專利名稱：一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種更環(huán)保、更低碳、更節(jié)能的冶金方法及相關(guān)設(shè)備，其主要相關(guān)設(shè)備由煤粉和礦料換熱設(shè)備A、尾氣裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備B、閃速爐C、熔煉爐D，尾氣分離設(shè)備E等組成，特別適用于煉鐵工業(yè)的冶金設(shè)備。更具體而言是指一種新型冶金方法及相關(guān)設(shè)備，其煤粉和礦料換熱設(shè)備把煤粉、 礦粉及各種溶劑通過換熱設(shè)備分開預(yù)熱，此過程可以回收一部分尾氣的熱能，其預(yù)熱后的煤粉再被吹入裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成新還原氣一氧化碳和氫氣等，其預(yù)熱后的礦料及各種溶劑再由高溫還原氣吹入閃速爐冶煉，這樣既解決了高爐煉鐵對昂貴冶金焦的依賴，同時解決了燃料來源問題，其煤粉可廣泛采用各種碳氫化合物，包括煤炭、木炭、木屑、各種樹枝和草料等各種含碳氫元素的物料。一種新型的冶金方法及相關(guān)設(shè)備，其尾氣裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備把冶煉爐一部分尾氣通過裂化作用，在電弧熱等離子體的作用下，瞬間促成尾氣中的二氧化碳、高溫水蒸氣與煤粉發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成新還原氣一氧化碳和氫氣等，重新循環(huán)使用，這樣既回收部分尾氣的熱能，把二氧化碳轉(zhuǎn)變成一氧化碳，使碳元素循環(huán)使用，大大降低了二氧化碳排放。同時也大大降低了系統(tǒng)內(nèi)部的總體能耗，也就是降低了凈能耗，是一種環(huán)保、低碳、節(jié)能的冶金技術(shù)革命。一種新型冶金方法及相關(guān)設(shè)備，其閃速爐通過高溫還原氣把礦料混合料從礦料進口吹入閃速爐反應(yīng)塔高空進行冶煉，另外在中部設(shè)計有朝上方向的還原氣吹入口，把懸浮在空中的精礦粒子重新吹向空中，這樣延長了還原氣與精礦粒子的反應(yīng)時間，使還原氣和精礦粒子得到充分反應(yīng)，提高了綜合冶煉強度，另外在閃速爐殼體內(nèi)面上設(shè)有水冷循環(huán)系統(tǒng)，回收了熱能、冷卻閃速爐，還能延長閃速爐的使用壽命。一種新型冶金方法及相關(guān)設(shè)備，其熔煉爐通過電極產(chǎn)生的高溫把閃速爐落下的各種礦料加熱，底部通過氧槍吹入氧氣把未完全燃燒的煤粉繼續(xù)燃燒，出鐵口和出渣口分別設(shè)在對面，并在出渣口對面設(shè)有氧槍插口吹入氧氣，使渣和鐵水中的含碳物料繼續(xù)燃燒，并在渣和鐵水接觸面形成移動床，使鐵水和渣形成逆流，渣流向排渣口，鐵水通過出鐵口流出，另外在熔煉爐殼體內(nèi)面上設(shè)有水冷循環(huán)系統(tǒng)，回收了熱能，還能延長熔煉爐的使用壽命。一種新型冶金方法及相關(guān)設(shè)備，其尾氣分離設(shè)備把熔煉爐尾氣經(jīng)尾氣上升煙道流向尾氣分離室，通過尾氣分離室把煙塵分離出來，并通過煙塵噴槍吹入閃速爐二次冶煉， 尾氣中密度輕重不同的氣體從不同的尾氣分離室出口排出，尾氣分離室的邊上出氣口流出的尾氣密度大的氣體(S02和C02等)含量高，同時用于換熱設(shè)備回收物理熱能和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備二次使用，頂部出氣口流出的尾氣密度小的氣體(H2和CO等)含量高，用于制新還原氣，重新循環(huán)冶煉，另外在尾氣分離設(shè)備上設(shè)有水冷循環(huán)系統(tǒng)回收了熱能，還能延長尾氣分離設(shè)備的使用時間。
背景技術(shù)：
近年來，隨著社會的進步和工業(yè)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對鋼鐵的需求與日劇增，冶煉的速度與質(zhì)量還有待改善和提高，目前煉鐵工業(yè)主要以高爐煉鐵為主，高爐煉鐵是采用還原劑(焦炭、煤炭等)在高溫下將鐵礦粉還原成液態(tài)生鐵后再冶煉成鋼。經(jīng)過長時期的發(fā)展，雖高爐煉鐵技術(shù)已成熟，但仍強烈依賴昂貴的冶金焦炭；其次是非高爐煉鐵，它分為直接還原煉鐵與熔融還原煉鐵，直接還原煉鐵的產(chǎn)品是固態(tài)海綿鐵，然后再冶煉成鋼，熔融還原煉鐵，它的產(chǎn)品相當于高爐煉鐵的鐵水，再冶煉成鋼。非高爐煉鐵擺脫了對冶金焦炭的依賴，直接用煤炭來煉鐵，但還處于初期階段，有待開發(fā)。所以需研制一種新型冶金方法，克服它們各自的缺陷，從而達到更環(huán)保、更低碳、更節(jié)能的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利的目的是為了克服現(xiàn)有冶煉技術(shù)的不足，提供一種更環(huán)保、更低碳、更節(jié)能的冶金方法和設(shè)備，從而改善甚至替代現(xiàn)有煉鐵工業(yè)的冶金方法。環(huán)保、低碳、節(jié)能三者的關(guān)系重點又是節(jié)能，就是說只有在最低能耗下才能有環(huán)保和節(jié)能，節(jié)能又體現(xiàn)在最低的能耗，也就是凈能耗，根據(jù)能量守恒定理Q收入=Q支出，也就是說節(jié)能就是降低能耗Q支出。先來分析一下系統(tǒng)內(nèi)部的能量Q總，系統(tǒng)內(nèi)部的能量Q總，可分為4大類第一類是必須消耗的基本能量Q1，例如渣鐵物理熱能，鐵氧化物分解熱，脫硫熱等，這部分能量是不能省的，只能盡量接近下限，可供討論的余地不大；第二類是轉(zhuǎn)化能量Q2，這些能量并沒有消耗，只是轉(zhuǎn)化了形式；第三類是循環(huán)能量Q3 ；第四類是各種形式的能量損失Q4，例如冷卻熱損失，不能回收的尾氣物理熱能等，系統(tǒng)能耗是第一類和第四類能量之和，轉(zhuǎn)化能量Q2 和Q3仍然對總體能耗具有重要的影響，因為Q4與其有關(guān)，總而言之，降低系統(tǒng)能耗的主要途徑不外乎是提高系統(tǒng)熱效率，降低內(nèi)部總體能量，也就是降低凈能耗。本發(fā)明的裂化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是回收冶煉爐部分尾氣的物理熱能，并把部分尾氣中的二氧化碳和高溫水蒸氣通過裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備，在熱等離子體的作用下(注 電弧熱等離子體具有高溫和富含活性粒子等優(yōu)點)與含碳原料(注包含煤粉，各種碳氫化合物廢料、木炭、木屑、各種樹枝和草料等)發(fā)生反應(yīng)重新生成還原氣一氧化碳和氫氣 (注C02+C — 2C0, H20+C —，從而擺脫對冶金焦的依賴，大大降低二氧化碳的排放， 同時也大大降低燃料煤的消耗。