CN101307370B - 一种同时生产海绵铁和水煤气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种在用直接还原法冶铁的同时生产水煤气的方法，具体是：以煤为还原剂，水煤气为燃料，以氧气为助燃剂；将煤和铁氧化物分别磨成粉料，经混合，压制成金属球团并置于冶铁煤气发生炉中，加热升温至1001～1250℃直接还原生产出海绵铁；并通过从冶铁煤气发生炉的底部注水或水蒸气利用冶铁煤气发生炉冶铁后的余热生产水煤气。本发明利用直接还原法炼铁并在还原炼铁的同时生产水煤气，可以使冶铁过程中产生的气体全部回收利用，实现炉内气体的零排放，真正实现绿色冶铁。
Description
技术领域
本发明涉及海绵铁和水煤气领域，特别是一种在用直接还原法冶铁的同时生产水煤气的方法。
背景技术
目前，直接还原法冶铁技术均以单一的冶铁为目的，如：中国专利文献1公开的“一种炼海绵铁的新工艺及炉型”(CN1012580B)，中国专利文献2公开的一种“直接还原法及回转炉床炉”(CN 1219891C)，中国专利文献3公开的一种“煤氧熔融还原炼铁方法及装置”(CN1073630C)，中国专利文献4公开的一种“还原气生产海绵铁联产合成氨的方法”(CN1047798C)，中国专利文献5公开的“一种海绵铁煤基直接还原工艺”(CN1142541A)，等。众所周知，煤气生产技术是一种成熟技术，但无论是以UGI(固定床汽化)炉或Lurgi(鲁奇)炉演化的煤气生产技术，还是近代先进的流化床炉技术，都是以单一的煤气生产为目的。目前高炉炼铁技术所使用的燃料和还原剂为焦炭，高炉回收的气体是高纯度的CO气，这种气体毒性大，不能作为民用煤气所使用。
直接还原法(一步还原法)具有投资低、工艺简单、由于可直接使用无烟煤，冶铁成本相对教低的特点，因此目前在一些乡镇开始被用于直接从低品位的铁矿石中还原生产海绵铁，但这种土法高炉(大多在100立方米以下甚至更小)由于不能实现高炉烟气的回收，因此不仅生产环境恶劣，同时也对周别环境造成严重的污染，已经被地方政府所取缔(如湖南省蓝山县)。国外如澳大利亚、日本等国已经成功地实现高炉或转底炉直接还原生产海绵铁。国内目前已经有一些科研院所和大专院校也在企业的资助下开始进行直接还原法的工业生产研究。但至今没有见到将直接还原法生产海绵铁技术与煤气生产技术结合在一起，形成一种联产技术的报道。
煤气生产技术是一种成熟的大型工业技术，但目前的煤气技术都是以单一生产水煤气为目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种将冶炼海绵铁和生产民用煤气生产合二为一的方法，该方法能够实现在用直接还原法冶铁的同时生产水煤气，并且实现CO2的零排放。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
利用直接还原法冶铁的同时生产水煤气，具体是以煤为还原剂，水煤气为燃料，以氧气为助燃剂；将煤和铁氧化物分别磨成粉料，经混合，压制成金属球团并置于冶铁煤气发生炉中，加热升温至1001～1250℃直接还原生产出海绵铁；并通过从冶铁煤气发生炉的底部注水或水蒸气利用冶铁煤气发生炉冶铁后的余热生产水煤气。
本发明所依据的原理是：
(1)
(一步还原生产海绵铁技术)
(2)
(水煤气技术)
(3)
(水煤气技术)
基于上述原理，本发明冶铁煤气发生炉之炉膛内可自然形成以下几个反应区，并自上而下大致分为：低温层，炉温为15～300℃；有机质降解层，炉温为301～800℃：主气化层，炉温为801～1000℃；铁还原层，炉温为1001～1250℃；水蒸汽还原层，炉温为1249～800℃；高温水蒸汽层，炉温为799～500℃；注水汽化层，炉温为499～100℃。
