本实用新型涉及直立炉技术领域，尤其涉及一种用于生产直接还原铁的外热式煤基直立炉。
背景技术：
直接还原炼铁工艺(DRI)是指在低于铁矿石的熔化温度下，通过在固态下还原，把铁矿石炼制成金属铁的工艺过程，其产物叫做海绵铁。海绵铁是冶炼优特钢的必需原料，优质的优特钢产品广泛应用于电站、冶金、石油化工、航空及船用设备领域，需求量增加迅速。然而，我国直接还原铁的产量不及百万吨，不到世界直接还原铁产量的1％，远低于世界平均水平。低端产品生产过剩、高端产品产量不足成为我国钢铁行业亟需解决的问题。
直接还原炼铁按工艺分成气基直接还原和煤基直接还原两种，按主体设备分为回转窑、转底炉、反应罐、管式炉和流化床等。目前，世界上90％以上的直接还原铁都是用气基还原法生产出来的，但是我国天然气资源有限、价格较高，气基还原不适合我国多煤少气的国情，而传统的煤基回转窑工艺、转底炉工艺、隧道窑工艺都存在能耗高、生产过程不易控制、产品质量品位低等问题。
国内研究者对外热式煤基直接还原也做了一定的研究，如公开号为CN101832706A的专利《外燃管式直接还原竖炉》、公开号为CN201166513的专利《煤基直接还原铁外热式竖炉》，公开号为CN 204529897 U的《一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉》等。上述已公开的技术，其炉体结构均过于简单，竖炉内仅包括燃料燃烧的氧化反应、原料的气化反应和原料的还原反应，炉体寿命短、热工效率低、难于工程化，而且均采用将高温的海绵铁在炉外用水冷设备降温的冷却方式，对排料设备和水冷设备耐高温要求高、设备投资大。
技术实现要素：
本实用新型提供了一种用于生产直接还原铁的外热式煤基直立炉，将直接还原炼铁过程中的燃料燃烧的氧化反应、原料的气化反应、原料的还原反应、所生成海绵铁的冷却过程及回收高温烟气余热的过程集中在直立炉内进行，具有炉体结构合理、炉体寿命长、热工效率高、附属设备投资低、易于实现工程化等特点。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
一种用于生产直接还原铁的外热式煤基直立炉，包括还原室、燃烧室、炉顶、蓄热室和冷却室；燃烧室和还原室、冷却室占据炉体一侧，蓄热室占据炉体另一侧；燃烧室和还原室相间分布，冷却室位于还原室的下方，冷却室的顶部与还原室连通；炉顶位于燃烧室的上部；蓄热室包括上部蓄热室和下部蓄热室，上部蓄热室、下部蓄热室的一端与燃烧室相通，另一端与废气开闭器相连，上部蓄热室和下部蓄热室内均设有格子砖；所述冷却室两侧的冷却室墙内分别设有冷却气体通道，多个冷却气体通道沿冷却室高向均匀设置，每个冷却气体通道沿冷却室长向均匀设有多个冷却气体出口或冷却气体入口，冷却气体出口、冷却气体入口与冷却室内部空间连通；所述上部蓄热室的顶部设顶部汇合气道连通燃烧室的顶部，底部设上部蓄热室小烟道；所述下部蓄热室的顶部设下部蓄热室小烟道，底部设底部汇合气道连通燃烧室的底部。
所述冷却气体入口或冷却气体出口的开口方向分别朝向冷却室内侧斜下方。
所述冷却气体入口和冷却气体出口相对设置；即冷却室内一侧冷却室墙内的冷却气体通道上均设冷却气体入口，另一侧冷却室墙内的冷却气体通道上均设冷却气体出口。
所述冷却室内两侧冷却室墙下部的冷却气体通道上均设冷却气体入口，两侧冷却室墙上部的冷却气体通道上均设冷却气体出口。
所述冷却气体通道、冷却气体入口及冷却气体出口分别由耐火砖砌筑而成，或由穿设在耐火砖中的不锈钢管组成。
所述还原室为单排还原室、双排还原室或三排还原室，还原室沿宽度方向上口窄下口宽，且还原室下口宽度大于还原室上口宽度10mm～200mm；冷却室上口的宽度与还原室下口的宽度相同。
所述上部蓄热室和下部蓄热室组成一个单元蓄热室，每个单元蓄热室与燃烧室一一对应设置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1)直立炉炉体结构合理，传热条件好，炉体寿命长；
2)蓄热室能够回收烟气的余热预热燃烧用的空气，直立炉热工效率高；
3)操作方便、气流流量可调，易于控制燃烧温度和速度，减少高温点，从而降低NOx的生成，更利于环保；
4)冷却室可实现产品海绵铁在炉内快速冷却，减少了对炉外冷却设备的耐超高温要求、可降低附属设备投资，同时提高了生产效率。
附图说明
图1是本实用新型所述直立炉的炉体纵向剖视图。
图2是图1中的A-A视图。
图3是本实用新型所述冷却气体入口与冷却气体出口分布示意图一。
图4是本实用新型所述冷却气体入口与冷却气体出口分布示意图二。
