本实用新型涉及非高炉冶炼技术领域，尤其涉及一种非高炉冶炼用气基还原竖炉的炉顶煤气排放装置及配置有该装置的竖炉。
背景技术：
随着焦煤资源的日益减少以及环保意识的日益提高，高炉冶炼技术的发展受到限制，非高炉冶炼成为备受关注的冶炼技术。气基竖炉作为常用的非高炉直接还原设备因其污染物排放量显著降低、耗水量少、噪音小而具有很强的竞争力和发展潜力。
传统气基竖炉的主体结构总体包括顶部装料系统、中部还原段、下部设置冷却及出料系统。其还原段的上部的侧壁上通常设置一个与外界环境连通的炉顶煤气排放管，原气由竖炉还原段炉顶煤气围管喷嘴输入，上升过程中与炉内氧化球团发生还原反应，到达还原段上部由炉顶煤器排气管排出。然而，由于所有还原气均由还原段上部的一个炉顶煤气排放管排出，极易影响炉内还原气的分布状况，导致炉内不同区域温度差别较大，例如，炉内周边还原气流动频繁温度较高，中心还原气流动缓慢温度较低，使得球团金属化率产生波动，整体金属化率偏低。其次，炉顶气排放管与炉料布料管相互独立，存在炉料预热慢、炉顶煤气粉尘含量多，后续水洗除尘、降温工序压力大，水耗量大。
因此，如何使炉内的还原气均匀分布、提高炉料预热速率以及降低炉顶煤气粉尘含量成为非高炉冶炼领域亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题在于提供一种竖炉炉顶煤气排放装置，其通过将炉顶煤气排放装置与炉顶布料管耦合，使炉顶煤气流经布料管排出，一次性解决了还原气分布不均匀、炉料预热慢以及炉顶煤气粉尘含量多的问题。
依据本实用新型的一种竖炉炉顶煤气排放装置，包含布料管、导出管以及出气口，其中，布料管上端与位于竖炉顶部的炉料分料器相连，下端深入至竖炉的预热段上端；导出管连通布料管和出气口；出气口连通导出管与外部环境。
进一步地，布料管的下端呈圆环状均匀排布，各个布料管通过圆环状炉顶煤气围管彼此连通，导出管连通炉顶煤气围管和出气口。
进一步地，布料管的下端分层呈同心圆环状均匀排布，位于同一圆环上的布料管通过单独的炉顶煤气围管彼此连通。
进一步地，相邻的两个炉顶煤气围管通过连通管彼此连通，导出管连通直径最大的炉顶煤气围管和出气口。
进一步地，连通管均匀分布于相邻的两个炉顶煤气围管之间。
进一步地，相邻的两个连通管之间的夹角等于位于同一圆环上的相邻的两个布料管的圆心角。
进一步地，布料管的下端分层呈同心圆环状均匀排布，位于直径最大的圆环上的布料管通过炉顶煤气围管彼此连通，位于不同圆环上且相邻的两个布料管通过连通管彼此连通。
进一步地，其特征在于，每一布料管下端的管壁上均匀设置有多个集气孔。
进一步地，集气孔分多层沿布料管圆周均匀分布于布料管下端的管壁上。
依据本实用新型的一种竖炉，其包含上述任一项的竖炉炉顶煤气排放装置。
由于采用于上技术方案，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
(1)本实用新型将炉顶煤气排放装置与炉顶布料管耦合，使炉顶煤气流经布料管后排出竖炉，上行的炉顶煤气在布料管内部与下行的炉料发生换热并过滤除尘，强化了炉顶煤气与炉料的换热，降低炉顶煤气排出温度10～21℃，能耗降低4～7kgce/t.DRI，提高了竖炉能量利用率。
(2)以下行炉料做移动过滤床，使炉顶煤气中粉尘含量降低50％左右，降低了后续除尘压力。
(3)相比传统单一位置炉顶煤气排放装置，增加多个炉顶煤气集气口，能够使炉内各部位炉顶煤气均匀排出，炉内各位置单位时间内排出的气量基本一致，炉内还原气分布更加均匀，竖炉中心煤气流及温度得到了提高，竖炉横截面的温度分布更加均匀，加快了直接还原速度，提高了竖炉DRI球团产品质量，生产率提高6～13％。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得显而易见和容易理解，其中：
