專(zhuān)利名稱(chēng):在移動(dòng)式爐柵上對(duì)團(tuán)塊或團(tuán)粒材料進(jìn)行熱處理的方法
本發(fā)明涉及到一種利用熱氣體通過(guò)爐床而對(duì)在移動(dòng)式爐柵上的團(tuán)塊或團(tuán)粒材料進(jìn)行熱處理的方法，在這個(gè)方法中，熱氣體由上自下地通過(guò)處在熱處理區(qū)的料床，而含氧的冷氣體則自下而上地通過(guò)處在冷卻區(qū)的料床，已被加熱的冷氣體在一個(gè)連續(xù)式氣罩之中由冷卻區(qū)通向熱處理區(qū)。
諸如石灰石、礦石團(tuán)粒、耐火粘土和廢料等這種團(tuán)塊或呈任何形狀的成型團(tuán)粒材料常在移動(dòng)式爐柵上進(jìn)行熱處理，由于熱氣體通過(guò)移動(dòng)爐柵上的爐料，于是該爐料就被加熱到預(yù)定的溫度。料床由于冷氣體通過(guò)其中而得到充分的冷卻。
已被加熱的冷卻氣體輸送到熱處理區(qū)，并且可以作為燃燒器的主氣和/或輔氣而加以使用。熱處理區(qū)通常包括有一個(gè)干燥區(qū)，一個(gè)加熱區(qū)和一個(gè)燃燒區(qū)，這些區(qū)段可以再細(xì)分成若干區(qū)段。在大多數(shù)情況下，冷卻區(qū)也可以再細(xì)分成若干小區(qū)段。
由美國(guó)專(zhuān)利3，172，754可知(該專(zhuān)利涉及到團(tuán)粒的硬燒過(guò)程)，在第一個(gè)冷卻區(qū)上設(shè)置有一個(gè)氣罩，它通向一個(gè)連續(xù)的導(dǎo)向，導(dǎo)管則從二次燃燒區(qū)延伸到燃燒區(qū)及加熱區(qū)。該導(dǎo)管通過(guò)上述各區(qū)頂部結(jié)構(gòu)上所設(shè)的開(kāi)口而與這些區(qū)相連通。已加熱的冷卻氣體作為輔氣流經(jīng)過(guò)上述開(kāi)口，并與側(cè)面設(shè)置在上述各區(qū)段的燃燒器中出來(lái)的煙氣相混合。盡管由于這個(gè)連續(xù)式導(dǎo)管而使得設(shè)置各個(gè)分別的氣體管線(xiàn)成為不必要的了，但煙氣和輔氣的混合卻相當(dāng)不均勻，這就使得料床中的溫度分布及氣體中氧的分布受到不利的影響。
由美國(guó)專(zhuān)利3，620，519可知，在第一冷卻區(qū)，燃燒區(qū)以及加熱區(qū)上設(shè)置有一個(gè)連續(xù)式氣罩。在這個(gè)氣罩中，在二次燃燒區(qū)和初始冷卻區(qū)上還設(shè)有另一個(gè)稍低一些的氣罩，它接受自下而上地流經(jīng)料床的冷卻空氣并使該冷卻空氣自上而下地通過(guò)二次燃燒區(qū)的料床。進(jìn)入到處于第一冷卻區(qū)的連續(xù)氣罩中的熱的冷卻空氣由側(cè)向設(shè)置的燃燒器而加熱升溫，并用來(lái)作為燃燒器的輔氣。燃燒器設(shè)置在第一冷卻區(qū)，或設(shè)置在上述那個(gè)較低的第二氣罩的通道中。已加熱的氣體然后順氣罩流到燃燒區(qū)和加熱區(qū)，并自上而下通過(guò)這些區(qū)段的料床。在這兩個(gè)區(qū)段中設(shè)有一個(gè)半橫隔墻。在上述所有過(guò)程中，所有氣體都在冷卻區(qū)加熱到所要求的最高溫度而又必須隨后，例如在加熱升溫區(qū)，通過(guò)加入冷空氣而冷卻到該區(qū)段所要求的溫度。其結(jié)果是，在冷卻區(qū)需要大量氣體，連續(xù)氣罩必須有一個(gè)相應(yīng)大的斷面，在各個(gè)壁處的熱損失變大，并且需要在二次燃燒區(qū)上設(shè)置一個(gè)蓋罩(它組成第二氣罩)，從而導(dǎo)致煙塵的沉積并形成硬殼。
歐洲專(zhuān)利0，030，396公開(kāi)了如下內(nèi)容，至少有一部分從外面供應(yīng)來(lái)的，進(jìn)行燃燒過(guò)程的燃料，為固體燃料，它加在團(tuán)粒料床的表面上，在第一冷卻區(qū)，燃燒區(qū)和加熱升溫區(qū)上設(shè)置有一連續(xù)式氣罩。如果加熱作用僅僅是由加在料床上的固體燃料的燃燒產(chǎn)生的話(huà)，則氣罩不帶有任何內(nèi)部裝置。如果固體燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量?jī)H占所需熱量的一部分話(huà)，那么在加熱升溫區(qū)及燃燒區(qū)就要設(shè)置內(nèi)部裝置，該內(nèi)部裝置側(cè)壁設(shè)有燃燒室，燃燒室通過(guò)導(dǎo)管與氣罩相通，通過(guò)這些導(dǎo)管已加熱的冷卻空氣作為輔氣輸送到燃燒室中。