专利名称：利用生物质气的钢铁加热工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及钢铁加热工艺，尤其涉及一种利用生物质气的钢铁加热工艺。
背景技术：
最近几年是我国钢铁产业大发展时期，大型钢铁企业因产品结构调整，新建或改 建项目大部分是热带、中厚板及冷轧、镀锌、彩涂等。地方中小型和民营钢铁企业多是建设 和生产棒线材、窄中宽带及型钢等产品。中小型钢铁厂，“滚雪球”式发展，由小到中，进一步发展到年产几百万吨钢铁产品 的大型企业。这些企业多数不建焦炉，在轧钢加热炉的燃料选择遇到问题。小产量的加热 炉还可以烧煤或煤粉，但因劳动条件极差又严重污染环境，受到限制。新建轧钢生产线动辄 就是年产几十万吨，甚至百万吨，追求大卷重，高成材率；加热炉小时产量上百吨，加热的坯 料长度最短6m，一般是9m，12m，最长的达16m ；加热质量要求高，钢坯温差控制在30°C。因 此，加热炉再烧煤，在技术上是完全不可行的。烧热脏煤气因工艺布置困难，也受到限制；可 以选择烧重油，但运行成本高。而这些企业所建的小、中高炉产生的多余煤气，如果不利用 而被迫放散，既污染环境，又浪费能源。此外，煤、煤粉或重油等燃料需各种运输过程从异地 运送到生产现场供加热炉使用，由于煤、煤粉或重油等属于易燃易爆物品，容易发生事故， 要求严格，造成运输成本高。中国专利申请200710031302. 5公开了一种控制加热炉炉内气氛减少氧化烧损 的方法，该方法是在以轻柴油或重油为燃烧介质的加热炉中，将助燃风机供风量控制在 7500 23000m丨[3]/h，助燃风温度控制在300°C 700°C，炉膛压力控制在0 20Pa，助 燃风机压力控制在5 lOKPa，最终使炉膛氧化气氛控制在5%以下。虽然通过这种方法可 在一定程度上减少钢材在加热炉内氧化烧损，控制成品的成材率，减少一系列的因钢材加 热氧化而产生的质量问题，但却由此进一步造成有毒气体的排放。化石和矿物能源的危机使得人们更加重视可再生能源的利用。而生物质能就是一 种可再生、可储存与替代、储量巨大、碳平衡的绿色能源。生物质能的本质是由植物的光合 作用固定于地球上的太阳能。据统计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗量 的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1%。生物质能源原料分布广、储量大、成本 低、应用范围广，理论上说，取之不尽，用之不竭。它还是唯一可以转化为清洁燃料的可再生 能源，其有害物质(硫和氮等)含量仅为中质烟煤的1/10，同时其能源利用可实现温室气体 CO2零排放。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种直接利用生物质气的钢铁加热工 艺，减少了燃料的运输过程，降低运输成本及风险，并且在制备生物质气的同时减少了处理 焦油和灰尘带来的环境污染问题。为了实现上述本发明的发明目的，本发明提供了一种利用生物质气的钢铁加热工艺，其包括如下的步骤(1)利用生物质气化反应系统制得生物质气；(2)使现场制备的生 物质气输送至钢铁加热炉进行燃烧加热。进一步地，利用生物质气化系统制得生物质气的步骤包括(101)生物质原料颗 粒在流化床气化反应器内与气化介质进行作用生成可燃的生物质气、未完全反应的生物质 颗粒和固体废弃物；(102)固体废弃物从流化床气化反应器底部排出，生物质气和未完全 反应的生物质颗粒进入第一分离装置，经分离后生物质气和较轻的生物质颗粒进入第二分 离装置，较重的生物质颗粒通过第一返回装置返回流化床气化反应器继续参加反应；(103) 生物质气和较轻的生物质颗粒在第二分离装置中进一步分离，生物质气经热交换冷却输送 至钢铁加热炉，剩余的生物质颗粒通过第二返回装置返回流化床气化反应器继续参加反 应。