火力发电厂副产铁的生产工艺及其还原窑的制作方法

专利名称：火力发电厂副产铁的生产工艺及其还原窑的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种火力发电厂副产铁的生产工艺及其还原窑。
背景技术：
一方面，火力发电是我国主要的电力来源。据介绍，我国煤产量的大部分(每年约 20亿吨)被仅仅用于火力发电。另一方面，在钢铁行业，虽然高炉炼铁工艺目前仍处于主流的地位，但是，受到焦 煤资源的世界性短缺的威胁以及烧结和炼焦行业对环境的不友好，各国纷纷进行非高炉炼 铁的研究。例如，关于形形色色的熔融还原技术的研究等，有的已经进入初具规模的工业化 生产等。它们对铁的冶炼过程都离不开人工制造还原环境这一关键环节，并正在为此付出 较高的代价。现有技术的主要不足之处在于1.火力发电首选煤作燃料，似乎是天经地义的，但是，仅仅将煤作为燃料使用，隐 含着极大的浪费，其中的浪费之一是煤中的还原性物质的还原能力未能得以合理的利用。2.高炉炼铁工艺存在着对焦煤这一紧缺资源的需求、炼焦环节对环境的污染、对 原料矿的处理复杂、能耗较高的问题；熔融还原炼铁工艺又存在着以下基本问题a. 二次 燃烧率和传热的问题，b.高温煤气(或者称之为烟气)的处理问题，c.还原炉内衬局部腐 蚀严重的问题，等等。受行业的限制和人们的思维习惯和惰性的影响，钢铁行业的业内人士 总是企图在炼铁企业内部提高对能源的利用率上做文章。但是，当炼铁的能源的利用率达 到一定的水平后，要想再进一步提高，所付出的代价将会成倍增加。

发明内容
本发明要解决的主要技术问题，首先是煤中的还原性物质的还原能力未能得以合 理的利用的问题；或者说解决燃料煤在燃烧过程中容易获得高还原能力的那一区间的功能 浪费问题。而这一高还原能力，恰恰是金属还原最需要的，特别是对于大规模的耗煤产业来 说，更显得重要。换句话说，本发明一方面是要解决火力发电企业未能对煤和/或煤气燃烧 过程的前期存在的容易获得高还原气氛的机会进行合理利用的问题，另一方面则是要解决 冶金企业，例如，炼铁企业，又在付出高昂的代价，苦苦地进行着制造并维持这种高还原气 氛的问题。其次，是要克服高炉炼铁工艺存在的对焦煤这一紧缺资源的需求、炼焦环节对环 境的污染、对原料矿的处理复杂、能耗较高的问题和/或熔融还原炼铁工艺存在的a. 二次 燃烧率和传热的问题，b.高温煤气(或者称之为烟气)的处理问题，c.还原炉内衬局部腐 蚀严重的问题，等等。本发明的目的，是要在解决上述问题的基础上，利用将铁产品纳入火力发电厂的 副产品的手段，提供一种火力发电厂副产铁的生产工艺及其还原窑，并显著降低铁的还原 成本，以用于新建火力发电厂、用于现有火力发电厂技术改造和/或用于淘汰部分甚至大部分按照传统工艺生产的铁产品(指海绵铁和/或生铁)的产能。本发明的基本构思在于，它首先是一种火力发电厂副产铁的生产工艺，包括火 力发电厂的基本生产过程等，其特征在于将燃煤转化成煤气，煤气的温度可以控制在 彡600°C的范围内，特别是可以控制在800°C 900°C、800°C 1000°C或者850°C 1050°C 的范围内，必要时，也可以将其控制在600°C 800°C的范围内，只不过此时的反应速度 会相对较低；当需要在熔融状态下实现铁的还原时，煤气的温度还可以控制在> 1380°C、 彡1450°C甚至彡1500°C的范围内。需要注意的是，这里所说的煤气，可以是纯气态的煤气， 也可以是含有未燃尽的固体煤粉或碳粉的煤气，虽然纯气态的煤气已经足以完成铁的原料 矿的还原，但是，固体煤粉或碳粉的存在，对还原过程也是有利的；这里所说的煤气，可以由 燃煤直接转化而来，也可以由燃煤间接转化而来，例如，可以由煤化工副产的非冶金焦转化 而来等等，只要不消耗或少消耗焦煤，也能够体现其存在的价值。