上述兩實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，固體燃料燃燒能使氣體得到均勻的加熱，氣體體積流量相對(duì)低。但是任何一個(gè)被使用的燃燒器僅能在較低的負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn)，盡管這樣，還仍然有煙塵沉積在導(dǎo)管上的問(wèn)題。在上述兩種情況下，有可能采用較便宜的固體燃料，并且相對(duì)于所加固體燃料消耗量說(shuō)能源消耗費(fèi)用較低。而另一方面，固體燃料并不是在所有情況下都適用，而希望能有選擇地采用液體燃料或氣體燃料。
本發(fā)明的目的是當(dāng)使用液體燃料或氣體燃料時(shí)要減少熱處理過(guò)程中的能源消耗，并且盡量減少設(shè)備的結(jié)構(gòu)費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。
本發(fā)明的目的之所以能實(shí)現(xiàn)是在于，使已被加熱的冷卻氣體在連續(xù)式氣罩中及移動(dòng)式爐柵上層以一種高的速度流動(dòng)，這種高速流動(dòng)使任何一種垂直上升運(yùn)動(dòng)都不會(huì)對(duì)氣體流動(dòng)產(chǎn)生影響，這樣就在氣罩中形成溫度不同的互相平行的氣流層，燃料則供應(yīng)給各個(gè)氣流層，各個(gè)氣流層加熱到不同的高溫，然后自上而下地通過(guò)料床而進(jìn)入熱處理區(qū)?！盁崽幚韰^(qū)”總是包括有燃燒區(qū)，如果再細(xì)分的話(huà)，它包括有燃燒區(qū)和加熱區(qū)。干燥區(qū)可以設(shè)置在連續(xù)式氣罩的外面，也可以包括在熱處理區(qū)之中，在后面這種情況下它將處在連續(xù)式氣罩之中。連續(xù)式氣罩沒(méi)有隔墻并且最好大致與氣流層的流線(xiàn)相吻合。如果干燥區(qū)不設(shè)置在連續(xù)氣罩之中，那么僅僅冷卻區(qū)的第一部分由連續(xù)式氣罩來(lái)連通，如果干燥區(qū)設(shè)置在連續(xù)式氣罩之中，那么在連續(xù)式氣罩之中也將包括有冷卻區(qū)的第二部分。冷卻氣體一般由空氣組成。倘若使用其他氣體，則它們必須含有足夠供燃料燃燒用的氧或者它們必須是富氧的?！皻饬鲗印币辉~指的是在連續(xù)式氣罩中互相平行的呈層疊狀的氣流層。這些氣流層，其寬度方向延伸到氣罩的整個(gè)寬度，其長(zhǎng)度方向則開(kāi)始于氣體離開(kāi)冷卻區(qū)中的料床之處而結(jié)束于氣體進(jìn)入熱處理區(qū)中的料床之處。由于使氣體進(jìn)入冷卻區(qū)的壓力作用及使氣體從熱處理區(qū)抽出的抽吸作用，氣體在連續(xù)式氣罩之中呈氣流層狀流動(dòng)并且以一種高速流動(dòng)以致于氣罩中產(chǎn)生的任何上升力對(duì)氣流流動(dòng)狀態(tài)不產(chǎn)生影響。上升力作用主要是由各氣流層之間溫度差造成的。各氣流層的精確幾何構(gòu)形可以根據(jù)物理上流體模型通過(guò)計(jì)算和/或通過(guò)試驗(yàn)來(lái)決定。整個(gè)系統(tǒng)中的流動(dòng)狀態(tài)是這樣選擇的，既能獲得呈確定層狀的穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)。每一層氣流層各由一燃料噴射來(lái)加熱，各燃料噴射的流量不同，它們處于各相應(yīng)氣流層的交界線(xiàn)處。交界線(xiàn)和各個(gè)氣流層的厚度根據(jù)要求的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)條件來(lái)選擇。每一層氣流層的初始溫度是不均勻的，每一層氣流層按精切的確定方式進(jìn)行加熱，其最終溫度可以是均勻的也可以是不均勻的。這可以根據(jù)所要求的運(yùn)轉(zhuǎn)條件來(lái)選擇。
根據(jù)操作條件，氣體必須在單位小時(shí)內(nèi)單位面積上以某一流量進(jìn)入熱處理區(qū)中的料床。具有這種流量的氣體是由一冷卻氣鼓風(fēng)機(jī)輸入到冷卻區(qū)的，氣體可以進(jìn)行相應(yīng)的控制。如果所供應(yīng)的燃料的燃燒需要改變氣體體積流量，則輸入到冷卻區(qū)的氣體體積流量也必須相應(yīng)地改變。