进一步地，使现场制备的所述的生物质气输送至钢铁加热炉进行燃烧加热的步骤 包括(201)生物质气从钢铁加热炉的上方开始分三个流向，包括直接向下流经炉体顶部 的燃气管后进入顶部的燃烧装置、分别经过炉体左右两侧的燃气管向下流动后再进入设置 在炉体两侧炉墙上的燃烧装置；(202)由燃烧装置将空气或其他助燃介质与生物质气混合 点燃并将火焰从烧嘴孔喷射到炉体内部对工件进行加热处理，同时燃烧装置内的陶瓷蓄热 体吸收热量，保持蓄热室内的温度达到混合气体的燃点，使下一次进入的气体自动燃烧。生 物质气自上而下的输送方式使得生物质气可均勻分配到燃烧装置中，同时燃烧装置自上而 下的排列方式保证了加热炉内温度的均勻一致，有利于提高产品的加热成功率。进一步地，在步骤(103)中，生物质气进行热交换前使其通过一水封阀，多余的生 物质气从水封阀的放散口进入放散管道点燃。进一步地，在步骤(101)中，还包括生物质原料颗粒的炉前输送步骤，生物质原料 颗粒经上方的缓冲仓进入下方的工作仓后再进入流化床气化反应器内。进一步地，当所述缓冲仓向工作仓加料时，工作仓出料口的旋转阀处于关闭状态， 而缓冲仓与工作仓之间的滚筒阀处于打开状态，当工作仓向流化床气化反应器中供料时， 则工作仓出料口的旋转阀处于打开状态，而缓冲仓与工作仓之间的滚筒阀处于闭合状态。进一步地，在步骤(101)中产生的固体废弃物通过倾斜向下设置的螺旋排渣机排 往水封的废弃物收集装置。进一步地，流化床气化反应器向螺旋排渣机排渣时，螺旋排渣机的进渣口阀门处 于关闭状态、出渣口处于打开状态；螺旋排渣机向废弃物收集装置排渣时，则其出渣口的阀 门处于打开状态、其进渣口的阀门处于闭合状态。进一步地，螺旋排渣机的出渣口两侧的螺旋叶片的旋向相反设置，一起将灰渣挤 入出渣口排往废弃物收集装置。进一步地，在炉前送料步骤前，还包括生物质原料颗粒的料仓加料步骤，生物质颗 粒状原料从料仓顶部的进料口进入料仓，从料仓底部的出料口落到水平输送带上，再由水 平输送带转至大倾角输送带，由大倾角输送带最终完成向缓冲仓加料。与现有技术相比，本发明直接利用现场制备的可燃生物质气作为燃料供加热炉使 用，不仅可以节省运输成本，而且对环境的污染少；此外，本发明的生物质气化反应系统设 置了多级分离装置，使生物质颗粒能够充分反应，提高了气化效率，节约了能源，产生了更 多燃气，提高了燃气发热量；由于生物质颗粒反应充分，减少了焦油和灰尘的产生，避免了焦油和灰尘在流化床气化反应器内形成的安全隐患，同时减少了处理焦油和灰尘带来的环 境污染问题。下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但本发明不局限于这些实施例，任何 在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。
图1是利用本发明工艺方法的系统组成示意图。图2是钢铁加热炉的燃烧装置结构示意图。图3是图2的左视图。
具体实施例方式请参阅图1、图2和图3，系本发明的钢铁加热工艺方法所应用的系统，其包括加热 炉71与生物质气化反应系统，在冶金加热炉71中设置多个燃烧装置72、输送生物质气的燃 气管道，生物质气化反应系统与燃气管道连接，其中，燃烧装置72分别设置在加热炉顶部 以及侧面的炉墙85上，燃气管道包括燃气总管73与燃气分管74，燃气总管73的进气口 75 居中设置在加热炉顶部上方，燃烧装置72通过燃气分管74与燃气总管73连接相通。设置 在加热炉顶部的燃烧装置72成水平直线排列，设置在加热炉两侧炉墙上的燃烧装置72成 垂直直线排列并对称分布，燃气总管73呈倒U型，跨立在加热炉71外，各燃气分管74与燃 气总管73垂直连接；燃烧装置72包括设置在炉墙中的蓄热室76和燃烧器77，蓄热室76 呈方形，内设有四个蓄热体处理孔78，分别紧靠蓄热室76的四个角设置，烧嘴孔79设置在 蓄热室76中间，即四个蓄热体处理孔78之间设有烧嘴孔79，蓄热体处理孔78与烧嘴孔79 在径向连通，在蓄热体处理孔78内放置陶瓷蓄热体，在烧嘴孔79内放置燃烧器77，燃烧器 77通过法兰80与燃气分管74连接；在各蓄热体处理孔78之间设置隔板81，在每一蓄热 体处理孔78外设有封闭孔口的盖板82 ；在蓄热室76的框架上设有紧固扣83，每两块盖板 82由一根横穿过紧固扣83的压杆84压紧。