本發(fā)明的熱交換器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是回收冶煉爐部分尾氣中的物理熱能， 并把燃煤、鐵礦粉和各種溶劑通過不同的預(yù)熱管分開預(yù)熱，把它轉(zhuǎn)化成燃煤鐵礦石，各種混合劑等的物理熱能，提高系統(tǒng)的熱效率，同時通過把制新還原氣的煤粉和礦料分開預(yù)熱，從而擺脫了對昂貴冶金焦的依賴，使燃料可廣泛采用各種碳氫化合物，包括煤炭，木炭，木屑，各種樹枝和草料等含碳、氫元素的物料，即環(huán)保又降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的冶煉爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是集高爐，閃速爐，熔煉爐等的優(yōu)點于一身，克服了它們各自的缺點，一套獨立的渣回收利用系統(tǒng)，使渣的物理熱能從1000°c以上降至100°C以下，大大回收了渣的物理熱能，一套獨立的熱交換器，它使礦料與燃料煤分開預(yù)熱，再通過還原氣的吹入，即回收了尾氣的物理熱能，同時利用了閃速爐的優(yōu)點，使鐵礦粉能迅猛融化，提高了綜合冶煉強度(注是高爐的一至三倍)；擺脫了高爐煉鐵工業(yè)對昂貴的冶金焦的依賴，可直接使用煤粉煉鐵(注更確切的說是，可直接使用含碳、氫元素的各種化合物，如各種含碳氫化合物的物料、木炭、木屑、各種樹枝和草料等，從而環(huán)保利用)，大大降低了生產(chǎn)成本；另外，把爐缸設(shè)計成熔煉爐，可使閃速爐的生鐵熔煉成半鋼產(chǎn)品，既回收了前期煉鋼的熱能，同時把閃速爐冶煉中未完全燃燒的碳繼續(xù)二次燃燒，從而使鐵水和渣中碳含量降至更低。一套獨立的煙塵和煙氣分離系統(tǒng)，煙氣和煙氣分離系統(tǒng)使尾氣分離室底部設(shè)計成為煙塵收集室，上部設(shè)計為鍋爐和煙氣的出口，中間外圍設(shè)計為水冷壁和煙氣出口，這樣的設(shè)計使尾氣的煙塵降低，物理熱能能回收，大部分煙塵可直接吹入閃速爐二次冶煉，尾氣分離室設(shè)計不是完全的氣和氣分離設(shè)計，它只是把密度大小不同的氣體分為上部出氣口和邊上出氣口分別排出。尾氣分離室邊上出氣口排出為密度大的氣體(S02和C02 等)含量高，上部出氣口排出密度小的氣體(H2和CO等)含量高，邊上出氣口排出的尾氣通過換熱設(shè)備回收尾氣物理熱能，然后經(jīng)過除塵器除塵后流向制煤氣利用，上部出氣口排出的尾氣經(jīng)過補充適量高溫水蒸氣降溫后，再通過多級離心式鼓風(fēng)機加壓，成為裂化轉(zhuǎn)化爐的載氣，通過熱等離子體的裂化，使尾氣中的二氧化碳和高溫水蒸氣與煤粉發(fā)生反應(yīng)，重新形成新還原氣一氧化碳和氫氣，重新循環(huán)冶煉。這樣即利用了整個尾氣的物理熱能，還直接利用了上部排出尾氣中的還原氣一氧化碳和氫氣，同時把上部排出尾氣中的二氧化碳和高溫水蒸氣通過電弧熱等離子體的裂化轉(zhuǎn)化作用，瞬間促成與燃料中的碳元素發(fā)生反應(yīng)(注 C02+C — 2C0，H20+C — C0+H2)，重新形成新還原氣循環(huán)利用。這樣即降低了系統(tǒng)的排放，同時也提高了系統(tǒng)的熱效率，降低了系統(tǒng)內(nèi)部的總體能耗，也就是降低了凈能耗，從而達到更環(huán)保、更低碳、更節(jié)能的冶金法。本發(fā)明的有益效果是
(1)通過還原氣直接把礦料吹入閃速爐冶煉，克服了高爐煉鐵工業(yè)對冶金焦炭的依賴，燃料煤可廣泛采用含碳氫元素的物料(如，煤炭，木炭，木屑，各種樹枝和草料等)，降低了生產(chǎn)成本。(2)通過裂化轉(zhuǎn)化尾氣中的二氧化碳和高溫水蒸氣，重新形成新還原氣一氧化碳和氫氣，最重要的是二氧化碳可以反復(fù)循環(huán)利用，使得燃料煤粉用量大大降低，從而二氧化碳的排放大大降低，減少了溫室氣體排放，實現(xiàn)低碳、環(huán)保、循環(huán)冶金。(3)通過還原氣直接把礦料吹入閃速爐冶煉，強化了冶煉過程，提高了綜合冶煉強度和熱能效率，并通過熔煉爐的繼續(xù)冶煉，使鐵水和渣中的碳含量降至更低，提高了熱效率，極大了降低了凈能耗。(4)通過循環(huán)水冷系統(tǒng)，冷卻水用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，充分利用的熱能量，提高了系統(tǒng)的熱效率，可實現(xiàn)更環(huán)保，更低碳，更節(jié)能；
(5)本發(fā)明的冶金法燃料煤目標是每噸鐵消耗200 250kg，二氧化碳排放目標是每噸鐵300 kg以下，凈能耗目標是每噸鐵8 10GJ。


圖1是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法工藝流程示意圖； 圖2是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法總體裝配示意圖； 圖3是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法換熱設(shè)備G-G剖視圖； 圖5是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備H局部放大示意圖；圖7是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備陰極結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法閃速爐設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法閃速爐冷卻水管布局圖； 圖10是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法閃速爐上蓋板結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法閃速爐中部連接圓環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖12是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法閃速爐冷卻水管下端連接圓環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖13是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法尾氣分離室冷卻水管上端連接圓環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖14是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法熔煉爐結(jié)構(gòu)示意圖一； 圖15是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法熔煉爐結(jié)構(gòu)示意圖二 ； 圖16是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法熔煉爐設(shè)備A向視圖； 圖17是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法熔煉爐設(shè)備連接圓環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖18是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法熔煉爐設(shè)備Q-Q剖示意圖； 圖19是一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法尾氣分離設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記說明