本發(fā)明的一個(gè)最佳特征是，被加熱的冷卻氣體在連續(xù)式氣罩中從向上流動(dòng)方向改變?yōu)橄蛳铝鲃?dòng)方向時(shí)流經(jīng)料床的流動(dòng)速度超過(guò)3米/秒，最好選在10米/秒和60米/秒之間。氣流從向上流動(dòng)改變?yōu)橄蛳铝鲃?dòng)的轉(zhuǎn)換是配置在熱處理區(qū)的末端和冷卻區(qū)的開(kāi)始這兩者之間的交界處。對(duì)流速進(jìn)行這樣的控制將導(dǎo)致形成真正分層的，互相平行的氣流層。
本發(fā)明的一個(gè)最佳特征是，在連續(xù)式氣罩中每一氣流層在其進(jìn)入料床之前所進(jìn)行的加熱過(guò)程應(yīng)該盡量短，并且應(yīng)當(dāng)使得某一給定氣流層在進(jìn)入料床時(shí)在該層中所容許的溫度差不能超過(guò)原來(lái)的范圍。容許的溫度差將根據(jù)該層氣流層進(jìn)入料床的所在區(qū)段的操作條件來(lái)決定。例如，在團(tuán)粒硬燒時(shí)，在加熱區(qū)段容許溫差可以相當(dāng)大，例如20℃到40℃，而在燃燒區(qū)段則應(yīng)當(dāng)小于例如20℃。在某一層氣流層中氣體溫度的均勻程度將取決于噴射的燃料和該氣流層從混合點(diǎn)開(kāi)始到料床入口為止這個(gè)過(guò)程中兩者的動(dòng)量比。這些條件將決定混合區(qū)的長(zhǎng)度，而這長(zhǎng)度可用來(lái)避免過(guò)大的溫度差別。這樣，已加熱的氣體將不在高溫下停留長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)樵谶@段時(shí)間中，生成的NOx可能增加。這同樣導(dǎo)致燃燒機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)費(fèi)用減少，這是由于加熱的進(jìn)行以及高溫氣體的獲得僅在氣罩中一小部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的從而使得有效氣體體積較大。
本發(fā)明的另一個(gè)最佳特征是，用來(lái)加熱某一氣流層的燃料是在無(wú)伴氣的情況下輸送到該氣流層中去的，或者是在有極少量的伴氣的情況下輸送到該氣流層中去的。如果一種氣體，例如天然氣。用來(lái)作為燃料，則一般不需要另一種氣體來(lái)給待噴射的燃料加一動(dòng)量。如果使用燃油或細(xì)顆粒固體燃料，則需要加另一種能給待噴射燃料一個(gè)動(dòng)量的運(yùn)動(dòng)氣體，但其流量只要能滿(mǎn)足燃料均勻分布這一點(diǎn)就可以，它既不是作為主氣也不是作為輔氣。相對(duì)于燃料流量來(lái)說(shuō)，這種運(yùn)動(dòng)氣體的質(zhì)量流量至多為0.05～0.25。做到這一點(diǎn)將會(huì)產(chǎn)生非常理想的熱平衡效果。
本發(fā)明另一最佳特征是，由冷卻區(qū)的料床出來(lái)的，含有污染性物質(zhì)的，溫度比較低的氣流層就在緊靠該料床上方一點(diǎn)的地方通過(guò)一附加燃料而進(jìn)行加熱。從冷卻區(qū)的料床中出來(lái)的氣流層是可能含有污染性物質(zhì)的。如果在冷卻氣體中采用了這種污染性物質(zhì)的話(huà)，或者如果在冷卻區(qū)中，燃燒材料床上加有第二層料層而且當(dāng)?shù)诙恿蠈佑蓙?lái)自底下熱層的經(jīng)過(guò)加熱的冷卻氣體加熱時(shí)污染性物質(zhì)揮發(fā)而進(jìn)入該第二層的話(huà)。氣流層必須加熱到一個(gè)能使污染物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害物質(zhì)的溫度。上述那種早期加熱方法就將確保這種轉(zhuǎn)變充分地進(jìn)行。最好僅僅加熱那些來(lái)自料層的，溫度低于600℃的氣流層。至于將氣流層進(jìn)一步加熱到熱處理區(qū)所要求的溫度，則可以在該氣流層進(jìn)入料層之前短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。