各反应区的功能是：在低温层烘干金属球团，在有机质降解层使金属球团中的煤降解释放出挥发份，该挥发份与蒸发的水份由发生炉气回收管回收后，在热交换器升温至900℃后经二次送气孔再次入炉，在主气化层裂解为低碳的碳氢化合物；同时金属球团中的部分碳将与从二次送气孔进入的水蒸汽和自下部铁还原层上升的残余水蒸气发生反应，生成水煤气。在铁还原层煤中的碳将铁氧化物直接还原成海绵铁，在水蒸气还原层水蒸气被还原高温的金属球团升温至800～1200℃，同时与金属球闭中残余的碳反应生成水煤气，在高温水蒸气层利用金属球团的余热使下部上升的低温水蒸气升高至500～800℃，注水汽化层通过从冶铁煤气发生炉的底部注水或低温水蒸气(100℃)进行热交换，使水蒸气升温至500，同时也使得金属球团降温至100℃并从挡板排出。
本发明与现有技术相比，其优点主要有：
1.使铁粉、煤粉直接接触直接还原，金属球团由表至里同时快速“直接还原”。所以本发明与常规炼铁比较，在实验室试验中可提高七倍；用于小型工业生产，可使高炉产量增加1.2倍；并且炼铁运行费大幅降低。
2.经济效益可观：用原煤粉作还原剂，要比常规冶铁使用的还原剂焦炭价格低，两者相差约3.5倍。
3.生产周期短：在1200℃时直接还原用时仅2小时，一般高炉还原时间需要16小时。
4.为固态还原，温度低，还原时间短，能耗低，又能以煤代焦，所以生产成本低。可以使品位在30-45％的铁矿石的采、选、冶成为经济可行。
5.可以回收煤中的挥发份和冶铁煤气发生炉产生的水煤气，生产过程无气体排放，真正做到环保冶铁。
6.采用氧气作为助燃剂，大大降低了冶铁煤气发生炉水煤气中氮气含量，所生产的水煤气热值高，运用领域广，如可作为民用煤气、发电、工业燃料等。
7.采用炉底注水或注气吸收金属球团的热量产生高温水蒸气，大幅度降低了海绵铁和煤气的单位成本，排出的是100℃低温金属球团，生产工艺安全和节能。
附图说明
图1是本发明工艺流程示意图。
图2是图1中冶铁煤气发生炉7的结构示意图。
图中：1.第一磨机；2.第二磨机；3.混料机；4.制球机；5.烘干机；6.第一热交换器；7.冶铁煤气发生炉；8.喷火嘴；9.风机；10.第二热交换器；11.制氧机；12.重力除尘器；13.布袋除尘器；14.商品气库；15.第三磨机；16.磁选机；17成型机；18.商品铁库；19.尾矿库；20.基座；21.出料口；22.炉壁；23.钢壳；24.耐火材料层；25.二次送气接管；26.第一热煤气出口；27.发生炉气回收管；28.旋转布料机；29.炉膛；30.金属球团；31.第二热煤气出口；32.热煤气进气管；33.输氧管；34.喷水嘴；35.挡板；36.注水管；37.注水控制阀；38.锥型炉底。
具体实施方式
本发明是一种在用直接还原法冶铁的同时生产水煤气的方法，具体是；以煤为还原剂，水煤气为燃料，以氧气为助燃剂；将煤和铁氧化物分别磨成粉料，经混合，压制成金属球团并置于冶铁煤气发生炉中，加热升温至1001～1250℃直接还原生产出海绵铁；并通过从冶铁煤气发生炉的底部注水或水蒸气利用冶铁煤气发生炉冶铁后的余热生产水煤气。
本发明提供的同时生产海绵铁和水煤气的方法，参见图1和图2，采用以下的步骤：
