CN101307371A - 利用红焦加热直接还原铁中还原气的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用红焦加热直接还原铁中还原气的方法，是以干熄焦炉代替铁矿煤球团生产直接还原铁工艺中的还原气加热炉，由还原气代替N₂作为冷却红焦的传热介质，还原气在通入干熄焦炉冷却红焦的过程中吸收红焦显热，被升温至650～960℃，再向排出干熄焦炉的还原气中施加O₂，使其与还原气燃烧产生热量，将还原气加热到1100～1150℃，氧化度控制在＜20％后送入还原竖炉，为铁矿煤球团还原铁提供热量。本发明可以实现CO₂近零排放，并且没有气、液、固体废弃物排放，可实现清洁生产。

Description

利用红焦加热直接还原铁中还原气的方法

技术领域

本发明涉及一种利用铁矿煤球团生产直接还原铁的方法，特别是涉及一种利用铁矿煤球团自产还原气生产直接还原铁中的自产还原气加热方法。本发明将自产还原气用于干熄焦冷却红焦，同时加热还原气。

背景技术

200610012837号发明专利公开了一种铁矿煤球团自产还原气生产直接还原铁的方法，该方法是在开炉前准备N₂、焦炉气、煤制气、天然气、煤层气中的一种或数种气体混合做为启动气源，将启动气源加热至1150℃，通入还原竖炉中加热铁矿煤球团，使球团中的一部分煤热解产生含CO、H₂、CH₄的热解气，一部分煤作为还原剂用于还原铁矿石，产生出含有CO₂和H₂O的还原尾气；产生的煤热解气与还原尾气由炉顶排出还原竖炉，经净化除尘、脱除焦油、硫以及H₂O、CO₂等杂质气体后，成为还原气。以加热的还原气逐步替代高温启动气源，直至完全替代高温启动气源通入还原竖炉中，以加热新的铁矿煤球团，产生新的热解气和还原尾气，在还原气直接还原铁矿煤球团中铁精矿粉的同时，形成自产还原气的循环生产与使用。如此反复循环，实现直接还原铁的连续生产。

以上工艺中，N₂不仅可以作为开炉时的启动气源，也可以作为关闭还原炉时的保护气源，还可以作为热风炉换炉时还原气氛过渡到氧化气氛，氧化气氛过渡到还原气氛的过渡气源，借助N₂可以实现连续不间断安全作业。

直接还原铁矿煤球团过程中产生的还原气虽然已经经过加热，但在其温度不足以达到可以用于还原铁矿煤球团的1000～1150℃时，还需要对其进行进一步的加热处理。200610012837号发明专利加热还原气的方法是采用蓄热式或连续式高炉热风炉作为还原气加热炉，以高炉煤气、煤炭地下气化气、煤矿瓦斯气、发生炉煤气、熔融还原尾气等低热值煤气作为加热还原气的热源，将还原气加热到600～900℃后，再施加O₂使与还原气燃烧产生热量，使入炉还原气升温至1100～1150℃，氧化度控制在＜20％后送入还原竖炉。

干熄焦生产技术是一种在炼焦过程中回收红焦显热并加以利用的工艺技术，该技术采用N₂作为干熄焦的冷却传热介质，使N₂吸收红焦显热，在干熄焦炉出口处被加热到800～960℃后，通入锅炉中用于加热水，以产生水蒸汽，再由水蒸汽推动气轮机发电。