本發(fā)明的另一最佳特點(diǎn)是，連續(xù)式氣罩伸展的長(zhǎng)度為在移動(dòng)式爐柵上進(jìn)行熱處理的長(zhǎng)度，至少有一部分來(lái)自冷卻區(qū)末端的氣流層不再進(jìn)一步加熱，并且輸送到干燥區(qū)，來(lái)自冷卻區(qū)最后一部分末端的最冷的氣流層輸送到干燥區(qū)的第一部分，溫度增高的氣流層則輸送到干燥區(qū)隨后的那些部分。連續(xù)式氣罩伸展到第一和第二冷卻區(qū)以及干燥區(qū)，干燥區(qū)包括在熱處理區(qū)中。氣體輸導(dǎo)的方式是這樣的，來(lái)自第二冷卻區(qū)末端的，具有最低溫度的氣流層最后一層是在該氣罩頂部下輸送的，它不進(jìn)行加熱并且作為氣流層的第一層而輸送到干燥區(qū)的始端。來(lái)自第二冷卻區(qū)并且位于氣流層最后一層之前的那些氣流層，其溫度沿移動(dòng)式爐柵的運(yùn)動(dòng)方向逐漸增加，也不進(jìn)行加熱并輸送到干燥區(qū)中去。其結(jié)果是，輸送到干燥區(qū)的氣流層溫度沿移動(dòng)式爐柵移動(dòng)方向增加。如果離開(kāi)第二冷卻區(qū)的某一氣流層溫度在干燥末端不足以達(dá)到所要求的溫度，則該氣流層應(yīng)該通過(guò)噴射燃料來(lái)進(jìn)行加熱。由于進(jìn)入干燥區(qū)的氣流層的溫度是不斷增加的，因此干燥過(guò)程將不會(huì)在較低的料層中產(chǎn)生過(guò)多的水分積存。
本發(fā)明另一特征是，在氣流層進(jìn)入到熱處理區(qū)的料床之前?？梢詮耐饷姘烟娲鷼怏w加到該氣流層中，替代結(jié)果生成的氣體進(jìn)入熱處理區(qū)料床時(shí)的體積流量可以通過(guò)控制冷卻氣體輸送到冷卻區(qū)時(shí)的體積流量而調(diào)整到預(yù)定的要求值。替代氣體可以是煙氣，還原性氣體，空氣，富氧氣體，氧氣，或者它們的混合物。上述替代氣體可以在同一過(guò)程中得到，或者也可以是外加的，替代氣體是從氣罩的側(cè)面噴入所要求的氣流層中的。采用這種方法，各個(gè)氣流層可以與替代氣體混合而部分地被替代，也可以各個(gè)氣體層整個(gè)地被替代氣所替代?！疤娲鷼怏w”一詞用來(lái)表明，氣體在熱處理區(qū)所要求的單位面積單位小時(shí)的體積流量不完全是由來(lái)自冷卻區(qū)的加熱過(guò)的冷卻氣體供給的，上述流量的一部分是由替代氣體來(lái)供給的，于是冷卻氣體的體積流量值要減去替代氣體的體積數(shù)，如果替代氣體是一種活性氣體并且參與導(dǎo)致氣體體積改變的化學(xué)反應(yīng)，些么在控制冷卻氣體所供應(yīng)的體積流量時(shí)，就要考慮上述體積改變這個(gè)因素，以便使替代結(jié)果生成的氣體進(jìn)入料床時(shí)的體積流量總是等于所要求的氣體體積流量。冷卻氣體供應(yīng)的氣體體積流量最好是這樣來(lái)控制，即，在氣罩中的整個(gè)熱處理區(qū)對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)定，然后控制冷卻氣體鼓風(fēng)機(jī)使該壓力保持恒定。在這種情況下，冷卻氣體供應(yīng)的流量總是使氣體抽出的流量保持在要求值。
在對(duì)材料進(jìn)行熱處理過(guò)程中輸入替代氣體將對(duì)某些地方的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生影響，從而能對(duì)化學(xué)反應(yīng)起控制作用。例如，在硬燒磁鐵礦團(tuán)?；蚝心z結(jié)碳的團(tuán)粒時(shí)，磁鐵礦氧化成赤鐵礦的過(guò)程或者碳的燃燒過(guò)程在團(tuán)粒料床處于較低溫的區(qū)域可能被延遲或停止，而在較高溫度區(qū)域則可能加速。在這種情況下，氧化潛熱可能在溫度處于較高的階段釋放出來(lái)(這里本來(lái)是需要外加燃料的)，而不是在溫度處于較低的階段(這里由過(guò)程產(chǎn)生的廢氣足夠來(lái)加熱料床)。
本發(fā)明另一特征是，熱處理過(guò)的材料部分地冷卻，然后還原性氣體通過(guò)還原區(qū)的料床。當(dāng)海綿鐵由含有低于材料熔點(diǎn)的材料的氧化鐵直接還原生成時(shí)，含有氧化鐵的材料首先以團(tuán)?；驁F(tuán)塊的形式進(jìn)行硬燒，然后部分冷卻到還原溫度，接著在還原區(qū)還原成海綿鐵，在這還原區(qū)中還原性氣體通過(guò)料床而流動(dòng)。高溫的海綿鐵然后可以加到熔化設(shè)備中去。離開(kāi)還原區(qū)的氣體仍然含有還原性組分，可以再循環(huán)回到氣體發(fā)生器中以便強(qiáng)化，或者也可以作為燃料而輸送到熱處理區(qū)。如果海綿是在熱狀態(tài)下進(jìn)行卸料，則還原區(qū)將設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的氣罩。還原性氣體可以向上地通過(guò)料床，或者可以向下地通過(guò)料床。