煤气中的水分、二氧化碳 的总浓度低于还原二价铁的控制浓度的上限(具体数值请参见有关资料，例如《熔融还原》 一书中关于“熔融还原基础研究”部分中的有关内容(杨天钧、黄典冰、孔令坛著，冶金工业 出版社，1998年9月第一版))。使上述煤气通过还原窑，且原料矿的还原步骤主要是在还原 窑内进行。这里所述的还原窑，本质上是盛装原料矿的容器，当原料矿是静态时，也可以将 其理解为还原罐；当原料矿处于动态时，又可以将其理解为旋窑或立窑等。还原过程中所消 耗的煤气的有效成分最多为煤气有效成分的总量的35%。需要注意的是，煤气的有效成分 是指煤气中的CO和H2。选用如此之低的煤气的有效成分的利用率，是基于火力发电厂无论 对还原尾气中剩余的CO和H2还是该尾气的物理显热，均能够很方便地进行充分地利用，而 不会降低其总效率。选用较低的煤气的有效成分的利用率，还可以使尾气中保持较高浓度 的可燃成分，有利于下一步将要进行的燃烧过程，并可以极大地简化还原过程和/或设备， 以降低还原铁的生产成本。事实上，根据所设定的具体的工艺条件，煤气中的有效成分的利 用率的上限，还可以按照25 %、20 %、15 %、10 %、7. 5 %、5 %甚至3 %进行控制，以使得还原 过程进行得更为有效和简洁，同时也不会降低发电厂的总效率。由于本发明的基本思路包 括充分利用煤气的还原性，因此，并不排斥煤气中含有未气化的煤粉或碳粉。为了提高反应速度并获液态铁水，可以使所述的煤气的温度彡1380°C、彡1450 °C 甚至> 1500°C，使铁的还原过程主要是在熔融状态下完成。为了使煤气能够保持较长时间的较高的还原能力，也为了使固态的煤粉(和/或 碳粉)有机会进入液态的原料矿和/或铁水，提高还原速度，可以在上述情况下给进入还原 窑的煤气中添加有煤粉(和/或碳粉)。当然，当煤气中含有未气化的煤粉(和/或碳粉) 时，更可以不添加或少添加煤粉(和/或碳粉)。需要注意的是，本发明所述的煤粉，属于对 煤粉和/或碳粉的统称。为了避免煤中的绝大部分杂质进入铁水，可以使制造煤气后的煤的大部分残渣由 独立的排出通道排出。为了使煤气和原料矿保持较长的接触时间并提高它们的接触率，可以使所述的煤 气是以旋转状态进入还原窑的。本发明的基本构思还在于，它包括一种实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺 的还原窑，其特征在于它是具有绝热、耐火、耐腐蚀内衬的回转窑；它具有原料铁矿的入 口，产品铁的出口，煤气入口和尾气出口；并设有铁产品收集槽。
为了使煤气的还原性能保持较长的时间，设有向还原窑内喷吹煤粉的喷枪。为了使原料矿在还原窑内停留的时间和/或排出的铁水所含铁的金属化率可控， 所述的还原窑的内壁上具有螺旋状导槽。为了维持还原窑内温度场的稳定性和提高煤气与待还原原料矿的接触机会，在所 述的还原窑的中心部位设有导流柱。为了在还原窑内形成螺旋气流，以延长煤气与原料矿的接触时间，可以在还原窑 的煤气入口处设置着起旋器。当采用的还原窑是旋窑时，为了便于更换还原窑本体，可以在所述的进料端座和 出口端座处设置着导向机构。本发明的主要应用范围包括1.用于新建火力发电厂。2.用于现有火力发电厂技术改造。3.用于淘汰部分甚至大部分按照传统工艺生产的铁产品(指海绵铁和/或生铁) 的产能。本发明的主要优点是1.合理利用了煤气在燃烧初期具有高还原性能的那一区间，来进行铁的原料矿的 还原，然后再作为燃料煤气用于发电，因而避免了煤气在燃烧初期所具有的高还原能力的 浪费，还使得炼铁能耗与成本获得大幅度地降低。2.由于本发明采用的煤气可以由非焦煤作原料，因此，所生产的铁并不需要紧缺 的焦煤资源。3.由于本发明是将铁生产纳入到火电企业的副产品的序列中来，所利用的仅仅是 煤气在燃烧初期具有高还原性能的那一区间，来进行铁的原料矿的还原，然后再作为燃料 煤气用于发电，因此，炼铁过程可以获得很高的能量利用率。