[go: up one dir, main page]

CN219603618U - 一种氢气电加热器及纯氢竖炉还原系统 - Google Patents

一种氢气电加热器及纯氢竖炉还原系统 Download PDF

Info

Publication number
CN219603618U
CN219603618U CN202320346121.6U CN202320346121U CN219603618U CN 219603618 U CN219603618 U CN 219603618U CN 202320346121 U CN202320346121 U CN 202320346121U CN 219603618 U CN219603618 U CN 219603618U
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
silicon
molybdenum
electric heater
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202320346121.6U
Other languages
English (en)
Inventor
周和敏
郝晓东
张俊
沈朋飞
徐洪军
何鹏
高俊哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CISRI Sunward Technology Co Ltd
Original Assignee
CISRI Sunward Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CISRI Sunward Technology Co Ltd filed Critical CISRI Sunward Technology Co Ltd
Priority to CN202320346121.6U priority Critical patent/CN219603618U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN219603618U publication Critical patent/CN219603618U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

本实用新型涉及一种氢气电加热器及纯氢竖炉还原系统,属于钢铁冶金技术领域,解决了现有技术中的金属换热器不能将氢气直接加热至1050℃的技术问题,所述的氢气电加热器包括多个硅钼棒,多个硅钼棒之间为串联或串‑并联,相邻的硅钼棒之间均设置有多孔蓄热体,氢气在多孔蓄热体和加热的硅钼棒之间流动进行加热。本实用新型的氢气电加热器采用硅钼棒电加热方法直接快速加热氢气到1050℃,通过设置多孔蓄热体增加了氢气与高温蓄热体接触面积,提高氢气换热效率。

Description

一种氢气电加热器及纯氢竖炉还原系统
技术领域
本实用新型涉及钢铁冶金技术领域,尤其涉及一种氢气电加热器及纯氢竖炉还原系统。
背景技术
钢铁产业(以高炉长流程为主)的整个生产过程中是以碳为还原剂及能源为主,碳冶金的最终产物是CO2,钢铁工业CO2排放占全国CO2总排放量的14~15%左右,其中高炉炼铁CO2排放为73.1%,而氢冶金的还原剂为H2,最终产物是H2O,真正做到了CO2零排放,所以将碳冶金转变为氢冶金是钢铁工业发展低碳经济的最佳选择。氢冶金是当前全球钢铁行业技术研发的热点,尤其在欧洲,面临碳减排压力,欧洲钢铁企业纷纷将目光聚焦在利用氢气作为还原剂,开发氢炼铁工艺技术,推动绿色氢能冶金技术的发展和应用,实现低碳冶金新技术路线的突破。
2020年我国风能和太阳能加起来发电总量2.215万亿kwh,相当于约1.92亿吨标准煤的发电量,上网的风能和太阳能发电总量大约只能取代煤炭发电的12.5%左右。电网只能容纳15%左右的非稳定电源,风能、太阳能发出来的电,电网没法全部承受。太阳能、风能、生物质能电解水制备绿氢和氧气成本上是有竞争力的。到2030年非化石能源发电量占全部发电量的比重达到50%。风能和太阳能发电量分别需要增长4倍和13倍。2020年我国陆上风电、光伏发电平均度电成本分别降至0.38元和0.36元左右,同比分别下降10%和18%,风电行业力争在2025年将陆上高、中、低风速地区的度电成本分别降至0.1元、0.2元和0.3元,在相关国家政策的驱动下,为下一步高比例、低成本、大规模发展绿氢冶金创造了有利条件。按全流程绿氢冶金折算(含绿电电解水制氢,水电解制氢电耗≤4.6KWh/m3H2),电能总需求量为3.31MWh/t-H2BI计算,绿电成本低于0.25元/KWh,铁成本低于高炉长流程碳冶金,这为风电+光伏(绿电)→电解水制氢(绿氢)→纯氢竖炉还原铁→绿电电炉熔化炼钢的全绿色冶金工艺提供了途径。
