一种直接还原风冷控温再燃烧室的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种直接还原风冷控温再燃烧室，包括再燃烧室(1)及其上设置的烟气燃烧系统和烟气冷却系统，所述烟气燃烧系统和烟气冷却系统为同一系统，其包括沿所述再燃烧室(1)高度方向自下而上间隔分布的多级供风系统(7)，各级所述供风系统(7)均包括进风管(8)，所述进风管(8)设有多个在所述再燃烧室(1)内部进行恒温燃烧的风喷嘴(9)。该再燃烧室可控制各燃烧区间温度不超过1000℃，并有效消除水冷方式存在的各种缺陷，从而以较高的标准满足后续工艺对烟气温度、烟气含氧量、物理热焓、水气含量等各项参数的要求。
【专利说明】一种直接还原风冷控温再燃烧室
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及冶炼设备【技术领域】，特别是在直接还原工艺中，用于将回转窑窑尾排出的高温烟气中可燃成分燃尽，生成高温烟气的再燃烧室。
【背景技术】
[0002]非高炉法炼铁中的直接还原法是指在低于熔化温度之下将铁矿石还原成海绵铁的炼铁生产过程，其产品为直接还原铁(即DRI)，也称海绵铁。海绵铁未经熔化，仍保持矿石外形，由于还原失氧形成大量气孔，在显微镜下观察团形似海绵而得名，其特点是含碳低(< 1%)，并保存了矿石中的脉石。
[0003]直接还原法分气基法和煤基法两大类，前者是用天然气经裂化产出H2和CO气体作为还原剂，在竖炉、罐式炉或流化床内将铁矿石中的氧化铁还原成海绵铁，后者是用煤作还原剂，在回转窑、隧道窑等设备内将铁矿石中的氧化铁还原。
[0004]中冶长天“一步法”是一种生产DRI的煤基直接还原工艺，其包括精矿造球-链篦机预热-煤基窑还原-冷却筒冷却等步骤，在生产过程中，生球从圆盘或圆筒造球机进入链篦机，在链篦机上进行干燥和预热，在达到一定强度之后直接进入回转窑，一部分固体还原剂(窑尾煤)与生球从链篦机的卸料端一同进入回转窑，其余固体还原剂(窑头煤)从回转窑头部加入，炉料与炉气呈逆向运动，在运动过程中，炉料在预热段被加热，使水分蒸发和石灰石分解，达到800°C后，煤中的固体碳开始还原铁矿石中的氧化铁，直到获得海绵铁，而碳则转变成CO气体，CO在氧化区被燃烧成C02，放出热量以满足还原反应对温度的要求，产品排出回转窑后进入回转冷却筒冷却得到海绵铁，也可热送电炉直接炼钢。
[0005]再燃烧室位于链篦机与回转窑之间的冷烟室侧部，用于将从回转窑窑尾排出的高温烟气中可燃成分燃尽，生成高温烟气，然后分两部分，一部分输送到余热锅炉，用于余热发电，一部分回到链篦机预热段，对链篦机生球进行预热，使之达到进窑强度要求，而从回转窑出来的烟气温度通常在950度以上，若再燃室温度超过1000°C温度，则烟气粉尘会直接熔融，粘结在器壁上，形成结瘤，造成通道不畅、窑头正压大、链篦机和余热锅炉温度低，无法正常生产。
[0006]为了满足后续余热锅炉和链篦机预热段对烟气温度及烟气含氧量的工艺要求，再燃烧室除了要把从回转窑出来的烟气中的可燃物重新燃烧，还要必须将烟气温度控制在1000度以下。
[0007]请参考图1，图1为一种典型的直接还原窑再燃烧室的结构示意图。
[0008]如图所示，为使高温烟气进行完全燃烧，及控制烟气温度低于100(TC，再燃烧室I ;采用多环间隔喷水形式，即在再燃烧室y的内壁上由下至上设置二环风喷嘴及二环水喷嘴，其工作时，第一环喷风燃烧，接着进行喷水降温，再进行喷风燃烧，接着再喷水冷却，由于风喷嘴集中在再燃烧室I丨的上三分之一处和下三分之一处且向内水平设置，导致烟气中可燃物集中在风喷嘴处燃烧，温度骤然升高至1000度以上，必须采用水喷嘴对集中燃烧后的超温烟气(1000度以上)喷水降温，才能使烟气温度维持在1000度以下，而喷水冷却的再燃烧室存在以下不足:
[0009]首先，喷水冷却后，液态水变成水蒸汽，富含水蒸气的烟气作为链篦机的热源，对生球干燥工艺不利，易产生过湿层，导致灾难性后果。