干熄焦生产工艺流程主要由干熄焦炉、装入装置、排焦装置、提升机、电机车、焦罐台车、焦罐、一次除尘器、二次除尘器、干熄焦锅炉单元、循环风机、除尘地面站、水处理装置、自动控制部分、发电部分等组成。从焦炉碳化室推出的红焦由焦罐台车上的焦罐提升至井架顶部，提升机挂着焦罐向干熄焦炉中心平移的过程中，与装入装置连为一体的炉盖由电动缸自动打开，装焦料斗自动放到干熄焦炉上部，提升机放下的焦罐由装入装置的焦罐台接受，在提升机下降的过程中，焦罐底闸门自动打开，开始装入红焦。装完红焦后，提升机自动提起，将焦罐送往提升井架底部的空焦罐台车上，在此期间装入装置自动运行将炉盖关闭。装入干熄焦炉的红焦在预存段预存一段时间后，随着排焦的进行逐渐下降到冷却段，通过与循环气体N₂进行热交换而冷却，再经震动给料器、旋转密封阀、溜槽排出，然后由专用皮带运输机运出。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁矿煤球团生产直接还原铁中加热还原气的方法，该方法利用还原气回收干熄焦过程中的红焦显热，再由加热的还原气加热铁矿煤球团生产直接还原铁，以合理利用能源，节省资源。

本发明的铁矿煤球团生产直接还原铁中加热还原气的方法是以干熄焦炉代替铁矿煤球团生产直接还原铁工艺中的蓄热式还原气加热炉，由还原气代替N₂作为冷却红焦的传热介质，还原气在通入干熄焦炉冷却红焦的过程中吸收红焦显热，被升温至650～960℃，再向排出干熄焦炉的还原气中施加O₂，使其与还原气燃烧产生热量，将还原气加热到1100～1150℃，氧化度控制在＜20％后送入还原竖炉，为铁矿煤球团还原铁提供热量。

本发明利用红焦加热铁矿煤球团生产直接还原铁中的还原气的具体过程为：

罐装的红焦经氮气密封口或过渡室装入干熄焦炉，在干熄焦炉内下降的过程中，由预热还原气进行冷却，经氮气密封的出口或过渡室从干熄焦炉中排出冷却的焦炭。

铁矿煤球团经氮气密封口装入直接还原竖炉，在竖炉内下降的过程中被1100～1150℃的入炉还原气加热并被直接还原成铁，直接还原铁经过还原竖炉底部氮气密封口排出直接还原竖炉。

直接还原竖炉炉顶气经换热器释放出热量降温后成为冷炉顶气；冷炉顶气经一级净化器除去粉尘、水、焦油等固液态物质，再经二级净化器除去CO₂和含硫化合物，成为用于循环的还原气并进入还原气柜；循环风机从还原气柜中抽出还原气形成加压还原气，经换热器吸收炉顶气热量后成为预热还原气，通入干熄焦炉中吸收红焦显热成为热还原气；经除尘处理后，向热还原气中施加适量O₂，使其与还原气燃烧产生热量，将还原气升温至1100～1150℃成为入炉还原气，通入直接还原竖炉中为铁矿煤球团还原成铁提供热量，并与直接还原反应和煤干馏后形成的气体一同从还原竖炉顶部排出成为炉顶气。

其中，对于热还原气的除尘处理是先将还原气通入带有挡尘墙的通道中进行一次除尘，再通入一组陶瓷旋风除尘器中进行二次除尘。

在利用还原气进行干熄焦的过程中，会产生大量的粉尘，这些粉尘的成分主要是焦粉。通过带有挡尘墙的通道进行一次除尘，可以将还原气中较大颗粒的焦粉挡住。对于还原气中较细粒度的粉尘，可以采用一组陶瓷旋风除尘器进行二次除尘，焦粉不会黏附在旋风除尘器内壁上。还有少量粉尘会与还原气一起进入还原竖炉中，其中一部分与直接还原铁一起排出竖炉，一部分从炉顶与炉顶气一起排出竖炉，可在炉顶气净化过程中再次回收。

本发明的特征之一是以干熄焦炉代替铁矿煤球团自产还原气生产直接还原铁工艺中的蓄热式还原气加热炉，如高炉的热风炉。

高炉炼铁的热风炉是将高炉煤气燃烧的热量积蓄在格子砖或耐火球内，通入常温空气，空气吸收格子砖或耐火球中的热量预热后进入高炉，在高炉风口处与焦炭燃烧产生高温，为高炉炼铁提供热量。热风炉通常可以将助燃空气加热到800～1250℃，用以提高助燃空气温度，节约焦炭。