与现有炼铁能耗相比，其降低 幅度可超过40 % 60 %，同时也能使污染物的排放量同步降低40 % 60 %或更多，特别是 由于可以省略了炼焦环节和烧结环节，其环保价值将会更高。4.由于在本发明中，煤气化后的残渣可以由单独的排出通道，因此，燃料煤中的绝 大部分杂质不会进入铁水，因而铁水中的渣量少，且有害杂质也少。5.与现有熔融还原技术相比，获得还原铁的过程非常简单，不仅使得初次投资规 模大幅度降低，也大幅度提高了炼铁过程的连续性和可靠性。同时还将二次燃烧的问题交 给发电装置去解决，且在铁水能耗大幅度降低的同时，并不降低现有发电装置的热效率。6.由于本发明可以采用旋转式的还原窑，使得局部腐蚀变为均勻腐蚀，从而提高 了还原窑的连续工作能力或者说寿命。当旋转式的还原窑采用可更换、特别是当采用用一 备一的模式时，其连续工作的时间将基本不受限制。7.基于火力发电厂副产铁的生产工艺的基本思路，熔融还原炼铁工艺中存在的高 温煤气(或者称之为烟气)的处理难问题也将迎刃而解。8.由于将铁生产纳入到火电企业的副产品的序列中来，无论由还原窑排出的尾气 蕴含的物理显热，还是其中的未燃成份所蕴含的化学能，都可以在不降低现有发电装置效 率的条件下予以利用，因此，可以不必过于在意在还原过程中煤气的利用率的问题，从而使 得本发明的铁水生产能耗特别低、还原过程特别简单。
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9.由于将铁生产纳入到火电企业的副产品的序列中来，无论由还原窑排出的尾气 蕴含的物理显热，还是其中的未燃成份所蕴含的化学能，都可以在不降低现有发电装置效 率的条件下予以利用，因此，现有熔融还原炼铁工艺存在的传热的问题，一方面，本发明本 身已经将这一问题充分地弱化了，另一方面，还可以通过降低煤气中还原成份的利用率来 解决，即在煤气中的还原成份的利用量基本不变的情况下，通过加大煤气的流量来实现。


本发明共有附图7页，共9幅。其中图1是本发明所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的实施例1的工艺图。图2是本发明所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的实施例2的工艺图。图3是本发明所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的实施例3的工艺图。图4是本发明所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的实施例4的工艺图。图5是本发明所述的一种实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑的 实施例1的结构图。图6是图5的A-A剖视图，用以描述起旋器内部的大致结构。图7是本发明所述的一种实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑的 实施例2的结构图。图8是本发明所述的一种实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑的 实施例3的结构图。图9是本发明所述的一种实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑的 实施例4的结构图。
具体实施例方式本发明的具体实施方式
