专利名称：节能隧道还原炉的制作方法
技术领域：
本实用新型属于煤、气基直接还原炼铁，或炼型焦的高温反应器设备的技术领域， 具体涉及一种节能隧道还原炉。
背景技术：
目前国内国际的隧道还原炉、窑主要有以下两大类比较普通的是罐装法隧道还原炉，其窑型是一条笔直的涵洞，涵洞有长有短，有宽 有窄，有高有低，洞内有道轨供窑车行进。在靠近入口的部位窑顶或两侧窑墙上留有若干个 排烟气孔，通过引风机或高烟囱的吸力将烟气从窑内抽出；大约在窑的中部段的窑顶上留 有投煤或观火孔，或在窑的两侧墙上有若干个煤气火嘴。通常窑头(入口)设有窑门，顶车 时打开，运行时关闭，窑尾(出口)是敞开的。直接还原炼铁时，将铁矿粉与煤粉及脱硫剂掺 和或分层装入特别的耐火罐内，罐装到窑车上，将载罐的窑车一个接一个从窑头顶向窑尾， 在窑的中部通过窑顶投煤或窑侧喷煤气在窑内燃烧，助燃的空气是由窑头抽烟的引风机或 高烟囱，从敞开的窑尾吸入窑内的(也有个别窑尾有门，但门上有若干个鼓风机向窑内鼓 风)，火焰首先加热罐体，罐体再传热给罐中的铁矿粉、煤粉等料，升温到一定温度后，罐中 的煤夺取矿粉的氧，将铁还原。当窑车被推进到燃烧区后段，窑车上的罐及罐内物被吸入窑 内与车逆行的冷空气冷却，直至冷却到50°C以下出窑后，卸出罐内的还原铁及煤灰等，再重 新将铁矿粉、煤粉等装入罐内，从头到尾再来。此法的工艺特点是燃烧投入的煤或喷入的煤 气是在窑内燃烧，火焰直接烧罐，由罐传热罐内物料，整个窑内大空间是氧化性气氛，罐内 是还原气氛。当罐处在火焰区时，罐内煤还原铁，副产的煤气(CO)以及煤的挥发份(H2、C0、 CnHm)逸出罐后将被氧化燃烧。而处在火焰区前段罐内逸出的还原副产煤气特别是煤的挥 发份(煤的挥发份在此区大量甚至全部逸出)，由于此处窑内无氧或缺氧(空气中的氧在火 焰区已消耗掉)，这些还原性气体(C0、H2)或可转变成还原性气体的可燃性气体(CnHm)，就 混合在燃烧区产生的烟气(N2、C02、H20等)中，被引风机或高烟囱抽出窑外排空了，造成了 空气污染和有用气体的浪费，致使该法能耗较高。其优点是机械化甚至自动化程度可以提 高，连续性生产、效率高、产品质量稳定，窑体本身投资适中，但配套设备(外加热源的煤气 发生炉)投资大，还原罐不仅投资大，而且冷热交替易损。装卸料易产粉尘。另一种方法叫车底还原炉，其结构及工作原理与如上所述的隧道窑基本类同，主 要不同点有四其一，本法窑内空间较小，窑顶至车底间的距离较小；其二，本法不需要罐， 是将铁矿粉、煤粉、脱硫剂混合后先造球，然后将球平铺在车底上(较薄)；其三，燃烧的煤 气及助燃空气都是从窑体中部分布的若干火嘴鼓入的，空气不是从窑尾口吸入，也就是其 冷却剂不是空气；其四，在窑尾口鼓入惰性气(N2),阻止空气进入，还原好的小球被惰性气 体冷却。此法的优点是不再需要罐及装罐，减少了罐的投资及日常补充开支；粉尘较小，机 械化自动化程度都可以提高，还原速度快，但设备周转运行快作业强度大。其工艺特点是， 火焰在窑的上部燃烧，上部空间是氧化性气氛，而车底围绕小球的小空间，由于还原副产煤 气的不断逸出，形成局部还原性气氛。当车载着小球未达火焰区时，已逸出的挥发份气体(H2, CO, CnHm)以及少量还原副产煤气(CO)也都不能有效利用。该法需要专门制备惰性气 体，既增加了投资又加大了成本费用。