铁矿煤球团自产还原气生产直接还原铁工艺中也可以将高炉热风炉作为加热还原气的设备，将高炉煤气燃烧的热量积蓄在格子砖或耐火球内，再通入自产还原气，自产还原气吸收格子砖或耐火球中的热量后进入直接还原竖炉。通常可以将还原气加热到1100～1150℃，用来提供直接还原所需的热量。

而本发明则是以干熄焦炉代替高炉热风炉，利用红焦蓄积的显热加热还原气，即将还原气通入干熄焦炉中，还原气吸收红焦显热后，一般可被加热到650～960℃。

本发明的特征之二是由自产还原气代替N₂作为冷却红焦的传热介质。

自产还原气的化学组成包括CO、H₂、CH₄、N₂等气体，其中除H₂在1100℃时的焓为353.3KJ/m³，略低于N₂1100℃时368.3KJ/m³的焓外，其余气体的焓都高于N₂，可以作为冷却红焦的传热介质来使用。为确保使用还原气作为冷却红焦传热介质的安全性，可以在装入红焦、排出冷焦时用N₂作为保护性气体用以隔绝空气，在开炉、停炉时采用N₂作为过渡气体用以隔绝空气。

本发明的特征之三是在还原气进入还原竖炉前补充O₂，提高还原气的温度至1100～1150℃。

由于红焦的温度一般只有1000～1050℃，自产还原气经过干熄焦炉吸收红焦热量后，出炉温度只能达到650～960℃，低于还原气进入竖炉加热铁矿煤球团生产直接还原铁所需1000～1150℃的温度。为使还原气体温度达到1000～1150℃，需用针氧供氧器向还原气中适量供氧，或者使用一个加热设备将部分还原气与O₂燃烧，产生高温气体，用高温气体与还原气混合，将自产还原气加热到1000～1150℃送入还原竖炉。

本发明的特征之四是用红焦显热加热还原气。

在铁矿煤球团自产还原气生产直接还原铁工艺中，还原气分别起着传递热量、保持还原气氛和还原铁三个功能。由于铁矿煤球团自产还原气生产直接还原铁存在加热后的自还原特性，因此可以把还原气的还原铁功能部分分离，采用高炉煤气、煤制气、化工厂尾气、煤矿瓦斯气等作为加热还原气的热源。同样，本发明也可以利用干熄焦工艺，使用红焦显热加热还原气，以进一步节省高炉煤气，减排高炉煤气燃烧产生的CO₂。

本发明的特征之五是可以实现清洁生产。

本发明工艺中除尘回收的焦粉可以再利用，回收的其它固体物质也可以再利用，可实现固体废弃物的零排放。炉顶气冷却用水净化后可以循环使用，炉顶气净化回收的CO₂可以连同炼焦产生的焦炉煤气、炼钢用O₂分离产生的N₂作为化工生产的原料。本发明可以实现CO₂近零排放，并且没有气、液、固体废弃物排放，可以实现清洁生产。

附图说明

图1是本发明利用红焦加热直接还原铁中还原气方法的工艺流程图。

具体实施方式

罐装的红焦8经氮气密封口或过渡室装入干熄焦炉1中，在干熄焦炉1内的下降过程中，由通入干熄焦炉1内的预热的还原气17进行冷却，经氮气密封的出口或过渡室，从干熄焦炉1中排出冷却的焦炭9。干熄焦炉1的装焦温度为1000～1050℃，排焦温度≤200℃。在干熄焦过程中，以N₂作为干熄焦炉装入红焦，排出焦炭的保护性气体。

以N₂作为开炉停炉时使用的保护性气体，铁矿煤球团10经氮气密封口装入直接还原竖炉2中，在直接还原竖炉2内的下降过程中，被1100～1150℃的入炉还原气21加热，并被直接还原成铁，直接还原铁11经直接还原竖炉2底部氮气密封口排出炉外，装入含有保护气体N₂的容器，送入炼钢炉用于炼钢。

直接还原竖炉2炉顶气12通过换热器3，释放出热量降温后成为冷炉顶气13，冷炉顶气13先经过净化器4除去粉尘、水、焦油等固液态物质，再经过净化器5除去CO₂和含硫化合物，成为用于循环的还原气14并进入还原气柜6中贮存。

在还原气柜6的还原气出口15后设有循环风机7，循环风机7从还原气柜6中抽出还原气形成加压还原气16，进入换热器3中吸收炉顶气12的热量后成为预热还原气17，送入干熄焦炉1中。进入干熄焦炉1的预热还原气温度为常温～130℃，在干熄焦炉1内吸收红焦显热后，成为900～960℃的热还原气18排出干熄焦炉1。

热还原气18再经过除尘装置19进行除尘处理，除尘装置19由一个带有挡尘墙的通道和一组陶瓷旋风除尘器组成。

热还原气18经过除尘装置19除尘处理后，由针氧供氧器提供适量的氧气20进行燃烧，使热还原气18升温达到1100～1150℃，成为入炉还原气21。入炉还原气21为直接还原竖炉2中的铁矿煤球团还原成铁提供热量后，与还原反应和煤干馏后形成的气体一同从直接还原竖炉2顶部排出，成为炉顶气12。

炉顶气12按照前述方法净化后进入还原气柜6贮存。部分富余的含有N₂的还原气还可以引出循环还原气系统作为燃料使用。

Claims (4)

1、利用红焦加热直接还原铁中还原气的方法，是将直接还原铁工艺中产生的还原气作为冷却红焦的传热介质通入干熄焦炉中，在冷却红焦的过程中吸收红焦显热，被升温至650～960℃排出干熄焦炉，再经针氧供氧器适量供氧，加热到1100～1150℃，成为为还原铁提供热量的还原气。

2、根据权利要求1所述的利用红焦加热直接还原铁中还原气的方法，其特征是加热还原气的具体过程为：

a)、罐装的红焦经氮气密封口或过渡室装入干熄焦炉，在干熄焦炉内下降的过程中，由预热还原气进行冷却，经氮气密封的出口或过渡室从干熄焦炉中排出冷却的焦炭；

b)、铁矿煤球团经氮气密封口装入直接还原竖炉，在竖炉内下降的过程中被1100～1150℃的入炉还原气加热并被直接还原成铁，直接还原铁经过还原竖炉底部氮气密封口排出直接还原竖炉；

c)、直接还原竖炉炉顶气经换热器降温后成为冷炉顶气；冷炉顶气经两级净化器处理，成为用于循环的还原气并进入还原气柜；循环风机从还原气柜中抽出还原气形成加压还原气，经换热器吸收炉顶气热量后成为预热还原气，通入干熄焦炉中吸收红焦显热成为热还原气；经除尘处理后，向热还原气中施加适量O₂，使其与还原气燃烧产生热量，将还原气升温至1100～1150℃成为入炉还原气，通入直接还原竖炉中，为铁矿煤球团还原成铁提供热量，并与直接还原反应和煤干馏后形成的气体一同从还原竖炉顶部排出成为炉顶气。

3、根据权利要求1所述的利用红焦加热直接还原铁中还原气的方法，其特征是采用针氧供氧器向还原气中适量供氧。

4、根据权利要求1所述的利用红焦加热直接还原铁中还原气的方法，其特征是其中热还原气的除尘处理是先将还原气通入带有挡尘墙的通道中进行一次除尘，再通入一组陶瓷旋风除尘器中进行二次除尘。

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