，将通过实施例及附图来加以说明。在图1所示的实施例1中，1是煤气发生装置，2是该煤气发生装置的燃料煤的入 口，3是该煤气发生装置的空气的入口，4是该煤气发生装置的燃料残渣的排出通道，5是该 煤气发生装置产生的煤气的出口，6是热交换器，8和7分别是该热交换器的换热介质的入 口和出口，9是经过换热后温度合乎要求的煤气的出口通道，10是煤气的分支通道(需注意 的是，图中有3路分支通道，仅在一路分支通道中做出了说明标记，其余则与本支路相同)， 11是煤气的分支通道10上的开关阀，12是扫气通道13上的开关阀，14是还原窑，在本实施 例中，它也可以被称为还原罐，15是安装在外排气管16上的开关阀，17是安装在还原尾气 回收管18上的开关阀，19是火力发电厂的生产系统，20是热交换器6的旁路通道。本实施例所示的，是一个以海绵铁为目标副产品的火力发电厂副产铁的生产工艺 系统。本实施例所示的运行过程是这样的由煤气发生装置1制造所需的煤气，该煤气的化学成分应符合煤气中的水分、二 氧化碳的总浓度低于还原二价铁的控制浓度的上限。该装置使用的原料煤可以是块煤(含 人造块煤)，也可以是煤粉；它使用的空气，可以是一般意义上的空气，也可以是富氧空气， 还可以是工业纯氧等；该装置燃料残渣的排出，可以采用固体排渣的方式，也可以采用液态
6排渣的方式等，但是，无论采用何种排渣方式，都要使制造煤气后的煤的大部分残渣由独立 的排出通道排出，使尽量少的煤渣进入还原铁，以减少铁产品中的杂质。由于本实施例的目标副产品为海绵铁，可使煤气进入还原窑14时的温度控制在 800°C 1050°C的范围内，在一般情况下，当来自煤气发生装置1的煤气温度高于该温度范 围时，为了防止原料矿的烧结粘连，影响排料等，需要设置热交换器6，以吸收煤气中的部分 物理显热，使之满足所需的温度要求；热交换器6可以并入火力发电厂的生产系统，由于此 处的热源属于优质热源，因此，也不会带来不利的后果。若产生的煤气的温度已经落在要求 的范围内，则该煤气可通过旁路通道20直接送往还原窑14。由于煤气中含尘会影响换热器 6的换热效果、原料矿的还原速度和产品的纯度，必要时，可增加除尘环节(图中未示出)； 当该除尘环节设置在通道5中时，由于温度较高，建议选用熔融还原系统常用的高温旋风 式除尘器，当该除尘环节设置在通道9中时，由于温度已经不是很高，也可采用其他形式的 高温除尘器；当然，这里也不排斥采用双重的除尘步骤。在本实施例中，采用了 3组还原窑14，当然，其组数也可以更多或更少。装入还原 窑14的原料矿应具有较好的透气性，建议采用人造块矿。当还原过程完成后，再通过扫气 通道13注入惰性气体，例如氮气，以扫除还原窑内残存的煤气，并使被扫除的气体进入还 原尾气回收管18，以进一步利用其物理显热和其中的煤气的化学能。为了降低成本，也可以 采用燃烧废气作为扫气气源。由于对于炽热的还原铁而言，燃烧废气仍具有氧化性，因此， 所供给的气量以刚刚能够完成扫气任务即可。这时，炽热的还原铁最好是直接、就近送往炼 钢炉(电炉或转炉)，以最简洁的方式直接利用其热能，甚至可以将还原窑14本身作为周转 容器来使用。若就近没有炽热的还原铁用户，可通过扫气通道13和外排气管16进行惰性 气体，例如氮气，的循环来冷却炽热的还原铁，并回收其热量。至于有关开关阀的启闭状态 的控制，均属于常识性的内容，就不在此赘述了。由于本实施例中所述的火力发电厂的生产系统19的燃烧和/或换热系统需要考 虑还原尾气的余温，它的锅炉需要考虑还原尾气的煤气的有效含量及燃料本身性质的改 变，因此，它并不是现有火力发电厂的生产系统照搬、照抄，但是，这些都是本专业技术人员 可以解决的，因此，也不在此赘述了。图2是本发明所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的实施例2的工艺图。本实施 例的基本情况与实施例1相似。其主要差别在于，本实施例采用的还原窑是还原窑21。该 还原窑21是一种立窑。