煤粉和礦料換熱設(shè)備的標號1-礦料換熱管，2-礦料分配器，3-礦料接收器、4-煤粉接收器、5-煤粉分配器，6-換熱器換熱管上連接板，7-煤粉換熱管，8-換熱器氣源出口， 9-尾氣余熱鍋爐，10-尾氣除塵器，11-換熱器爐體，12-換熱器耐火襯墊，13-換熱器換熱管下連接板，14-制還原氣煤粉儲存室，15-煤粉導(dǎo)流管，16-煤粉喉口，17-煤粉調(diào)節(jié)閥，18-煤粉與混合室的連接管，19-左還原氣連接管，20-制還原氣用尾氣輸送管，21-尾氣噴嘴， 22-尾氣與煤粉的混合室，23-煤粉混合室與裂化轉(zhuǎn)化爐的連接管，24-還原氣噴嘴，25-還原氣與礦料的混合室，26-礦料與混合室的連接管，27-礦料與冶煉爐的連接管，28-礦料調(diào)節(jié)閥，29-礦料喉口，30-礦料導(dǎo)流管，31-礦料儲存室，32-換熱器氣源進口，33-換熱器維修門，34-換熱器圓環(huán)加強筋。尾氣裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備的標記
35-裂化轉(zhuǎn)化爐上室，36-陰極，37-裂化轉(zhuǎn)化爐進氣口，38-陰極絕緣瓷管，39-分流室隔板，40-電阻，41-電感線圈，42-整流器，43-變壓器，44-三湘電源線，45-石墨隔膜板， 46電弧區(qū)，47-新還原氣左出口，48-裂化轉(zhuǎn)化爐下室，49-裂化轉(zhuǎn)化爐喉口，50-裂化轉(zhuǎn)化爐排塵閥，51-還原氣右出口，52-熱電偶插口，53-電磁線圈，54-陽極水冷外套，55-陽極， 56-陰極冷卻水進口，57-陰極冷卻水出口，58-陰極中連接管，59-陰極上連接棒，60-陰極更換頭，61-裂化爐維修口。閃速爐設(shè)備的標號
62-閃速爐上蓋板，63-閃速爐冷卻水管，64-閃速爐中部連接圓環(huán)，65-閃速爐礦料入口，66-冷卻水管左邊中部水箱，67-中部水箱與外面連接管，68-閃速爐中部還原氣圓環(huán)風(fēng)管，69-閃速室外殼，70-閃速爐耐火襯墊，71-冷卻水管下端連接圓環(huán)，72-閃速爐下水箱進水管，73-閃速爐下水箱，74-閃速爐下水箱蓋板，75-閃速爐圓錐板，76-閃速爐出口，77-閃速爐下水箱與上升煙道冷卻水管下端水箱的連接管，78-閃速室熱電偶插口，79-閃速爐中部還原氣吹入管。
熔煉爐和渣?；厥绽迷O(shè)備的標號
80-熔煉爐總進水管，81-熔煉爐，82-熔煉爐與上升煙道的接口，83-熔煉爐連接圓環(huán)， 84-熔煉爐電極，85-熔煉爐與閃速室接口，86-熔煉爐外置冷卻水槽，87-熔煉爐總出水管， 88-熔煉爐外置冷卻水槽進水管，89-熔煉爐燒嘴，90-鐵水出口，91-熔煉爐底部氧槍插口， 92-熔煉爐底部還原槍插口，93-渣水接收器喉口，94-渣水接收器調(diào)節(jié)閥，95-渣水分離器， 96-循環(huán)水池，97-輸渣皮帶，98-冷疑器的冷疑水連接管，99-渣水接收器，100-渣水接收器頂部出氣管，101-沖渣水換熱管冷水端連接管，102-沖渣水換熱管熱水端連接管，103-熔煉爐外置冷卻水槽出水管，104-熔煉爐大徑水箱，105-熔煉爐內(nèi)置冷卻水管，106-熔煉爐耐火襯墊，107-熔煉爐隔墻，108-熔煉爐排渣管，109-熔煉爐小徑水箱，110-渣?；瘒娝?，111-渣水接收管，112-循環(huán)水泵輸水管，113-循環(huán)水泵，114-循環(huán)水池過器，115-沖渣水換熱管，116-冷疑器冷疑水接出管，117-冷疑器閉路熱水接出管，118-冷疑器，119-冷疑器水蒸氣進氣管，120-冷疑器閉路冷水接進管，121-熔煉爐維修門。尾氣上升煙道和尾氣分離設(shè)備的標號
122-閃速爐冷卻水管至尾氣分離室進氣口處水箱，123-閃速爐冷卻水管至尾氣分離室進氣口處水箱與外面的連接管，124-上升煙道與尾氣分離室連接煙道水箱，125-上升煙道與尾氣分離室的連接煙道，126-上升煙道下水箱與閃速爐下水箱的連接管，127-上升煙道冷卻水管至連接煙道處水箱，128-上升煙道下水箱蓋板，129-上升煙道下水箱，130-上升煙道冷卻水管下端連接圓環(huán)，131-上升煙道耐火襯墊，132-上升煙道連接圓環(huán)，133-上升煙道冷卻水管，134-上升煙道，135-上升煙道冷卻水管上端水箱蓋板，136-上升煙道冷卻水管上端連接圓板，137-上升煙道冷卻水管上端水箱，138-上升煙道冷卻水管上端水箱出水管，139-連接煙道水箱出水管，140-尾氣分離室上面水箱出水總管，141-尾氣分離室圓錐板，142-尾氣分離室上面鍋爐出氣管，143-尾氣分離室上面鍋爐出氣管至尾氣分離室頂部出氣管的水蒸氣調(diào)節(jié)閥，144-尾氣分離室上面鍋爐出氣管至水蒸氣發(fā)電設(shè)備的調(diào)節(jié)閥，145-與水蒸氣發(fā)電設(shè)備的連接管，146-尾氣加壓設(shè)備輸氣管，147-尾氣加壓泵，148-尾氣分離室頂部出氣管，149-尾氣分離室，150-尾氣分離室上面鍋爐進水管，151-尾氣分離室上面鍋爐及上面水箱的蓋板，152-尾氣分離室上面鍋爐與上面水箱的隔板，153-尾氣分離室上面水箱，154-尾氣分離室上面鍋爐，155-尾氣分離室邊上出氣管，156-尾氣分離室冷卻水管上端連接圓環(huán)，157-(閃速爐延伸到)尾氣分離室的冷卻水管?，F(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式
作進一步說明
圖3、圖4所示是本發(fā)明的煤粉和礦料換熱設(shè)備的相關(guān)圖，其礦料換熱設(shè)備具體實施方式
是鐵礦粉、補助煤粉及各種溶劑粉等簡稱礦料，經(jīng)補助設(shè)備從礦料接收器3進入，在重力的作用下落入礦料分配器2，通過礦料換熱管1預(yù)熱后流入礦料儲存室31，經(jīng)礦料導(dǎo)流管 30導(dǎo)流作用，通過礦料喉口四，礦料調(diào)節(jié)閥28調(diào)節(jié)，經(jīng)礦料與礦料混合室連接管沈后進入礦料混合室25，與還原氣連接管19輸送來的新還原氣經(jīng)還原氣噴嘴M噴出后，在礦料混合室25里新還原氣與礦料充分混合，再吹入閃速爐反應(yīng)塔空間進行冶煉。
其煤粉換熱設(shè)備具體實施方式