与燃气总管连接的生物质气化反应系统包括流 化床气化反应器如流化床1、第一分离装置如旋风分离器2、第二分离装置如旋风分离器3、 风送装置如鼓风机4、热交换装置5、缓冲仓61、工作仓62、炉前送料装置如螺旋输送机7、 料仓8、水平输送带91、大倾角输送带92、废弃物管道101、排渣装置如螺旋输送机102、废 弃物收集装置103、放散管道111、点火装置112、水封阀12。其中，料仓8的顶部具有进料 口，底部具有出料口 ；水平输送带91位于料仓8的底部出料口下方，大倾角输送带92的起 始端与水平输送带91的末端相接合，大倾角输送带91的末端位于缓冲仓61的顶部进料口 上方。缓冲仓61的顶部具有进料口，底部具有出料口 ；工作仓62的顶部具有进料口，底部 具有出料口 ；缓冲仓61和工作仓62上下排布，工作仓62的顶部进料口位于缓冲仓61的底 部出料口的下方；缓冲仓61的底部出料口处设有旋转阀。炉前送料装置如螺旋输送机7的 起始端位于工作仓62的底部出料口下方，其终端通入流化床1的第一进料口。流化床1中 部具有第一进料口和第二进料口 ；其底部具有气化介质入口和废弃物出口 ；其上部具有物 料出口。废弃物出口连接废弃物管道101，废弃物管道101出口处置有排渣装置如螺旋输 送机102。螺旋输送机102向上倾斜，即其出料端高于其进料端。螺旋输送机102的出料 端置有废弃物收集装置103。第一分离装置如旋风分离器2的上部具有物料入口，该物料入口与流化床1的物料出口通过管道相连；其中部具有物料出口 ；其底部具有循环出口 ；该循 环出口通过管道连接一回收物暂存装置21，回收物暂存装置21的底部出口外具有通向流 化床1第二进料口的第一输送装置如螺旋输送机。第二分离装置如旋风分离器3的上部具 有物料入口 ；其顶部具有燃气出口，燃气出口连接燃气总管；其底部具有循环出口 ；循环出 口外具有通向回收物暂存装置21的第二输送装置如螺旋输送机。热交换装置5包括燃气 入口、燃气出口及空气入口、空气出口 ；燃气入口和燃气出口分别连接燃气管道；空气入口 和空气出口分别连接空气管道。第二分离装置如旋风分离器3的燃气出口设有水封阀12， 水封阀12位于热交换装置5之前。水封阀12上设有一个放散口，该放散口连接放散管道 111，放散管道111的出口端设有点火装置112。风送装置如鼓风机4通过空气管道连接于 热交换装置5的空气入口，热交换装置5的空气出口连接于流化床1底部的气化介质入口， 将空气从流化床1的底部吹入。本实施例的工艺过程如下生物质颗粒从料仓8经水平输送带91及大倾角输送带92进入缓冲仓61，经缓冲 仓61进入工作仓62，然后经螺旋输送机7进入流化床1。鼓风机4向流化床1中送风。在 流化床1中生物质颗粒与空气作用生成C0、H2和CH4等燃气和固体废弃物。固体废弃物经 废弃物管道101及螺旋输送机102进入废弃物收集装置103。燃气和未完全反应的生物质颗粒进入旋风分离器2，经分离后燃气和较轻的生物 质颗粒进入旋风分离器3，较重的生物质颗粒通过螺旋输送机返回流化床1继续参加反应。在旋风分离器3内，燃气和较轻的生物质颗粒进一步分离，燃气进入燃气管道， 通过热交换装置5加热用于反应的空气，同时燃气被冷却，被冷却的燃气送至燃气总管供 加热炉的燃烧装置使用(若有多余的燃气则进入放散管道111，在放散管道111的端部点 燃)。冷却的燃气(生物质气)从燃气总管73的进气口 75处分三个流向直接向下流 经炉体顶部的燃气分管74后进入顶部的燃烧装置72 ；分别经过左右两侧的燃气总管73后 向下流动，然后再通过与燃气总管73垂直连接的燃气分管74进入设置在炉体两侧炉墙85 上的燃烧装置72。首次点火时，由燃烧器77将空气或其他助燃介质与生物质气混合点燃并 将火焰从烧嘴孔79喷射到炉体内部对工件进行加热处理。同时，蓄热体处理孔78内的陶 瓷蓄热体吸收火焰的热量，保持蓄热室内的温度达到混合气体的燃点，使下一次进入的气 体能自动燃烧，不需再启动燃烧器的点火功能。
权利要求