发明内容本实用新型为了解决现有隧道式煤基(煤为还原剂)直接还原炼铁设备存在的问 题，采用类似焦炉炼焦的原理，提供了一种节能遂道还原炉。本实用新型采用如下技术方案实现节能隧道还原炉，包括炉道，其特征在于炉道 是砌筑的直筒隧道，其入口和出口处分别可升降的用入口内门、入口外门和出口内门、出口 外门封闭，炉道底部设有供隧道车行进的道轨，在靠近入口内门的两侧炉墙上各有用耐火 砖砌筑的抽煤气孔，在靠近出口内门的炉顶上有通入炉道内的还原煤气管，在靠近炉道的 中部两侧炉墙外各有一个煤气燃烧室，在每个煤气燃烧室内有数个用耐火砖砌筑的大孔花 格蓄热墙，在每个煤气燃烧室的两端都装有若干小孔蓄热体，在每个煤气燃烧室的两端外 部，都用锥形罩将各个小孔蓄热体群罩着，锥形罩中央连接有风/烟气管，在每个小孔蓄热 体群两侧有通入煤气燃烧室的燃烧煤气管。节能隧道还原炉，一种窄而高的隧道炉，在炉的两头及靠近两端适当位置各安装 一个可升降的门(共计4个门)，其中两头的门都可将炉全封闭，两个内门是将炉内车底至 炉顶的上部空间隔断封闭。在靠近入口段内门处的炉墙两侧留有若干孔，通过管道阀门与 冷却器、脱水器、引风机、煤气包连通，窑内还原副产的煤气及煤挥发份可燃气，一同经孔道 被集中抽送到煤气包。在炉的中部两侧炉墙外有两个煤气燃烧室，这部分的炉墙采用导热性好的耐火材 料(如SiC)砌筑，其作用除了支撑炉顶外，还将火焰与炉内隔断，并将燃烧室的热量传输到 炉内。在每个燃烧室的两端都有煤气入口、空气入口(兼作烟气出口)及特制的余热回收 小孔蓄热体。通过特别的切换阀，使煤气、空气定时切换从两端的某一段进入燃烧室燃烧， 与此同时烟气被切换从另一段原空气管口被抽出。在靠近燃烧室两端顶部装有防爆管及盲 板，在燃烧室外有供操作及维修的小空间及人孔管与外界连通。在燃烧室横断面有数个用 耐火砖砌筑的花格孔蓄热墙。在靠近出口内门适当位置有煤气管通入隧道炉内。本实用新型相对现有技术具有如下有益效果1、本实用新型操作前半流程是湿法运行(加水搅拌、压块、干燥)，后半流程是块 型运行(入炉、还原、出炉、钝化、储存)，没有粉尘污染，作业环境很好；2、与其它各种直接还原铁的炉型比，本炉型只需消耗还原煤，不需或极少补供燃 烧煤(或外供燃烧煤气)。还原反应所需的化学能、热能是自产自消(还原反应副产的煤气 CO及煤的挥发份H2、CO、CnHm，先从炉内抽出，此过程利用煤气作载体将炉内已还原好的铁 块的物理潜热，从炉头带到炉尾并传热给刚入炉的车载压块；煤气抽出炉外，经冷却脱水后 (H2还原铁副产H2O)，一部分供燃烧室燃烧放热，维持还原反应温度，一部分从炉头的煤气 管鼓入炉内，使炉头待出炉的已还原好的热铁块冷却，煤气将物理潜热带到炉尾预热入炉 压块；鼓入炉头的煤气中富含H2 (约40% )及CnHm(约8% )，CnHm遇到高温、高气孔率、高 活性的海绵铁催化裂解成CO及H2,由此提高了煤气的还原能力。当此种煤气穿过最高温的 还原段时，H2、CO夺取氧化铁的氧还原出铁(氢气还原为主)，还原反应副产的水蒸汽经冷 却脱水后又恢复了煤气的还原能力，混合中温段逸出的煤的挥发份从炉头鼓入，遇高温铁，CnHm催化裂解后进一步提高了煤气的还原能力，循环往复满足了还原反应所需的化学能和 热能。3、由于不需外供热源，本法能耗很低；特别是有相当比例的氢还原，与碳还原相 比，H2与C夺氧还原铁消耗当量相同，但H2是C重量的1/6，相比能耗极低；4、不需外供热源，亦即减少了排放；H2还原生成H2O,经脱水后，排放总量更少；特 别是减排了温室气体CO2的排放；5、本法炉内全程还原气氛，隔墙炉外的燃烧室是氧化气氛，操作易掌控，产品质量 很稳定；6、由于采用了小孔蓄热体回收烟气余热，入燃烧室的空气温度可达500°C以上，不 仅节能，而且火焰稳定，若干蓄热墙又起到了稳定炉温的作用，使整个操作过程轻松简单；7、炉两侧与燃烧室的隔墙，相当于罐装法的“罐”，但本法既不需装罐，避免了操作 的麻烦，相比罐的运行过程，本法的隔墙没有冷热频繁交换问题，寿命极高。8、本法非常简单而巧妙地兼容了煤基和气基两种还原法，综合了两种还原法的优占.