(1)加料：先将重量比为3～5∶1的煤和黏土分别用第一磨机1、第二磨机2磨至200～400目后置于混料机3中用水混匀，加水量为煤和黏土总重量的10～20％；再将混匀物用制球机4制成直径为5～10厘米的煤球团，并由烘干机5烘干至含水量为8％；然后将烘干的煤球团用旋转布料机28均匀撒布于冶铁煤气发生炉7的炉膛29中，直至与喷火嘴8持平时停止加入煤球团。煤球团中的煤可以是无烟煤、烟煤、褐煤中的一种，或多种。
(2)点火：半开挡板35，从出料口21点火，由风机9向炉内鼓风，使煤球团从下向炉膛内燃烧。待炉膛内全面起火后，将备用的金属球团用旋转布料机均匀撒布于冶铁煤气发生炉的炉膛中，入炉后的金属球团在低温层被烘干，低温层的炉温为15～300℃，然后在重力作用下金属球团依靠自重首先降到有机质降解层中降解，有机质降解层的炉温为301～800℃，此时金属球团中的煤在热烘烤中先释放出煤中的挥发份。
备用的金属球团可由以下方法制成：先将重量比为1～2∶1的煤和铁矿石粉分别磨至200～400日后置于混料机3中，加水和黏结剂混匀，加水量为煤和铁矿石粉总重量的10～20％，黏结剂用量视铁矿石的类型可以为煤和铁矿石粉总重量的0～10％，如铁矿石为湖南蓝山太平土状锰铁矿，则黏结剂用量为0；如铁矿石为临湘式铁矿，则黏结剂用量可视其中黏上矿物的含量和黏结剂类型可以为1～10％。再将混匀物用制球机4制成直径为5～10厘米的金属球团，然后通过烘干机5将金属球团烘干至含水量为8％备用。
(3)二次送气：被释放的煤挥发份与炉中的蒸发水份先由发生炉气回收管27回收后进入热交换器，升温至900℃，再经二次送气接管25入炉裂解为低碳的碳氢化合物，如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等。
上述金属球团依靠自重由有机质降解层下降到主气化层，主气化层的炉温为801～1000℃；此时，金属球团中的部分碳，与从二次送气接管25进入的水蒸汽和自下部铁还原层上升的残余水蒸汽发生反应生成水煤气，水煤气再经热煤气出口进入对应的热交换器中，然后由重力除尘器12通过管道经布袋除尘器13与商品气库连通。
(4)冶铁：上述金属球团依靠自重由主气化层下降到铁还原层，启动制氧机11和风机9，将氧气和水煤气从喷火嘴8点燃喷出，对金属球团加热至炉温为1001～1250℃，使金属球团中的碳对金属球团中的铁氧化物直接还原为海绵铁。金属球团中的铁氧化物是赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿、菱铁矿中的一种，或多种。
(5)初次制气：上述金属球团依靠自重由铁还原层下降到水蒸汽还原层，水蒸汽还原层的炉温为1249～800℃；此时，金属球团中所含有的部分过量碳与水蒸汽反应，生成水煤气，并使金属球团迅速降温至800℃以下。
在上述过程中，反应所需的高温水蒸气是通过在炉膛下部注入水或水蒸气，利用水或水蒸气与炉膛内还原出海绵铁的金属球团进行热交换后获得。
(6)余热交换制高温水蒸汽：上述金属球团依靠自重从水蒸汽还原层下降到高温水蒸汽层进行热交换，高温水蒸汽层的炉温为799～500℃；此时，将从注水汽化层上升水蒸汽加热到约799℃，同时将金属球团降温至500℃；降温后的金属球团依靠自重从高温水蒸汽层下降到注水汽化层，注水汽化层的炉温为499～100℃，此时，注入水或100℃的水蒸气从喷水嘴34射出，并迅速汽化和升温至499℃，同时将金属球团降温至100℃，降温后的金属球团依靠自重经挡板从出料口21排出。
金属球团在从出料口21排出的过程中，通过挡板35的开启和关闭，控制金属球团从出料口的排出和停顿，由此控制炉膛内金属球团下降的速度，以保证金属球团在低温层、有机质降解层、主气化层、铁还原层、水蒸汽还原层、高温水蒸汽层和注水汽化层中有合理的反应时间，该反应时间可由炉膛29的大小以及实际工艺需要而定。挡板35的开启和关闭，可由气动或液压机构控制，例如可采用类似公汽车门的开启和关闭的控制机构。