[0010]其次，高温烟气经喷水冷却后，烟气含氧量较低，作为链篦机的热源，不利于球团氧化固结，导致入窑球强度低，易造成回转窑结圈。
[0011]再次，液态水变成水蒸汽潜热无法在余热锅炉中重新利用，造成能源极大浪费，在100°C下，每Ikg水的气化热539Kcal无法在余热锅炉中回收，因为余热锅炉无法把水蒸气重新变成水，释放出这些热。
[0012]最后，工作在1000度环境下的水喷嘴对水质要求高，需经软化处理及严格过滤，否则极易堵塞，烧坏水喷嘴。
[0013]因此，如何消除再燃烧室的以上缺陷，是本领域技术人员需要解决的技术问题。实用新型内容
[0014]本实用新型的目的是提供一种直接还原风冷控温再燃烧室。该再燃烧室可控制各燃烧区间温度不超过1000°c，并有效消除水冷方式存在的各种缺陷，从而以较高的标准满足后续工艺对烟气温度、烟气含氧量、物理热焓、水气含量等各项参数的要求。
[0015]为实现上述目的，本实用新型提供一种直接还原风冷控温再燃烧室，包括再燃烧室及其上设置的烟气燃烧系统和烟气冷却系统，所述烟气燃烧系统和烟气冷却系统为同一系统，其包括沿所述再燃烧室高度方向自下而上间隔分布的多级供风系统，各级所述供风系统均包括进风管，所述进风管设有多个在所述再燃烧室内部进行恒温燃烧的风喷嘴。
[0016]优选地，所述进风管包括环形供风集管以及从供风集管通往各风喷嘴的供风支管。
[0017]优选地，所述供风集管位于所述再燃烧室的外侧，所述风喷嘴位于所述再燃烧室的内侧，所述供风支管穿过所述再燃烧室的炉壁连接所述供风集管与风喷嘴。
[0018]优选地，所述供风集管的总进风管上设有第一风量调节阀，各所述供风支管在所述风喷嘴的进风侧分别设有第二风量调节阀。
[0019]优选地，所述供风支管的一端连接于所述供风集管底部的出风口，另一端向下延伸并转向后穿过所述再燃烧室的炉壁连接与之相对应的风喷嘴，所述第二风量调节阀设于所述供风支管向下延伸的纵向部分。
[0020]优选地，所述风喷嘴的喷风方向朝向斜上方，与所述再燃烧室内部的烟气流动方向基本平行。
[0021]优选地，所述风喷嘴与供风支管之间有一定角度且角度可调。
[0022]优选地，所述风喷嘴的喷风方向与所述再燃烧室纵向轴线之间的夹角在5°?70°之间。
[0023]优选地，所述风喷嘴为弱旋流风喷嘴。
[0024]优选地，所述烟气冷却系统设有四级或四级以上的供风系统。
[0025]本实用新型针对水冷再燃烧室存在的缺陷，取消了烟气水冷系统，并将烟气燃烧系统和烟气冷却系统设计为同一系统，该系统设有多级供风系统，一方面可以满足进入再燃烧室中的可燃成分CO、H2继续燃烧，由集中燃烧改为多点分散燃烧，另一方面可以对燃烧后的产物进行兑冷风冷却，即恒温再燃烧，使再燃烧室各区间的温度不超过1000°c，由于不再设置喷水装置，不会产生水蒸气，因此使烟气所含的化学潜能均转化为物理热焓，不存在潜热问题，提高了烟气随后进行余热发电的效能，而且冷风控温可使烟气中氧的含量由4%增至8%?8.5%，水气含量由14%?15%降至6%?6.5%，有利于生球在链篦机干燥段的干燥作业，更有利于链篦机预热段磁铁矿氧化，提高入窑球强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为一种典型的直接还原窑再燃烧室的结构示意图；
[0027]图2为本实用新型所提供直接还原风冷再燃烧室的俯视图，图中还显示了其与链篦机和回转窑的相对位置和连接关系；
[0028]图3为图2的A-A视图；
[0029]图4为图3中B部位的局部放大示意图；
[0030]图5为风喷嘴安装于再燃烧室内侧的结构示意图；
[0031]图6为图5的局部放大示意图。
[0032]图1 中:
[0033]再燃烧室I ’ 进水管2 ;
[0034]图2至图6中:
[0035]1.再燃烧室 2.链篦机 3.回转窑 4.冷烟室 5.沉降室 6.水封槽 7.供风系统 8.进风管 81.供风集管 82.供风支管 9.风喷嘴10.总进风管 11.第一风量调节阀 12.第二风量调节阀