图中：1.炉顶装料口 2.炉顶 3.燃烧室 4.还原室 5.冷却室 6.冷却气体通道 7.燃烧室墙 8.冷却室墙 9.上部蓄热室封墙 10.上部蓄热室内的格子砖 11.蓄热室与燃烧室之间隔墙 12.上部蓄热室小烟道 13.下部蓄热室小烟道 14.下部蓄热室封墙 15.下部蓄热室内的格子砖 16.燃烧室中部隔墙 17.立火道隔墙 18.立火道 19.燃烧室封墙 20.冷却气体入口 21.冷却气体出口 22.冷却室上口
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
如图1、图2所示，本实用新型所述一种用于生产直接还原铁的外热式煤基直立炉，包括还原室4、燃烧室3、炉顶2、蓄热室和冷却室5；燃烧室3和还原室4、冷却室5占据炉体一侧，蓄热室占据炉体另一侧；燃烧室3和还原室4相间分布，冷却室5位于还原室4的下方，冷却室5的顶部与还原室4连通；炉顶2位于燃烧室3的上部；蓄热室包括上部蓄热室和下部蓄热室，上部蓄热室、下部蓄热室的一端与燃烧室3相通，另一端与废气开闭器相连，上部蓄热室和下部蓄热室内均设有格子砖10/15；所述冷却室5两侧的冷却室墙8内分别设有冷却气体通道6，多个冷却气体通道6沿冷却室5高向均匀设置，每个冷却气体通道6沿冷却室5长向均匀设有多个冷却气体出口21或冷却气体入口20，冷却气体出口21、冷却气体入口20与冷却室5内部空间连通；所述上部蓄热室的顶部设顶部汇合气道连通燃烧室3的顶部，底部设上部蓄热室小烟道12；所述下部蓄热室的顶部设下部蓄热室小烟道13，底部设底部汇合气道连通燃烧室3的底部。
所述冷却气体入口20或冷却气体出口21的开口方向分别朝向冷却室5内侧斜下方。
如图3所示，所述冷却气体入口20和冷却气体出口21相对设置；即冷却室5内一侧冷却室墙8内的冷却气体通道6上均设冷却气体入口20，另一侧冷却室墙8内的冷却气体通道6上均设冷却气体出口21。
如图4所示，所述冷却室5内两侧冷却室墙8下部的冷却气体通道6上均设冷却气体入口20，两侧冷却室墙8上部的冷却气体通道6上均设冷却气体出口21。
所述冷却气体通道6、冷却气体入口20及冷却气体出口21分别由耐火砖砌筑而成，或由穿设在耐火砖中的不锈钢管组成。
所述还原室4为单排还原室、双排还原室或三排还原室，还原室4沿宽度方向上口窄下口宽，且还原室下口宽度大于还原室上口宽度10mm～200mm；冷却室上口22的宽度与还原室下口的宽度相同。
所述上部蓄热室和下部蓄热室组成一个单元蓄热室，每个单元蓄热室与燃烧室3一一对应设置。
直立炉的燃烧室3由立火道18、立火道隔墙17、燃烧室中部隔墙16、还原室墙、燃烧室墙7及燃烧室封墙19组成；还原室4由两侧还原室墙、蓄热室墙、封墙、装料口护炉铁件和排料口护炉铁件合围起来组成，冷却室5由两侧冷却室墙、蓄热室墙、封墙和排料口护炉铁件合围起来组成。上部蓄热室与下部蓄热室之间设蓄热室隔墙，上部蓄热室、下部蓄热室与燃烧室相邻一侧设蓄热室与燃烧室之间隔墙11，另一侧分别设上部蓄热室封墙9和下部蓄热室封墙14。炉顶设炉顶装料口1。
本实用新型中，由对应冷却气体通道6输送的冷却气体由冷却气体入口20进入冷却室5，冷却气体在冷却室5内沿水平方向或向上流动，与向下流动的高温海绵铁直接换热，可将800℃～1000℃的高温海绵铁冷却到100℃～350℃范围内，换热后的冷却气体由冷却气体出口21通过对应冷却气体通道6离开冷却室5。冷却气体为直接还原炼铁反应的生成气，主要为一氧化碳和二氧化碳的混合气，也可采用氮气等惰性气体。
设有冷却气体入口20的冷却气体通道6分别与入炉气管道(风机正压出口端)连接，设有冷却气体出口21的冷却气体通道6分别与吸气管道(风机负压入口端)连接。
上部蓄热室和下部蓄热室组成一个单元蓄热室，每个单元蓄热室与燃烧室3一一对应设置，燃烧室立火道18温度可调节性强。
在第一个交换周期内，空气通过废气开闭器进入上部蓄热室小烟道12，经过上部蓄热室内的格子砖10预热后，经顶部汇合气道进入燃烧室立火道18参与燃烧，燃烧后的热废气通过燃烧室3底部进入底部汇合气道，与下部蓄热室内的格子砖15进行热交换后，通过下部蓄热室的小烟道13经废气开闭器进入烟囱；
在第二个交换周期内，空气通过废气开闭器进入下部蓄热室的小烟道13，经过下部蓄热室内的格子砖15预热后，经底部汇合气道进入燃烧室立火道18参与燃烧，燃烧后的热废气通过燃烧室3顶部进入顶部汇合气道，与上部蓄热室内的格子砖10进行热交换后，通过上部蓄热室的小烟道12经废气开闭器进入烟囱；
在不同交换周期内，通过上部蓄热室和下部蓄热室的气流阻力相同或相近，立火道18内压力分布更加稳定，生产过程中温度波动可控性强，有利于减少氮氧化物排放量。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。