为了实现对煤气的密封，该窑的上部设有双层进料阀22，下部则设 有双层卸料阀23，而24则是其还原尾气输出通道。其余部分则与实施例1基本相同。来自煤气的出口通道9的合乎要求的煤气经过原料矿层后，由还原尾气输出通道 24送往火力发电厂的生产系统19。随着原料矿的还原过程的不断完成，获得的海绵铁由下 部的双层卸料阀23排出，而原料矿则从上部的双层进料阀22加入，形成了连续生产的过 程。事实上，无论所述的双层进料阀22还是双层卸料阀23，都可以由其它具有密封功能的 机构代替，例如，可以用双料钟机构代替，可以用其它具有密封功能的进、出料机构代替等。 由双层卸料阀23排出的炽热的海绵铁可以装入保温罐，就近送往炼钢炉，也可以经过惰性 气体冷却后，存放备用。当然，这里也不排斥对它进行余热利用。图3是本发明所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的实施例3的工艺图。本实施 例的基本情况与实施例1或实施例2相似。其主要差别在于，为了克服前述实施例需要采
7用透气性较好的原料矿的这一缺点，本实施例采用的还原窑是还原窑25，且该还原窑25是 一种回转窑。在图3中，26是还原窑25的滚圈，而其托轮和驱动装置等，则在本图中予以省 略，27是原料矿的入口，这时的原料矿可以直接使用原矿矿粉，不需要再要求它的透气性， 28还原铁的出口，29是向煤气中添加煤粉的通道。当然，为了防止煤气外泄，各处还应设有 密封装置，只是图中未示出而已。来自煤气的出口通道9的合乎要求的煤气被送入还原窑25。一般来说，该还原窑 的转速不必太高，可以控制在每分钟20转以内，根据还原窑直径的不同，建议控制在每分 钟0.2 10转的范围内为好。为了增加煤气在还原窑内的滞留时间，可以使所述的煤气是 以旋转状态进入还原窑的。使所述的煤气以旋转状态进入还原窑的具体方法有多种，例如， 可以将窑内煤气的喷口置于还原窑内壁的切向，也可以在进入还原窑的管道中设置起旋器 等。为了提高煤气的还原能力和/或增加煤气保持高还原能力的时间，可以在进入还原窑 的煤气中添加有煤粉，例如，可以通过通道29向煤气中添加煤粉。在本实施例中，可以直接使用矿粉作为原料矿。矿粉可以通过原料矿的入口 27加 入。具体的加入方法较多，例如，可以采用螺旋输送机加入，也可以采用气体喷吹的方法加 入等；必要时，加入矿粉的设备进入高温区的部位还可采取冷却措施。自出口 28排出的温度较高的还原铁，可根据用户的需要进行必要的处理，例如， 进行冷却和/或造块等，然后待用。自输出通道24排出的还原尾气，则进入火力发电厂的生产系统19进行后续的利用。其余，请参见实施例1和/或实施例2的有关说明。图4是本发明所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的实施例4的工艺图。从形式 上看，本实施例的基本情况与实施例3相似，但是，本实施例的目标副产品却是液态铁。本 实施例与实施例3主要差别在于，它取消了热交换器6及其相关部分。来自煤气的出口通道5的高温的煤气被送入还原窑25。一般来说，该煤气的温度 应不低于1380°C，建议彡1450°C，最好彡1500°C。最好给进入还原窑的煤气中添加有煤粉， 以提高煤气的还原能力和/或增加煤气保持高还原能力的时间。具体的添加时机，可以在 该煤气进入还原窑前或刚刚进入还原窑后。与实施例3相同，煤粉可通过通道29进行添加。与前述各实施例相比，在本实施例中，煤气发生装置1制造煤气后的煤的大部分 残渣由独立的排出通道排出更有意义。其基本理由在于，本实施例的产出物为液态，制造煤 气后的煤的大部分残渣若不能由独立的排出通道排出，将会进入铁水，不但增加渣量，还会 显著影响铁水质量。与实施例3相同，最好使煤气以旋转状态进入还原窑，以增加煤气在还原窑内的 滞留时间，提高煤气与原料矿的反应率。使所述的煤气以旋转状态进入还原窑的具体方法 有多种，例如，可以将窑内煤气的喷口置于还原窑内壁的切向，也可以在进入还原窑的管道 中设置起旋器等。本实施例的还原窑的转速不必太高，可以控制在每分钟20转以内，根据还原窑直 径的不同，建议控制在每分钟0. 2 10转的范围内为好。在本实施例中，可以直接使用矿粉作为原料矿。矿粉可以通过原料矿的入口 27加 入。具体的加入方法较多，例如，可以采用螺旋输送机加入，也可以采用气体喷吹的方法加