【具体实施方式】
[0036]为了使本【技术领域】的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细说明。
[0037]请参考图2、图3、图4，图2为本实用新型所提供直接还原风冷再燃烧室的俯视图，图中还显示了其与链篦机和回转窑的相对位置和连接关系；图3为图2的A-A视图。
[0038]如图所示，在一种【具体实施方式】中，本实用新型所提供的再燃烧室I位于链篦机2与回转窑3之间的冷烟室4侧部，用于将从回转窑3窑尾排出的高温烟气中可燃成分燃尽，生成高温烟气，然后分两部分，一部分输送到余热锅炉，用于余热发电，一部分回到链篦机2预热段，对链篦机2上的生球进行预热，使之达到进窑强度要求，冷烟室4和再燃烧室I的底部分别设有沉降室5和水封槽6，以防止烟气泄漏。
[0039]烟气沿图中所示的箭头方向从冷烟室4进入再燃烧室1，然后向上流动，为了对再燃烧室I内的烟气进行横温再燃烧，再燃烧室I上设有烟气风冷控温系统，其包括沿再燃烧室I高度方向自下而上间隔分布的四级供风系统7，各级供风系统7主要由进风管8及进风管上在再燃烧室I内部进行恒温燃烧的多个风喷嘴9构成，此系统既是烟气燃烧系统，又是烟气冷却系统，实现了烟气燃烧和冷却的有机整合。
[0040]具体地，进风管8分为两部分，一部分为环形供风集管81，另一部分为从供风集管81通往各风喷嘴9的供风支管82。本实施例中的供风集管81虽然呈环形，但根据再燃烧室外形的不同，其还可以呈其他形状，例如矩形、长方形、多边形等，只要与再燃烧室I的外形保持一致即可。
[0041]供风集管81位于再燃烧室I的外侧，风喷嘴9位于再燃烧室I的内侧，供风支管82穿过再燃烧室I的炉壁连接供风集管81与风喷嘴9，即在再燃烧室I的外壁上间隔设置多环进风管，每环进风管上设置多个风喷嘴9进行喷风冷却。
[0042]供风支管82的直径小于供风集管81，在周向上均匀分布，其数量可根据再燃烧室体积等因素进行确定，在圆周方向上，各级供风系统7的供风支管82可相互错位，如图3中的一级供风系统和四级供风系统与二级供风系统和三级供风系统的供风支管相互错位。这样，可以使风喷嘴9在轴向上尽可能地密集分布，从而使烟气在各个区间都能够得到恒温再燃烧。
[0043]请一并参考图4，图4为图3中B部位的局部放大示意图。
[0044]如图所示，供风集管81的总进风管10上设有第一风量调节阀11，各供风支管82在风喷嘴9的进风侧分别设有第二风量调节阀12，第一风量调节阀11用于控制总风量，第二风量调节阀12用于控制各风喷嘴9的风量。
[0045]供风支管82大体呈“L”形，其上端连接于供风集管81底部的出风口，另一端向下延伸并转向后穿过再燃烧室I的炉壁连接与之相对应的风喷嘴9，第二风量调节阀12设于供风支管82向下延伸的纵向部分。
[0046]当然，供风支管82也可以与供风集管81的内侧相连接，然后直接径向穿过再燃烧室I的炉壁与风喷嘴连接，由于供风支管82上要设置第二风量调节阀12，因此需要在再燃烧室I与供风集管82之间留出足够的安装空间，其供风集管81的尺寸需设计的相对较大，而上述“L”形供风支管82改变了第二风量调节阀12的安装位置，使得供风集管81能够更加靠近再燃烧室1，因此供风集管81的尺寸可设计的相对较小，从而降低了加工、安装难度，减小了再燃烧室I整体所占的空间。
[0047]请参考图5、图6，图5为风喷嘴安装于再燃烧室内侧的结构示意图；图6为图5的局部放大示意图。
[0048]风喷嘴9为弱旋流风喷嘴，其与供风支管82之间有一定角度α且角度可调，其可调范围在95°?160°之间，即风喷嘴的喷风方向与再燃烧室纵向轴线之间的夹角在5°?70°之间。这样，供风系统与再燃烧室气流成小角度混合，风喷嘴9的喷风方向与再燃烧室I内部的烟气流动方向基本平行，烟气与所供之风成平行流状态，可有效防止烟气中可燃物集中燃烧，导致温度过高。
[0049]这里需要说明的是，上述四级供风系统可采用同一气源集中供气，也可以分别采用独立的气源单独供气，可视实际条件和需要而定。
[0050]本实施例采用四级供风系统对再燃烧室I内的烟气进行恒温再燃烧，一方面可以满足进入再燃烧室I中的可燃成分CO、Η2继续燃烧，另一方面可以对燃烧后的产物进行冷却，使再燃烧室I各区间的温度不超过1000°C。
[0051]由于不再设置喷水装置，不会产生水蒸气，因此使烟气所含的化学潜能均转化为物理热焓，不存在潜热问题，提高了烟气随后进行余热发电的效能，而且冷风控温可使烟气中氧的含量由4%增至8%?8.5%，水气含量由14%?15%降至6%?6.5%，有利于生球在链篦机干燥段的干燥作业，更有利于链篦机预热段磁铁矿氧化，提高入窑球强度。
[0052]当然，上述实施例仅是本实用新型的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，烟气冷却控温系统采用四级以上的供风系统，或者供风系统多级控制等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
[0053]以上对本实用新型所提供的直接还原风冷控温再燃烧室进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种直接还原风冷控温再燃烧室，包括再燃烧室(I)及其上设置的烟气燃烧系统和烟气冷却系统，其特征在于，所述烟气燃烧系统和烟气冷却系统为同一系统，其包括沿所述再燃烧室(I)高度方向自下而上间隔分布的多级供风系统(7)，各级所述供风系统(7)均包括进风管(8)，所述进风管(8)设有多个在所述再燃烧室(I)内部进行恒温燃烧的风喷嘴(9)。
2.根据权利要求1所述的直接还原风冷控温再燃烧室，其特征在于，所述进风管(8)包括环形供风集管(81)以及从供风集管通往各风喷嘴(9)的供风支管(82)。
3.根据权利要求2所述的直接还原风冷控温再燃烧室，其特征在于，所述供风集管(81)位于所述再燃烧室(I)的外侧，所述风喷嘴(9)位于所述再燃烧室(I)的内侧，所述供风支管(82)穿过所述再燃烧室(I)的炉壁连接所述供风集管(81)与风喷嘴(9)。
4.根据权利要求3所述的直接还原风冷控温再燃烧室，其特征在于，所述供风集管(81)的总进风管(10)上设有第一风量调节阀(11)，各所述供风支管(82)在所述风喷嘴(9)的进风侧分别设有第二风量调节阀(12)。
5.根据权利要求4所述的直接还原风冷控温再燃烧室，其特征在于，所述供风支管(82)的一端连接于所述供风集管(81)底部的出风口，另一端向下延伸并转向后穿过所述再燃烧室(I)的炉壁连接与之相对应的风喷嘴(9)，所述第二风量调节阀(12)设于所述供风支管(82)向下延伸的纵向部分。
6.根据权利要求1至5任一项所述的直接还原风冷控温再燃烧室，其特征在于，所述风喷嘴(9)的喷风方向朝向斜上方，与所述再燃烧室(I)内部的烟气流动方向基本平行。
7.根据权利要求6所述的直接还原风冷控温再燃烧室，其特征在于，所述风喷嘴(9)与供风支管(82)之间有一定角度且角度可调。
8.根据权利要求7所述的直接还原风冷控温再燃烧室，其特征在于，所述风喷嘴(9)的喷风方向与所述再燃烧室(I)纵向轴线之间的夹角在5°?70°之间。
9.根据权利要求8所述的直接还原风冷控温再燃烧室，其特征在于，所述风喷嘴(9)为弱旋流风喷嘴。
10.根据权利要求1至5任一项所述的直接还原风冷控温再燃烧室，其特征在于，所述烟气冷却系统设有四级或四级以上的供风系统(7)。
【文档编号】F27D17/00GK203928773SQ201420342189
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】宁德乙, 林恩玉, 王赛辉, 李文辉, 朱飞 申请人:中冶长天国际工程有限责任公司