图1是依据本实用新型的竖炉炉顶煤气排放装置的截面图。
图2是依据本实用新型的竖炉炉顶煤气排放装置的另一截面图。
附图标记说明：
1布料管，2出气口，3导出管，4炉顶煤气围管，5集气孔，6竖炉，7连通管。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
图1和图2分别从不同角度示出了依据本实用新型的竖炉炉顶煤气排放装置的一个实施例。在本实施例中，竖炉炉顶煤气排放装置包含连通炉料粉料装置(未示出)和竖炉6预热段上端空间的布料管1、连通竖炉1内部和外部环境的出气口2、炉顶煤气围管4、导气管3以及连通管7。其中，炉顶煤气围管4用于连通各个布料管1，连通管7用于连通相邻炉顶煤气围管4，导出管3则用于连通炉顶煤气围管4和出气口2。还原气在竖炉1内部自下而上流动，与自上而下的炉料发生还原反应，形成炉顶煤气。高温的炉顶煤气达到预热段上部后，从布料管1底部进入布料管1，在布料管1与炉顶煤气围管4连通处进入炉顶煤气围管4，流入内层炉顶煤气围管4的炉顶煤气经过连通管7进入外层的炉顶煤气围管4，之后由导出管3、炉顶煤气出口2排出竖炉。
具体地，布料管1的上端与位于竖炉6顶部的炉料分料器相连，将球团矿从分料器输送至竖炉6内；其下端深入至竖炉的预热段上端，炉顶煤气从布料管1底部的出料口进入到布料管1内部。上行的炉顶煤气在布料管1内与下行的炉料进行对流换热，同时过滤掉炉顶煤气中携带的部分粉尘颗粒。多个布料管1上端均与分料器相连，下端优选呈圆环状排布，整体构成伞状结构。如此设置便于收集来自炉内不同位置的炉顶煤气。布料管1下端设置有数个集气孔5，优选地，集气孔5可以分多层沿布料管1的圆周均匀分布于布料管1下端的管壁上，便于单位时间内更多炉顶煤气进入布料管内部。
布料管1、炉顶煤气围管4以及连通管可以有多种布置形式。在图1和图2所示的实施例中，布料管1的下端分层呈同心圆环状均匀排布，圆环层数N＝2，每层布料管1的个数n＝10，本领域技术人员可依据工况和生产需求更改圆环层数N和每层布料管1的个数n。相邻布料管1的水平夹角α＝360/n。炉顶煤气围管4的数量与同心圆环的层数N相等，位于同一圆环上的布料管1通过单独的炉顶煤气围管4彼此连通。相邻炉顶煤气围管4之间通过连通管7彼此连通，使流入内层炉顶煤气围管4的炉顶煤气经过连通管7进入外层的炉顶煤气围管4。优选地，连通管7可以均匀分布于相邻的两个炉顶煤气围管4之间，即相邻的两个连通管7之间的夹角β等于位于同一圆环上的相邻的两个布料管1之间的圆心角α。导出管3仅需连接直径最大的(最外层)炉顶煤气围管4和出气口2即可。
作为选择地，在例如小规模生产等特定工况下，如果所需布料管1数量较少，也可省略炉顶煤气围管4，直接通过导出管3将布料管1与出气口2连通。
在本实用新型的另一实施例中，也可将位于直径最大(最外层)的圆环上的布料管1通过炉顶煤气围管4彼此连通，并将位于不同圆环上相邻的两个布料管1通过连通管7彼此连通。由内层布料管1收集的炉顶煤气可通过连通管7逐层向外流动，直至进入最外层的炉顶煤气围管4，之后由导出管3、炉顶煤气出口2排出竖炉6。
使用配置有本实用新型的竖炉炉顶煤气排放装置的竖炉与传统竖炉分别对等量的矿石进行冶炼，并将二者的冶炼周期、能耗水平以及生产率进行对比，结果如表1所示：
表1
其中，(1)还原时间指获得相同金属化率90％的DRI(直接还原铁)所需的还原时间；
(2)生产率指单位时间的生产率。
对比结果表明：与现有技术的竖炉，使用配置有本实用新型的竖炉炉顶煤气排放装置的竖炉直接还原铁冶炼周期缩短20-35min，降低炉顶煤气排出温度10～21℃，能耗降低6～13kgce/t.DRI，提高了竖炉能量利用率，实现了高效低耗生产。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。