8入等；必要时，加入矿粉的设备进入高温区的部位还可采取冷却措施。在本实施例中，自出口 28排出的是温度较高的铁水，对所获得的铁水如何利用或 处理，应根据用户的要求进行。在本实施例中，自输出通道24排出的还原尾气，则进入火力发电厂的生产系统19 进行后续的利用。关于本实施例的其它未述及事项，请参见上述其它实施例，特别是参见实施例3 中的有关说明。图5是本发明所述的一种实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑的 实施例1的结构图。在图5中，30是回转窑本体，31是转窑本体中的具有绝热、耐火、耐腐蚀内衬，32是 转窑本体上的滚圈，33是转窑本体上的齿轮，与之配套的托轮装置和驱动装置未在图中示 出；34是回转窑的原料矿的进料端座，该端座也具有绝热、耐火、耐腐蚀内衬，它包括螺旋 送料器35，原料铁矿的入口 36，尾气出口 37，集灰槽38，双层卸灰阀39 ；40是回转窑的产品 铁的出口端座，该端座也具有绝热、耐火、耐腐蚀内衬，它包括煤气入口 41，添加煤粉的入口 42，铁产品收集槽43，产品铁的出口 44，双层卸铁阀45，起旋器46 ；在本还原窑的进料端座 34和出口端座40处还设有密封机构47以及导向机构48和49。另外，还设有向还原窑内 喷吹煤粉的喷枪50，通过该喷枪，可以将煤粉沿着还原窑的轴向喷吹，也可以朝向还原窑的 径向喷吹，还可以将喷头也制成一个起旋器，使煤粉以旋转状态喷入还原窑，且建议采用后 者ο本实施例的工作过程是这样的，温度在600°C 1050°C范围内的煤气由煤气入口 41并经由起旋器46后以旋转状态进入并通过还原窑，然后由尾气出口 37排出。原料矿从 入口 36加入，并由螺旋送料器35送入还原窑内，经过还原窑后，进入铁产品收集槽43，再经 过产品铁的出口 44、双层卸铁阀45送出。为了保证原料矿-还原铁粉的输送过程的顺畅， 可以使还原窑具有一定的倾斜度，例如，倾斜3° 8°。在煤气的入口端，煤气具有对二价 铁的较强的还原能力，足以保证最终铁产品的纯度要求(最好要保证单质铁的含量> 85% 或更高)；随着反应过程的进行，煤气中水分、二氧化碳的总浓度将有所提高，虽然这会对 二价铁的还原能力有所影响，但是，将始终保持对三价铁的还原能力，直到还原尾气由尾气 出口 37排出。由于本发明是将铁产品纳入到了火电厂的副产品中来，重点关注的是煤气具 有高还原能力的那一时段的还原性能的有效利用问题，因此，不必采用特别的技术手段去 提高煤气的有效利用率，并防止成本的增加，因此，还原过程几乎无须进行刻意地控制，这 也正是本发明不追求提高煤气的有效利用率、反而限制其有效利用率的原因。在本实施例中，使用的是较低的还原温度，所获得的也是固体的还原铁(粉)。当 使用较高的还原温度时，例如，将温度控制在850°C 1050°C范围内时，可提高还原速度， 如果再通过添加煤粉的入口 42、喷吹煤粉的喷枪50向煤气内添加煤粉(或碳粉)，有益的 效果将更为明显。在本实施例中，采用双层卸灰阀39、双层卸铁阀45的作用之一是要保持卸料过程 中的煤气的密封，也可以采用其它的既能够卸料，又能够密封的卸料方式，例如，采用螺旋 卸料器或双料钟卸料器等。另外，在原料铁矿的入口 36处、添加煤粉的入口 42处，也同样 需要注意对煤气的密封，由于这些可以由现有技术予以解决，就不在此赘述了。
