1.本实用新型属于直接还原领域，具体涉及一种氢基竖炉直接还原装置。
背景技术：
2.气基竖炉直接还原的现有技术，如，专利申请号201210379144.3，名称为一种利用富ch4煤气生产海绵铁的直接还原工艺的专利提出，“将经调压后的富ch4煤气和依次经降温、除尘、及加压处理后的气基竖炉炉顶气输入外部转化炉，并向外部转化炉中补充作为ch4发生改质反应氧化剂的蒸汽，使外部转化炉中的ch4、h2o和co2在催化剂作用下发生改质反应生成主要包括co和h2的高温还原煤气”，“转化炉出口的还原煤气的温度为850℃”；又如，专利号201710676084.4，名称为一种气基竖炉还原气的制备系统及方法的专利提出，“气基竖炉还原气的制备系统包括气基竖炉炉顶气洗涤器、炉顶气脱碳装置、焦炉煤气净化装置、焦炉煤气脱硫装置、转化炉、热回收装置、合成气除尘装置、合成气脱硫脱碳装置及混合器”，“所述催化剂管为多根，其并列设置”，“热回收装置为换热器”，“本发明催化重整反应中，焦炉煤气中的ch4、co2和炉顶气中的co2作为原料被重整为富含co和h2的高温变换气，温度为800～1000℃”；再如，申请号：cn201910952204.8，名称为，一种用于生产还原气的新型重整炉的专利提出，“重整炉包括辐射室箱体，重整炉管，燃烧器，过渡段以及对流段；所述的重整炉管成2m排立式并联布置于辐射室箱体内；一排重整炉管对应一根重整原料气进口支干管，每根重整原料气进口支干管上开设与每排重整炉管数量相同的分支，通过柔性管将重整炉管气体进口与重整原料气进口支干管相连；燃烧器成(2m+1)排布置于辐射室下方底壁板；重整炉管气体出口通过斜三通与冷壁支管连接；过渡段是辐射室箱体的两侧壁板上方设有若干个过渡段分支管引出至过渡段分支干管，两分过渡段分支干管在辐射室箱体的一端汇集成过渡段总管；过渡段总管与对流段相连，所述的对流段通过引风机与烟囱相连；所述的对流段由≥4个换热器组成，所述换热器为急速蒸发器、重整原料预热器、蒸汽过热器、脱疏焦炉气预热器、炉顶气预热器和燃烧空气预热器中的至少4种；将910℃的高温重整气产物送至竖炉进行下级反应”。以上三个现有专利技术是将富烃气(如，天然气、焦炉煤气)和竖炉炉顶煤气混合后，在管式转化炉加热，并将混合气加热到850～1000℃温度后，喷入竖炉。此种工艺存在以下问题：(1)由于重整炉管采用外加热，因此限制了重整管直径，造成单个重整管体积小，重整炉管数量庞大。重整炉管多达几百根，燃烧器几十个。这造成辐射室加热系统设备庞大，安装复杂；(2)耐高温重整炉管和燃烧器价格非常昂贵，一套重整炉设备通常需要几百根重整炉管，因此，投资过大；(3)由于受耐高温炉管材质的限制，气体加热温度不能超过1000℃，因此限制了无催化剂条件下的碳氢化合物的转化率；(4)排放烟气和利用烟气余热的过渡段以及对流段设备庞大，结构复杂，再次增加投资成本：(5)富ch4煤气和非烃类炉顶煤气混合后一起参与ch1的重整，增加了重整炉的体积和催化剂的数量。
3.又再如，申请号cn201280070307.8，专利名为利用焦炉气制备直接还原铁(dri)的方法和设备的专利提出，“提供一种气体加热器设计，所述设计在加热cog或类似合成气时
使碳沉积物最大限度地减少，或者提供在线清洁措施定期去除碳沉积物，以避免污染和堵塞加热器管。”，其主要措施是，将不含烃的氢和一氧化碳混合气体作为第一还原气体流，包含焦炉气的气体作为第二流，将第一流加热后，再将第二流混入第一流，以便所得混合物在高于700℃的温度形成第三气体流，从而将来自包括cog的第二流中存在的碳化合物的所述碳沉积物最大限度地减小。该方案的问题是：(1)该方案采用外热，受管材耐热限制，其最高温度不超过980℃，即该专利第三气体流在700℃～980℃之间，且为了兑入焦炉气量，第三气体流更接近700℃，而烃类重整成h2和co的反应在700℃以上才开始，因此在此温度范围内，重整成h2和co的转化率也有限，烃类的转化率越低，析碳量越大，所以解决积碳量有限，不足以解决积碳问题；(2)清理积碳时，管路复杂，高温阀门多，实际应用时实施困难。