是制還原氣用煤粉(注各種碳氫化合物料，煤粉，木炭，木屑，樹枝等粉末簡稱煤粉)經(jīng)過補助設(shè)備從煤粉進料器4進入，在重力的作用下落入煤粉分配器5，通過煤粉換熱管7換熱后流入煤粉儲存室14，經(jīng)煤粉導(dǎo)流管15導(dǎo)流作用，通過煤粉喉口 16，煤粉調(diào)節(jié)閥17調(diào)節(jié)，經(jīng)煤粉與煤粉混合室連接管18后進入煤粉混合室22，與尾氣輸送管20輸送來的載氣經(jīng)尾氣噴嘴21噴出后，在煤粉混合室22里載氣與煤粉充分混合后，流向裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備，用于重新制新還原氣循環(huán)使用；尾氣分離室邊上出口流出的尾氣從煤粉和礦料換熱設(shè)備進氣口 32進入換熱室，通過煤粉換熱管7和礦料換熱管1分別與煤粉和礦料換熱后，從煤粉和礦料換熱設(shè)備出氣口 8流向余熱鍋爐9，經(jīng)余熱鍋爐9再次換熱后流向尾氣除塵器10，經(jīng)尾氣除塵器10除塵后，尾氣用于制煤氣。圖5、圖6、圖7所示本發(fā)明的尾氣裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備的相關(guān)圖，其尾氣裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備具體實施方式
是尾氣分離室頂部排出的尾氣，經(jīng)補充適量的高溫水蒸氣混合，然后通過尾氣加壓泵147加壓，經(jīng)尾氣連接管20輸送成為載氣，通過尾氣噴嘴21噴出，與制還原氣的煤粉在煤粉混合室22充分混合后，經(jīng)裂化轉(zhuǎn)化爐的連接管23，裂化轉(zhuǎn)化爐進氣口 37進入裂化轉(zhuǎn)化爐上室35分流，通過分流室隔板39進入電弧區(qū)46與等離子體進行反應(yīng)。另外三相交流電經(jīng)電源線44輸送，通過變壓器43變?yōu)楹线m的電壓，整流器42把交流電變?yōu)橹绷麟姾?，電源負極接電感線圈41，電阻40與陰極36連接，另電源負極與電磁線圈53的陰極端連接，陰極設(shè)有冷卻水進口 56，和冷卻水出口 57及水道，用于冷卻，另外在常需更換的地方，還設(shè)有陰極更換頭60，電源正極接陽極55和電磁線圈53的陽極端，陽極55外置不銹鋼水冷外套M用于冷卻，通電時陰極36和陽極55之間的電弧區(qū)46產(chǎn)生高溫旋轉(zhuǎn)電弧，即產(chǎn)生具有高溫和富含活性粒子的電弧等離子體，當煤粉及載氣等混合物流向電弧區(qū)時，在具有高溫和富含活性粒子的電弧熱等離子體的作用下，瞬間促成碳與二氧化碳和高溫水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，(注C02+C — 2C0, H20+C — C0+H2)，形成新的還原氣一氧化碳和氫氣，并帶走電弧產(chǎn)生的熱量；發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的廢料經(jīng)裂化轉(zhuǎn)化爐下室48沉積，經(jīng)裂化轉(zhuǎn)化爐喉49，由裂化轉(zhuǎn)化爐排塵閥50定期排出，新產(chǎn)生的高溫還原氣一路經(jīng)裂化轉(zhuǎn)化爐還原氣左出口 47，還原氣連接管19，通過還原氣噴嘴對，與礦料在礦料混合室25充分混合后，通過混合料連接管27吹入閃速爐進行冶煉，另一路新產(chǎn)生的高溫還原氣由裂化轉(zhuǎn)化爐右出口 51，通過還原氣右連接管進入閃速爐中部還原氣圓環(huán)風(fēng)管68，再通過閃速爐中部還原氣吹入管79吹入閃速爐進行冶煉，這樣循環(huán)裂化轉(zhuǎn)化二氧化碳和高溫水蒸氣，大大降低了產(chǎn)生溫室效應(yīng)的二氧化碳排放，同時也大大降低了系統(tǒng)內(nèi)部的總體能耗，也就是降低了凈能耗。圖8 圖12所示是本發(fā)明的閃速爐相關(guān)圖，其閃速爐具體實施方式
是通過預(yù)熱后的高溫礦料和溶劑等在高溫高壓的新還原氣噴吹下，迅速從閃速爐混合料進口 65吹入閃速爐69的反應(yīng)塔空間，使精礦粒子懸浮在高溫還原氣中，并迅速與還原氣發(fā)生一系列反應(yīng)，懸浮在高空中的精礦粒子，在還原氣吹入口 79高速吹入下，這樣使精礦粒子重復(fù)吹向閃速爐內(nèi)高空，延長了精礦粒子與高溫還原氣的接觸時間，使精礦粒子充分更加反應(yīng)，提高了綜合冶煉強度和熱能效率，形成的鐵水、渣、和煙氣等混合料從閃速爐出口落入熔煉爐； 同時閃速爐下水箱73的水經(jīng)冷卻水管63分三路冷卻閃速爐，一路是閃速爐下水箱的水經(jīng)閃速爐左邊冷卻水管63逐漸上升至閃速爐混合礦料吹入口處設(shè)置的中部水箱66，再通過外面的連接管67連接進入尾氣分離室上部水箱153，另一路是閃速爐下水箱的水經(jīng)冷卻水管63逐漸上升至閃速爐頂端，再進入尾氣分離室上部外面設(shè)置的水箱153，還有一路是閃速爐下水箱的水經(jīng)閃速爐右邊冷卻水管63逐漸上升至閃速爐頂部尾氣分離室進氣口處設(shè)置的水箱122，再通過連接管123連接進入尾氣分離室與煙氣上升煙道連接管水箱IM后， 進一步通過連接煙道水箱出水管139與尾氣分離室上部外面水箱153的總出水管140匯合。圖14 圖18圖所示參見是本發(fā)明的熔煉爐和渣?；厥绽迷O(shè)備的相關(guān)圖，其熔煉爐具體實施方式
是從閃速爐出口落入熔煉爐的混合料，被熔煉爐電極84加熱后溫度升高，煙塵、煙氣從隔墻上部煙道經(jīng)熔煉爐與上升煙道的接口 82流向上升煙道，而渣鐵進行分離，鐵水沉入爐底，渣浮于鐵水表面，鐵水經(jīng)出鐵口 99排出，未完全反應(yīng)的精礦和煤粉經(jīng)氧搶插口 91吹入的氧氣繼續(xù)反應(yīng)，未完全反應(yīng)的精礦和煤粉與被還原搶插口 92吹入的煤粉和氧氣混合，發(fā)生反應(yīng)繼續(xù)加熱鐵水，并在鐵水與渣接觸表面形成移動床，渣從隔墻 107中部最下方孔洞流向次還原區(qū)，同時次還原區(qū)產(chǎn)生的鐵水流回主還原區(qū)，通過在熔煉爐底部吹入的煤粉和氧氣，使得鐵水攪拌加熱，讓鐵水和渣中的碳將至更低，鐵水經(jīng)出鐵口 90 流出，渣從熔煉爐排渣管108流出，同時冷卻水經(jīng)熔煉爐進水總管80進入熔煉爐小徑水箱 109，通過熔煉爐內(nèi)置的冷卻水管105冷卻熔煉爐后進入熔煉爐大徑水箱104，再通過連接管87進入閃速爐下水箱73 ；另外熔煉爐外面設(shè)置的水槽冷卻水通過連接管88進入熔煉爐上部外面設(shè)置的水槽，用于冷卻熔煉爐，即從熔煉爐大徑的一端流向小徑的一端，再通過連接管與冷疑器的冷疑水匯合后流入渣?；h(huán)水池，用于補充渣粒化循環(huán)水池的水。其熔煉爐渣?；厥赵O(shè)備具體實施方式
是在循環(huán)水池96里面的水在水泵113泵出的高壓水作用下，從渣?；瘒娝?10噴出，使從熔煉爐排渣管108流出的渣?；瑳_渣水和渣通過渣水接收管111接收流向渣水接收器99，使噴水箱噴出的冷水變成熱水后，再與加熱換熱管115里面的冷水進行熱交換，進一步用于循環(huán)發(fā)電；其中渣和沖渣熱水經(jīng)過接收器喉口 93，流量大小通過接收器調(diào)節(jié)閥94控制，渣和沖渣水通過脫水管95分離，沖渣水流向循環(huán)水池96，經(jīng)循環(huán)水池過濾器96過濾后循環(huán)使用，粒化渣流向輸渣皮帶97，通過輸渣皮帶97輸出后可用于做建筑材料；另外沖渣水?；^程中產(chǎn)生的水蒸氣從渣水接收器頂部出氣管100經(jīng)冷疑器進氣管119進入冷疑器118，冷疑后的冷疑水經(jīng)冷疑器冷疑水接出管116流向沖渣水循環(huán)水池96，同時冷疑器閉路冷卻水從冷疑器進水管120進入冷疑器118，經(jīng)密閉水路冷卻冷疑器118后，冷卻水通過冷疑器閉路熱水接出管117與渣?；厥障到y(tǒng)換熱管115的冷水端連接管101連接，并經(jīng)換熱管115與沖渣水繼續(xù)換熱后，從換熱管115的熱水端連接管102流向尾氣上升煙道下水箱129。圖13圖19所示是本發(fā)明的尾氣分離設(shè)備等的相關(guān)圖，其尾氣分離設(shè)備的上升煙道具體實施方式
