本实用新型涉及气基竖炉技术领域，尤其涉及一种带加热装置的气基竖炉。
背景技术：
传统的气基竖炉主要用CO和H2作为还原气，对铁精矿球团进行还原以生产海绵铁，无额外的供热装置，其炉内温度主要依靠还原气体带入的显热和CO还原铁氧化物反应放出的热量来维持，因此，其炉内温度不会太高，通常在800℃-900℃。传统气基竖炉的这一供热特性限制了其应用领域，其所处理的原料必须为富铁氧化物，且由于H2还原铁氧化物需要吸收一部分的热量，会使炉内温度下降，因此还原气中必须含有能够还原放热的CO气体。同时，这种不带加热功能的气基还原竖炉，其所需CO还原气主要来源于天然气重整，即天然气经过与水反应后获得H2和CO。天然气与水反应为吸热反应，虽然所生成的CO与铁氧化物反应时会放出一定的热量来维持炉内温度，但放热量远低于相应的CH4充分燃烧所能放出的热量，造成一定的能量损失，大大降低了天然气的利用率。反应器采用高热值的天然气供热，且所产生的废气余热未能得到利用，造成能量损失，能耗较高。
因此有必要提供一种新的气基竖炉，以改变传统气基竖炉的供热方式，扩大气基竖炉的冶炼温度范围及可处理的矿种，同时提高天然气的利用率。
技术实现要素：
针对上述问题，本实用新型提供一种带加热装置的气基竖炉，以改变传统气基竖炉的供热方式，扩大气基竖炉的冶炼温度范围及可处理的矿种，同时提高天然气的利用率。
本实用新型旨在提供一种带加热装置的气基竖炉，所述气基竖炉包括炉体和蓄热式燃烧系统，其中，所述炉体包括进料段、反应段和冷却段，所述进料段位于所述炉体的上部，所述进料段的一侧设有出气口；所述反应段位于所述炉体的中部；所述冷却段位于所述炉体的下部，所述冷却段上设有进气口；所述蓄热式燃烧系统包括燃烧腔室、蓄热式烧嘴、炉顶气管道、天然气管道和空气管道，所述燃烧腔室围绕在所述气基竖炉炉体的反应段外部；所述蓄热式烧嘴成对设置，分别位于所述燃烧腔室的顶部、底部和炉壁上；所述蓄热式烧嘴分别与所述炉顶气管道、天然气管道和空气管道连通，所述炉顶气管道与所述炉体进料段上的出气口相连通。
上述的气基竖炉，位于所述燃烧腔室的顶部和底部的相对设置的成对工作蓄热式烧嘴中，一个蓄热式烧嘴用于燃料燃烧，另一个蓄热式烧嘴用于排烟，燃烧和排烟周期性轮换。
上述的气基竖炉，每一个所述蓄热式烧嘴包括空气喷口、燃气喷口、蓄热室、空气三通阀和燃气三通阀，所述蓄热室朝向所述燃烧腔室内侧的一端分别连接所述空气喷口和燃气喷口，所述蓄热室的另一端分别连通所述空气三通阀和燃气三通阀。
上述的气基竖炉，所述蓄热室包括沉降室、蓄热段和进气口，其中，所述沉降室包括空气沉降室和燃气沉降室，所述空气沉降室与所述空气喷口相连通，所述燃气沉降室与所述燃气喷口相连通；所述蓄热段包括空气蓄热段和燃气蓄热段，所述空气蓄热段与所述空气沉降室相连通，所述燃气蓄热段与所述燃气沉降室相连通；所述进气口包括空气出入口和燃气出入口，所述空气出入口与所述空气三通阀相连通，所述燃气出入口与所述燃气三通阀相连通。
上述的气基竖炉，所述空气三通阀包括空气换气阀、空气阀门、空气进气口、空气出气口和空气废气出口，所述空气换气阀分别连通所述空气进气口、空气出气口和空气废气出口，所述空气出气口与所述蓄热室的空气出入口相连，所述空气进气口与所述空气管道相连的通道上设有所述空气阀门。