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在本实施例中，设置导向机构48和49的目的，是要使进料端座34和出口端座40 可以移动，以便于整体更换回转窑本体30。至于导向机构48和49的具体形式，建议采用滑 轨的结构，也比较简单实用，当然，也可以采用滚动导轨或者其它的结构形式。由于可以比 较方便地利用现有技术解决，故而不在此详细说明了。图7是本发明所述的一种实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑的 实施例2的结构图。在图7中，采用了铁产品收集槽51，它是用于收集液态铁的，52表示液态铁的液 面线，53是产品铁的出口，可以参照高炉出铁口的结构原理设置，54是截流槽，用于防止从 还原窑流出的铁水和渣液沿着还原窑的外壁横流，55是在还原窑的内壁上设置的螺旋状导 槽，用以防止还原窑内的熔融物的无序流动，以保证还原窑内的熔融物在还原窑内具有稳 定的停滞和反应时间，使从该还原窑中流出的熔融物的铁的含量保持稳定，这时，还原窑内 的熔融物是沿着螺旋槽流动的，因此，可以使还原窑的中心线保持水平状态，而不必具有一 定的倾角，56是原料矿的加入溜槽，57是原料矿的推料杆，58是出灰导管，59则是水封集灰 槽。其它标号及其含义，请参见上一实施例的有关说明。在本实施例中，还原窑内的温度很高，应当足以使物料在进入还原窑后，能够逐渐 转变为熔融状态。采用原料矿的推料杆57将原料矿推入高温区，是为了防止在原料矿的半 熔融的粘稠状态下使进料通道堵塞，并便于清理，这一点需要给予足够的重视。虽然，给煤气或者向还原窑内添加煤粉(和/或碳粉)不是必需，但是，通过向还 原窑内添加煤粉(和/或碳粉)，可以取得更好的还原效果。这是因为，喷吹煤粉的喷枪50 向煤气内添加的煤粉(和/或碳粉)在重力和/或离心力的作用下，直接和/或间接地进 入铁水和/或还原矿的熔融物中，在高温环境中，将显著加速还原和/或渗碳的过程，提高 生产率。在本实施例的条件下，集灰槽38内积聚的通常是富含铁的液态灰渣，可以采用水 封式的液态除渣方式，也可以采用出铁口式的定期出渣方式，并将回收后的渣综合利用。在本实施例的条件下，在还原窑的内壁上设置的螺旋状导槽55还可以制作得更 深和/或更宽。还原窑的转向要与螺旋状导槽55的旋向匹配，以保证铁水能够流向铁产品 收集槽51。通常，还原窑内的流态物不应漫过螺旋状导槽55，便于与还原窑的转速相匹配， 以实现其在还原窑内的滞留时间和最终铁的还原率的稳定性。需要注意的是，有关部位也应采取密封措施，例如，推料杆57处、原料铁矿的入口 36处、添加煤粉的入口 42处等。图8是本发明所述的一种实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑的 实施例3的结构图。在图8中，在所述的还原窑的中心部位设有导流柱60，以利用导流柱的热容量、高 温辐射作用，以增加对煤气的物理显热利用率，维持还原窑内温度场的稳定性和提高煤气 与待还原原料矿的接触机会。该导流柱可以利用支撑块61架设在还原窑的中心部位，当 然，也可以采用其它的支撑方式。本实施例的其他部分，则与图7所示的实现所述的火力发 电厂副产铁的生产工艺的还原窑的实施例2相同。图9是本发明所述的一种实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑的 实施例4的结构图。
本实施例的特点，可以从图5和图8所示的实施例的结合中加以解读，就不在此赘 述了。需要注意的是一方面，上述各实施例都是本发明的个案，它们的作用之一是对本 发明起解释的作用，而不应理解为对本发明做出的任何限制；另一方面，上述各实施例列举 的技术方案之间还可以互相借鉴。