是熔煉爐81的煙氣通過熔煉爐隔墻上部煙氣通道經(jīng)熔煉爐出氣口 82流向上升煙道134，再從上升煙道接口逐漸上升至上升煙道上部，進一步從上升煙道上部一側(cè)的矩形出氣口經(jīng)上升煙道與尾氣分離室連接煙道125流向尾氣分離室149，同時對于上升煙道下水箱129的水，一路從上升煙道下水箱通過上升煙道冷卻水管133逐漸上升至上升煙道上部水箱137，冷卻上升煙道，再通過上升煙道上部水箱出水管138與尾氣分離室上面水箱出水總管140匯合，再流向聯(lián)合循環(huán)發(fā)電利用；另一路水從上升煙道下水箱通過上升煙道冷卻水管133逐漸上升至上升煙道上部一側(cè)的矩形出氣口處設(shè)置的中部水箱127，再通過連接管流入水箱124，再流入連接煙道水箱出水管139，與尾氣分離室上面水箱出水總 140匯合，最后流向聯(lián)合循環(huán)發(fā)電利用。其尾氣分離設(shè)備的尾氣分離室具體實施方式
是上升煙道的煙氣經(jīng)連接煙道125 從尾氣分離室進氣口進入尾氣分離室149，在重力的作用下大部分煙塵沉入尾氣分離室底部，并在慣性的帶動下沉入尾氣分離室邊上出氣口處設(shè)置的煙塵沉淀室，并通過排塵閥定期排出，煙氣在重力的作用下進行自動分離，密度大的氣體(如S02. C02等)沉于下部，密度小的氣體(如CO、H20等)浮于上部，尾氣分離不是嚴格上的尾氣分離，它只是尾氣分離室下部邊上出氣口流出的氣體密度大的含量高，用于換熱設(shè)備回收熱能并用于制煤氣利用，尾氣分離室頂部出氣口流出的氣體密度小的含量高，經(jīng)重新補充適量的高溫水蒸氣后， 再經(jīng)加壓泵147加壓后，輸送到尾氣裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備用于重新轉(zhuǎn)化成新還原氣CO和H2循環(huán)使用(C02+C — 2C0, H20+C — C0+H2)。 閉路冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的具體實施方式
是閉路冷卻水分四大支路循環(huán)，第一大支路閉路冷卻水循環(huán)為閉路冷卻水經(jīng)熔煉爐進水總管80進入熔煉爐小徑水箱109，通過熔煉爐內(nèi)置的冷卻水管105冷卻熔煉爐后進入熔煉爐大徑水箱104，再通過連接管87進入閃速爐下水箱73 ；閃速爐下水箱73的水一路通過連接管進入煙氣上升煙道的下水箱129，另一路通過閃速爐內(nèi)側(cè)設(shè)置的冷卻水管63，用于冷卻閃速爐，閃速爐冷卻水管63因閃速爐結(jié)構(gòu)的需要分三小支路冷卻，一路是閃速爐下水箱的水經(jīng)閃速爐左邊冷卻水管63逐漸上升至閃速爐混合礦料吹入口處設(shè)置的中部水箱66，再通過外面的連接管67連接進入尾氣分離室上部水箱153，另一路是閃速爐下水箱的水經(jīng)冷卻水管63逐漸上升至閃速爐頂端后， 再與延伸至尾氣分離室上部外面設(shè)置的水箱153匯合，還有一路是閃速爐下水箱的水經(jīng)閃速爐右邊冷卻水管63逐漸上升至閃速爐頂部尾氣分離室進氣口處設(shè)置的水箱122，再通過連接管123連接進入尾氣分離室與煙氣上升煙道連接管水箱IM后，再通過連接煙道水箱出水管139與尾氣分離室上部外面水箱153的總出水管140匯合；煙氣上升煙道下水箱1 的水分二小支路冷卻，煙氣上升煙道下水箱129的水一路經(jīng)上升煙道冷卻水管133逐漸上升至上升煙道左邊連接煙道處設(shè)置的水箱127，通過連接管進入煙氣上升煙道與尾氣分離室的連接煙道水箱1 后，冷卻水通過煙道水箱出水管139與尾氣分離室上部外面水箱153 總出水管140匯合，煙氣上升煙道下水箱129的水另一小支路通過上升煙道冷卻水管133 逐漸上升至煙氣上升煙道上水箱137冷卻煙氣上升煙道后，再通過連接管138與尾氣分離室上部外面水箱153的總出水管140匯合；第二大支路閉路冷卻水循環(huán)為閉路冷卻水通過連接管88開路出來進入熔煉爐上部外面設(shè)置的水槽用于冷卻熔煉爐，即從熔煉爐大徑的一端流向小徑的一端，再通過連接管103與冷疑器的冷疑水匯合，再一起流入渣?；h(huán)水池，用于補充渣?；h(huán)水池的水；第三大支路閉路冷卻水循環(huán)為閉路冷卻水從冷疑器進水管120進入冷疑器118，經(jīng)密閉水路冷卻冷疑器118后，冷卻水通過冷疑器閉路熱水接出管117與渣?；厥障到y(tǒng)換熱管115的冷水端連接管101連接，并經(jīng)換熱管115與沖渣水繼續(xù)換熱后從換熱管115的熱水端連接管102流向尾氣上升煙道下水箱129 ；第四大支路閉路冷卻水循環(huán)為閉路冷卻水分別通過連接管進入尾氣余熱鍋爐9和尾氣分離室頂部設(shè)置的鍋爐154，尾氣余熱鍋爐9換熱后的熱水通過連接管與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備連接， 尾氣分離室頂部設(shè)置的鍋爐1 換熱后的水蒸氣一部分通過尾氣分離室頂部設(shè)置的鍋爐出氣管142與尾氣分離室頂部出氣管148匯合，用于制新還原氣，另一部分水蒸氣通過連接管流向聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備。
1權(quán)利要求
1.一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法及相關(guān)設(shè)備，其特征是包括以下步驟(1)治煉前預(yù)熱制還原氣用煤粉、礦料及各種溶劑等原料，分別通過兩套相對獨立的換熱設(shè)備分開預(yù)熱，其中礦料及各種溶劑等預(yù)熱后通過礦料混合器與新還原氣充分混合后，再流向閃速爐進行冶煉，制還原氣用的煤粉預(yù)熱后通過煤粉混合器與加壓設(shè)備輸送來的尾氣充分混合后，流向尾氣裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備，用于制新還原氣；(2)制新還原氣尾氣分離設(shè)備分離出來的冶煉爐尾氣，兌入適量的高溫水蒸氣后，通過尾氣加壓設(shè)備加壓輸送，與預(yù)熱后的煤粉充分混合后流向裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備，再經(jīng)裂化轉(zhuǎn)化爐上室分流，通過分流管流向陽極和陰極之間的電弧區(qū)，通電時在陽極和陰極之間的電弧區(qū)產(chǎn)生高溫旋轉(zhuǎn)電弧，即產(chǎn)生高溫和富含活性粒子的旋轉(zhuǎn)等離子體，當煤粉混合氣通過陽極和陰極之間產(chǎn)生的電弧區(qū)時，在高溫和富含活性粒子的旋轉(zhuǎn)等離子體作用下，瞬間促成碳與二氧化碳和高溫水蒸氣發(fā)生反應(yīng)(C+0)2 — 2C0，C+H20 — CO+ H2)重新形成新還原氣一氧化碳和氫氣，并帶走電弧產(chǎn)生的熱量，可用于循環(huán)冶煉；(3)閃速冶煉:預(yù)熱后的礦料和各種溶劑等在高溫新還原氣的噴吹下，迅速進入閃速爐的反應(yīng)塔內(nèi)部空間，使精礦粒子懸浮在高溫還原氣中，并迅速發(fā)生一系列反應(yīng)，形成的渣鐵及煙氣混合料流向熔煉爐，精礦粒子懸浮在高溫還原氣中，充分利用了精礦粒子的反應(yīng)表面積，強化了冶煉過程，提高了綜合冶煉強度，降低了燃料消耗；(4)熔池冶煉從閃速爐落入熔煉爐的渣鐵及煙氣經(jīng)電極加熱后分離，煙氣經(jīng)熔煉爐煙氣出口流向尾氣分離設(shè)備，鐵水沉入熔煉爐爐底，渣浮于鐵水表面，未完全燃燒的煤粉和未完全反應(yīng)的精礦，通過熔池底再吹入氧氣和煤粉攪拌鐵水，氧氣和煤粉燃燒繼續(xù)發(fā)生一系列反應(yīng)， 加熱鐵水使渣和鐵水中的含碳量降至更低，另外在排渣口的對面設(shè)有氧搶，以便吹入氧氣， 使高溫鐵水和渣接觸表面形成移動床，鐵水經(jīng)出鐵口流出，渣經(jīng)排渣口排出，并通過渣?