风力发电、光伏发电具有随机性、波动性、阶段性供电等问题,发电量曲线不够稳定,如直接接入电网,会加重电网调节负担、严重的会造成电网失稳,利用绿电制氢,将不稳定的能量转化为氢能储存,能够实现发电曲线平抑。
氢冶金具有反应速率快、产品清洁、环境负荷小的优势。氢冶金的产物为水,不仅可减少甚至避免CO2对大气污染,且还原产物易于脱除,能源和水资源可循环利用。由于氢冶金在高温还原速率高,氢冶金是吸热反应,为了维持反应的进行,除了还原需要氢气外,还需要大量氢气循环补热,须将氢气加热至950~1050℃。
纯氢竖炉还原工艺关键技术如下:
(1)低成本氢气制备;
(2)耐高温高压耐氢腐蚀材料及加热器或换热器的开发(材料+结构设计)
(3)反应器全系统防爆防泄漏(安全联锁);
(4)氢还原反应器结构设计与工艺控制;
(5)热态氢直接还原铁高效利用(电炉熔分+精炼)。
现有技术中高温高压换热器及反应系统如表1所示。
表1现有技术中换热器及反应系统状况
纯氢竖炉直接还原工艺的核心就是解决氢气加热问题,在小于830℃温度内可以采用金属管式换热,而金属管式换热将氢气从830℃加热至1050℃,则由于材料的长期耐高温性能、氢腐蚀、焊接焊缝和高温防爆防泄漏问题难于解决,成为纯氢冶金的技术瓶颈。
实用新型内容
鉴于上述的分析,本实用新型实施例旨在提供一种氢气电加热器及纯氢竖炉还原系统,用于解决现有技术中的金属换热器不能将氢气加热至1050℃的问题。
一方面,本实用新型提供了一种氢气电加热器,包括多个硅钼棒,多个硅钼棒之间为串联或串-并联,相邻的硅钼棒之间均设置有多孔蓄热体,氢气在多孔蓄热体孔隙内流动进行加热。
进一步的,所述多个硅钼棒组成一个硅钼棒组,多个硅钼棒组构成一个加热单元。
进一步的,所述加热单元为多个,设置在一个或多个加热室内。
进一步的,所述的硅钼棒上固定连接有硅钼棒导电卡,相连接的两个硅钼棒上的硅钼棒导电卡通过硅钼棒电带连接。
进一步的,所述硅钼棒通过电极与可控硅调压系统连接,通过可控硅调压系统调节硅钼棒的加热功率。
进一步的,与电极连接的硅钼棒依次通过硅钼棒导电卡、硅钼棒电带和导电铜排与电极连接。
进一步的,所述的导电铜排与电极上的电极引线铜杆的一端连接,电极引线铜杆的另一端通过电缆线与可控硅调压系统连接。
进一步的,所述的电极上还设置有水冷结构、密封结构和绝缘结构,所述的水冷结构通过密封结构固定在电极引线铜杆的外圈,所述的绝缘结构与所述的水冷结构密封连接。
进一步的,多个硅钼棒均匀排列成多排,每一排硅钼棒的两端均设置有耐火砖,相邻的两排硅钼棒之间设置有多孔蓄热体。
另一方面,本实用新型提供了一种纯氢竖炉还原系统,包括所述的氢气电加热器。
与现有技术相比,本实用新型至少可实现如下有益效果之一:
(1)本实用新型的电加热器采用硅钼棒电加热方法直接快速加热氢气到1050℃,本实用新型通过设置多孔蓄热体增加了氢气与高温蓄热体接触面积,提高氢气换热效率,解决了目前金属管式换热器加热温度普遍在830℃以内,不能将氢气加热到1050℃的技术难题,克服了纯氢冶金的技术瓶颈;
(2)本实用新型的硅钼棒加热产生热辐射和传热,使得多孔蓄热体和硅钼棒的温度升高,氢气通过时与多孔蓄热体和硅钼棒换热,从而氢气温度升高,多个硅钼棒可以是串联或者串-并联的连接方式,通过可控硅调压系统调节加热功率对硅钼棒进行加热,最终实现对氢气加热温度的控制,使得氢气温度可以加热到1050℃;
(3)本实用新型中与硅钼棒连接的电极设置有绝缘和密封结构以及水冷结构,起到绝缘的同时,有效防止电极发热和氢气泄露的问题发生,绝缘结构起到绝缘防漏电的作用。
本实用新型中,上述各技术方案之间还可以相互组合,以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分优点可从说明书中变得显而易见,或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本实用新型的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本实用新型提供的一种纯氢竖炉还原工艺流程图;
图2为本实用新型提供的一种氢气电加热器的结构示意图;
图3为图2中C处的局部放大图;
图4为图2中A-A方向剖视图;
图5为图2中B-B方向视图;
图6为图5中D处的局部放大图;
图7为本实用新型提供的一种电极的结构示意图;
图8为本实用新型提供的一种硅钼棒串联结构示意图;
图9为本实用新型提供的一种硅钼棒串-并联结构示意图;
图10为本实用新型提供的一种耐火砖、多孔蓄热体和硅钼棒的位置关系图。
附图标记:
1-氢气入口管道、2-入口变径锥、3-加热器本体、301-加热器本体外壳、302-空段、4-出口变径锥、5-氢气出口管道、6-入口法兰及金属密封组、7-出口法兰及金属密封组、8-炉体连联接法兰及金属密封组、9-测压变送器、10-测温热电偶、11-加热器底座、12-硅钼棒、13-冷却室、14-冷却套体、15-冷却套密封盖、16-密封盖金属密封组、17-进水口、18-出水口、19-电极、191-A相电极、192-B相电极、193-C相电极、194-第一个N电极、195-第二个N电极、196-第三个N电极、20-硅钼棒导电卡、21-硅钼棒电带、22-耐火砖、23-多孔蓄热体、24-重质抗磨浇注层、25-轻质浇注料层、26-耐火纤维毡层、27-电缆线、28-电极引线铜杆、29-内绝缘陶瓷、30-水冷电极座、31-绝缘密封圈、32-外绝缘陶瓷、33-黄铜垫圈、34-弹簧垫圈、35-压紧黄铜螺母、36-绝缘护套、37-电极钢护套、38-橡胶垫、39-螺钉、40-绝缘胶套、41-电缆黄铜固定螺栓组。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例,其中,附图构成本实用新型一部分,并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理,并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示,本实用新型提供了一种纯氢竖炉还原工艺流程图,包括依次连接的氧化球团或块矿入炉单元、纯氢竖炉还原单元、炉顶气处理单元,所述的纯氢竖炉还原单元还与绿电电解水制氢单元和氢气混气和除尘单元连接,所述的氢气混气和除尘单元还连接有氢气电加热单元,所述的氢气电加热单元与所述的纯氢竖炉还原单元连接,所述的炉顶气处理单元还与氢气混气和除尘单元连接。
其中,所述的纯氢竖炉还原单元包括氧化球团或块矿入炉、还原、金属球团炉内冷却、金属球团出料、金属球团压块,本实用新型的纯氢竖炉还原工艺还包括环境除尘单元,对整个还原过程中产生的废气进行处理。
绿电电解水制氢单元中绿电是指来自于光伏发电、风电、生物质能发电或其他可再生能源发电,制氢系统采用单元组装式结构,主要由电解槽、气液处理器(框架)、加水泵、水碱箱、控制柜、整流柜、整流变压器、阻火器等部分组成。电解槽为压滤式双极性串联结构,是制氢系统的核心,水在此被电解成氢气和氧气。下部有进液管,上部有氢、氧气液出口管;电解液在电解槽内直流电的作用下分解,在电极表面析出氢气与氧气,经各自通道分别进入气液系统。从电解槽出来的氢气和碱液混合物一起通过极框上阴极侧的出气孔流过氢气道,汇集后导入气液分离器,经内部的换热器进行热交换冷却,在重力作用下进行气液分离,分离出的氢气导入气液分离器上部的氢气洗涤冷却器进一步洗涤冷却,从而最大限度减少气体中的含碱量和含水量,经洗涤器、气水分离器进行气水分离后,最终经氢气薄膜调节阀排出,进入系统或放空。氧气处理过程与上述过程基本相同。
氧化球团或块矿入炉单元包括氧化球团或块矿上料、氧化球团或块矿圆筒石灰石喷浆、中间缓冲仓和上料称量和垂直皮带上料入炉。
纯氢竖炉还原单元包括氧化球团或块矿入炉(炉顶料斗、入炉上密封阀、入炉中间罐、入炉下密封阀、缓冲罐、料管)、竖炉还原系统(包括竖炉本体、炉腰水平松料、炉底垂直松料、炉底螺旋出料)、金属球团炉内冷却(以氢气为介质冷却罐)、金属球团出料(冷却罐出料螺旋、出料上密封阀、出料中间罐、出料下密封阀、出料皮带)、金属球团压块(金属化球团上料、压球机、压块后储存)。
炉顶气处理单元包括炉顶气(主要是氢气、水蒸气和粉尘)旋风除尘、炉顶气换热、炉顶气湿法除尘(雾化喷水、文氏管喷淋)、脱水除雾器、氢气加压机、氢气冷干机。
氢气混气和除尘单元包括混气罐和氢气密封布袋除尘器。来自炉顶气处理单元净化后的冷氢气、纯氢竖炉还原单元金属球团炉内冷却换热后的高温氢气(含粉尘)和部分补充氢气在混气罐混合,温度降低以防烧布袋。
氢气电加热单元包括氢气加热器本体、可控硅调压供电系统和测压、测温检测仪表。
环境除尘单元包括除尘布袋、引风机和烟囱。
需要说明的,本实用新型中纯氢竖炉还原工艺中各单元均可采用现有技术的进行处理,每个单元的具体处理过程不再详细叙述,本实用新型主要是对氢气电加热单元中的氢气加热器进行了改进。
本实用新型的一个具体实施例,如图2-图10所示,公开了一种氢气电加热器,包括多个硅钼棒12,多个硅钼棒12之间为串联或串-并联,相邻的硅钼棒12之间均设置有多孔蓄热体23,氢气在多孔蓄热体孔隙23内流动进行加热。