本發(fā)明的另一特征是，在還原區(qū)還原過(guò)的材料在輔助冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻，連續(xù)式氣罩沿整個(gè)移動(dòng)爐柵伸展，從熱處理區(qū)和/或還原區(qū)出來(lái)的廢氣可以作為冷卻氣體來(lái)使用，在輔助冷卻區(qū)該冷卻氣體是向上地通過(guò)還原過(guò)的材料，由輔助區(qū)出來(lái)的氣流層作為上層氣流層而被輸送到熱處理區(qū)，而還原性氣體則用來(lái)作為替代氣體輸送到氣罩中的還原區(qū)，并且自上而下地通過(guò)料床。在某些情況下，海綿鐵卸料之前，它必須在非氧化性條件下進(jìn)行冷卻。這種冷卻是在繼還原區(qū)之后的一個(gè)或多個(gè)冷卻區(qū)中進(jìn)行的。
向上通過(guò)料床的冷卻氣體可以是，由熱處理區(qū)來(lái)的低氧氣體，由還原區(qū)來(lái)的廢氣，或者是它們的混合物。廢氣先在熱交換器中冷卻到要求的冷卻氣體溫度。低氧廢氣可以在熱處理區(qū)中設(shè)置在氣流層下面的風(fēng)箱中得到，燃料曾在氣流層中燃燒以便進(jìn)行加熱。在第一冷卻區(qū)需要最低的含氧量，而在隨后的冷卻階段，稍微高點(diǎn)的含氧量則是允許的。在還原區(qū)，還原性氣體就在料床上面一點(diǎn)地方進(jìn)行噴射，并且沿整個(gè)還原區(qū)長(zhǎng)度分布。還原氣體可以作為一種替代氣體代替那些原本從冷卻區(qū)輸送到還原區(qū)的氣流層。其結(jié)果是不再需要設(shè)置隔墻。相鄰氣流層間的化學(xué)反應(yīng)可以通過(guò)介入阻流薄氣層而加以防止，薄氣層具有合適的化學(xué)成分并由煙氣構(gòu)成。阻流氣體適合于用來(lái)作為一種替代氣體在緊靠料床上方一點(diǎn)處進(jìn)行噴射，但也可以在爐柵車(chē)下面輸入。從還原區(qū)出來(lái)的廢氣具有低的熱值，最好作為替代氣體噴入到那些輸送到加熱區(qū)和燃燒區(qū)始端的氣流層中，或者與新的還原性氣體混合用來(lái)作為一種含有較高熱值的替代氣體，并且噴射到那些輸送到燃燒區(qū)相繼部分的氣流層中去。其他氣體，諸如高爐煤氣，來(lái)自煉鋼過(guò)程中的氣體，焦?fàn)t煤氣，或天然氣也是適用的，可以用來(lái)代替還原區(qū)出來(lái)的廢氣。通過(guò)控制還原性氣體中CO和H2的比例可以影響還原區(qū)中爐料的溫度;而這也將影響到料床進(jìn)入冷卻區(qū)的溫度。還原氣體適宜于在環(huán)流流態(tài)化床中通過(guò)帶有氧氣或富氧空氣的氣化以及同時(shí)高溫脫硫來(lái)制備。出來(lái)的氣體具有高的還原能力，并且在燃燒時(shí)具有較高熱值。固體碳素物可以加在冷卻區(qū)始端處的料床上以便使排出的冷卻氣體含有多量的來(lái)自熾熱碳層的CO和H2。把這種氣流層輸送到加熱區(qū)，可能的話(huà)輸送到燃燒區(qū)的始端，這樣就可以避免上述區(qū)域中氧化的產(chǎn)生，并能獲得一種完全可以用來(lái)作為第一冷卻階段中冷卻氣體的廢氣。
本發(fā)明另一最佳特征是，在冷卻區(qū)中還原過(guò)的材料在輔助冷卻區(qū)中進(jìn)行冷卻，固體碳素物質(zhì)加在料床的表面上，來(lái)自還原區(qū)的廢氣在輔助冷卻區(qū)自下而上地通過(guò)海綿鐵料床以及在海綿鐵料床上形成的熾熱碳素層，這樣，上述氣體就得到強(qiáng)化，該強(qiáng)化的氣體為還原氣體輸送到還原區(qū)。固體碳素物質(zhì)最好加在部分冷卻區(qū)中的或部分冷卻區(qū)后的料床上以便在上述料床上形成一層料。在這個(gè)部分冷卻區(qū)中，碳素物質(zhì)通過(guò)冷空氣進(jìn)行點(diǎn)燃并部分地燃燒，于是它就被加熱了。煙氣加熱那些輸送到燃燒區(qū)，如果需要該輸送到加熱區(qū)的相應(yīng)氣流層。還原的結(jié)果，來(lái)自還原區(qū)的廢氣含有一定量的CO2和H2O;這廢氣自下而上地通過(guò)冷卻區(qū)中的料床并由此而被加熱，然后流經(jīng)碳素物質(zhì)的熾熱層，這時(shí)，氣體中含有的CO2和H2O產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成CO和H2。各相應(yīng)氣流層的強(qiáng)化氣體又回到還原區(qū)，在該區(qū)它首先自上而下穿過(guò)碳素物質(zhì)層并由此進(jìn)一步強(qiáng)化，然后它作為還原氣體流經(jīng)料床。