；O(shè)備回收利用；(5)尾氣分離:從熔煉爐排出的煙氣經(jīng)煙氣上升煙道進入尾氣分離室，氣壓迅速降低，在重力的作用下，煙塵、煙氣進行分離，煙塵則沉于分離室底部，通過重力作用密度大的氣體在分離室下層，密度小的氣體在上層，并通過不同的排氣口排出，在尾氣分離室底部邊上出氣口排出密度大的氣體含量高，用于回收熱能與制煤氣回收利用；在尾氣分離室頂部出氣口排出密度小的氣體含量高，用于重新制還原氣循環(huán)使用；(6)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電為了提高熱利用效率，降低熱能損失，分別在閃速爐、熔煉爐、渣?；厥赵O(shè)備、煙氣上升煙道、尾氣分離設(shè)備等處分別設(shè)有閉路循環(huán)水冷系統(tǒng)，用來冷卻上述設(shè)備，產(chǎn)生的熱水用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。
2.一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法，其主要設(shè)備包括煤粉和礦料換熱設(shè)備 A、尾氣裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備B、閃速爐C、熔煉爐和渣?；厥绽迷O(shè)備D、煙氣上升煙道和尾氣分離設(shè)備E等組成，特別適用于煉鐵工業(yè)，可實現(xiàn)更環(huán)保、更低碳、更節(jié)能。
3.根據(jù)一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法權(quán)利要求1或2所述的煤粉和礦料換熱設(shè)備A，其特征是，煤粉和礦料換熱室設(shè)計為空心柱狀園管型，殼體內(nèi)面一側(cè)設(shè)計成等間距排列垂直于殼體的連接圓環(huán)筋板34，并設(shè)有耐火襯墊12，殼體內(nèi)設(shè)有煤粉換熱管7和各種礦料換熱管1，換熱室底部右側(cè)設(shè)有換熱室氣源進口 32，換熱室頂部左側(cè)設(shè)有換熱室氣源出口 8，并依次連接尾氣余熱鍋爐9，尾氣除塵器10，換熱室上下分別通過換熱管上連接板6和換熱管下連接板13連接，換熱器直立安置；其煤粉換熱管7和各種礦料換熱管1等共用換熱室、換熱管上連接板6與換熱管下連接板13，但又通過不同的換熱管分開預(yù)熱制還原氣的煤粉和各種礦料，其礦料換熱管1上端通過換熱管上連接板6上下依次連接礦料接收器3、礦料分配器2、礦料換熱管1，下端通過換熱管下連接板13上下依次連接礦料儲存室31、礦料導(dǎo)流管30、礦料喉口 29、礦料調(diào)節(jié)閥觀、礦料與礦料混合室25的連接管沈等， 并與左右依次連接的左還原氣連接管19、還原氣噴嘴M、礦料混合室25等構(gòu)成礦料換熱設(shè)備，礦料通過礦料混合室25與新還原氣充分混合后流向閃速爐；其煤粉換熱管7上端通過換熱管上連接板6上下依次連接煤粉接收器4、煤粉分配器 5，煤粉換熱管7的下端通過換熱管下連接板13上下依次連接煤粉儲存室14、煤粉導(dǎo)流管 15、煤粉喉口 16、煤粉調(diào)節(jié)閥17、煤粉與煤粉混合室22的連接管等，并與左右依次連接的尾氣輸送管20、尾氣噴嘴21、煤粉混合室22等構(gòu)成煤粉換熱設(shè)備，通過煤粉混合室22與加壓設(shè)備輸送的尾氣充分混合后流向裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備，用于重新制新還原氣循環(huán)使用。
4.根據(jù)一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法權(quán)利要求1或2所述的尾氣裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備B，其特征是，尾氣裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備主要包括等離子發(fā)生器、轉(zhuǎn)化爐上室35、轉(zhuǎn)化爐下室 48等構(gòu)成；等離子發(fā)生器主要由三相電源線44，依次連接變壓器43與整流器42后，電源負極依次連接電感線圈41，電阻40、陰極36，并與電磁線圈53的一端負極連接，電源正極連接陽極55，并與電磁線圈53的一端正極連接，電磁線圈53由銅管環(huán)繞而成，銅管的一端作為陰極，另一端作為陽極，銅管內(nèi)通冷卻水，電磁線圈53與陽極同軸心放置，置于陽極 55外部；陽極55由空心柱狀石墨管構(gòu)成，外置不銹鋼水冷外套M，與陰極棒同軸向放置， 置于轉(zhuǎn)化爐上室和轉(zhuǎn)化爐下室之間，在陽極陽頂部和底部分別放置一塊邊緣突出的孔狀石墨環(huán)45;陰極36由石墨棒構(gòu)成，它分上陰極連接棒59、中陰極連接管58、下陰極更換頭60三部分，上陰極棒頂端設(shè)有冷卻水進口 56，并設(shè)有空心水道到底端，上陰極棒底端一直伸入到陰極更換頭60，中陰極連接管設(shè)有冷卻水出口 57，在常需更換的地方設(shè)有陰極更換頭60，上陰極連接棒59、中陰極連接管58、下陰極更換頭60通過螺紋連接，上陰極連接棒59與中陰極連接管58和下陰極更換頭60之間留有水道，用于循環(huán)冷卻，陰極棒的外面用耐高溫的輕質(zhì)絕緣陶瓷管38保護，并通過轉(zhuǎn)化爐上室伸入等離子發(fā)生器；轉(zhuǎn)化爐上室主要由轉(zhuǎn)化爐上殼體、轉(zhuǎn)化爐隔板39等構(gòu)成，轉(zhuǎn)化爐上殼體和轉(zhuǎn)化爐隔板39構(gòu)成轉(zhuǎn)化爐上室35，轉(zhuǎn)化爐上殼體設(shè)有煤粉混合氣進口 37和陰極插入口，轉(zhuǎn)化爐隔板上設(shè)有煤粉混合料分流管和陰極插入口，轉(zhuǎn)化爐上室與陽極陽同軸心放置，置于陽極陽頂部；轉(zhuǎn)化爐下室 48由轉(zhuǎn)化爐下殼體等構(gòu)成，下殼體內(nèi)面一側(cè)設(shè)有耐火襯墊，轉(zhuǎn)化爐下室設(shè)有轉(zhuǎn)化爐維修口 61、熱電偶插口 52、還原氣左出口 47，還原氣右出口 51、轉(zhuǎn)化爐下室48、轉(zhuǎn)化爐喉口 49、 轉(zhuǎn)化爐排塵閥50等，轉(zhuǎn)化爐下室置于陽極下部與陽極同軸心安置，另包括石墨隔膜板45、 電弧區(qū)46等；通電后在陰極36和陽極55之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電弧，即產(chǎn)生高溫和富含活性粒子的旋轉(zhuǎn)等離子體，當充分混合后的煤粉混合氣流向電弧區(qū)46時，在高溫和富含活性粒子的旋轉(zhuǎn)等離子體作用下，瞬間促成煤粉、二氧化碳和高溫水蒸氣發(fā)生反應(yīng)(注C02+C — 2C0， H20+C —C0+H2)，重新產(chǎn)生新還原氣一氧化碳和氫氣，并帶走電弧產(chǎn)生的熱量，用于循環(huán)冶太東。