上述的气基竖炉，所述燃气三通阀包括燃气换气阀、燃气阀门、燃气进气口、燃气出气口和燃气废气出口，所述燃气换气阀分别连通所述燃气进气口、燃气出气口和燃气废气出口，所述燃气出气口与所述蓄热室的燃气出入口相连，所述燃气进气口分别与所述天然气管道、炉顶气管道相连。
上述的气基竖炉，所述天然气管道与所述燃气进气口连通的管道上设有天然气阀门。
上述的气基竖炉，所述炉顶气管道与所述燃气进气口连通的管道上设有炉顶气阀门。
上述的气基竖炉，位于所述燃烧腔室的炉壁上成对工作的两个蓄热式烧嘴相邻设置，一个蓄热式烧嘴用于燃料燃烧，另一个蓄热式烧嘴用于排烟，燃烧和排烟周期性轮换。
上述的气基竖炉，所述进气口设有多个，均匀分布在所述冷却段的外壁，所述进气口与所述蓄热式燃烧系统的天然气管道相连通。
本实用新型改变了传统气基竖炉的供热方式，比传统气基竖炉的工作温度范围广，可处理所有在1300℃以下能被天然气还原的金属矿，原料适应性强，且温度控制相对可控、简便、稳定；可同时采用高热值的天然气和天然气还原金属矿后所产生的低热值炉顶气作为燃气，实现了天然气同时作为燃气和还原气的双重作用，提高了天然气利用率；排出的废气温度低，提高了能量利用率，降低了冶炼能耗。
附图说明
图1为本实用新型带加热装置的气基竖炉结构示意图；
图2为本实用新型带加热装置的气基竖炉蓄热式燃烧系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。
为了扩大气基竖炉冶炼温度范围，简化气基竖炉温度控制方式，增加气基竖炉的原料适应性，降低气基竖炉反应能耗，提高天然气利用率，本实用新型提供一种带加热装置的气基竖炉。
如图1所示，气基竖炉包括炉体1和蓄热式燃烧系统2。
所述炉体1包括进料段11、反应段12、冷却段13。出气口14和进气口15。
进料段11位于炉体上部，上窄下宽，使用保温耐材砌筑。
所述反应段12位于炉体中部，采用导热系数高的耐材砌筑，有利于从燃烧系统中获得热量。
所述冷却段13位于炉体下部，上宽下窄，两侧采用透气砖砌筑，有利于分散气体流向，保证炉内气体分布相对均匀。
炉体1的出气口14只有一个，位于进料段一侧，以便于导出反应后生成的气体，有利于促进反应的进行。
炉体1的进气口15有数个，均匀分布在冷却段外壁。
如图2所示，所述蓄热式燃烧系统包括燃烧腔室21、蓄热式烧嘴22、炉顶气管道23、天然气管道24、空气管道25。所述蓄热式烧嘴22分别与所述炉顶气管道23、天然气管道24和空气管道25连通，所述炉顶气管道23与所述炉体进料段上的出气口14相连通。所述炉体的进气口15与蓄热式燃烧系统的天然气管道24相通。
所述燃烧腔室21围绕在所述气基竖炉炉体1的反应段12外部，所述燃烧腔室21炉壁上设有测温通道(未示出)。所述蓄热式烧嘴22有多个且成对出现，分别位于燃烧腔室21的顶部、底部和炉壁上，其中位于顶部和底部的相对的两个蓄热式烧嘴一个用于燃料燃烧，一个用于排烟，并进行周期性轮换。炉壁上则是相邻的两个蓄热式烧嘴，一个用于燃料燃烧，一个用于排烟，并进行周期性轮换。
每一个所述蓄热式烧嘴22主要包括空气喷口221、燃气喷口222、蓄热室223、空气三通阀224、燃气三通阀225，如图2所示。所述蓄热室223朝向所述燃烧腔室21内侧的一端分别连接所述空气喷口221和燃气喷口222，所述蓄热室223的另一端分别连通所述空气三通阀224和燃气三通阀225。