具体的,所述的氢气电加热器包括加热器和可控硅调压系统,所述的加热器内部设置有多孔蓄热体23和多个互相连接的硅钼棒12,所述的多孔蓄热体23设置在相邻的两个硅钼棒12之间,所述的硅钼棒12与氢气流动方向垂直设置,所述的硅钼棒12通过电极19与所述的可控硅调压系统连接,所述的可控硅调压系统通过调节加热功率对所述的硅钼棒12进行加热。鉴于以下几方面原因,纯氢高温加热方法不能采用常规煤气或空气预热器方式:(1)氢气原子半径小,具有极强的穿透能力;(2)相比于其他可燃气体,氢气燃点低,燃爆范围宽,氢气泄漏及安全问题尤为突出;(3)氢气加热材料的氢脆问题尤其是高温和高压状态极为敏感,对与高温高压氢气接触材料要求极高;(4)与其他气体相比,氢气的比热容较低,并且随温度升高比热容增加幅度小,从0℃→1050℃,比热容0.305kCal/Nm3·℃→0.318kCal/Nm3·℃,而作为对比CO还原气则从0.310kCal/Nm3·℃→0.339kCal/Nm3·℃,氢气加热吸热小。综上,氢气作为还原气体加热难度远高于CO还原气。
与现有技术相比,本实用新型所述的氢气电加热器通过将硅钼棒12加热产生热辐射和传热,使得加热器内壁和多孔蓄热体23温度升高,氢气从加热器中经过时与多孔蓄热体23和加热器内壁直接换热,可以直接快速加热氢气到1050℃,设置多孔蓄热体23的目的使增加了氢气与高温多孔蓄热体23接触面积,提高氢气换热效率,解决了目前金属管式换热器加热温度普遍在830℃以内,不能将氢气加热到1050℃的技术难题,克服了纯氢冶金的技术瓶颈。
具体的,所述多个硅钼棒12组成一个硅钼棒组,多个硅钼棒组构成一个加热单元。
具体的,所述加热单元为多个,设置在一个或多个加热室内。
具体的,所述的硅钼棒12上固定连接有硅钼棒导电卡20,相连接的两个硅钼棒12上的硅钼棒导电卡20通过硅钼棒电带21连接。
需要说明的,本实用新型中的硅钼棒12以U型硅钼棒12为例进行解释说明,但是本实用新型并不局限于U型硅钼棒12,也可以是其他形状的硅钼棒12,多孔蓄热体23采用氧化铝陶瓷多孔蓄热体23。本实用新型中氢气加热是指由与炉顶气换热后260-300℃的氢气电加热至1050℃,也可以是竖炉还原后的高温金属化球团用氢气冷却换热后的约750℃高温氢气与炉顶气处理单元净化后氢气及补充新鲜氢气混合后达到260-300℃的混合氢气。
具体的,所述的加热器包括依次连接的氢气入口管道1、入口变径锥2、加热器本体3、出口变径锥4和氢气出口管道5,所述的加热器本体3为圆柱体结构,所述的加热器本体自外向内依次包括加热器本体外壳301、耐火纤维毡层26、轻质浇注料层25、重质抗磨浇注层24和氢气加热通道,所述的硅钼棒12在所述的氢气加热通道内对氢气加热。
需要说明的,本实用新型中耐火纤维毡层26采用含锆型硅酸铝纤维制成,轻质浇注料层25采用轻质耐火浇注材料砌筑而成,重质抗磨浇注层24为刚玉砌筑而成,加热器本体3中与氢气直接接触的部位采用重质抗磨耐材和保温材料依次砌筑而成,使得加热器本体外壳301的温度低于80℃,避免了高温和高压状态材料氢脆敏感性和材料高温蠕变,材料的长期耐高温性能、氢腐蚀、焊接焊缝和高温防爆防泄漏等技术难题。
具体的,所述的氢气入口管道1通过入口法兰及金属密封组6与所述的入口变径锥2一端连接,入口变径锥2的另一端通过炉体联接法兰及金属密封组与加热器本体3的一端连接,加热器本体3的另一端通过炉体连联接法兰及金属密封组与出口变径锥4的一端连接,出口变径锥4的另一端通过出口法兰及金属密封组7与氢气出口管道5连接。需要说明的,本实用新型中各部件的连接部位全部采用耐热合金八角垫环金属密封,可以有效避免高温氢气泄露。
需要说明的,所述的加热器本体3沿氢气流动方向设置有多个加热室,相邻的两个加热室之间设置有一个用于氢气温度混合均匀的空段302,每个加热室内设置有多孔蓄热体23和多个相互连接的硅钼棒12。
需要说明的,每个加热室内的硅钼棒12单独与电极19连接,通过可控硅调压系统控制加热功率,可以单独控制每个加热室内加热棒的加热温度,实现各加热室温度闭环控制,最终使得加热后的氢气温度可达到1050℃。空段302的作用是从一个加热室出来的氢气在空段302内汇流混合,使氢气的温度均匀后再进入下一个加热室。本实用新型中加热室以四个为例进行解释说明,但是并不局限于四个,也可以是大于或小于四个,可以根据实际需要设置不同数量的加热室。
具体的,加热器本体3上的氢气入口处和氢气出口处均设置有测压变送器9和测温热电偶10,所述的空段302内设置有测温热电偶10。具体的,所述的加热室上方的加热器本体外壳301上固定设置有冷却室13,所述的冷却室13外固定连接有冷却套体14,所述的冷却套体14通过密封盖金属密封组16与冷却套密封盖15连接,冷却套体14和冷却密封盖15上均设置有进水口17和出水口18,硅钼棒12的加热端设置在所述的加热室内,硅钼棒12的冷端设置在所述的冷却室13。
需要说明的,本实用新型中所述的硅钼棒12导电冷端是指与电极19连接输入、输出电流的一端,硅钼棒12加热端是指位于加热室内不连接电极的发热体一端(U型),氢气从硅钼棒12加热端所处的加热室流过进行加热,本实用新型中硅钼棒12的加热端设置在加热室内,硅钼棒12的导电冷端通过硅钼棒12冷端水套体冷却,有效提高了硅钼棒12的使用寿命,具体的,硅钼棒12的导电冷端固定连接有硅钼棒导电卡20,相连接的两个硅钼棒12上的硅钼棒导电卡20通过硅钼棒电带21连接。