根據(jù)所加碳素物質(zhì)的顆粒大小，碳素材料可以形成一個(gè)沉積床或一個(gè)流態(tài)床，或者也可以由氣體攜帶輸送。攜帶的顆粒將隨著料床移動(dòng)到冷卻區(qū)，然后它們?nèi)繜M。如果逸漏空氣加入環(huán)流的還原氣體，則該氣體要抽出一部分來(lái)以防止N2的含量量增多。所抽出的量則由新的還原氣體來(lái)補(bǔ)充。如果海綿鐵將在低溫下卸料，那么它將受到進(jìn)一步的冷卻，為此可以采用來(lái)自燃燒區(qū)和/或加熱區(qū)的廢氣。隨著海綿鐵的溫度降低。可以允許冷卻氣體中含有較高含量的氧，這樣的氧可以用來(lái)燒掉料床上殘留的固體碳。當(dāng)移動(dòng)爐柵開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，新還原氣體作為替代氣體從外面加到還原區(qū)中。
現(xiàn)參照附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)說(shuō)明。
附圖為橫斷面示意圖，表現(xiàn)了移動(dòng)爐柵的上部層次及通道，氣罩設(shè)置在該上層的上方而風(fēng)箱則設(shè)置在該上層的下方。為清晰起見(jiàn)，風(fēng)箱在移動(dòng)爐柵下面那一部分省略掉了。在連續(xù)式氣罩G的下面表示出了氣流層1至5。材料是裝在爐柵之上層7上的8處。
參照?qǐng)D1，爐料首先在配有單獨(dú)氣罩〔9〕的壓力干燥區(qū)a進(jìn)行干燥，隨后在配有單獨(dú)氣罩〔10〕的抽吸干燥區(qū)a1進(jìn)行干燥，接著爐料在加熱區(qū)b進(jìn)行加熱并在燃燒區(qū)c進(jìn)行燃燒。加熱區(qū)b和燃燒區(qū)c組成熱處理區(qū)，氣流層〔1〕至〔4〕從第一冷卻區(qū)d出發(fā)流動(dòng)到b區(qū)和c區(qū)。在連續(xù)式氣罩的兩側(cè)設(shè)有燃料噴咀〔11〕和〔11a〕，該噴咀伸展到氣流層〔2〕和〔3〕之中并且位于上述氣流層進(jìn)入料床處稍高地方。在配有單獨(dú)氣罩的第二冷卻區(qū)d1中，爐料冷卻至待卸料的溫度。
參閱圖2，在第一冷卻區(qū)d的始端料床上的〔13〕處加有一層固體物質(zhì)，它由離開(kāi)該區(qū)的，加熱過(guò)的冷卻氣體進(jìn)行熱處理。含有污染性物質(zhì)的氣體脫離開(kāi)該固體物質(zhì)。氣流層〔2〕和〔3〕中的溫度是如此之高以致于上述污染性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。為轉(zhuǎn)化而需要的出口溫度在氣流層〔4〕中達(dá)不到，為此通過(guò)燃料噴咀〔14〕將燃料噴入層〔4〕中，于是氣體溫度就提高到上述轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的溫度。燃料噴咀〔11〕，〔11a〕用來(lái)把爐料加熱到進(jìn)行熱處理所必須的溫度，它們伸展到氣流層〔3〕和〔4〕中。
參閱圖3，連續(xù)式氣罩伸展到整個(gè)上層〔7〕的長(zhǎng)度，并把干燥區(qū)包括進(jìn)去，后者也屬于熱處理區(qū)。在連續(xù)式氣罩G下面有5層氣流層〔1〕至〔5〕。氣流層〔5〕從冷卻區(qū)d的最后部分一直伸展到干燥區(qū)a。噴咀〔11〕和〔11a〕伸展到氣流層〔4〕和〔3〕中。
參閱圖4，連續(xù)式氣罩同樣地伸展到整個(gè)上層〔7〕的長(zhǎng)度，在該氣罩下面有5層氣流層〔1〕至〔5〕。低氧替代氣體〔15a〕通過(guò)噴咀〔15〕噴入。高氧替代氣體〔16a〕則通過(guò)噴咀〔16〕噴入。其結(jié)果是，例如，料床上磁鐵的氧化過(guò)程或燃料的燃燒過(guò)程在該替代氣體〔15a〕進(jìn)入料床的區(qū)域受到阻礙，而上述反應(yīng)在替代氣體〔16a〕進(jìn)入料床的區(qū)域的高溫作用下而加速。替代氣體也可以加在不同的地方〔17〕或〔19〕和〔18〕或〔20〕;這要取決于是需要全部替代氣流層還是部分替代氣流層。氣罩G中的噴射是在比給料點(diǎn)〔19〕和〔20〕低的壓力差情況下進(jìn)行的。