所述蓄热室223主要包括沉降室、蓄热段和进气口。沉降室、蓄热段和进气口依序设置并连通。所述沉降室包括空气沉降室223-1和燃气沉降室223-2，空气沉降室223-1与空气喷口221相连通，燃气沉降室223-2与燃气喷口222相连通。所述蓄热段包括空气蓄热段223-3和燃气蓄热段223-4，空气蓄热段223-3与空气沉降室223-1相通，燃气蓄热段223-4与燃气沉降室223-2相通。所述进气口包括空气出入口223-5和燃气出入口223-6。所述空气出入口223-5与所述空气三通阀224相连通，所述燃气出入口223-6与所述燃气三通阀225相连通。
所述空气三通阀224包括空气换气阀224-1、空气阀门224-2，空气进气口224-3，空气出气口224-4和空气废气出口224-5。所述空气换气阀分别连通所述空气进气口224-3、空气出气口224-4和空气废气出口224-5。所述空气出气口224-4与所述蓄热室的空气出入口223-5相连，所述空气进气口224-3与空气管道25相连。所述空气进气口224-3与所述空气管道25相连的通道上设有所述空气阀门224-2。所述空气出气口224-4与所述蓄热室223的空气出入口223-5相连。
所述燃气三通阀225包括燃气换气阀225-1、燃气阀门225-2，燃气进气口225-3，燃气出气口225-4和燃气废气出口225-5。所述燃气换气阀分别连通所述燃气进气口、燃气出气口和燃气废气出口。所述燃气出气口225-4与所述蓄热室223的燃气出入口223-6相连。所述燃气进气口225-3分别与所述天然气管道24、炉顶气管道23相连。
炉顶气管道23与燃气进气口225-3的连通管道上设有炉顶气阀门226。天然气管道24与燃气进气口225-3的连通管道上设有天然气阀门227。
本实用新型气基竖炉的实际工作温度为800-1300℃，比传统气基竖炉的工作温度范围广，且温度控制相对可控、简便、稳定。
本实用新型可处理所有在1300℃以下能被天然气还原的金属矿，原料适应性强。
本实用新型采用蓄热式烧嘴，可同时采用高热值的天然气和天然气还原金属矿后所产生的低热值炉顶气作为燃气，实现了天然气同时作为燃气和还原气的双重作用，提高了天然气利用率。
本实用新型采用蓄热式烧嘴，排出的废气温度低，为150-300℃，提高了能量利用率，降低了冶炼能耗。
实施例
首先填充炉体1的冷却段13。将金属化球团产品装入炉体中，使其填充炉体1的冷却段13，金属化球团的料面略高于反应段12与冷却段13的相交界面。
对炉体进行加热。通入天然气和空气，使部分蓄热式烧嘴22进行燃烧放热，同时其他蓄热式烧嘴进行蓄热、排烟，如图2所示。通过蓄热式烧嘴22加热炉体反应段12，使炉体温度升至所需温度。根据所处理原料反应温度的不同，燃烧腔室温度可调整，一般温度控制在900-1400℃，对应炉体1的反应段12的实际工作温度约800-1300℃。加热炉体时，蓄热式烧嘴22的炉顶气阀门226和炉体1的进气口15均处于关闭状态。
进料。炉体达到所需温度后，从炉体1的进料段11加入所要处理的原料，原料的料面不超过反应段12与进料段11的相交界面，进料结束后封闭炉顶。所处理原料为金属矿，该金属矿的主要金属氧化物在1300℃以下均可以被天然气CH4还原成金属(如铬铁矿、铁矿、钒钛磁铁矿等)。若反应为吸热反应，则相应增加蓄热式燃烧系统2的燃气的通入量，以维持反应段12的温度，若反应为放热反应，则相应减少燃烧系统2的燃气的通入量，以维持反应段12的温度。原料可以是块矿也可以是矿粉制成的球团。