(7)磁选：从出料口21排出的膨化金属球团，先用第三磨机15将其粉碎成为含铁混合碎料，然后用磁选机16选出纯海绵铁碎料，再将纯海绵铁碎料送入成型机压制成待销售的商品铁；剩下的废渣排入尾矿库。
(8)除尘：所述步骤3和5产生的水煤气，为冶铁煤气发生炉产生的CO、H2和低碳的碳氢化合物中的一种，或多种。低碳的碳氢化合物为甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等气体。该水煤气先由重力除尘器12除尘，再由布袋除尘器13进一步除尘，形成待销售的商品煤气，并且入商品气库14，备用。除尘下来的废渣排入尾矿库。
本发明采用的用于生产海绵铁和水煤气的冶铁煤气发生炉，其结构如图2所示：设有坐落在基座20的炉体。在炉体的顶部，装有与炉膛29连通的旋转布料机28和发生炉气回收管27；在炉体的侧部，装有与炉膛29连通的热煤气出口、二次送气接管25和喷火嘴8，喷火嘴8与热煤气进气管32和输氧管33连通；在炉体内腔的底部装有锥型炉底38，它的下部与炉壁22的间隙是出料口21，在出料口21的上方装有能够开启和关闭的挡板35。设有一根上穿锥型炉底38的注水管36，在其伸出的杆体上部装有喷水嘴34和堵头。
所述热煤气出口可以有1～4个。采用2个(如图2所示的第一热煤气出口26和第二热煤气出口31)或2个以上的热煤气出口时，它们对称分布在炉体侧部的中上方。
所述喷火嘴8，其左端伸入炉膛29，其右端通过三通接头连接热煤气进气管32和输氧管33。该喷火嘴8具有双层套管结构，其中：内管与热煤气进气管32连通，外管与输氧管33连通。
所述炉壁22的组成是：由内向外依次是钢壳23、耐火材料层24。所述炉膛29为长台锥体式空腔。炉膛29中的金属球团30，为煤铁矿石比为1～1.5∶1经球磨、制球工序制成的直径为5～10厘米的小球。
所述发生炉气回收管27，由2个或2个以上的支管组成，它们的顶部设有一个共同的接管。如图1和图2所示：所述接管通过第一热交换器6分别与二次送气接管25和第一热煤气出口26以及第二热交换器10和重力除尘器12连通，其支管的下端与与炉膛29连通。第二热交换器10通过管道与炉膛29连通。重力除尘器12通过管道经布袋除尘器13与商品气库连通。
所述挡板35，其一侧边与炉壁22或锥型炉底38相铰接；其开启和关闭可由气动或液压机构控制，例如可采用类似公汽车门的开启和关闭的控制机构。
所述注水管36，可以根据炉膛29的大小安排1或多个注水管。该注水管管体上装有注水控制阀37，以便控制注水或注气量和注水或注气速度。每个注水管上的喷水嘴34可以是两个或多个。经过喷水嘴注入炉膛内的水或水蒸气一方面可以充分利用炉内余热，同时经过炉内还原条件下喷水降温可有效地阻止海绵铁二次氧化。
所述旋转布料机28可采用现行冶铁高炉用旋转布料机总成。
与冶铁煤气发生炉7有关的其它部件，如图1所示：制球机4可以是辊式制球机，也可以是冲压式制球机。制氧机11，其输送氧气管与第二热交换器10连通，并且在第二热交换器10和与喷火嘴8连通的管道之间设有风机9。重力除尘器12通过管道经布袋除尘器13与商品气库连通。第一磨机1、第二磨机2和第三磨机15可以是球磨机、雷蒙磨机。成型机可以是热压成型机，也可以是通过黏结剂冷压成形。
本发明采用的冶铁煤气发生炉7可采用竖炉型炉体，从上到下炉径逐渐增大的台锥形或圆柱形。以利于金属球团30从炉顶装入，并在炉体内凭自重向下运行，炉内高温还原气体上行，炉内形成相对逆流还原环境，达到与上层矿料充分接触，提高还原效率。
本发明采用的冶铁煤气发生炉，其工作过程是：本发明提供的冶铁煤气发生炉，其工作过程是：参见图1和图2，本发明的燃料为冶铁煤气发生炉7产生的高温水煤气。所述水煤气从第二热煤气出口31经过风机9从热煤气进气管32进入喷火嘴8，与进入喷火嘴8的氧气在喷火嘴8喷出并燃烧，使炉膛29内的铁还原层的温度恒定在1200～1250之间，以便将铁矿石中的98％的铁氧化物还原为海绵铁。助燃剂为氧气，可以将所述冶铁煤气发生炉输出煤气中的可燃气体组分提高到80％以上。氧气从制氧机11经过第二热转换器10升温至900℃，经喷火嘴注入炉内助燃，既经过第二热转换器10可保持炉温稳定，又能充分节能。本发明的冶铁煤气发生炉7于低温层和有机质降解层产生的低温炉气经发生炉气回收管27回收，然后注入第一热交换器6，把低温炉气温提高到800℃，二次注入冶铁煤气发生炉7之主气化层，经高温完全降解为甲烷，乙烷至丁烷等低碳的碳氢化合物。
下面结合具体实施例对上述具体实施方式所述内容作进一步描述，但不限定本发明。
实施例1：
(1)加判：
步骤1：将煤和黏土按5∶1分别至于第一磨机1和第二磨机2磨至200-400目。
步骤2：将磨至200-400目的煤和黏土粉置于混料机3中，加水搅拌混匀。加水量为煤和黏土粉剂总重量的10-15％。
步骤3：将搅拌混匀的煤和黏土粉置于制球机4中制成直径5-10厘米的煤球团。
步骤4：将煤球团运送至烘干机5烘干至含水量为8％。
步骤5：将烘干后的煤球团运送至旋转布料机28。
步骤6：启动旋转布料机，将烘干后的金属球团均匀撒布于炉膛30内。当煤球团在炉膛30内的高度与喷火嘴8持平时停止加入煤球团。
(2)点火：
步骤7：半开挡板35，从出料口21点火，并用移动风机向炉内鼓风，使煤球团从下向炉膛内燃烧。待炉膛内全面起火后，开始加入金属球团。其步骤如下：
步骤8：将煤和湖南省蓝山县太平铁矿的土状褐铁矿石分别按1.2∶1分别置于第一磨机1和第二磨机2内磨至200-400目。本步骤中使用蓝山县太平铁矿的土状褐铁矿石，该土状褐铁矿石中含有45％重量的伊利水云母和多水高龄石，可替代黏结剂。
步骤9：将磨至200-400目的煤和湖南省蓝山县太平铁矿的土状褐铁矿石粉置于混料机4加水至含水量为10-20％搅拌混匀。
步骤10：将搅拌混匀的煤和铁矿石粉置于制球机4中制成直径5-10厘米的金属球团。
步骤11：将金属球团运送至烘干机5烘干至含水量为8％。
步骤12：将烘干后的金属球团运送至旋转布料机28。
步骤13：启动旋转布料机，将烘干后的金属球团均匀撒布于炉膛30内。
步骤14：入炉后的金属球团在低温层(炉温15-300℃区间)被烘干。
步骤15：烘干后的金属球团在重力作用下依靠自重下降到有机质降解层(炉温301-800℃区间)，金属球团中的煤首先在热烘烤中降解释放出煤中的挥发份。
(3)二次送气
步骤16：被释放的挥发份与步骤7蒸发的水份在被发生炉气回收管27回收进入第一热交换器6升温至900℃经二次送气接管25二次入炉裂解为低碳碳氢化合物，如甲烷，乙烷至丁烷等。
步骤17：金属球团在重力作用下依靠自重下降到主气化层(炉温801-1000℃区间)，金属球团中的部分碳将与从二次送气接管25进入的高温水蒸汽和自下部铁还原层上升的残余高温水蒸汽发生反应生成水煤气。生成的水煤气经第一热煤气出口26和第二热煤气出口31，分别进入第一热交换器6和第二热交换器10。
(4)冶铁：
步骤18：金属球团在重力作用下依靠自重从主气化层下降到铁还原层(炉温为1001-1250℃区间)，启动制氧机11和风机9，将氧气和水煤气从喷火嘴8点燃喷出，加热金属球团，使金属球团中的碳直接还原金属球团中的铁氧化物为海绵铁。
(5)初次制气：
步骤19：从铁还原层下降到水蒸汽还原层(炉温1249-800℃区间)的高温金属球团中还含有部分过量的碳，它们将在水蒸汽还原层中与高温水蒸汽反应生成水煤气，并使高温金属球团迅速降温至800℃以下。
(6)余热交换制高温水蒸汽：
步骤20：降温至800℃左右的金属球团在重力作用下依靠自重从水蒸汽还原层下降到高温水蒸汽层(炉温799-500℃区间)进行热交换，将注水汽化层汽化的水蒸汽加热到约799℃，同时把金属球团降温至500℃。
步骤21：降温至500℃左右的金属球团在重力作用下依靠自重从高温水蒸汽层下降到注水汽化层(炉温499-100℃区间)，注入水或水蒸气从喷水嘴34射出并迅速汽化升温，同时将金属球团降温全100℃经挡板35从出料口21排出。
(7)排碴：
步骤22：挡板35开启可排出膨化后的金属球团，关闭挡板可停止金属球团从出料口21排出，由此可以控制炉膛内金属球团下降的速度，保证低温层、有机质降解层、主气化层、铁还原层、水蒸汽还原层、高温水蒸汽层、注水汽化层有合理的反应时间。
(8)除尘；
步骤23：经过第一热交换器6和第二热交换器10的水煤气由输气管道进入重力除尘器12，可清除占50-60％粗颗粒后，再经输气管道进入布袋除尘器13。
步骤24：布袋除尘器13将水煤气中粉尘含量降至5-10mg/m3，成为商品气，商品气通过输气管道进入商品气库储存待销售。
(9)磁选：
步骤25：从出料口21排出的膨化金属球团进入第三磨机15粉碎成为含铁混合碎料。
步骤26：含铁混合碎料进入磁选机，经磁选将纯海绵铁碎料从含铁混合碎料中选出。
步骤27：将纯海绵铁碎料送入成型机压制成商品铁。
步骤28：将商品铁入库待销售。
步骤29：将从重力除尘器12、布袋除尘器13和磁选机排出的废渣排入尾矿库19。
实施例2：
步骤1至步骤7同实施例1。
步骤8：将煤和菱铁矿石分别按2∶1∶0.1置于第一磨机1和第二磨机2中，并且分别磨至200-400目。
步骤9：将磨至200-400目的煤、铁矿石粉和黏结剂置于混料机4中，加黏结剂和水并搅拌混匀。加水量为煤、铁矿石粉和黏结剂总重量的2-10％。黏结剂是浓度为10％的水玻璃，其加水量为煤和铁矿石粉总重量的10～20％。
步骤10：将搅拌混匀的煤和铁矿石粉置于制球机制成直径5-10厘米的金属球团。
步骤11：将金属球团运送至烘干机5烘干至含水量为8％。
步骤12：将烘干后的金属球团运送至旋转布料机28。
步骤13：启动旋转布料机，将烘干后的金属球团均匀撒布于已经预热的炉膛30内。
步骤14：入炉后的金属球团在低温层(炉温15-300℃区间)被烘干。
步骤15：烘干后的金属球团在重力作用下依靠自重下降到有机质降解层(炉温301-800℃区间)，金属球团中的煤首先在热烘烤中降解释放出煤中的挥发份。
(3)二次送气
步骤16：被释放的挥发份与步骤7蒸发的水份在被发生炉气回收管27回收进入第一热交换器6升温至900℃经二次送气接管25二次入炉裂解为低碳碳氢化合物，如甲烷，乙烷至丁烷等。
步骤17：金属球团在重力作用下依靠自重下降到主气化层(炉温801-1000℃区间)，金属球团中的部分碳将与从二次送气接管25进入的高温水蒸汽和自下部铁还原层上升的残余高温水蒸汽发生反应生成水煤气。生成的水煤气经第一热煤气出口26和第二热煤气出口31，分别进入第一热交换器6和第二热交换器10
(4)冶铁：
步骤18：金属球团在重力作用下依靠自重从主气化层下降到铁还原层(炉温1001-1250℃区间)，启动制氧机11和风机9，将氧气和水煤气从喷火嘴8点燃喷出，加热金属球团，使金属球团中的碳直接还原金属球团中的铁氧化物为海绵铁。
(5)初次制气：
步骤19：从铁还原层下降到水蒸汽还原层(炉温1249-800℃区间)的高温金属球团中还含有部分过量的碳，它们将在水蒸汽还原层中与高温水蒸汽反应生成水煤气，并使高温金属球团迅速降温至800℃以下。
(6)余热交换制高温水蒸汽：
步骤20：降温至800℃左右的金属球团在重力作用下依靠自重从水蒸汽还原层下降到高温水蒸汽层(炉温799-500℃区间)进行热交换，将注水汽化层汽化的水蒸汽加热到约799℃，同时把金属球团降温至500℃。
步骤21：降温至500℃左右的金属球团在重力作用下依靠自重从高温水蒸汽层下降到注水汽化层(炉温499-100℃区间)，注入水或水蒸气从喷水嘴34射出并迅速汽化升温，同时将金属球团降温至100℃经挡板35从出料口21排出。
(7)排碴：
步骤22：挡板35开启可排出膨化后的金属球团，关闭挡板可停止金属球团从出料口21排出，山此可以控制炉膛内金属球团下降的速度，保证低温层、有机质降解层、主气化层、铁还原层、水蒸汽还原层、高温水蒸汽层、注水汽化层有合理的反应时间。
除尘：
步骤23：经过第一热交换器6和第二热交换器10的水煤气经输气管道进入重力除尘器12，可清除占50-60％粗颗粒后，经输气管道进入布袋除尘器13。
步骤24：布袋除尘器13将水煤气中粉尘含量降至5-10mg/m3，成为商品气，商品气通过输气管道进入商品气库储存待销售。
磁选：
步骤25：从出料口21排出的膨化金属球团进入第三磨机15，被粉碎成含铁混合碎料。
步骤26：含铁混合碎料进入磁选机16，经磁选将纯海绵铁碎料从含铁混合碎料中选出。
步骤27：将纯海绵铁碎料送入成型机压制成商品铁。
步骤28：将商品铁入库待销售。
步骤29：将从重力除尘器12、布袋除尘器13和磁选机排出的废渣排入尾矿库19。
上述实施例中的黏结剂，可采用水玻璃、2-5％的聚乙烯醇溶液、黏土矿物中的一种，或多种。
Claims (7)
1.一种同时生产海绵铁和水煤气的方法，其特征是一种在用直接还原法冶铁的同时生产水煤气的方法，具体是：以煤为还原剂，水煤气为燃料，以氧气为助燃剂；将煤和铁氧化物分别磨成粉料，经混合，压制成金属球团并置于冶铁煤气发生炉中，加热升温至1001～1250℃直接还原生产出海绵铁；并通过从冶铁煤气发生炉的底部注水或水蒸气利用冶铁煤气发生炉冶铁后的余热生产水煤气；
采用以下的方法，其步骤包括：
(1)加料：先将重量比为3～5∶1的煤和黏土分别磨至200～400目后用水混匀，再将混匀物制成直径为5～10厘米的煤球团，然后将烘干的煤球团用旋转布料机均匀撒布于冶铁煤气发生炉的炉膛中，直至与喷火嘴持平时停止加入煤球团，
(2)点火：半开挡板，从出料口点火，向炉内鼓风，使煤球团从下向炉膛内燃烧；待炉膛内全面起火后，将备用的金属球团用旋转布料机均匀撒布于冶铁煤气发生炉的炉膛中，入炉后的金属球团在低温层被烘干，低温层的炉温为15～300℃，然后在重力作用下金属球团依靠自重首先降到有机质降解层中降解，有机质降解层的炉温为301～800℃，此时金属球团中的煤在热烘烤中先释放出煤中的挥发份，
(3)二次送气：被释放的煤中的挥发份与炉中的蒸发水份先由发生炉气回收管回收后进入热交换器，升温至900℃，再经二次送气孔入炉裂解为低碳的碳氢化合物，低碳的碳氢化合物为甲烷、乙烷、丙烷和丁烷气体，
上述金属球团依靠自重从有机质降解层下降到主气化层，主气化层的炉温为801～1000℃；此时，金属球团中的部分碳，与从二次送气孔进入的水蒸汽和自下部铁还原层上升的残余水蒸汽发生反应生成水煤气，
(4)冶铁：上述金属球团依靠自重由主气化层下降到铁还原层，启动制氧机和风机，将氧气和水煤气从喷火嘴点燃喷出，对金属球团加热至炉温为1001～1250℃使金属球团中的碳将金属球团中的铁氧化物直接还原为海绵铁，
(5)初次制气：上述金属球团依靠自重由铁还原层下降到水蒸汽还原层，水蒸汽还原层的炉温为1249～800℃；此时，金属球团中所含有的部分过量碳与水蒸汽反应生成水煤气，并使金属球团迅速降温至800℃，
(6)余热交换制高温水蒸汽：上述金属球团依靠自重从水蒸汽还原层下降到高温水蒸汽层进行热交换，高温水蒸汽层的炉温为799～500℃；此时，将从注水汽化层上升水蒸汽加热到799℃，同时将金属球团降温至500℃；降温后的金属球团依靠自重从高温水蒸汽层下降到注水汽化层，注水汽化层的炉温为499～100℃，此时，注入水从喷水嘴射出，并迅速汽化和升温至499℃，同时将金属球团降温至100℃，降温后的金属球团依靠自重经挡板从出料口排出，
(7)磁选：从出料口排出的金属球团，先用磨机将其粉碎成为含铁混合碎料，然后用磁选机选出纯海绵铁碎料，再将纯海绵铁碎料送入成型机压制成待销售的商品铁；炉渣排入尾矿库，
(8)除尘：将步骤(3)和(5)所产生的水煤气，经过除尘后形成待销售的商品煤气，除尘下来的废渣排入尾矿库。
2.根据权利要求1所述同时生产海绵铁和水煤气的方法，其特征是所述备用的金属球团由以下方法制成：先将重量比为1～2∶1的煤和铁矿石粉分别磨至200～400目后加水和黏结剂混匀，加水量为煤和铁矿石粉总重量的10～20％，黏结剂用量视铁矿石的类型为煤和铁矿石粉总重量的0～10％，再将混匀物制成直径为5～10厘米的金属球团，然后将金属球团烘干至含水量为8％。
3.根据权利要求1所述同时生产海绵铁和水煤气的方法，其特征是所述煤是无烟煤、烟煤、褐煤中的一种，或多种。
4.根据权利要求1所述同时生产海绵铁和水煤气的方法，其特征是所述金属球团中的铁氧化物是赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿、菱铁矿中的一种，或多种。
5.根据权利要求1所述同时生产海绵铁和水煤气的方法，其特征是所述金属球团为煤铁氧化物比为1～2∶1，经球磨、制球工序制成的直径为5～15厘米的小球。
6.根据权利要求1所述同时生产海绵铁和水煤气的方法，其特征是：在步骤(6)中，通过气动或液压方式开启和关闭的挡板，控制金属球团从出料口的排出和停止，由此控制炉膛内金属球团下降的速度，以保证金属球团在低温层、有机质降解层、主气化层、铁还原层、水蒸汽还原层、高温水蒸汽层和注水汽化层中有合理的反应时间。
7.根据权利要求1所述同时生产海绵铁和水煤气的方法，其特征是步骤(5)初次制气反应所需的高温水蒸气是通过在炉膛下部注入水，利用水与炉膛内还原出海绵铁的金属球团进行热交换后获得。
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| CN 101100701 A,实施例1. |
| 丰中田等.水煤气的一种新用途-BL法生产海绵铁.煤化工 90.2000,(90),51-55. |
| 丰中田等.水煤气的一种新用途-BL法生产海绵铁.煤化工 90.2000,(90),51-55. * |
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