技术实现要素：
4.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种气基竖炉直接还原装置。
5.本实用新型目的之一是降低项目整体投资。
6.本实用新型目的之二是简化气体加热装置结构。
7.本实用新型目的之三是提高原料气的利用率。
8.本实用新型目的之四是提高富烃气转化率，降低积碳风险。
9.本实用新型的其它目的将在后面指出，或者对本领域的技术人员显而易见。
10.为实现此目的，本实用新型还原装置采用以下的技术方案：
11.一种氢基竖炉直接还原装置，包括竖炉装置和气体加热装置，竖炉装置包括装料装置、竖炉本体、出料装置、竖炉炉顶煤气净化装置，竖炉本体包括预热段、还原段及冷却段，还原气管路与气体加热装置进口连通，气体加热装置出口与竖炉本体还原段风口连通，其中还原气管路是富烃气管路，气体加热装置内腔只有一个腔体，气体加热装置内衬为耐火材料，气体加热装置出口管路与以下任一种结构连通：
12.(1)与未加热的富烃气管路并联后，再与竖炉本体还原段风口连通；
13.(2)与换热器进口连通，换热器出口与竖炉本体还原段风口连通；
14.(3)与h2和co中的一种气体或两种气体混合物的管路并联后，再与竖炉本体还原段风口连通。
15.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
16.(1)降低项目整体投资：a使用耐火材料内衬的加热炉代替数百根耐热钢管组成的加热炉，降低投资；b不使用催化剂，降低对富烃气的硫含量要求，进而简化工序，减少投资；c无复杂庞大的换热系统，进一步降低投资。
17.(2)提高原料气的利用率：与富烃气中混入h2和/或co后和氧反应相比，单独的富烃气ch1含量更高，当与氧反应生成高温气体时，生成有效气体h2+co的量更大，这会提高原料气的利用率，同时降低能耗。而混入h2和/或co后，为达到高温，会增加h2和co的消耗，生成无效成分h2o或co2。
18.(3)由于加热炉使用耐火材料内衬，所以富烃气与氧化剂可以在高于1100℃时反应，ch1转化率高，降低积碳风险，本实用新型采用耐火材料内衬的加热炉可以满足1100℃以上高温的要求。
19.(4)气体加热炉结构简单，只有一个腔体，而传统的管式加热炉由数百根钢管腔体
竖炉炉顶煤气管，7-水蒸气总管，8-h2和/或co的加热装置，9-换热器，11-竖炉预热段，12-竖炉还原段，13-竖炉冷却段，14-装料装置，15-竖炉风口，16-出料装置，21-转化炉出口管路，51-富烃气第一支管，52-富烃气第二支管，61-除尘器，62-脱二氧化碳装置，71-水管，151-竖炉第一排风口，152-竖炉第二排风口，a1-第一排第一个风口，a2-第一排第二个风口，a3-第一排第三个风口，a4-第一排第四个风口，a5-第一排第五个风口，b1-第二排第一个风口，b2-第二排第二个风口，b3-第二排第三个风口，b4-第二排第四个风口，b5-第二排第五个风口。
具体实施方式
44.为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明，但本实用新型并不仅仅限于此。
45.请参阅图1。该氢基竖炉直接还原装置，包括气基竖炉1和部分氧化转化炉2，气基竖炉1包括装料装置14、出料装置16、竖炉预热段11、竖炉还原段12及冷却段13，富烃气总管5分成两个管路，分别为富烃气第一支管51和富烃气第二支管52，其中富烃气支管51连通部分氧化转化炉2内的烧嘴3的富烃气进口，氧气4进入烧嘴3的氧气进口，富烃气和氧气经烧嘴3进入部分氧化转化炉2中燃烧，燃烧加热后的气体进入部分氧化转化炉2出口管路21。富烃气支管52与部分氧化转化炉2出口管路21并联后，再与竖炉还原段风口15连通。反应产生的炉顶煤气由竖炉炉顶煤气管6排出，送往焦炉、高炉热风炉或轧钢加热炉作为加热的燃料。水蒸气经水蒸气总管7通入转化炉2的烧嘴3中。这种方法既能有助于富烃气中甲烷重整成h2和co，又能通过水蒸气降温，保护转化炉2的炉顶和烧嘴3。
46.请参阅图2。该氢基竖炉直接还原装置，包括气基竖炉1和部分氧化转化炉2，气基竖炉1包括装料装置14、出料装置16、竖炉预热段11、竖炉还原段12及冷却段13。富烃气总管5连通部分氧化转化炉2内的烧嘴3的富烃气进口，氧气4进入烧嘴3的氧气进口，富烃气和氧气经烧嘴3进入部分氧化转化炉2中燃烧，燃烧加热后的气体进入部分氧化转化炉2出口管路21。部分氧化转化炉2出口管路21连通换热器9内的还原气管路进口，换热器9内的还原气管路出口与竖炉还原段风口15连通。水管71连通换热器9的箱体进口，换热器9的箱体出口经水蒸气总管7与转化炉2的烧嘴3的水蒸气进口连通。反应产生的炉顶煤气由竖炉炉顶煤气管6排出，送往焦炉、高炉热风炉或轧钢加热炉作为加热的燃料。
47.请参阅图3。该氢基竖炉直接还原装置，包括气基竖炉1和部分氧化转化炉2，气基竖炉1包括装料装置14、出料装置16、竖炉预热段11、竖炉还原段12及冷却段13。富烃气总管5连通部分氧化转化炉2内的烧嘴3的富烃气进口，氧气4进入烧嘴3的氧气进口，富烃气和氧气经烧嘴3进入部分氧化转化炉2中燃烧，燃烧加热后的气体进入部分氧化转化炉2出口管路21。部分氧化转化炉2出口管路21与经除尘器61和脱二氧化碳装置62后的炉顶煤气管路6并联后，与竖炉还原段风口15连通。水蒸气经水蒸气总管7通入转化炉2的烧嘴3中。这种方法既能有助于富烃气中甲烷重整成h2和co，又能通过水蒸气降温，保护转化炉2的炉顶和烧嘴3。经除尘器61和脱二氧化碳装置62后的炉顶煤气主要成分为h2和co。
48.请参阅图4。该氢基竖炉直接还原装置，包括气基竖炉1和部分氧化转化炉2，气基竖炉1包括装料装置14、出料装置16、竖炉预热段11、竖炉还原段12及冷却段13。富烃气总管5分成两个管路，分别为富烃气第一支管51和富烃气第二支管52，其中富烃气第一支管51连
通部分氧化转化炉2内的烧嘴3的富烃气进口，氧气4进入烧嘴3的氧气进口，富烃气和氧气经烧嘴3进入部分氧化转化炉2中燃烧，燃烧加热后的气体进入部分氧化转化炉2出口管路21。富烃气支管52与部分氧化转化炉2出口管路21并联后，再与经除尘器61和脱二氧化碳装置62后的炉顶煤气管路6并联，然后再与竖炉还原段风口15连通。水蒸气经水蒸气总管7通入转化炉2的烧嘴3中。这种方法既能有助于富烃气中甲烷重整成h2和co，又能通过水蒸气降温，保护转化炉2的炉顶和烧嘴3。经除尘器61和脱二氧化碳装置62后的炉顶煤气主要成分为h2和co。
49.请参阅图5。该氢基竖炉直接还原装置，包括气基竖炉1和部分氧化转化炉2，气基竖炉1包括装料装置14、出料装置16、竖炉预热段11、竖炉还原段12及冷却段13。富烃气总管5连通部分氧化转化炉2内的烧嘴3的富烃气进口，氧气4进入烧嘴3的氧气进口，富烃气和氧气经烧嘴3进入部分氧化转化炉2中燃烧，燃烧加热后的气体进入部分氧化转化炉2出口管路21。部分氧化转化炉2出口管路21连通换热器9内的还原气管路进口，换热器9内的还原气管路出口再与经除尘器61和脱二氧化碳装置62后的炉顶煤气管路6并联，然后再与竖炉还原段风口15连通。水管71连通换热器9的箱体进口，换热器9的箱体出口经水蒸气总管7与转化炉2的烧嘴3的水蒸气进口连通。经除尘器61和脱二氧化碳装置62后的炉顶煤气主要成分为h2和co。