一种利用生物质气的钢铁加热工艺，其包括如下步骤(1)利用生物质气化反应系统制得生物质气；(2)使现场制备的所述的生物质气输送至钢铁加热炉进行燃烧加热。
2.如权利要求1所述的钢铁加热工艺，其特征在于，利用生物质气化系统制得生物质 气的步骤包括(101)使生物质原料颗粒在流化床气化反应器内与气化介质反应，生成可燃的生物质 气、未完全反应的生物质颗粒和固体废弃物；(102)固体废弃物从流化床气化反应器底部排出，生物质气和未完全反应的生物质颗 粒进入第一分离装置，经分离后生物质气和较轻的生物质颗粒进入第二分离装置，较重的 生物质颗粒通过第一返回装置返回流化床气化反应器继续参加反应；(103)生物质气和较轻的生物质颗粒在第二分离装置中进一步分离，生物质气经热交 换冷却输送至钢铁加热炉，剩余的生物质颗粒通过第二返回装置返回流化床气化反应器继 续参加反应。
3.如权利要求1所述的钢铁加热工艺，其特征在于，使现场制备的所述的生物质气输 送至钢铁加热炉进行燃烧加热的步骤包括(201)生物质气从钢铁加热炉的上方开始分三个流向，包括直接向下流经炉体顶部的 燃气管后进入顶部的燃烧装置、分别经过炉体左右两侧的燃气管向下流动后再进入设置在 炉体两侧炉墙上的燃烧装置；(202)由燃烧装置将空气或其他助燃介质与生物质气混合点燃并将火焰从烧嘴孔喷射 到炉体内部对工件进行加热处理，同时燃烧装置内的陶瓷蓄热体吸收热量，保持蓄热室内 的温度达到混合气体的燃点，使下一次进入的气体自动燃烧。
4.如权利要求2所述的钢铁加热工艺，其特征在于，在步骤(103)中，生物质气进行热 交换前使其通过一水封阀，多余的生物质气从水封阀的放散口进入放散管道点燃。
5.如权利要求2所述的钢铁加热工艺，其特征在于，在步骤(101)中，还包括生物质原 料颗粒的炉前输送步骤，生物质原料颗粒经上方的缓冲仓进入下方的工作仓后再进入流化 床气化反应器内。
6.如权利要求5所述的钢铁加热工艺，其特征在于，当所述缓冲仓向工作仓加料时，工 作仓出料口的旋转阀处于关闭状态，而缓冲仓与工作仓之间的滚筒阀处于打开状态，当工 作仓向流化床气化反应器中供料时，则工作仓出料口的旋转阀处于打开状态，而缓冲仓与 工作仓之间的滚筒阀处于闭合状态。
7.如权利要求2所述的钢铁加热工艺，其特征在于，在步骤(101)中产生的固体废弃物 通过倾斜向下设置的螺旋排渣机排往水封的废弃物收集装置。
8.如权利要求7所述的钢铁加热工艺，其特征在于，所述流化床气化反应器向螺旋排 渣机排渣时，螺旋排渣机的进渣口阀门处于关闭状态、出渣口处于打开状态；螺旋排渣机向 废弃物收集装置排渣时，则其出渣口的阀门处于打开状态、其进渣口的阀门处于闭合状态。
9.如权利要求7所述的钢铁加热工艺，其特征在于，所述螺旋排渣机的出渣口两侧的 螺旋叶片的旋向相反设置，一起将灰渣挤入出渣口排往废弃物收集装置。
10.如权利要求5所述的钢铁加热工艺，其特征在于，在炉前送料步骤前，还包括生物 质原料颗粒的料仓加料步骤，生物质颗粒状原料从料仓顶部的进料口进入料仓，从料仓底2部的出料口落到水平输送带上，再由水平输送带转至 大倾角输送带，由大倾角输送带最终 完成向缓冲仓加料。
全文摘要
本发明公开了一种利用生物质气的钢铁加热工艺，它包括(1)利用生物质成型燃料气化反应系统制得生物质气的步骤；(2)将现场制备的所述的生物质气热态直接输送至钢铁加热炉燃烧加热的步骤。本发明直接利用现场制备的可燃生物质气作为燃料供加热炉使用，不仅开创了生物质成型燃料气化产物(生物质气)应用于大工业窑炉的历史，使大工业窑炉的燃料燃料来源更加丰富，又节能环保。同时用生物质成型燃料作料生物质制气的原料，可以节省燃料运输成本，解决生物质燃料利用过程中运输成本高的问题，扩大了生物质燃料的应用范围。
文档编号C10J3/54GK101962577SQ20101052814
公开日2011年2月2日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者刘安庆, 常厚春, 覃勇付, 赵广健, 陈平, 陈燕芳, 马革 申请人:广州迪森热能技术股份有限公司