^ \\\ 9、本法可大可小很易实现，就象焦炉一样，只需增加并联数就增加了产能，而且并 联比单炉更节能，一是相对减少了燃烧室，二是并联使窑体保温性能更好。10、比其它炉、窑型占地少、投资少，运行成本低。
图0为节能隧道还原炉纵剖视图图1为图0的1-1横剖视图图2为图0的2-2横剖视图图3为图0的3-3横剖视图图4为图0的4-4横剖视图图5为图0的5-5横剖视图图6为图0的6-6横剖视图图中1_入口外门(钢焊)，2-入口内门(钢焊、水冷)，3-抽煤气蝶阀(外购)， 4-抽煤气孔(耐火砖砌筑)，5-人孔筒、盖(钢焊)，6-风/烟气管(钢焊)，7-燃烧煤气管 (钢管)，8_调风/烟蝶阀(外购)，9-调煤气蝶阀(外购)，10-小孔蓄热体(瓷，外购)， 11-防爆管、盲板(钢管、橡胶石绵板)，12-大孔花格蓄热墙(耐火砖砌)，13-还原煤气管 (钢管)，14-出口内门(钢焊、水冷)，15-出口外门(钢焊、水冷)，16-还原铁压块，17-隧 道车，18-道轨，19-煤气燃烧室，20-锥形罩，21-冷却器，22-脱水器，23-引风机，24-煤气 包。
具体实施方式
结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步说明，实施例是用来说明本实用 新型的，而不是对其作任何限制。由图0可见，节能隧道还原炉首先是一个用门封闭的卧倒的直筒砌体。在其左右 两头分别由入口外门1及出口外门15将整个炉道与外界封闭(进、出车时分别开启，但两
5内门封闭)。由图0结合图6可见，在节能隧道还原炉靠近左右两端分别由入口内门2及出口 内门14将隧道车17上部的空间进一步封闭(车前进时两外门封闭，两内门同时开启)。由图0结合图1可见，在靠近入口内门2适当位置的两侧炉墙下部(与隧道车17 的车底平面高度相当)，用耐火砖砌筑成若干个抽煤气孔4，通过管道、抽煤气蝶阀3与煤气 总管、冷却器21、脱水器22、引风机23、煤气包24(后4项图中仅为示意)联通。通过煤气 包将煤气分送到燃烧煤气管7及还原煤气管13。由图0结合图2、图3、图4可见，在还原炉中部两侧炉墙外，各有一个煤气燃烧室 19。由图0结合图4可见，煤气燃烧室19的左右两头装有一定厚度的小孔蓄热体10， 在两侧小孔蓄热体附近位置，煤气燃烧室19的顶部装有通向外界的防爆管、盲板11。由图0结合图2、图4可见，在煤气燃烧室19的两头外部有一个供调阀和检修的空 间，该空间通过爬梯及人孔筒、盖5与外界相通。在该空间用若干个钢焊的锥形罩将小孔蓄 热体10罩住，锥形罩的中央联接有风/烟气管6，每根风/烟气管6都装有调风/烟气蝶阀 8 ；在每个锥形罩的两侧，亦即每个小孔蓄热体10的两侧装有通入煤气燃烧室19的燃烧煤 气管7，每根燃烧煤气管7均装有调煤气蝶阀9。由图0结合图5可见，在靠近出口内门14 一个车位的炉顶上装有还原煤气管13。本实用新型的具体实施过程如下(一)、前期准备1、铁矿粉、褐煤面、石灰石粉、粘结剂以一定比例配料；2、上述四种料补水充分搅拌均勻；3、高压压块(湿强度彡3MPa)并码车(全部自动化，本图例为码10层)；4、车载压块入干燥窑预热干燥，提高强度(干燥窑热源为隧道还原炉燃烧室透过 小孔蓄热体排出的烟气)；5、干燥好的车载压块顶入隧道还原炉至燃烧室的部位为止。(二)、点炉1、由图0和图2所示，燃烧煤气管7和风/烟气管6将零时外补煤气和空气送至 煤气燃烧室19燃烧，(此前一定特别注意提前在燃烧室内预先点着液化气明火，当燃烧室 内温度高于煤气燃点后，才可撒去明火)；2、开启烟气引风机将煤气燃烧的烟气从煤气燃烧室19另一侧的风/烟气管6抽 出；3、注意调整煤气及风的送入量以及引风量，由小到大由弱到强，点炉火太大容易 烧裂煤气燃烧室19与炉道的隔墙，隔墙有裂缝就难保炉道的还原气氛；4、当炉道内温度达到煤的挥发份溢出温度时，开启煤气引风机并微调抽煤气蝶阀 3，使炉道内保持微负压，抽出的挥发份可燃烧气逐步替补临时外补煤气量，直至取而代之。5、当燃烧室温度达到煤气燃点后，除撤去明火外，开启自动四通换向阀(约30秒 换一次向)及煤气自动切断阀，让煤气和空气分别从图0所示的左、右煤气管及风/烟气管 6进入燃烧室，同时烟气交替从图0所示的右、左风/烟气管7抽出，此时烟气的余热被小孔 蓄热体回收，交替换向后又被穿过小孔蓄热体的空气将余热带入燃烧室，减少煤气消耗，实现节能减排。(三)、运行1、当炉道内温度达到1100-1200°C时，还原铁压块内快速发生煤(C)夺取铁矿粉 (氧化铁)中的氧(0)，还原铁的反应。副产大量煤气(CO)和挥发份(H2、CO、CnHm)气体， 除供给燃烧室燃烧放热，维持炉温外，可分流一部分混合气(煤气+挥发份)通过还原煤气 管13进入靠近出口的炉道，依靠煤气引风机的抽力，此部分煤气将顺炉道流向炉道入口的 抽煤气孔4，与车载的还原铁压块16逆流而行，途经最高温的煤气燃烧室19对应炉道区，混 合气中的C0，特别是H2积极参与夺0还原铁的反应，混合气中的CnHm被高温高活性的还原 铁催化裂解为CO、H2,进一步参与夺0还原铁的反应。2、开始向炉内顶车(补加压块)，首先开启入口外门1，将新补车顶入入口外门1 与入口内门2之间的炉道内，关闭入口外门1 ；3、然后同时打开入口内门2及出口内门14将新补车顶进一个车位，亦即将已还原 好的载铁隧道车17顶出一个车位，停止后隧道车17中央的空位恰好正对二个内门，如图0 所示车空位正对出口内门14。关闭入口内门2及出口内门14将隧道还原车上部炉道空间 进一步封闭；4、开启出口外门15，将还原好的一车还原铁压块16拉出炉道后，关闭出口外门 15 ；5、如此循环往复，实现节能隧道还原炉以煤、气基直接还原铁。
权利要求一种节能隧道还原炉，包括炉道，其特征在于炉道是砌筑的直筒隧道，其入口和出口处分别用可升降的入口内门(2)、入口外门(1)和出口内门(14)、出口外门(15)封闭，炉道底部设有供隧道车(17)行进的道轨(18)，在靠近入口内门(2)的两侧炉墙上各有用耐火砖砌筑的抽煤气孔(4)，在靠近出口内门(14)的炉顶上有通入炉道内的还原煤气管(13)，在靠近炉道的中部两侧炉墙外各有一个煤气燃烧室(19)，在每个煤气燃烧室(19)内有数个用耐火砖砌筑的大孔花格蓄热墙(12)，在每个煤气燃烧室(19)的两端都装有若干小孔蓄热体(10)，在每个煤气燃烧室(19)的两端外部，都用锥形罩(20)将各个小孔蓄热体群罩着，锥形罩(20)中央连接有风/烟气管(6)，在每个小孔蓄热体群两侧有通入煤气燃烧室(19)的燃烧煤气管(7)。
专利摘要本实用新型属于煤、气基直接还原炼铁，或炼型焦的高温反应器设备，具体是一种节能隧道还原炉，解决现有隧道式煤基直接还原炼铁设备存在的问题。节能隧道还原炉，包括炉道，其出、入口处分别设两道门，在靠近入口内门的两侧炉墙上各有抽煤气孔，在靠近出口内门的炉顶上有通入炉道内的还原煤气管，在靠近炉道的中部两侧炉墙外各有一个煤气燃烧室，在每个煤气燃烧室内有大孔花格蓄热墙，在每个煤气燃烧室的两端都装有若干小孔蓄热体，将各个小孔蓄热体群罩着的锥形罩中央连接有风/烟气管，在每个小孔蓄热体群两侧有燃烧煤气管。本实用新型将还原副产的煤气及煤的挥发份完全彻底回收利用，解决了其他各种煤基直接还原铁设备高能耗的致命问题。
文档编号F27B9/26GK201653126SQ20102013902
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月20日 优先权日2010年3月20日
发明者成宏福, 王玉莲, 范文斌, 郭文平, 郭智宜, 郭瑛, 马光禄 申请人:郭瑛