5.根據(jù)一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法權(quán)利要求1或2所述的閃速爐C，其特征是，閃速爐上部設(shè)計為空心柱狀園管型，下部設(shè)計為空心圓錐型，通過冷卻水管下端連接圓環(huán)71連接，上下部同軸心直立安置；閃速爐的殼體69內(nèi)面一側(cè)設(shè)有等間距排列的垂直于殼體的連接圓環(huán)筋板64，耐火襯墊70與閃速爐的殼體69內(nèi)面一側(cè)設(shè)有冷卻水管63，冷卻水管63固在連接圓環(huán)外端的槽里，同時固定在殼體69的內(nèi)面一側(cè)上，大部分冷卻水管 63的上端要延伸到尾氣分離室，形成尾氣分離室的冷卻水管157 ；閃速爐左上方的冷卻水管63至礦料吹入口 65處設(shè)有中部水箱66，通過連接管67與尾氣分離室上面水箱153連接； 閃速爐右上方的冷卻水管63至尾氣連接煙道處設(shè)有中部水箱122，并通過連接管123與連接煙道水箱1 連接，冷卻水管63的下端與下連接圓環(huán)71連接，并與閃速爐爐殼、下水箱蓋板74、閃速爐圓錐板75構(gòu)成閃速爐下水箱73 ；閃速爐下水箱73通過冷卻水管63冷卻閃速爐，冷卻后的熱水用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電；閃速爐的爐頂與尾氣分離室共用上蓋板62，下連接圓環(huán)71的外端面與閃速爐殼體的內(nèi)面相連，下連接圓環(huán)71的內(nèi)端面與圓錐板75的大徑相連，閃速爐的左上方設(shè)有礦料吹入口 65，底部設(shè)有鐵水、渣、煙塵等混合料出口 76，中部設(shè)有還原氣圓環(huán)風(fēng)管68和吹入管79，還原氣吹入管79設(shè)計成水平方向朝上45度，徑向方向45度，用于延長礦料反應(yīng)接觸時間，整個閃速爐設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，可提高綜合冶煉強度和熱效率，降低了成本。
6.根據(jù)一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法權(quán)利要求1或2所述的熔煉爐D，其特征是，熔煉爐由熔煉爐主體和熔煉爐渣?；厥绽迷O(shè)備等構(gòu)成，其熔煉爐主體設(shè)計成同軸心非等徑臥式空心園柱型，出渣口至出鐵口向下傾斜一定角度，殼體內(nèi)面一側(cè)設(shè)有冷卻水管105、垂直于殼體的連接圓環(huán)筋板83、耐火襯墊106，冷卻水管105固在連接圓環(huán)83 外端的槽里，并固定在殼體的內(nèi)面上，在熔煉爐上部不方便安冷卻水管的殼體外部設(shè)有冷卻水槽86，在冷卻水管105的左右兩端分別設(shè)有水箱104和109，直徑小的一端水箱109通過進水總管80與外面連接，直徑大的一端水箱104通過出水總管87與閃速爐下水箱73連接，熔煉爐直徑大的一端左側(cè)設(shè)有鐵水出口 90，鐵水出口 90的上方設(shè)有熔煉爐維修門121 和燒嘴89，與閃速爐連接的地方設(shè)有混合料進口 85，混合料進口 85的旁邊設(shè)有熔煉爐電極 84，底部設(shè)有氧搶插口 91和還原搶插口 92，熔煉爐的中部設(shè)有熔煉爐隔墻107，把熔煉爐隔為主還原區(qū)和次還原區(qū)，隔墻107上部為煙氣通道，隔墻107中部最下方留有孔洞，用于主還原區(qū)的初渣流向次還原區(qū)，同時次還原區(qū)產(chǎn)生的鐵水流入主還原區(qū)，通過熔煉爐隔墻107 的分開，使主還原區(qū)相當于熔煉造氣爐的爐缸，可以把閃速爐落下的混合料直接熔煉成鐵水或半鋼，另外在直徑小的一端右側(cè)設(shè)有熔煉爐排渣管108，熔煉爐與尾氣上升煙道的接口 82等，構(gòu)成熔煉爐；其熔煉爐的渣粒化回收利用設(shè)備的其特征是渣水接收器99上部設(shè)計為空心柱狀園管型，下部設(shè)計為空心圓錐型，上下部同軸心連接，直立安置，渣水接收器 99的中上部左邊設(shè)有空心矩形渣水接收管111，熔煉爐排渣管108與渣粒化噴水箱110伸入到空心矩形渣水接收管111內(nèi)，渣水接收器99的上部為水蒸氣收接室，渣水接收器99頂部設(shè)有水蒸氣出氣管100，渣水接收器99頂部外面設(shè)有冷疑器118，冷疑器進氣口與水蒸氣出氣管100連接，冷疑器的閉路冷卻水進口 120與外面冷水管連接，冷疑器的閉路冷卻水出口 117與沖渣水換熱管115的冷卻水管端101連接，冷卻后的冷疑水通過連接管116流向循環(huán)水池，渣水接收器99下部為渣水接收室，內(nèi)設(shè)有沖渣水換熱管115，沖渣水換熱管115 設(shè)計成螺旋彈簧型，換熱管的一端101與冷疑器閉路冷卻水出口 117連接，另一端102與尾氣上升煙道的下水箱連接，渣水接收器99下部設(shè)有渣水接收器喉口 93、渣水接收器調(diào)節(jié)閥 94、渣水接收器渣水分離管95，渣水接收器99下面設(shè)有輸渣皮帶97、循環(huán)水池96，循環(huán)水池 96內(nèi)設(shè)有過濾器114、循環(huán)水泵113，渣水接收器的左邊上部設(shè)有渣?；瘒娝?10，上述部件構(gòu)成渣粒化回收利用設(shè)備。
7.根據(jù)一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法權(quán)利要求1或2所述的尾氣分離設(shè)備 E，其特征是，尾氣分離設(shè)備主要包括煙氣上升煙道和尾氣分離室等，其中煙氣上升煙道設(shè)計成空心柱狀圓管型，殼體內(nèi)面一側(cè)設(shè)有冷卻水管133和等間距排列垂直于殼體的連接圓環(huán)筋板132，并設(shè)有耐火襯墊131，冷卻水管133固定在連接圓環(huán)132外端的槽里，而且固定在爐殼的內(nèi)面上；冷卻水管133的上下兩端分別設(shè)有水箱137和129，冷卻水管的下端與下連接圓環(huán)130、上升煙道殼體134、下水箱蓋板1 等，構(gòu)成上升煙道下水箱129，并通過連接水管126與閃速爐下水箱連接，尾氣上升煙道的下端進氣口與熔煉爐排氣口 82連接，冷卻水管133至尾氣上升煙道上部一側(cè)邊上矩形尾氣出口處設(shè)有中部水箱127，并通過連接水管和閃速爐右上方中部水箱122與連接煙道的水箱進水口連接；另外大部分冷卻水管133 的頂端與上連接圓板136，上升煙道殼體134、上水箱蓋板等構(gòu)成上升煙道上水箱137，并通過上升煙道上水箱出水管138與尾氣分離室水箱總出水管140連接，尾氣上升煙道上部一側(cè)設(shè)有邊上矩形尾氣出口，通過矩形連接煙道125與尾氣分離室149連接，與尾氣分離室連接的矩形連接煙道125設(shè)計成空心雙層矩形水箱124，內(nèi)外層之間設(shè)計成矩形水箱124，內(nèi)層空心設(shè)計成尾氣煙道，一端連接尾氣上升煙道134，另一端連接尾氣分離室149，連接煙道的水箱進水口與閃速爐右上方中部水箱122和尾氣上升煙道左上方中部水箱127連接， 連接煙道的水箱出水口 139與尾氣分離室水箱總出水管140連接，整個冷卻水用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電利用；其尾氣分離室149下部設(shè)計成空心柱狀園管型殼體，殼體內(nèi)面一側(cè)設(shè)有尾氣分離室冷卻水管157，并設(shè)有耐火襯墊，上部設(shè)計為空心圓錐形，并通過上端連接圓環(huán)156 連接，上下部同軸心直立安置，尾氣分離室底板與閃速爐共蓋板62，尾氣分離室下部設(shè)有邊上進氣口和邊上出氣管155，下部邊上出氣管155流出的密度大氣體含量高，用于煤粉和礦料換熱設(shè)備回收熱能，并用于制煤氣；尾氣分離室上部設(shè)有頂部出氣管148，頂部尾氣出氣管148流出的密度小氣體含量高，用于重新制新還原氣循環(huán)使用；尾氣分離室冷卻水管 157的下端是閃速爐冷卻水管63的延伸，尾氣分離室冷卻水管157的上端與上端連接圓環(huán) 156連接，上端連接圓環(huán)156的外端面與尾氣分離室149的柱狀園管型殼體連接，上端連接圓環(huán)156的內(nèi)端面與尾氣分離室149的空心圓錐板141大徑端連接，尾氣分離室冷卻水管 157的上端連接圓環(huán)156與尾氣分離室149的柱狀園管型殼體、隔板152、上蓋板151等構(gòu)成尾氣分離室上面水箱153，尾氣分離室上面水箱153設(shè)有出水總管140，通過出水總管140 與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備連接，尾氣分離室圓錐板141、隔板152，上蓋板151等構(gòu)成尾氣分離室鍋爐154，通過尾氣分離室鍋爐進水管150連接進水，產(chǎn)生的水蒸汽通過尾氣分離室鍋爐出氣管142 —路與尾氣分離室上出氣管148連接，并通過與尾氣加壓泵147連接，用于制新還原氣，另一路與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備連接。
8.根據(jù)一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法權(quán)利要求1或2所述的閉路冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，其特征是閉路冷卻水分四大支路循環(huán)，第一大支路閉路冷卻水循環(huán)為閉路冷卻水經(jīng)熔煉爐進水總管80進入熔煉爐小徑水箱109，通過熔煉爐內(nèi)置的冷卻水管105冷卻熔煉爐后進入熔煉爐大徑水箱104，再通過連接管87進入閃速爐下水箱73 ；閃速爐下水箱73 的水一路通過連接管進入煙氣上升煙道的下水箱129，另一路通過閃速爐內(nèi)側(cè)設(shè)置的冷卻水管63，用于冷卻閃速爐，閃速爐冷卻水管63因閃速爐結(jié)構(gòu)的需要分三小支路冷卻，一路是閃速爐下水箱的水經(jīng)閃速爐左邊冷卻水管63逐漸上升至閃速爐混合礦料吹入口處設(shè)置的中部水箱66，再通過外面的連接管67連接進入尾氣分離室上部水箱153，另一路是閃速爐下水箱的水經(jīng)冷卻水管63逐漸上升至閃速爐頂端后，再與延伸至尾氣分離室上部外面設(shè)置的水箱153匯合，還有一路是閃速爐下水箱的水經(jīng)閃速爐右邊冷卻水管63逐漸上升至閃速爐頂部尾氣分離室進氣口處設(shè)置的水箱122，再通過連接管123連接進入尾氣分離室與煙氣上升煙道連接管水箱1 后，再通過連接煙道水箱出水管139與尾氣分離室上部外面水箱153的總出水管140匯合；煙氣上升煙道下水箱1 的水分二小支路冷卻，煙氣上升煙道下水箱1 的水一路經(jīng)上升煙道冷卻水管133逐漸上升至上升煙道左邊連接煙道處設(shè)置的水箱127，通過連接管進入煙氣上升煙道與尾氣分離室的連接煙道水箱IM后，冷卻水通過煙道水箱出水管139與尾氣分離室上部外面水箱153總出水管140匯合，煙氣上升煙道下水箱1 的水另一小支路通過上升煙道冷卻水管133逐漸上升至煙氣上升煙道上水箱 137冷卻煙氣上升煙道后，再通過連接管138與尾氣分離室上部外面水箱153的總出水管 140匯合；第二大支路閉路冷卻水循環(huán)為閉路冷卻水通過連接管88開路出來進入熔煉爐上部外面設(shè)置的水槽用于冷卻熔煉爐，即從熔煉爐大徑的一端流向小徑的一端，再通過連接管103與冷疑器的冷疑水匯合，再一起流入渣粒化循環(huán)水池，用于補充渣?；h(huán)水池的水；第三大支路閉路冷卻水循環(huán)為閉路冷卻水從冷疑器進水管120進入冷疑器118，經(jīng)密閉水路冷卻冷疑器118后，冷卻水通過冷疑器閉路熱水接出管117與渣?；厥障到y(tǒng)換熱管115的冷水端連接管101連接，并經(jīng)換熱管115與沖渣水繼續(xù)換熱后從換熱管115的熱水端連接管102流向尾氣上升煙道下水箱129 ；第四大支路閉路冷卻水循環(huán)為閉路冷卻水分別通過連接管進入尾氣余熱鍋爐9和尾氣分離室頂部設(shè)置的鍋爐154，尾氣余熱鍋爐9換熱后的熱水通過連接管與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備連接，尾氣分離室頂部設(shè)置的鍋爐1 換熱后的水蒸氣一部分通過尾氣分離室頂部設(shè)置的鍋爐出氣管142與尾氣分離室頂部出氣管148 匯合，用于制新還原氣，另一部分水蒸氣通過連接管流向聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備。
全文摘要
一種等離子體轉(zhuǎn)化尾氣的循環(huán)低碳冶金法，利用等離子體發(fā)生器裂化尾氣中的二氧化碳和高溫水蒸氣，使其重新轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫氣，將冶煉爐尾氣通過尾氣分離設(shè)備分離，一部分尾氣用于制還原氣用煤粉和各種礦料進行換熱，換熱后并回收利用，另一部分尾氣通過尾氣裂化轉(zhuǎn)化設(shè)備重新轉(zhuǎn)化成新還原氣，并通過新還原氣直接把礦料吹入閃速爐冶煉，再經(jīng)熔煉爐快速熔煉出鐵水，同時冷卻設(shè)備中的熱水可用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，不但實現(xiàn)了尾氣的循環(huán)利用，提高了綜合冶煉強度和熱效率，降低了生產(chǎn)成本和凈能耗，更重要的是降低了二氧化碳的排放，克服了原有高爐煉鐵工業(yè)對冶金焦碳的依賴，達到了更環(huán)保、更低碳、更節(jié)能目的，是一項劃時代的冶金技術(shù)革命。
文檔編號C21B3/06GK102199680SQ20111009810
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者黃道兵 申請人:黃道兵