50.请参阅图6。该氢基竖炉直接还原装置，包括气基竖炉1和部分氧化转化炉2，气基竖炉1包括装料装置14、出料装置16、竖炉预热段11、竖炉还原段12及冷却段13。富烃气总管5分成两个管路，分别为富烃气第一支管51和富烃气第二支管52，其中富烃气支管51连通部分氧化转化炉2内的烧嘴3的富烃气进口，氧气4进入烧嘴3的氧气进口，富烃气和氧气经烧嘴3进入部分氧化转化炉2中燃烧，燃烧加热后的气体进入部分氧化转化炉2出口管路21。富烃气支管52与部分氧化转化炉2出口管路21并联后，再与竖炉还原段风口152连通。经除尘器61和脱二氧化碳装置62后的炉顶煤气管路6与加热装置8进口连通，加热装置8出口与竖炉还原段风口151连通。水蒸气经水蒸气总管7通入转化炉2的烧嘴3中。这种方法既能有助于富烃气中甲烷重整成h2和co，又能通过水蒸气降温，保护转化炉2的炉顶和烧嘴3。两排风口的设置增加了气基竖炉操作调节手段，提高了产品质量。
51.请参阅图7。该氢基竖炉直接还原装置，包括气基竖炉1和部分氧化转化炉2，气基竖炉1包括装料装置14、出料装置16、竖炉预热段11、竖炉还原段12及冷却段13富烃气总管5连通部分氧化转化炉2内的烧嘴3的富烃气进口，氧气4进入烧嘴3的氧气进口，富烃气和氧气经烧嘴3进入部分氧化转化炉2中燃烧，燃烧加热后的气体进入部分氧化转化炉2出口管路21。部分氧化转化炉2出口管路21连通换热器9内的还原气管路进口，换热器9内的还原气管路出口再与竖炉还原段风口152连通。经除尘器61和脱二氧化碳装置62后的炉顶煤气管路6与加热装置8进口连通，加热装置8出口与竖炉还原段风口151连通，水管71连通换热器9的箱体进口，换热器9的箱体出口经水蒸气总管7与转化炉2的烧嘴3的水蒸气进口连通。经除尘器61和脱二氧化碳装置62后的炉顶煤气主要成分为h2和co。
52.请参阅图8。图8与图6装置不同之处是，经除尘器61和脱二氧化碳装置62后的炉顶煤气管路6分出两个支管路：一个支管路与加热装置8进口连通，加热装置8出口与竖炉还原段风口151连通；富烃气支管52和转化炉出口管路21并联后的管路再与另一个支管路并联，然后再与竖炉还原段风口152连通。
53.请参阅图9。图9与图7装置不同之处是，经除尘器61和脱二氧化碳装置62后的炉顶煤气管路6分出两个支管路：一个支管路与加热装置8进口连通，加热装置8出口与竖炉还原段风口151连通；另一个支管路与换热器9内的还原气管路出口管路并联后，再与竖炉还原段风口152连通。
54.请参阅图10。图10为本实用新型气基竖炉主视图和气基竖炉上的风口布置示意图。气基竖炉还原段设两排风口，每一排风口均环绕气基竖炉还原段均匀分布，即a1、a2、a3、a4、a5.....相邻风口间距离相等，b1、b2、b3、b4、b5.......相邻风口间距离相等，且上排的风口与下排风口错位布置，例如，a1风口位于b1和b2风口之间连成弧线的垂直线上，优选地a1风口位于b1和b2风口之间连成弧线的垂直平分线上。解决了气基竖炉横截面上气基竖炉横截面上气流和温度分布不均问题。例如b1和b2风口之间的垂直上方增加了风口a1，解决了b1和b2风口之间的气流弱和温度低的问题。还可以通过调整上下排风口直径，达到上排风口吹透气基竖炉中心，下排风口吹透气基竖炉周边的目的。上下排风口也可以互换，即下排风口吹透气基竖炉中心，上排风口吹透气基竖炉周边。两排风口的设置增加了气基竖炉操作调节手段，提高了产品质量。
55.以上列举的仅是本实用新型的优选实施例，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。