CN101476010A

CN101476010A - 煤粉竖炉还原金属化球团的方法和设备

Info

Publication number: CN101476010A
Application number: CNA2009100102358A
Authority: CN
Inventors: 周久乐
Original assignee: Dongfang Iron & Steel Co Ltd Shenyang City
Current assignee: Dongfang Iron & Steel Co Ltd Shenyang City
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: CN101476010B

Abstract

煤粉竖炉还原金属化球团的方法，其工艺步骤为：将铁矿粉或其他金属氧化物矿粉造球，按设定计量投入竖炉中。再将低位发热值≥16MJ/Kg，干基灰分小于或等于40％原煤，经中速磨煤机边干燥边破碎至≤100目，水分≤0.5％，煤粉预热至80℃－150℃，送入气流床煤气发生器中。然后将水蒸汽与空气按比例混合。最后将气流床煤气发生器制备的高温煤气通过高温除尘器，除去灰尘90－95％后，直接喷入竖炉下部，排料辊上方参与竖炉内还原反应，将铁或者其他金属氧化物还原为金属化球团。本发明还原温度高、速度快、尾气物理热高、化学热是高炉煤气的1.5倍，用低发热值高挥发份中煤做还原剂，极大降低还原剂成本，且由此产生的电能、煤气等能源，其综合经济效益可使每吨成本低于1500元/t。

Description

煤粉竖炉还原金属化球团的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种非焦煤炼铁的生产方法，主要是利用煤粉制造的还原性气体在竖炉中还原金属氧化物球团矿为金属化球团的方法。

背景技术

目前，世界上直接还原铁的产量达到6000万吨，其中90％是利用天然气裂解后产生的CO和氢作还原剂，其典型方法是美国的Midex法，由于天然气资源的限制，而且成本昂贵，使竖炉还原金属化球团在我国没有得到发展。

发明内容

本发明的目的，是提供一种将煤粉气化后直接用竖炉还原金属化球团的方法和设备。

采用的技术方案是：

煤粉竖炉还原金属化球团的方法，包括下述工艺步骤：

1、铁矿粉或其他金属氧化物矿粉造球，按设定计量投入竖炉中。

2、将低位发热值≥16MJ/Kg，干基灰分小于或等于40％原煤，经中速磨煤机边干燥边破碎至≤100目，水分≤0.5％，煤粉预热至80℃—150℃，送入气流床煤气发生器中。

3、将水蒸汽与空气、水蒸气与富氧空气或水蒸汽与纯氧按比例混合(具体依预热温度、煤质量、煤气温度而定)，压力为0.1—1.2MPa，混合气体送入卧式热风炉预热到1000—1500℃，预热可用竖炉尾气预热，预热后混合气化气体与煤粉一起送入气流床煤气发生器中。气流床煤气生成反应，其温度控制在900—1250℃。卧式热风炉出来的废气温度>150℃，可用于破碎原煤过程中干燥和预热的热源。

4、气流床煤气发生器制备的高温煤气通过高温除尘器(结构如图1)，除去灰尘90—95％后，直接喷入竖炉下部，排料辊上方参与竖炉内还原反应，将铁或者其他金属氧化物还原为金属化球团。

本工艺方法，竖炉尾气温度偏高，大于400℃，必须有余热锅炉回收该项余热，如初始反应气化剂压力偏高，尾气余压大于0.5MPa，其余压通过TRT发电回收能源，冷却尾气经过布袋除尘后进入煤气储罐中。一部分供自身气化气体预热，一部分供其他用户使用。

本发明还原温度高、速度快、尾气物理热高、化学热是高炉煤气的1.5倍，本发明由于是用低发热值高挥发份中煤做还原剂，极大降低还原剂成本，同时，由此产生的电能、煤气等，其综合经济效益可使每吨金属化球团成本低于1500元/t(每吨金属氧化球团成本900元/t)。

附图说明

图1是本发明采用的设备结构示意图。

具体实施方式

实施例一

煤粉竖炉还原金属化球团的方法和设备，包括卧式热风炉1、气流床煤气发生器、高温煤气复合除尘器3和冶炼用竖炉4。

气流床煤气发生器，由喷煤装置10和煤气发生器2组成。喷煤装置包括料仓5、第一中转罐6、第二中转罐7、电子秤8、叶轮给料机9。料仓5上部设有煤粉输入口11，料仓5下部与第一中转罐6通过管路连接，该管路上设有阀门12。第一中转罐6通过管路与第二中转罐7连接，在第一和第二中转罐之间的连接管路上设置有阀门13。第二中转罐7中设有电子秤8。第二中转罐7下部通过管道与叶轮给料机9的进料口连接。叶轮给料机9出料口与管路16连接，叶轮给料机9出料口与该管道16之间的连接管路上设有闸板阀14，管路16一端与煤气发生器的进煤口15连接。管路16另一端与蒸气源连接，以便向煤气发生器通入水蒸汽。煤气发生器上部有煤气出口17，该煤气出口17通过管路与高温煤气复合除尘器3中部的气灰分离室18的煤气入口连接。

高温煤气复合除尘器3，由气灰分离室18、灰沉降室19和集灰室20依次连接构成，在气灰分离室顶部设有煤气输出口22，气灰分离室18上部设有水冷炉蓖23，在水冷炉蓖23内充填有高铝小球滤层27(含Al₂O₃ 95—98％)。在灰沉降室19与集灰室20连接管道上装设有阀门24。集灰室20下部设有卸灰通道21。集灰室上部设有喷枪25，该喷枪与有压冷水管连接，向灰沉降室19内喷冷水，对灰进行冷却。气灰分离室18下部设有水冷腔26，通入循环冷却水。

气灰分离室18上部的煤气输出口22通过管道与冶炼用竖炉4的煤气输入口连接。

煤粉竖炉还原金属化球团的方法，包括下述工艺步骤：

以鸡西2^#中煤为还源剂，将煤粉碎、干燥，粒度≤100目，煤粉含水量≤0.5％，煤粉温度为80—150℃，经煤粉输入口11进入喷煤装置的料仓5内，再由料仓5进入第一中转罐6和第二中转罐7，进入第二中转罐7内的煤粉经上部设置的电子秤8称量出设计要求的煤粉量后，阀门13关闭，煤粉由叶轮给料机9喂入管道16，在水蒸汽的推动下，由煤气发生器的进煤口15进入煤气发生器2内。同时，压力为0.35Mpa、温度为25℃的空气与压力为1.2Mpa、温度为200℃的水蒸汽混合后经管路28进入卧式热风炉1，预热至1450℃后经管路29进入煤气发生器2内，并与进入的煤粉混合，进行气化反应温度为1250℃，反应后生成的煤气从煤气发生器2的顶部煤气出口17经管路进入高温煤气复合除尘器3的气灰分离室18内，经高铝小球层过滤，除去煤气中的90—95％的灰分后，由煤气输出口22经输送管路喷入竖炉下部。在排料辊上方参与竖炉内还原反应，将铁或其它金属氧化物还原为金属化球团。

在高温煤气除尘器3内，气灰分离室18分离出的渣子进入灰沉降室19，按要求打开阀门24，灰进入集灰室20，经由喷枪25喷淋冷水冷却后由卸灰通道21排出。

本实施例的技术参数：

1、原燃材料条件：

1.1 氧化球团矿的化学成分：

成分	Fe	Mn	P	S	Fe₂O₃	FeO	SiO₂	Al₂O₃	CaO+MgO
成分	Fe	Mn	P	S	Fe₂O₃	FeO	SiO₂	Al₂O₃	CaO+MgO	含量(％)	65	0.093	0.047	0.041	72.3	18.18	5.34	2	2

1.2 鸡西2#中煤

化学分析	C	H	O	N	S	干燥基灰分	收到基水分	低位发热值
化学分析	C	H	O	N	S	干燥基灰分	收到基水分	低位发热值	含量(％)	50.69	2.86	4.94	0.71	0.30	40.5	10.98	16MJ/Kg

1.3 气化剂

1)空气：

压力P：0.35MPa，温度：25℃；

2)蒸汽：

压力P：1.2MPa，温度：200℃；

2、竖炉工艺参数：

2.1有效容积：V有效：300m³；

2.2利用系数n：8吨/m³*昼夜；

2.3小时产能：100吨/h；

2.4小时空气量：243150m³/h；

2.5分钟空气量：4000m³/min；

2.6小时蒸汽量：50400m³/h；

2.7小时耗蒸汽质量：40.5吨/h；

2.8气化剂预热温度：1450℃；

2.9入竖炉前煤气温度：1100℃；

2.10每小时煤耗：150吨/h；

2.11小时氧化球团消耗：133吨/h；

2.12每吨煤产生煤气量：2855.28m³/t煤；

2.13每吨金属化球团尾气量：4282.92m³/t金属化球团；

3、竖炉入炉前煤气成分：

4、竖炉尾气平衡：

4.1 尾气组分、热值、温度

煤气组分	V_H	V_CO	V_CO2	V_N2	V_H2O	温度	脱水前热值	脱水后热值
煤气组分	V_H	V_CO	V_CO2	V_N2	V_H2O	温度	脱水前热值	脱水后热值	百分含量％	21.2	19.2	13.9	44.9	7.6	750℃	4.71MJ/M³	5.10MJ/M³

4.2 尾气产量：

每吨金属化球团产脱水后尾气：3955.6m³/t金属球团；

每小时产尾气(脱水后)：395560m³/h；

每小时预热气化剂耗煤气：163046m³/h；

每小时可作他用煤气量：232514m³/h；

5、能源利用平衡：

热收入：1.5t*16MJ/kg*1000＝24GJ；

用于还原金属化球团：7.4GJ/吨金属化球团；

可被利用尾气余热：5.08GJ/T金属化球团；

可供外用煤气化学热：11.86GJ/T金属化球团；

设可利用尾气余热25％，则5.08*25％＝1.27GJ/T金属化球团；

则：用于还原金属球团实耗热能：7.4-1.27＝6.13GJ/T金属化球团；

总的能源利用效率：(7.4+11.86)/24＝80.25％；

其中用于直接还原能耗：6.13/24＝25.54％；

用于外供能源：(1.27+11.86)/24＝54.71％；

6、环境评价

6.1 还原每吨金属铁产生二氧化碳量

已知工艺还原一吨金属化球团消耗碳量50.62％*1.5t＝759.3kg；

折合摩尔数：759.3/12＝63.28kmol；

由于全部供给能源只有25.54％用于还原铁，实际权数应在还原铁二氧化碳量63.28*25.54％＝16.16kg，折合二氧化碳量16.16*44＝711kgCO2，由于每吨球团金属化率只能达到95％，则每吨球团含纯铁只有81.2％，则还原每吨纯铁产生二氧化碳：711/0.812＝876kgCO2。

上述参数低于其他还原方法二氧化碳产生量。

6.2 二氧化硫和硫化氢

该煤气中煤粉中硫是以H2S形态存在于煤气中，由于是铁的氧化物，因此：

H₂S+FeO＝H₂O+FeS

由于尾气温度高，H₂S气体几乎都被球团中的FeO还原，以FeS形态存在金属化球团中，尾气H₂S含量极微，不会造成有害气体排放。

6.3煤气发生器粗除尘和竖炉布袋除尘不会造成空气中灰尘污染。

6.4废水排放除少量粗除尘耗水外，所有表观水均可回收，该工艺没有废水排放，但有损耗，耗水量低于高炉工艺。

7、产品评价：

金属化球团金属化率只能达到95％，球团中含金属铁只能达到81.2％，其余为SiO₂和Al₂O₃、MgO、CaO、硫化物等。该产品只能用电弧炉冶炼优质钢用。该竖炉每天产金属化球团2400吨。

8、综合经济初评

由于是用低发热值高挥发份中煤做还原剂，极大降低还原剂成本，同时，由此产生的电能、煤气等，其综合经济效益可使每吨金属化球团成本低于1500元/t(每吨金属化球团成本900元/t)。

Claims

1、煤粉竖炉还原金属化球团的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

1)铁矿粉或其他金属氧化物矿粉造球，按设定计量投入竖炉(4)中；

2)将低位发热值≥16MJ/Kg、干基灰分小于或等于重量百分比为40％的原煤，经中速磨煤机边干燥边破碎至≤100目，水分≤0.5％煤粉预热至80℃—150℃后，由喷煤装置(10)的煤粉输入口(11)喷入喷煤装置(10)的料仓(5)内，经第一中转罐(6)进入第二中转罐(7)，再经设置在第二中转罐(7)内的电子称(8)称重达到设定计量后，再经叶轮给料机(9)推入煤粉输入管路(16)，在200℃蒸汽推动下由进煤口(15)进入煤气发生器(2)内；同时将压力为0.1—1.5MPa的气化剂送入卧式热风炉(1)；气化剂为水蒸汽与空气、水蒸汽与富氧或水蒸汽与纯氧的混合气体；气化剂在卧式热风炉(1)内预热至1100—1500℃后，经管路(29)进入煤气发生器内，与进入煤气发生器(2)内的煤粉混合，进行气化反应，反应温度为900—1250℃，反应后生成的煤气从煤气发生器(2)的顶部煤气出口(17)经管路输送到高温煤气复合除尘器(3)的气灰分离室(18)内向上经设置在气灰分离室(18)上部的高铝小球滤层(27)滤尘，除去煤气中90—95％的灰分；

3)将经高温煤气复合除尘器(3)净化后的煤气，由煤气输出口(22)输出，经管路喷入竖炉(4)下部，在排料辊上方参与竖炉内还原反应，将竖炉内铁或其它金属氧化物颗粒料还原为金属化球团。

2、根据权利要求1所述的煤粉竖炉还原金属化球团的方法和设备，其特征在于所述的高温粗煤气制作工艺，即将空气、富氧空气或纯氧和水蒸汽经蓄热式卧式热风炉预热至1000-1500℃，压力范围0.1-1.2MPa，经气流床煤气发生器与高温除尘器相结合制作高温粗煤气，煤气含尘小于原煤干基灰分10％以下。

3、根据权利要求1所述的煤粉竖炉还原金属化球团的方法和设备，其特征在于卧式热风炉、气流床煤气发生器和高温复合除尘器组成的气流床高压煤气发生器设备，该设备适合于任何含尘要求不高的高温煤气使用系统，如石灰窑、高炉喷吹。

4、根据权利要求3所述的高温煤气除尘器，其特征在于在高温重力除尘器上部，加上多层耐火材料制成的耐火小球，直径在φ10—φ60mm，构成过滤灰尘装置，其支撑炉篦采用水冷钢管外挂耐火材料的结构，小球定期更换，确保气流畅通。