具体的,加热器本体外壳301上的下方设置有加热器底座11。
具体的,每个加热室连接有结构相同的A相电极191、B相电极192、C相电极193和三个N电极,每个加热室内的多个硅钼棒12分成A相硅钼棒组、B相硅钼棒组和C相硅钼棒组三部分,A相硅钼棒组中的电流输入和输出硅钼棒分别与A相电极191和第一个N电极194连接,B相硅钼棒组中的电流输入和输出钼棒分别与B相电极192和第二个N电极195连接,C相硅钼棒组中的电流输入和输出硅钼棒分别与C相电极193和第三个N电极196连接,A相硅钼棒组、B相硅钼棒组和C相硅钼棒组中的多个硅钼棒12之间为串联或串-并联。
具体的,每个硅钼棒12导电冷端固定连接有硅钼棒导电卡20,相连接的两个硅钼棒12上的硅钼棒导电卡20通过硅钼棒电带21连接,与A相电极191、B相电极192、C相电极193或三个N电极连接的硅钼棒12依次通过硅钼棒导电卡20、硅钼棒电带21、导电铜排与电极连接。
需要说明的,每个加热室设置A相电极191、B相电极192、C相电极193和三个N电极,硅钼棒12与不同的电极19连接,通过可控硅调压系统控制加热功率对不同的硅钼棒12进行加热,使得硅钼棒12的温度不同,进行对氢气加热,最终经过各加热室的加热使得氢气的温度达到1050℃。
具体的,所述的导电铜排与电极19上的电极引线铜杆28的一端连接,电极引线铜杆28的另一端通过电缆线27与可控硅调压系统连接,电极19上还设置有水冷结构、密封结构和绝缘结构。
具体的,所述的电极19上还设置有水冷结构、密封结构和绝缘结构,所述的水冷结构通过密封结构固定在电极引线铜杆28的外圈,所述的绝缘结构与所述的水冷结构密封连接。
具体的,所述的绝缘结构包括绝缘护套36和电极钢化套37,所述的绝缘护套36设置在电极引线铜杆19的另一端的外侧,所述的电极钢化套37设置在所述的绝缘护套36的外侧,所述的电极刚护套37与所述的水冷结构密封连接。
具体的,所述的电极钢护套37通过橡胶垫38和螺钉39密封固定连接在所述的水冷结构上。
需要说明的,本实用新型的电极19固定密封连接有水冷结构,有效防止电极19发热和氢气泄露的问题发生,电极19的设置有绝缘结构,起到绝缘的作用,并且通过密封结构将各部件密封连接,起到防止氢气泄露的作用。
具体的,每个加热室中的硅钼棒12均匀排列成多排(加热区),每一排(加热区)硅钼棒12的两端均设置有耐火砖22,相邻的两排(加热区)硅钼棒12之间设置有多孔蓄热体23。
需要说明的,本实用新型的中的耐火砖22为刚玉耐火砖,耐火砖22的作用是将各加热区的硅钼棒12进行分开,将硅钼棒12挡住封闭在一个加热区内,实现每个加热室温度的闭环控制,氢气在多孔蓄热体23内通过进行直接换热温度升高。
本实用新型公开了另一个实施例,一种纯氢竖炉还原系统,包括所述的氢气电加热器。
需要说明的,本实用新型中的可控硅调压系统为现有技术,通过可控硅调输出电压,改变输出功率,调整加热温度,实现对氢气加热温度的可调控。
实施例1
如图2-图10所示,本实施例提供了一种氢气电加热器,所述的氢气电加热器包括加热器和可控硅调压系统,所述的加热器内部设置有多孔蓄热体23和多个互相连接的硅钼棒12,所述的多孔蓄热体23设置在相邻的两个硅钼棒12之间,所述的硅钼棒12与氢气流动方向垂直设置,所述的硅钼棒12通过电极19与所述的可控硅调压系统连接,所述的可控硅调压系统通过调节加热功率对所述的硅钼棒12进行加热。
所述的加热器包括依次连接的氢气入口管道1、入口变径锥2、加热器本体3、出口变径锥4和氢气出口管道5,所述的氢气入口管道1通过入口法兰及金属密封组6与所述的入口变径锥一端连接,入口变径锥2的另一端通过炉体联接法兰及金属密封组8与加热器本体3的一端连接,加热器本体3的另一端通过炉体联接法兰及金属密封组8与出口变径锥4的一端连接,出口变径锥4的另一端通过出口法兰及金属密封组7与氢气出口管道5连接。其中,各个连接部位的密封采用耐热合金八角垫环,所述的加热器本体为圆柱体结构,所述的加热器本体3自外向内依次包括加热器本体外壳301、耐火纤维毡层26、轻质浇注料层25、重质抗磨浇注层24和氢气加热通道,所述的硅钼棒12在所述的氢气加热通道内加热氢气。
具体的,本实施例中所述的加热器本体3沿氢气流动方向设置有4个加热室,相邻的两个加热室之间设置有一个用于氢气温度混合均匀的空段302,每个加热室内设置有多个相互连接的硅钼棒12和多孔蓄热体23。加热器本体3上的氢气入口处和氢气出口处均设置有测压变送器9和测温热电偶10,所述的空段302内设置有测温热电偶10。
其中,每个加热室连接有结构相同的A相电极191、B相电极192、C相电极193和三个N电极,每个加热室内的多个硅钼棒12分成A相硅钼棒组、B相硅钼棒组和C相硅钼棒组三部分,A相硅钼棒组中的电流输入和输出硅钼棒分别与A相电极191和第一个N电极194连接,B相硅钼棒组中的电流输入和输出钼棒分别与B相电极192和第二个N电极195连接,C相硅钼棒组中的电流输入和输出硅钼棒分别与C相电极193和第三个N电极196连接,A相硅钼棒组、B相硅钼棒组和C相硅钼棒组中的多个硅钼棒12之间为串联,如图8所示。
每个硅钼棒12的导电冷端固定连接有硅钼棒导电卡20,相连接的两个硅钼棒12上的硅钼棒导电卡20通过硅钼棒电带21连接,与A相电极191、B相电极192、C相电极193或三个N电极连接的硅钼棒12依次通过硅钼棒导电卡20、硅钼棒电带21和导电铜排与电极连接。
本实施例每个加热室中均匀设置四排、九列共36个硅钼棒,A相硅钼棒、B相硅钼棒和C相硅钼棒均包括四排三列共12个硅钼棒,A相硅钼棒、B相硅钼棒和C相硅钼棒中12个硅钼棒通过硅钼棒电带21连接形成串联的12个硅钼棒,串联后分别通过导电铜排与A相电极、B相电极、C相电极和三个N电极连接,本实施例采用串联的方法,同样输出功率情况下可以减少硅钼棒电流大小,降低线路发热损失,采用分段可控硅调压调节加热功率,实现各段温度闭环控制。
如图10所示,本实施例中的每个加热室中的硅钼棒12均匀排列成四排(加热区),每一排(加热区)硅钼棒12的两端均设置有耐火砖22,所述的耐火砖22为耐火刚玉砖,相邻的两排硅钼棒12之间设置有多孔蓄热体23。
具体的,所述的加热室上方的加热器本体外壳301上固定设置有冷却室13,所述的冷却室13外固定连接有冷却套体14,所述的冷却套体14通过密封盖金属密封组16与冷却套密封盖15连接,冷却套体14和冷却密封盖上均设置有进水口17和出水口18,硅钼棒12的加热端设置在所述的加热室内,硅钼棒12的冷端设置在所述的冷却室13,也就是说硅钼棒导电卡20和硅钼棒电带21均设置在冷却室13,硅钼棒12的加热端和冷端通过隔热材料隔离开来。
如图7所示,所述的电极19通过水冷电极座固定连接在冷却室13的外壁上,所述电极19的电极引线铜杆28一端设置在冷却室13内部,电极引线铜杆28另一端设置在冷却室13的外部,位于冷却室13内的电极引线铜杆28端头通过导电铜排与硅钼棒12连接,且电极引线铜杆28外圈分别固定安装有内绝缘陶瓷29、绝缘密封圈31和外绝缘陶瓷32,所述的内绝缘陶瓷29、绝缘密封圈31和外绝缘陶瓷32通过黄铜垫圈33、弹簧垫圈34由压紧黄铜螺母35压紧,防止氢气泄露,内绝缘陶瓷29、绝缘密封圈31和外绝缘陶瓷32安装在水冷电极座30内部,所述的水冷电机座30设置有冷却水进水口和冷却水出水口,位于冷却室13外的电极引线铜杆28电流输入端的套有绝缘护套36,绝缘护套36外设置有电极钢护套37,电极钢护套37作为电极保护套,防止电极19与外部碰撞,所述的电极钢护套37通过橡胶垫38和螺钉39安装在水冷电极座30上,外部带胶皮护套紫铜电缆线27通过电缆黄铜固定螺栓组41与电极引线铜杆28的出口端连接,所述的电缆线27通过绝缘护套36与电极钢护套37绝缘隔离,绝缘胶套40是为了防止电缆线27与电极钢护套37磨坏漏电。
实施例2
本实施例提供了一种氢气电加热器,与实施例1的区别在于,如图9所示,A相硅钼棒组、B相硅钼棒组或C相硅钼棒组中的多个硅钼棒12之间为串-并联。本实施例每个加热室中均匀设置四排、九列共36个硅钼棒,A相硅钼棒组、B相硅钼棒组和C相硅钼棒组均包括四排三列共12个硅钼棒,A相硅钼棒组、B相硅钼棒组和C相硅钼棒组中每列4个硅钼棒通过硅钼棒电带21连接形成串联,三列串联后的硅钼棒再并联后通过导电铜排分别与A相电极、B相电极、C相电极和三个N电极连接。
实施例3
如图1所示,一种纯氢竖炉还原系统,包括依次连接的氧化球团或块矿入炉单元、纯氢竖炉还原单元、炉顶气处理单元,所述的纯氢竖炉还原单元还与绿电电解水制氢单元和氢气混气和除尘单元连接,所述的氢气混气和除尘单元还连接有氢气电加热单元,所述的氢气电加热单元与所述的纯氢竖炉还原单元连接,所述的炉顶气处理单元还与氢气混气和除尘单元连接,本实施例中所述氢气电加热单元为实施例1所述的氢气电加热器,其他单元均采用现有技术。
实验例1
以下以年产50万吨纯氢竖炉还原金属化球团(海绵铁)为例进行解释说明本实用新型的氢气电加热器。
原料来自某矿山高品位铁块矿,成分见表2所示。
表2铁矿成分
组分 TFe FeO Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SiO2 MnO P2O5 S
百分比(%) 69.3 24.82 71.42 0.30 0.30 2.36 0.22 0.555 0.023 0.003
该铁矿铁品位高,杂质含量低,适用于纯氢竖炉还原,后续生产高纯铁。铁矿经造粒后,入炉块矿粒度在8~16mm为宜。
还原用氢气来自电解水制氢,氢气纯度>99.5%。
还原参数见表3所示。
表3年产50万吨纯氢竖炉还原参数
年产50万吨纯氢竖炉还原金属化球团,折合小时产量为63.13t/h,年需要68.55万吨矿粒度在8~16mm原料块矿,折合小时块矿86.55t/h。块矿原料经氧化球团或块矿入炉单元包括块矿上料、氧化球团或块矿圆筒石灰石喷浆、中间缓冲仓和上料称量和垂直皮带上料入炉。再纯氢竖炉还原单元炉顶料斗、入炉上密封阀、入炉中间罐、入炉下密封阀、缓冲罐、料管进入还原竖炉系统炉顶,块矿经竖炉炉顶段预热(炉顶温度250~350℃),依次进入炉身还原段,还原段温度950~1050℃,采用实施例1制备的氢气电加热器加热的温度为1050℃高温氢气经由炉腰环形气室,从环形预制砖喷气孔高速喷入竖炉还原段,铁矿与1050℃高温氢气进行还原反应得到63.13t/h金属化球团(海绵铁)。高温海绵铁经由竖炉出料段,由设置于竖炉底部的炉底螺旋出料排出,进入冷却罐,竖炉内设有炉腰水平松料、炉底垂直松料机构。从炉底螺旋出料排出炽热金属球团温度约950℃,进入冷却罐,以氢气为介质(共需56079.19Nm3/h,0.40Mpa,来自电解水制氢35494.90Nm3/h和部分补充净化后的炉顶氢气20584.29Nm3/h)进行冷却,再经由冷却罐出料螺旋、出料上密封阀、出料中间罐、出料下密封阀、出料皮带,送往金属化球团上料、压球机、压块后储存。
竖炉还原后的炉顶气152619.80Nm3/h,0.35Mpa,250~350℃,主要是氢气、水蒸气和粉尘。由炉顶气处理单处理,炉顶气经过炉顶气旋风除尘、炉顶气湿法除尘(雾化喷水、文氏管喷淋)、脱水除雾器、氢气加压机、氢气冷干机后,得到净化的炉顶氢气117124.90Nm3/h,0.40Mpa,其中96540.61Nm3/h与来自纯氢竖炉还原单元中的金属化球团冷却罐42059.39Nm3/h(约750℃)参与混气,得到138600Nm3/h(约270℃),由氢气混合和除尘单元进入氢气混气罐混合,温度降低以防烧布袋,经氢气密封布袋除尘器除尘后,进入氢气电加热器。
经氢气密封布袋除尘器除尘后138600Nm3/h(约270℃),0.385Mpa氢气,由氢气电加热器加热至1050℃,进入竖炉进行还原。
年产50万吨纯氢竖炉还原金属化球团,折合小时产量为63.13t/h,由绿电电解水制氢单元提供35494.90Nm3/h,0.40Mpa补充新鲜氢气,绿电来自于光伏发电、风电、生物质能发电或其他可再生能源发电。
氢气加热参数见表4所示。
表4氢气加热参数
通过上述分析可知,采用本实用新型的氢气电加热器具有以下优势:
(1)本实用新型氢气电加热器解决了纯氢冶金需要将氢气加热1050℃技术瓶颈。避开了传统换热器由于金属管高温和高压状态材料氢脆敏感性和材料高温蠕变,加热温度普遍830℃以内,还没有能够将氢气加热到1050℃的先例。
(2)本实用新型氢气电加热器密封部位全部采用耐热合金金属密封,可以有效避免高温氢气泄漏带来的安全隐患。
(3)本实用新型氢气电加热器在加热室设置氧化铝陶瓷多孔蓄热体,增加氢气与高温蓄热体接触面积,提高氢气换热效率。
(4)本实用新型氢气电加热器设置多段加热室,硅钼棒电加热体选用串联或串-并联连接方式,采用分段可控硅调压调节加热功率,实现各段温度闭环控制。
(5)采用绿电-绿氢冶金技术是未来实现钢铁冶金短流程生产、CO2零排放的根本出路,纯氢竖炉还原高温氢气绿电加热是主要发展方向。
以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氢气电加热器,其特征在于,包括多个硅钼棒,多个硅钼棒之间为串联或串-并联,相邻的硅钼棒之间均设置有多孔蓄热体,氢气在多孔蓄热体孔隙内流动进行加热。
2.根据权利要求1所述的一种氢气电加热器,其特征在于,所述多个硅钼棒组成一个硅钼棒组,多个硅钼棒组构成一个加热单元。
3.根据权利要求2所述的一种氢气电加热器,其特征在于,所述加热单元为多个,设置在一个或多个加热室内。
4.根据权利要求1所述的一种氢气电加热器,其特征在于,所述的硅钼棒的上固定连接有硅钼棒导电卡,相连接的两个硅钼棒上的硅钼棒导电卡通过硅钼棒电带连接。
5.根据权利要求1所述的一种氢气电加热器,其特征在于,所述硅钼棒通过电极与可控硅调压系统连接,通过可控硅调压系统调节硅钼棒的加热功率。
6.根据权利要求5所述的一种氢气电加热器,其特征在于,与电极连接的硅钼棒依次通过硅钼棒导电卡、硅钼棒电带和导电铜排与电极连接。
7.根据权利要求6所述的一种氢气电加热器,其特征在于,所述的导电铜排与电极上的电极引线铜杆的一端连接,电极引线铜杆的另一端通过电缆线与可控硅调压系统连接。
8.根据权利要求5所述的一种氢气电加热器,其特征在于,所述的电极上还设置有水冷结构、密封结构和绝缘结构,所述的水冷结构通过密封结构固定在电极引线铜杆的外圈,所述的绝缘结构与所述的水冷结构密封连接。
9.根据权利要求1所述的一种氢气电加热器,其特征在于,多个硅钼棒均匀排列成多排,每一排硅钼棒的两端均设置有耐火砖,相邻的两排硅钼棒之间设置有多孔蓄热体。
10.一种纯氢竖炉还原系统,其特征在于,包括权利要求1-9任一项所述的氢气电加热器。
CN202320346121.6U 2023-02-15 2023-02-15 一种氢气电加热器及纯氢竖炉还原系统 Active CN219603618U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202320346121.6U CN219603618U (zh) 2023-02-15 2023-02-15 一种氢气电加热器及纯氢竖炉还原系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202320346121.6U CN219603618U (zh) 2023-02-15 2023-02-15 一种氢气电加热器及纯氢竖炉还原系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN219603618U true CN219603618U (zh) 2023-08-29

Family

ID=87750100

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202320346121.6U Active CN219603618U (zh) 2023-02-15 2023-02-15 一种氢气电加热器及纯氢竖炉还原系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN219603618U (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116287519A (zh) * 2023-02-15 2023-06-23 钢研晟华科技股份有限公司 一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116287519A (zh) * 2023-02-15 2023-06-23 钢研晟华科技股份有限公司 一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置及方法
CN116287519B (zh) * 2023-02-15 2024-08-27 钢研晟华科技股份有限公司 一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110423854B (zh) 一种电能全氢闪速还原直接炼钢系统及工艺
CN101830464A (zh) 两段法生产电石和热电联产的工艺及装置
CN101817525A (zh) 两段法粉状原料生产电石的工艺及装置
CN102618330A (zh) 一种高温常压生物质气化岛工艺
CN109897672A (zh) 利用尾气循环煤气化生产的装置和方法
CN116123730B (zh) 一种用于纯氢冶金直热式快速电加热氢气的装置及方法
CN205170399U (zh) 氧电联合电石熔炼炉及系统
CN219603618U (zh) 一种氢气电加热器及纯氢竖炉还原系统
CN106276901A (zh) 一种氧热法生产电石和co气体的方法及系统
CN116287519B (zh) 一种纯氢竖炉还原高温氢气电加热装置及方法
CN103303900A (zh) 一种兰炭、石灰联产电石的生产装置
WO2011071339A2 (en) Top-feeding double-swirl type gasifier
CN105084361B (zh) 一种煤气供热多段电石反应器及其工艺
CN106430206A (zh) 一种热解炉和电石炉联用生产电石的系统及方法
CN113184852A (zh) 一种电石联产石灰的生产装置
CN219603617U (zh) 一种氢气快速电加热装置及纯氢竖炉还原系统
CN115418428A (zh) 一种直接熔融还原炉
CN111874909B (zh) 集成氧热法电石煤气联合生产方法
CN221235547U (zh) 一种加压煤气化极致能效利用系统
CN115927778B (zh) 一种熔融还原铁短流程炼钢设备及工艺
CN107419048A (zh) 一种采用核反应系统为生产海绵铁工艺供热的系统及方法
CN215799327U (zh) 一种煤炭干馏与废钢预热复合设备
CN204058508U (zh) 反应设备、制备气基竖炉用还原气的系统
CN205023864U (zh) 一种煤气供热多段电石反应器
CN204474704U (zh) 焦化炼铁联合发电的间壁回转窑装置

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant