一种气基竖炉与焦炉共用热源的气基竖炉使用方法和系统

技术领域

本发明属于直接还原领域，具体涉及一种气基竖炉与焦炉共用热源的气基竖炉使用方法和系统。

背景技术

目前，气基竖炉法直接还原中代表性工艺主要有Midrex、HYL-Ⅲ工艺。其主要工艺流程是将至少一部分竖炉自产粗煤气净化处理成为净化煤气，然后将还原气（H2+CO）（或焦炉煤气）和竖炉净化煤气混合后，通过燃料气燃烧加热至800℃～1050℃，成为气基竖炉使用的还原气，燃烧加热产生的烟气换热后排入大气，所用的燃料气为气基竖炉的一部分炉顶气；还原气喷入竖炉内，在竖炉内的还原气体与球团矿反应，被还原成直接还原铁。此种现有工艺的缺点至少有两个，一是还原气加热系统结构复杂，投资大；二是加热产生的热烟气采用庞大的换热装置，热能损失大。

如，申请号：CN201810249189.6，名称为，一种加热气基竖炉用还原气的装置的专利提出，“气体加热炉内设置有若干加热炉管，加热炉管内设置有用于催化甲烷的裂解反应的催化剂；加热炉管两端分别穿出加热炉，一端通入所述预热的还原气，另一端排出成品还原气；加热炉管外均匀布置烧嘴；烧嘴产生的高温烟气通过加热炉与预热炉的连通处通入预热炉内，预热炉设有排气口”。又如，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，过渡段以及对流段复查的加热系统，产生的1200℃的高温烟气，经对流段热量回收，使烟气温度降至100℃以下后，外排。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种气基竖炉与焦炉共用热源的气基竖炉使用方法和系统。

本发明目的之一是简化气体加热系统，降低气体加热系统的投资。

本发明目的之二是提高热利用效率。

本发明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。

为实现此目的，本发明使用方法采用以下的技术方案：

一种气基竖炉与焦炉共用热源的气基竖炉使用方法，包括将换热管路置于焦炉燃烧室中，换热管路的一端与载有新鲜还原气的管路连通，另一端通过热还原气管路与气基竖炉风口连通，换热管路为n个，n为自然数，加压的新鲜还原气经换热管路流经焦炉燃烧室，利用燃烧室内的热量将换热管路内的还原气加热，成为热还原气，至少将此一种热还原气由气基竖炉风口吹入气基竖炉，在气基竖炉内，热还原气与铁氧化物逆向运动，并发生反应，生成直接还原铁和竖炉煤气，直接还原铁由气基竖炉下部排出，竖炉煤气由气基竖炉顶部煤气出口排出，成为气基竖炉炉顶煤气。

进一步地，采用下面两种方案中的任一种方案：

第一种方案：所述新鲜还原气至少一部分来源于气基竖炉炉顶净化煤气，新鲜还原气经换热管路流经焦炉燃烧室后，被加热至850~1100℃，成为热还原气，热还原气由气基竖炉风口进入气基竖炉。

第二种方案：所述新鲜还原气至少一部分来源于气基竖炉炉顶净化煤气，所述新鲜还原气经换热管路流经焦炉燃烧室后，被加热到600～1050℃，成为热还原气；富烃气经非催化部分氧化法转化成1050～1300℃的另一种热还原气，将两种热还原气混合后，由气基竖炉风口进入气基竖炉。

进一步地，所述换热管路与燃烧室之间设置有耐火砖，通过耐火砖的材质和厚度，控制换热管路中的还原气的温度。

进一步地，所述换热管路为耐高温金属管，耐高温金属管与周围耐火砖间留有一定的空隙，耐高温金属管两端有阀门，耐高温金属管可拆卸更换。

为实现此目的，本发明系统采用以下的技术方案：

一种气基竖炉与焦炉共用热源的气基竖炉系统，包括气基竖炉和焦炉，将换热管路置于焦炉燃烧室内，换热管路的一端与载有新鲜还原气管路的出口连通，另一端与热还原气管路的进口连通，热还原气出口与气基竖炉风口连通，或热还原气管路出口与另一还原气管路出口并联后，再与气基竖炉风口连通，换热管路为n个，n为自然数。

进一步地，所述换热管路的两个端口从焦炉燃烧室顶部穿出，换热管路主体位于焦炉燃烧室内。

进一步地，所述换热管路的两个端口位于焦炉燃烧室顶部相邻两个看火孔之间。

进一步地，所述换热管路位于焦炉燃烧室的隔墙内。

进一步地，所述换热管路为U型管路，一端连通新鲜还原气，另一端连通热还原气。

与现有技术相比，本发明方法具有以下有益效果：

（1）与原技术相比，本发明焦炉和气基竖炉采用一个加热装置（焦炉的燃烧室），同时为气基竖炉和焦炉供热，大幅度减少了加热系统的设备，减少了占地面积，降低了投资；

（2）焦炉和气基竖炉共用一个热源，使得焦炉和气基竖炉整体系统热能利用率提高。

（3）气基竖炉还原气加热系统不使用催化剂，无需停产更换催化剂。

（4）焦炉燃烧室的加热原理和加热温度，均与气基竖炉气体加热用的管式加热炉相似，完全满足气基竖炉所需的气体加热温度范围。

附图说明

图1为本发明的第一种工艺流程示意图；

图2为本发明的第二种工艺流程示意图；

图3为图1的A-A剖面左视图；

图4为图1的A-A剖面右视图；

图7为图3和4 的燃烧室跨越孔隔墙D处的放大图；

图8为图7的B-B侧剖面；

图5为图2的F-F剖面左视图；

图6为图2的F-F剖面右视图；

图9为图5和6 的燃烧室无跨越孔隔墙E处的放大图；

图10为图9的C-C侧剖面；

图11为本发明的第三种工艺流程示意图；

图中标记为：1-气基竖炉，2-非催化部分氧化转化炉，3-焦炉，4-还原气（H2+CO）管路，5-新鲜还原气管路，6-热还原气管路，7-换热管路，8-富CO气体管路，11-气基竖炉炉顶出口煤气管路，12-竖炉风口，111-气基竖炉炉顶煤气第一股气流管路，112-气基竖炉炉顶煤气第二股气流管路，113-气基竖炉炉顶煤气第一股气流脱出CO2后的管路，13-竖炉热煤气换热器，14-除尘装置，15-竖炉炉顶煤气压缩机，16-脱CO2装置， 21-非催化部分氧化炉出口还原气管路，22-烧嘴，221-氧气管路，222-蒸汽管路，31-焦炉燃烧室， 311-燃烧室跨越孔隔墙，312-燃烧室看火孔，313-耐高温金属管与燃烧室隔墙间的空隙，314-燃烧室无跨越孔隔墙 ，315-燃烧室跨越孔，51-新鲜还原气管路的支管，61-热还原气管路的支管，71-换热管路上的阀门。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。（图1、2、11中位于燃烧室内的换热管路，用虚线表示）。

具体实施方式一：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述一种气基竖炉1与焦炉3共用热源的气基竖炉使用方法，包括将换热管路7置于焦炉燃烧室31中，换热管路7的一端与载有新鲜还原气的管路5连通，另一端通过热还原气管路6与气基竖炉风口12连通，换热管路7为n个，n为自然数，加压的新鲜还原气经换热管路7流经焦炉燃烧室31，利用燃烧室31内的热量将换热管路7内的还原气加热，加热后的还原气经热还原气管路6由气基竖炉风口12进入气基竖炉1（或者加热后的还原气与其它还原气混合后，由气基竖炉风口12进入气基竖炉1），在气基竖炉1内，热还原气与铁氧化物逆向运动，并发生反应，生成直接还原铁和竖炉煤气，直接还原铁由气基竖炉1下部排出，竖炉煤气由气基竖炉顶部出口煤气管路11排出，成为气基竖炉炉顶煤气。

具体实施方式二：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述新鲜还原气至少一部分来源于气基竖炉炉顶脱CO2后的净化煤气（即经换热、除尘、脱出CO2后的气基竖炉炉顶煤气，如果炉顶煤气中硫含量高，还需要脱硫），新鲜还原气经换热管路7流经焦炉燃烧室31后，被加热至850~1100℃，成为热还原气，热还原气经热还原气管路6直接由气基竖炉风口12进入气基竖炉1。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述新鲜还原气至少一部分来源于气基竖炉炉顶脱CO2后的净化煤气，新鲜还原气经换热管路7流经焦炉燃烧室31后，被加热到600～1050℃，成为热还原气；富烃气采用非催化部分氧化法经非催化部分氧化转化炉2转化成1050～1300℃的另一种热还原气，将两种热还原气混合后，由气基竖炉风口12进入气基竖炉1。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。

具体实施方式四： 结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述换热管路7与燃烧室31之间设置有耐火材料，通过耐火材料的材质和厚度，控制换热管路中的还原气的温度。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或二或三相同。

具体实施方式五： 结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述换热管路7为耐高温金属管，耐高温金属管与周围耐火材料间留有一定的空隙，耐高温金属管两端有阀门（换热管路上的阀门71），耐高温金属管可拆卸更换。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或二或三相同。

具体实施方式六： 结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述一种气基竖炉1与焦炉3共用热源的气基竖炉系统，包括气基竖炉1和焦炉3，其中将换热管路7置于焦炉燃烧室31中，换热管路7的一端与新鲜还原气管路5的出口连通，另一端与热还原气管路6的进口连通，热还原气管路6出口与气基竖炉风口12连通（或热还原气管路6出口与另一还原气管路出口并联后，再与气基竖炉风口12连通），换热管路为n个，n为自然数。

具体实施方式七： 结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述换热管路7的两个端口从焦炉燃烧室31顶部穿出，换热管路主体位于焦炉燃烧室内。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式六相同。

具体实施方式八： 结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述换热管路7的两个端口位于焦炉燃烧室31顶部相邻两个看火孔312之间。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述换热管路位于焦炉燃烧室的隔墙内。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式八或九相同。

具体实施方式十：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述插入焦炉燃烧室31的换热管路7为U型管路，一端连通新鲜还原气管路5，另一端连通热还原气管路7。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式九相同。

实施例一

下面参照图1、3、4、7、8，说明本实施例。

图1为本发明的第一种工艺流程示意图，图3、4分别为图1的A-A剖面左、右视图，图7为图3和4 的燃烧室跨越孔隔墙311D处的放大图，图8为图7的B-B侧剖面图，本实施例的换热管路7采用耐高温金属管。

本实施例所述一种气基竖炉与焦炉共用热源的气基竖炉系统，包括气基竖炉1和焦炉3，竖炉炉顶煤气依次经气基竖炉顶热煤气出口管路11、竖炉热煤气换热器13、除尘装置14后，分成两股气流管路，第一股气流管路为111，第二股气流管路为112，第二股气流作为其它用途，第一股气流管路111再依次与竖炉炉顶煤气压缩机15、 脱CO

下面参照图1、3、4、7、8，说明本实施例一种气基竖炉与焦炉共用热源的气基竖炉使用方法，该方法包括竖炉炉顶煤气依次经气基竖炉顶热煤气出口管路11、竖炉热煤气换热器13、除尘装置14后，分成两股气流，第二股气流管路112内的煤气作为其它用途，第一股气流管路111内的煤气再依次经竖炉炉顶煤气压缩机15、 脱CO

实施例二

下面参照图2、5、6、9、10，说明本实施例。

图2为本发明的第二种工艺流程示意图，图5、6分别为图2的F-F剖面左、右视图，图9为图5和6 的燃烧室无跨越孔隔墙E处的放大图，图10为图9的C-C侧剖面图，本实施例的换热管路7采用耐高温金属管。

本实施例所述一种气基竖炉与焦炉共用热源的气基竖炉系统，该系统与实施例一不同之处是，焦炉炉顶上的新鲜还原气管路5进口只连通脱出CO

下面参阅图2、5、6、9、10，说明本实施例一种气基竖炉与焦炉共用热源的气基竖炉使用方法，该方法与实施例一不同之处是，焦炉炉顶上的新鲜还原气管路5进口只连通脱出CO

实施例三

下面参照图11，说明本实施例。

图11为本发明的第三种工艺流程示意图，本实施例的换热管路7采用耐高温金属管。

本实施例所述一种气基竖炉与焦炉共用热源的气基竖炉系统，该系统与实施例二不同之处是，脱出CO2后的第一股气基竖炉炉顶煤气管路113与富CO气体管路8并联后，再与新鲜还原气管路5进口连通，在燃烧室无跨越孔隔墙314和跨越孔隔墙311中均安装u型耐高温金属管（换热管路7）。此方案的目的是，通过加入CO气，调整进入气基竖炉的还原气中H2和CO的比例；通过燃烧室无跨越孔隔墙314和跨越孔隔墙311中均安装u型耐高温金属管（换热管路7），增加被加热的新鲜还原气的气量。本系统实施方式中未公开的技术特征与实施例二系统相同。

下面参阅图11，说明本实施例所述一种气基竖炉与焦炉共用热源的气基竖炉使用方法，该方法与实施例二不同之处是，脱出CO

上述方案中热还原气管路6内装有耐火材料内衬，换热管路7也可以采用非金属耐高温导热管。

以上列举的仅是本发明的优选实施例，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。