圖5表示了帶有一干燥區(qū)a，加熱區(qū)b，燃燒區(qū)c和部分冷卻區(qū)d的聯(lián)合熱處理區(qū)。這個(gè)聯(lián)合區(qū)隨后還有還原區(qū)e，第一輔助冷卻區(qū)f和第二輔助冷卻區(qū)g。還原氣體通過(guò)噴咀〔21〕在緊造料床上方處噴入，然后被抽吸穿過(guò)料床，在熱交換器〔22〕中進(jìn)行冷卻，通過(guò)導(dǎo)管〔23〕輸送到燃料噴咀并噴入氣流層〔2〕中。阻隔氣體由噴咀〔24〕噴入，它防止氣流層〔2〕和還原氣體之間發(fā)生反應(yīng)。如果氣流層〔3〕含有相當(dāng)多的氧氣話(huà)，則必要時(shí)阻隔氣體也可以從〔25〕或〔25a〕處噴入。用來(lái)增加還原組分濃度的固體燃料可以加在料床上〔26〕處。從加熱區(qū)b出來(lái)的廢氣通過(guò)冷卻器〔27〕和管路〔28〕輸送到第一冷卻區(qū)f。具有較高熱值的燃?xì)馐峭ㄟ^(guò)燃料噴咀〔11a〕而噴入氣流層〔1〕之中的。從燃燒區(qū)出來(lái)的廢氣通過(guò)冷卻器〔29〕和管路〔30〕輸送到第二輔助冷卻區(qū)g。
圖6也表示一個(gè)熱處理過(guò)程和隨后的一個(gè)還原過(guò)程。其不同于圖5之處在于，還原氣體是循環(huán)的并且不斷強(qiáng)化。這種強(qiáng)化是這樣進(jìn)行的，即，從還原區(qū)e出來(lái)的廢氣在熱交換器〔22〕中進(jìn)行冷卻，然后通過(guò)管路〔31〕再循環(huán)回到輔助冷卻區(qū)f，在被還原的材料料床上進(jìn)行加熱，然后通過(guò)裝在該料床上的固體碳素物質(zhì)的熾熱層。在這個(gè)熾熱層中，循環(huán)廢氣中所含有的CO2和H2O與碳起反應(yīng)生成CO和H2。強(qiáng)化了的氣體形成一層流向還原區(qū)的氣流層〔4〕并在還原區(qū)中再一次通過(guò)料床上的固體碳素物質(zhì)層。當(dāng)氣體經(jīng)過(guò)這樣地進(jìn)一步強(qiáng)化后，它構(gòu)成一種還原氣體而進(jìn)入料床。固體碳素物質(zhì)是裝在料床上的給料點(diǎn)〔26a〕處。加裝在冷卻區(qū)d的碳素物質(zhì)在冷空氣作用下部分地燃燒并因此而被加熱。熱煙氣對(duì)氣流層〔1〕和〔2〕進(jìn)行加熱?？梢园褋?lái)自還原區(qū)的廢氣分出一部分作為燃料來(lái)使用，這部分氣流通過(guò)管路〔23〕進(jìn)入燃料噴咀〔11〕。從加熱區(qū)b和燃燒區(qū)c來(lái)的廢氣可以用來(lái)作為冷卻氣體，該冷卻氣體通過(guò)管路〔30a〕輸送到第二輔助冷卻區(qū)g。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本系統(tǒng)中氣體和熱的產(chǎn)生過(guò)程得到改進(jìn)，從而降低能量消耗，減少設(shè)備的結(jié)構(gòu)費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，并且還可以減少由于廢氣中含有的污染性物質(zhì)給環(huán)境所帶來(lái)的污染。
權(quán)利要求
1.一種利用熱氣體通過(guò)料床而對(duì)在移動(dòng)式爐柵上的團(tuán)塊或團(tuán)粒材料進(jìn)行熱處理的方法，在這種方法中，熱氣體自上而下通過(guò)熱處理區(qū)中的料床，含氧冷卻氣體則自下而上地通過(guò)冷卻區(qū)中的料床，已被加熱的冷卻氣體在連續(xù)式氣罩中從冷卻區(qū)輸導(dǎo)到熱處理區(qū)，該方法的特征在于，已被加熱的冷卻氣體必須以一種高速度在連續(xù)式氣罩中沿整個(gè)移動(dòng)爐柵的上層流動(dòng)，這種高速度使得任何垂直上升力實(shí)際上都不產(chǎn)生作用從而在該氣罩中形成互相平行的溫度不同的氣流層，燃料輸送給各個(gè)氣流層，各個(gè)氣流層加熱到不同的高溫，然后進(jìn)入熱處理區(qū)并自上而下地通過(guò)料床。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1中的方法，其特征在于，在氣體通過(guò)料床的流動(dòng)方向從向上改變?yōu)橄蛳聲r(shí)，已被加熱的冷空氣在連續(xù)式氣罩中的流動(dòng)速度應(yīng)大于3米/秒，最好選擇在10米/秒和60米/秒之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2中的方法，其特征在于，各個(gè)氣流層在進(jìn)入料床之前，其相應(yīng)各層的加熱過(guò)程應(yīng)進(jìn)行得盡量短并使得某一給定氣流層進(jìn)入料床時(shí)所允許的溫度差范圍不致于超過(guò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1到3中任何一個(gè)權(quán)利要求
