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，竖炉热损失相对较大，其中大约40％的热量被炉顶煤气带走。
因此，如何使炉内的还原气均匀分布、降低炉顶煤气粉热损失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，其通过强化炉顶煤气与竖炉中心区域球团换热，同时将通过中心布料管的炉料限定为移动过滤床净化炉顶煤气，达到提升竖炉中心温度，提高直接还原铁品质及竖炉生产效率，降低能耗的目的。
依据本实用新型的一种竖炉炉顶煤气排放装置，包含引流罩、中心布料管以及出气管，其中，引流罩笼罩于竖炉预热段上端，并且引流罩顶部的中心设置有集气孔；中心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与引流罩的顶部相连，其中，中心布料管下端的炉料排出口与集气孔重合；出气管设置于中心布料管的侧壁上，用于连通中心布料管与外部环境。
进一步地，引流罩具有倒置的碗状结构，并且引流罩的结构中心位于竖炉的中轴线上。
进一步地，集气孔下方设置有过滤装置。
进一步地，过滤装置包含具有台体结构的过滤装置本体和安装于过滤装置本体侧壁上的过滤筒，过滤装置本体的上开口面积大于下开口面积，过滤装置本体和过滤筒共同限定位于过滤装置内部的过滤腔体。
进一步地，过滤筒具有多孔结构，孔径为0.001-0.04mm，孔的密度为1000-5000个/cm2。
进一步地，引流罩下端高于过滤装置本体的下开口，并且下开口的面积大于集气口的面积。
进一步地，竖炉炉顶煤气排放装置包含侧布料管，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。
进一步地，引流罩下端高于布料管下端的炉料排出口。
进一步地，布料管的下端分层呈同心圆环状均匀排布。
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)本实用新型的炉顶煤气排出装置通过强化炉顶煤气与炉料换热，可提高竖炉中心温度20～40℃，还原时间缩短10～20min，能耗降低3～8kgce/t.DRI，生产率提高5～10％，提高了竖炉能量利用率及生产效率。
(2)设置炉顶煤气过滤装置对炉顶煤气进行过滤除尘，降低炉顶煤气含尘量50％左右，降低了后续除尘压力。
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引流罩，11集气孔，2中心布料管，21炉料排出口，3出气管，4过滤装置本体，5过滤筒，6过滤腔体，7侧布料管，8竖炉。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，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引流罩1、中心布料管2以及出气管3。其中，引流罩1笼罩于竖炉8的预热段上端，利用其倒置的碗状结构将上升至预热段的炉顶煤气聚拢于顶部，由设置于该引流罩1顶部中心的集气孔11收集。优选地，引流罩1的结构中心位于竖炉8的中轴线上，以使炉内的气流均匀分布。中心布料管2上端与位于竖炉8顶部的炉料分料器相连，下端探入至竖炉8的预热段上端与引流罩1的顶部相连，其中，中心布料管2下端的炉料排出口21应与引流罩1顶部的集气孔重合。出气管3设置于中心布料管2的侧壁上，用于连通中心布料管2与外部环境。还原气由位于还原段下端进入竖炉8内部，自下而上与炉料反应，形成炉顶煤气。上行的炉顶煤气由集气罩1聚拢后经集气孔11进入中心布料管2，在中心布料管2中与下行的炉料进行对流换热，同时锅炉掉炉顶煤气中携带的部分粉尘颗粒，之后由出气管3排出竖炉8外。
进一步地，还可以在集气孔11的下方设置过滤装置。在本实用新型的实施例中，过滤装置包含具有台体结构的过滤装置本体4和安装于该过滤装置本体4侧壁上的过滤筒5，并且过滤装置本体4和过滤筒5共同限定了位于过滤装置内部的过滤腔体6。相比于柱体结构，台体结构包含面积较大的侧壁，进一步增大了过滤面积，以提高炉顶煤气的过滤效率。过滤装置本体4的上底面和下底面分别设置成上开口和下开口，其中，上开口的面积大于下开口的面积，使其侧壁与水平方向的夹角α＝30°～60°，优选40°～50°利于上行炉顶烟气穿过过滤筒5进入过滤腔体6内；下开口面积大于炉料排出口21的面积，避免落下的炉料对过滤装置造成损坏。过滤筒5具有多孔结构，其孔径设置为0.001-0.04mm，孔的密度设置为1000-5000个/cm2。炉顶煤气由集气罩1聚拢后经过滤装置本体4的下开口和滤筒5侧壁进入过滤腔体6，与过滤腔体6和中心布料管2内的冷炉料接触进行过滤和换热，后由炉顶煤气出口3排出竖炉本体8外。优选地，引流罩1的下端设置成高于过滤装置本体4的下开口，以使过滤腔体6和中心布料管2内的冷炉料尽早地接触高温炉顶煤气。
在本实用新型的实施例中，竖炉炉顶煤气排放装置还可以包含侧布料管7。该侧布料管7的上端与位于竖炉8顶部的炉料分料器相连，将球团矿从分料器输送至竖炉8内；其下端深入至竖炉的预热段上端，一部分高温的炉顶煤气从侧布料管7底部的出料口进入到侧布料管7内部，使上行的炉顶煤气在侧布料管7内与下行的炉料进行对流换热，适当降低缩短炉料预热时间。优选地，多个侧布料管7上端均与分料器相连，下端可分层呈用心圆环状均匀排布层数N≥2，每层布料管的个数为n，相邻侧布料管7水平夹角β＝360/n。每一根侧布料管7斜穿过引流罩1，其与引流罩1相交的部位可通过焊接的方式相连。进一步优选地，引流罩1下端可以高于侧布料管7下端的炉料排出口，以使部分高温炉顶煤气先进入侧布料管7与下行的炉料进行热交换，再随炉料排出被集气孔2收集。
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使，炉顶煤气含尘量降低40～52％，，降低炉顶煤气含尘量40～52％，促使竖炉中心区域炉料温度升高20～35℃，降低了竖炉能耗，同时缓解了后续降温除尘工序压力。
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。