发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种外燃式废钢预热竖炉及其预热方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种外燃式废钢预热竖炉，包括外燃式燃烧炉1、废钢预热竖炉2和烟气活性炭处理系统3；所述的废钢预热竖炉2内设有机械手9，用于托扶废钢。

所述的废钢预热竖炉2侧壁设有下环形烟道7和上环形烟道8，所述的下环形烟道7和上环形烟道8一侧通过支气管与废钢预热竖炉2连接，另一侧通过管道与外燃式燃烧炉1连接。

所述的机械手9设置若干个，优选2个，由下向上依次包括第一机械手和第二机械手，与炉底出料翻板阀共同作用，用于托扶废钢，分层预热出料，具体包括第一层废钢，第二层废钢和第三层废钢。

所述的废钢预热竖炉2高度取决于预热废钢种类、出料频率、预热烟气温度、烟气量和引风机的引风压力。要控制排烟温度在200℃以下。排烟温度高热效率低，也不利于除尘滤料选择。其中，当：

废钢比表面积大，烟气阻力大，换热效率高，竖炉高度相对取低；反之，则竖炉高度相对取高；

出料频率快，温差梯度大，竖炉高度相对取低；烟气温度高、烟气量大，相对带入的热量多，竖炉高度相对取高；

引风机引风压力作为限制竖炉高度的重要因素，引风机的引风能力要保证外燃炉的烟气能够引入竖炉。

所述的废钢预热竖炉2侧壁与下环形烟道7连通的支气管设在距离炉底300-500mm处，以避免高温烟气对炉底设备造成伤害。

所述的废钢预热竖炉2侧壁与上环形烟道8连通的支管设在距离第一层机械手上200-400mm处，以避免高温烟气对机械手造成伤害。

所述的废钢预热竖炉2内包括有二次燃烧区，所述的二次燃烧1区设置于第一层废钢顶部和第一层机械手之间。所述的二次燃烧区设有助燃气体喷嘴10，并在该区设置小型常燃燃烧枪11，用于点火。

所述的废钢预热竖炉2设有二次燃烧室12，所述的二次燃烧室12设置于外燃式燃烧炉1与上环形烟道8连接管道上，所述的二次燃烧室12设二燃室助燃气体喷嘴13，二次燃烧室12前设置耐材阀门14。

所述的废钢预热竖炉上方设有加料系统，所述的加料系统为等静压封闭加料系统16，所述的等静压加料系统16由下等静压室和上等静压室组成，所述的下等静压室由下加料翻板密封阀和中密封翻板阀组成。上等静压室由中密封翻板阀和上密封板组成，所述的中密封翻板阀作为下等静压室和上等静压室之间的共用密封翻板阀。

所述的废钢预热竖炉2底部设有翻板卸料阀17和等静压出料系统15，包括出料等静压室，出料等静压室上方由翻板卸料阀17封闭，侧面设侧封闭板18，用于取废钢槽。保温废钢槽19设于出料等静压室内，用于盛接预热后废钢。

所述的烟气活性炭处理系统3由管道反应器和喷粉设备组成，所述的喷粉设备设置在管道反应器的入口处，从入口处喷入的粉体与烟气紊流混合，吸附脱除烟气中的硫、二噁英、苯并芘等有害气体。

所述的烟气活性炭处理系统3依次连接除尘系统4，引风机5和烟囱6，其中：

所述的除尘系统4将管道反应器吸附反应后的活性炭和粉尘一并脱除；

所述的引风机5为整个烟气余热利用处理系统提供动力，引风机电机为调频电机。

一种外燃式废钢预热方法，采用上述外燃式废钢预热竖炉进行，包括以下步骤：

(1)经加料系统，向废钢预热竖炉2内，分层加入废钢；

(2)外燃式燃烧炉1产生烟气，经由下环形烟道7和上环形烟道8通入废钢预热竖炉2内，对废钢进行分层预热，获得预热后废钢与换热后烟气，废钢进行出钢操作。

所述的步骤(1)中，废钢加入过程为：打开上密封板，把废钢加入上等静压室，关闭上密封板，然后打开中密封翻板阀，将废钢落入下等静压室，关闭中密封翻板阀，向废钢预热竖炉2内加入废钢时，打开下加料翻板密封翻板阀，将废钢加入废钢预热竖炉2内。上部区域负压大，采用双层等静压室，可以避免系统泄压而影响系统引风压力。