，該方法的特征在于，用來(lái)加熱某一氣流層的燃料是在無(wú)伴氣的情況下或者在帶有極小量的伴氣的情況下輸送到該氣流層中的。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1到4中任何一個(gè)權(quán)利要求
，該方法的特征在于，從冷卻區(qū)中料床出來(lái)的，含有污染性物質(zhì)的，溫度比較低的氣流層是在緊靠料床上方處通過(guò)添加燃料的方法來(lái)進(jìn)行加熱的。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1到5中任何一個(gè)權(quán)利要求
，該方法的特征在于，連續(xù)式氣罩伸展到在移動(dòng)爐柵上進(jìn)行熱處理所需長(zhǎng)度的整個(gè)長(zhǎng)度，至少有一部分來(lái)自冷卻區(qū)末端的氣流層不進(jìn)行補(bǔ)充加熱而輸送到干燥區(qū)，來(lái)自冷卻區(qū)最后部分末端的最冷的氣流層輸送到干燥區(qū)的第一部分，溫度增高的氣流層則輸送到干燥區(qū)隨后的一些部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1到6中任何一個(gè)權(quán)利要求
，該方法的特征在于，替代氣體是在氣流層進(jìn)入熱處理區(qū)中的料床之前從外部輸送給這些氣流層的。替代結(jié)果生成的氣體進(jìn)入熱處理區(qū)中料床時(shí)的體積流量可以通過(guò)控制冷卻氣體輸送到冷卻區(qū)的流量而調(diào)整到預(yù)定的要求值。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1到7中任何一個(gè)權(quán)利要求
，該方法的特征在于，已經(jīng)熱處理過(guò)的材料要進(jìn)行部分的冷卻，然后還原氣體通過(guò)還原區(qū)中的料床。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8中的方法，其特征在于，在還原區(qū)經(jīng)過(guò)還原的材料在一輔助冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻，連續(xù)式氣罩伸展到整個(gè)移動(dòng)爐柵的長(zhǎng)度，從熱處理區(qū)來(lái)的和/或從還原區(qū)來(lái)的廢氣用來(lái)作為冷卻氣體，在輔助冷卻區(qū)它自下而上地通過(guò)還原過(guò)的材料，從輔助冷卻區(qū)出來(lái)的氣流層在氣罩中作為氣流層的上層氣流而輸送到熱處理區(qū)，還原氣體可以作為替代氣體來(lái)使用而輸入到氣罩中還原區(qū)上，然后自上而下地通過(guò)料床。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8中的方法，其特征在于，在冷卻區(qū)中已經(jīng)還原過(guò)的材料要在輔助冷卻區(qū)中進(jìn)行冷卻，固體碳素物質(zhì)裝加在料床的表面上，從還原區(qū)出來(lái)的廢氣進(jìn)入輔助冷卻區(qū)并自下而上地通過(guò)海綿鐵料床和在海綿鐵料床上形成的熱碳素層，于是上述氣體就得到強(qiáng)化，強(qiáng)化氣體層作為還原氣體輸送到還原區(qū)。
專(zhuān)利摘要
熱處理是利用熱氣體通過(guò)料床來(lái)進(jìn)行的。熱空氣自上而下地通過(guò)熱處理區(qū)中的料床，含氧氣體自下而上地通過(guò)冷卻區(qū)中的料床，已經(jīng)加熱過(guò)的冷卻氣體在一連續(xù)式氣罩中從冷卻區(qū)輸送到熱處理區(qū)。為降低能源消耗以及減少運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用結(jié)構(gòu)費(fèi)用，已加熱過(guò)的冷氣體必須以一種高速度在連續(xù)式氣罩中沿移動(dòng)爐柵上層流動(dòng)，這種高速流動(dòng)使得任何垂直上升力實(shí)際上都不產(chǎn)生作用從而在氣罩中形成互相平行的溫度不同的氣流層，燃料輸送給各個(gè)氣流層，各個(gè)氣流層加熱到不同的高溫，然后進(jìn)入熱處理區(qū)自上而下地通過(guò)料床。
文檔編號(hào)C22B1/20GK85104051SQ85104051
公開(kāi)日1986年11月26日 申請(qǐng)日期1985年5月27日
發(fā)明者阿洛伊斯·基利恩 申請(qǐng)人:金屬股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan