓄熱體附近位置，煤氣燃燒室19的頂部裝有通向外界的防爆管、盲板11。由圖0結合圖2、圖4可見，在煤氣燃燒室19的兩頭外部有一個供調閥和檢修的空 間，該空間通過爬梯及人孔筒、蓋5與外界相通。在該空間用若干個鋼焊的錐形罩將小孔蓄 熱體10罩住，錐形罩的中央聯接有風/煙氣管6，每根風/煙氣管6都裝有調風/煙氣蝶閥 8 ；在每個錐形罩的兩側，亦即每個小孔蓄熱體10的兩側裝有通入煤氣燃燒室19的燃燒煤 氣管7，每根燃燒煤氣管7均裝有調煤氣蝶閥9。由圖0結合圖5可見，在靠近出口內門14 一個車位的爐頂上裝有還原煤氣管13。本實用新型的具體實施過程如下(一)、前期準備1、鐵礦粉、褐煤面、石灰石粉、粘結劑以一定比例配料；2、上述四種料補水充分攪拌均勻；3、高壓壓塊(濕強度彡3MPa)并碼車(全部自動化，本圖例為碼10層)；4、車載壓塊入干燥窯預熱干燥，提高強度(干燥窯熱源為隧道還原爐燃燒室透過 小孔蓄熱體排出的煙氣)；5、干燥好的車載壓塊頂入隧道還原爐至燃燒室的部位為止。(二)、點爐1、由圖0和圖2所示，燃燒煤氣管7和風/煙氣管6將零時外補煤氣和空氣送至 煤氣燃燒室19燃燒，(此前一定特別注意提前在燃燒室內預先點著液化氣明火，當燃燒室 內溫度高于煤氣燃點后，才可撒去明火)；2、開啟煙氣引風機將煤氣燃燒的煙氣從煤氣燃燒室19另一側的風/煙氣管6抽 出；3、注意調整煤氣及風的送入量以及引風量，由小到大由弱到強，點爐火太大容易 燒裂煤氣燃燒室19與爐道的隔墻，隔墻有裂縫就難保爐道的還原氣氛；4、當爐道內溫度達到煤的揮發份溢出溫度時，開啟煤氣引風機并微調抽煤氣蝶閥 3，使爐道內保持微負壓，抽出的揮發份可燃燒氣逐步替補臨時外補煤氣量，直至取而代之。5、當燃燒室溫度達到煤氣燃點后，除撤去明火外，開啟自動四通換向閥(約30秒 換一次向)及煤氣自動切斷閥，讓煤氣和空氣分別從圖0所示的左、右煤氣管及風/煙氣管 6進入燃燒室，同時煙氣交替從圖0所示的右、左風/煙氣管7抽出，此時煙氣的余熱被小孔 蓄熱體回收，交替換向后又被穿過小孔蓄熱體的空氣將余熱帶入燃燒室，減少煤氣消耗，實現節能減排。(三)、運行1、當爐道內溫度達到1100-1200°C時，還原鐵壓塊內快速發生煤(C)奪取鐵礦粉 (氧化鐵)中的氧(0)，還原鐵的反應。副產大量煤氣(CO)和揮發份(H2、CO、CnHm)氣體， 除供給燃燒室燃燒放熱，維持爐溫外，可分流一部分混合氣(煤氣+揮發份)通過還原煤氣 管13進入靠近出口的爐道，依靠煤氣引風機的抽力，此部分煤氣將順爐道流向爐道入口的 抽煤氣孔4，與車載的還原鐵壓塊16逆流而行，途經最高溫的煤氣燃燒室19對應爐道區，混 合氣中的C0，特別是H2積極參與奪0還原鐵的反應，混合氣中的CnHm被高溫高活性的還原 鐵催化裂解為CO、H2,進一步參與奪0還原鐵的反應。2、開始向爐內頂車(補加壓塊)，首先開啟入口外門1，將新補車頂入入口外門1 與入口內門2之間的爐道內，關閉入口外門1 ；3、然后同時打開入口內門2及出口內門14將新補車頂進一個車位，亦即將已還原 好的載鐵隧道車17頂出一個車位，停止后隧道車17中央的空位恰好正對二個內門，如圖0 所示車空位正對出口內門14。關閉入口內門2及出口內門14將隧道還原車上部爐道空間 進一步封閉；4、開啟出口外門15，將還原好的一車還原鐵壓塊16拉出爐道后，關閉出口外門 15 ；5、如此循環往復，實現節能隧道還原爐以煤、氣基直接還原鐵。
權利要求一種節能隧道還原爐，包括爐道，其特征在于爐道是砌筑的直筒隧道，其入口和出口處分別用可升降的入口內門(2)、入口外門(1)和出口內門(14)、出口外門(15)封閉，爐道底部設有供隧道車(17)行進的道軌(18)，在靠近入口內門(2)的兩側爐墻上各有用耐火磚砌筑的抽煤氣孔(4)，在靠近出口內門(14)的爐頂上有通入爐道內的還原煤氣管(13)，在靠近爐道的中部兩側爐墻外各有一個煤氣燃燒室(19)，在每個煤氣燃燒室(19)內有數個用耐火磚砌筑的大孔花格蓄熱墻(12)，在每個煤氣燃燒室(19)的兩端都裝有若干小孔蓄熱體(10)，在每個煤氣燃燒室(19)的兩端外部，都用錐形罩(20)將各個小孔蓄熱體群罩著，錐形罩(20)中央連接有風/煙氣管(6)，在每個小孔蓄熱體群兩側有通入煤氣燃燒室(19)的燃燒煤氣管(7)。
專利摘要本實用新型屬于煤、氣基直接還原煉鐵，或煉型焦的高溫反應器設備，具體是一種節能隧道還原爐，解決現有隧道式煤基直接還原煉鐵設備存在的問題。節能隧道還原爐，包括爐道，其出、入口處分別設兩道門，在靠近入口內門的兩側爐墻上各有抽煤氣孔，在靠近出口內門的爐頂上有通入爐道內的還原煤氣管，在靠近爐道的中部兩側爐墻外各有一個煤氣燃燒室，在每個煤氣燃燒室內有大孔花格蓄熱墻，在每個煤氣燃燒室的兩端都裝有若干小孔蓄熱體，將各個小孔蓄熱體群罩著的錐形罩中央連接有風/煙氣管，在每個小孔蓄熱體群兩側有燃燒煤氣管。本實用新型將還原副產的煤氣及煤的揮發份完全徹底回收利用，解決了其他各種煤基直接還原鐵設備高能耗的致命問題。
文檔編號F27B9/26GK201653126SQ20102013902
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月20日 優先權日2010年3月20日
發明者成宏福, 王玉蓮, 范文斌, 郭文平, 郭智宜, 郭瑛, 馬光祿 申請人:郭瑛