权利要求
一种火力发电厂副产铁的生产工艺，包括火力发电厂的基本生产过程等，其特征在于1.1将燃煤转化成煤气，煤气的温度≥600℃，煤气中的水分、二氧化碳的总浓度低于还原二价铁的控制浓度的上限，1.2使上述煤气通过还原窑，且原料矿的还原步骤主要是在还原窑内进行，1.3还原过程中所消耗的煤气的有效成分最多为煤气有效成分的总量的35％。
2.如权利要求1所述的火力发电厂副产铁的生产工艺，其特征在于 2. 1所述的煤气的温度彡1380°C,`2.2铁的还原过程主要是在熔融状态下完成。
3.如权利要求2所述的火力发电厂副产铁的生产工艺，其特征在于`3.1进入还原窑的煤气中添加有煤粉。
4.如权利要求1、2或3所述的火力发电厂副产铁的生产工艺，其特征在于`4.1制造煤气后的煤的大部分残渣由独立的排出通道排出。
5.如权利要求1、2或3所述的火力发电厂副产铁的生产工艺，其特征在于`5.1所述的煤气是以旋转状态进入还原窑的。
6.一种实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑，其特征在于 6. 1它是具有绝热、耐火、耐腐蚀内衬的回转窑，`6. 2它具有原料铁矿的入口，产品铁的出口，煤气入口和尾气出口，`6.3它设有铁产品收集槽。
7.如权利要求6所述的实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑，其特征在于`7.1设有向还原窑内喷吹煤粉的喷枪。
8.如权利要求6所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑，其特征在于`8.1所述的还原窑的内壁上具有螺旋状导槽。
9.如权利要求7所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑，其特征在于`9.1所述的还原窑的内壁上具有螺旋状导槽。
10.如权利要求6、7、8或9所述的实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑， 其特征在于`10.1所述的还原窑的中心部位设有导流柱。
11.如权利要求6、7、8或9所述的实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑， 其特征在于`11.1在所述的还原窑的煤气入口处设置着起旋器。
12.如权利要求6、7、8或9所述的实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑， 其特征在于`12. 1在所述的进料端座和出口端座处设置着导向机构。
全文摘要
一种火力发电厂副产铁的生产工艺及其还原窑，包括生产工艺和还原窑两部分内容。本发明要解决的主要技术问题，是燃料煤在燃烧过程中容易获得高还原能力的那一区间的功能浪费问题。该工艺的特征在于首先将燃煤转化成煤气；再使上述煤气通过还原窑并还原原料矿；还原过程中所消耗的煤气的有效成分最多为煤气有效成分的总量的35％。所述的用以实现火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑的特征在于它是一种回转窑。本发明主要用于以副产品的形式获得成本较低的铁产品，并避免焦煤资源的消耗，特别适用于新建火电厂及现有电厂的技术改造。
文档编号C21B13/08GK101871030SQ200910014748
公开日2010年10月27日 申请日期2009年3月2日 优先权日2009年3月2日
发明者于国华, 姚朝胜, 钱纲, 魏新民, 黄东生 申请人:山东省冶金设计院有限责任公司