所述的步骤(1)中，单层废钢加入量由废钢后续应用确定，当为转炉冶炼供应废钢，每层废钢废钢量与转炉每次加入量相等或是转炉加入每层加入量的一半；当为电弧炉供应废钢，则就按照电弧炉加入量的二分之一或三分之一，以便于操作。

所述的步骤(1)中，第一层废钢由炉底出料翻板阀托扶，第二层废钢由第一层机械手托扶，第三层废钢由第二层机械手托扶，如果设计有第四层废钢，就设计第三层机械手托扶第四次废钢。

所述的步骤(1)中，当第一层废钢由于预热到软化状态时，废钢密度增加，透气性变差，烟气阻力增大，当阻力增加到设计值时，打开二次燃烧室的耐材阀门14，让烟气直接进入第二层废钢，烟气在进入上环形烟道8前，在二次燃烧室12喷入助燃气体进行二次燃烧。由于这时过剩的燃气量相对少，烟气温度又比较高，喷入的助燃气体过剩系数较低就可以燃烧。这种高温低氧燃烧基本不产生氮氧化物。

所述的步骤(2)中，废钢出钢过程为：打开炉底密封翻板阀卸料，预热后的高温废钢落入等静压室的保温废钢槽内，然后关闭炉底封闭翻板阀，打开等静压室的侧密封板，取出保温废钢槽，关闭侧密封板，完成一次出料；出完废钢后，撤出第一层机械手放料，放料后的第一层机械手恢复到接料状态，然后第二层机械手放料，第二层机械手放料后恢复到接料状态，然后上部加料系统向炉内加料。

所述的步骤(2)中，换热后烟气经过处理后达标，通过烟囱排放，烟囱按照当地环保要求设计制作。

本发明工作原理：

竖炉是在所有工业炉窑里传热最好热工设备，因此本发明采用竖炉作为废钢预热设备。为减少由于局部不均匀造成的废钢被氧化，本发明选择外燃式燃烧室，把燃烧后的热烟气送入炉内，而且采取在外燃式的氧燃比小于1，即燃气过剩，让预热过程的高温段处于还原气氛，避免高温废钢被过剩的氧气氧化。在竖炉上部600℃-800℃段鼓入空气进行二次燃烧，在这个温度下废钢不易被氧化，而且燃气又容易燃烧。这样可以避免燃气逃逸造成大气污染和能源浪费。

如果是经常预热高锌的轻薄料废钢，炉内会造成锌蒸汽富集，为此本案选择在二次燃烧前将烟气部分引出，做锌回收，然后再将做完锌回收后的烟气送回竖炉内继续预热废钢。

由于在外燃式采取的燃气过剩燃烧，竖炉内二次燃烧段前是还原性气氛，氮氧化物会被烟气中的还原性气体还原，因此烟气中的氮氧化物会比较低。由于此处废钢温度比较低，废钢氧化比较少。为脱除烟气中的硫、二噁英、苯并芘等有害气体，在竖炉后部设置喷吹活性炭吸附装置，一并脱除硫、二噁英、苯并芘等有害气体。喷入的活性炭与炉内粉尘在除尘器一并被捕捉。除尘器回收的活性炭和粉尘可送到高炉喷煤系统，随喷吹煤粉一并喷吹高炉，实现资源化利用和无害化处理。

本发明的有益效果：

1、提高了热效率，减少了碳排放；

2、解决了废钢预热过程烟气难治理难题。废钢预热烟气排放可以全部达标；

3、减少了废钢烧损；

4、实现了低成本消化废钢。热效率远高于电弧炉；

5、为转炉多消化废钢探索了新路；

6、可大量降低炼钢成本。

7、该技术是经济效益和社会效益显著的钢铁冶炼辅助项目。