进行还原焙烧。从炉体1的进气口15通入天然气，天然气经冷却段被金属化球团产品预热后不断上升，与反应段内的金属化球团发生还原反应，每炉反应时间约2-6h。还原后的气体为大量的CO、H2和少量的CO2、H2O。还原后的气体经炉体1的出气口14进入燃烧系统2的炉顶气管道23。所述还原后的气体的热值低于天然气热值，但其总量大于通入的天然气量，其全部燃烧所能放出的总热量等于或略低于所通入天然气直接燃烧所能放出的热量。
炉顶气的利用。在进行气体还原反应的同时，打开蓄热式烧嘴22的炉顶气阀门226，通入炉顶气，同时根据炉内温度不断减少蓄热式烧嘴22的天然气鼓入量，甚至关闭蓄热式烧嘴22的天然气阀门，停止天然气的通入。
出料。反应约2-6h后，打开炉体1的炉底进行出料，每次出料未出尽，保留部分成品金属化球团于冷却段内，用于加热下一炉冶炼时通入的作为还原气的天然气。可通过称重来控制出料量，以保证炉内剩余金属化球团产品的料面略高于反应段12与冷却段13的相交界面。出料时保持燃烧系统2的工作，以维持炉内温度，其中燃气和炉顶气的通入量可根据炉内温度情况随时进行调整，以多用炉顶气，少用天然气为原则进行调节。出料后直接进料，进行下一炉冶炼。
下面介绍蓄热式烧嘴22的具体工作方式。如图2所示，以一对蓄热式烧嘴22为例，具体阐述其工作过程。成对蓄热式烧嘴采取周期轮换式工作。第一个周期内左侧蓄热式烧嘴处于燃烧工作状态，右侧蓄热式烧嘴处于排烟工作状态。左侧蓄热式烧嘴处于燃烧工作状态时：A、打开左侧天然气阀门227、左侧炉顶气阀门226和左侧燃气阀门225-2，转动左侧燃气换气阀225-1，使左侧蓄热室223的燃气出入口223-6与左侧燃气出气口225-4相通，燃气先后经左侧燃气蓄热段223-4预热、左侧燃气沉降室223-2沉降粉尘颗粒后通入左侧燃气喷口222。B、打开左侧空气阀门224-2，转动左侧空气换气阀224-1，使左侧蓄热室223空气出入口223-5与左侧空气出气口224-4相通，空气先后经左侧空气蓄热段223-3预热、左侧空气沉降室223-1粉尘颗粒沉降后，通入左侧空气喷口221。燃气与空气在燃烧腔室21左侧进行燃烧放热，加热燃烧腔室。与此同时右侧蓄热式烧嘴22的排烟工作状态为：左侧蓄热式烧嘴22燃烧后的烟气，通过燃烧腔室21，部分烟气经右侧蓄热式烧嘴22的空气沉降室223-1沉降粉尘颗粒、加热空气蓄热段223-3后，通过右侧蓄热室223的空气出入口223-5进入右侧空气三通阀224的空气出气口224-4，经右侧燃气换向阀与右侧燃气废气出气口224-5相连通。此时右侧燃气阀门225-2关闭。其余烟气经右侧蓄热式烧嘴22的燃气沉降室223-2沉降粉尘颗粒、加热燃气蓄热段223-4后，通过右侧蓄热室223的燃气出入口223-6进入右侧燃气三通阀224的燃气出气口225-4，经右侧燃气换气阀225-1与右侧燃气废气出口225-5排出，烟气温度为150-300℃，此时右侧燃气阀门225-2、右侧天然气阀门227、炉顶气阀门226关闭。一个周期后，左侧蓄热式烧嘴变为排烟工作状态，右侧蓄热式烧嘴变为燃烧工作状态，每一个周期为60-300s。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。