CN102137915A - 煤气化及直接还原炼铁法以及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供煤气化及直接还原炼铁法以及其系统，煤气化及直接还原炼铁系统可以兼得煤基直接还原炼铁工艺中的热回收和煤气化工艺中的设备投资的降低，其特征在于，具备：回收从煤气化炉排出的排气的热的废热锅炉(16)、设于煤基直接还原炼铁工艺的加热还原炉(1)的排气体路径(1a、1b)且将由所述废热锅炉(16)生成且排出的蒸气进行过热的加热器(7)、将由所述加热器(7)得到的过热蒸气作为氧化剂供向所述煤气化炉(10)供给的过热蒸气管(23)。

Description

煤气化及直接还原炼铁法以及其系统
技术领域
本发明涉及将使煤与氧化剂发生反应而生成煤气的煤气化工艺、和以含氧化铁物质和煤为原料制作炭材内装成块物且将其由加热还原炉加热并还原来制造金属铁的煤基直接还原炼铁工艺组合而成的煤气化及直接还原炼铁法以及其系统。
背景技术
煤气化工艺是将煤等原料进行加热使其热分解，将产生的气体作为例如发电等能源回收的工艺，将作为原料的煤装入气化炉，向该气化炉作为氧化剂供给含氧气体及高温的蒸气，使气化炉内的原料部分燃烧，通过所产生的热将未燃烧的原料热分解使其气化(例如参照专利文献1)。
目前，上述煤气化工艺的主流是煤气化复合发电，根据该煤气化复合发电，具有可以利用世界上广泛分布且埋蔵量丰富的煤资源的优点，另外，由于发电效率高，所以可以降低每发电电量的二酸化炭、硫氧化物、氮氧化物等的产生量。
另一方面，煤基直接还原炼铁工艺中，将含有含氧化铁物质和作为还原剂的煤的原料混合物预先成形为颗粒状或块状的成块化物，将该炭材内装成块化物向底式回转炉(回転炉床炉)供给，使上述原料混合物在该底式回转炉内移动时，由加热燃烧炉产生的热及产生燃料气体进行加热，由此将原料混合物中的氧化铁由还原剂还原，得到金属铁(还原铁)(例如参照专利文献2)。
专利文献
专利文献1：日本特开2008-163257号公报
专利文献2：日本特开平9-310111号公报
发明内容
发明所要解决的课题
上述的现有煤气化工艺中，利用在工艺内产生的排气的显热制造蒸气，为高效地制造蒸气，需要增大热交换器的热媒和制冷剂的温度差。
但是，由于不能将蒸气(热媒)温度提高到提高煤气化炉的排气温度或生成气体温度以上，所以在热交换器中不能得到所希望的温度差的情况下，必须变更设备规格，具体而言必须增大热交换器的传热面积，由此，存在初期设备投资高的问题。另外，如果不能变更设备，则热交换量减少，工艺不成立。
另外，特别是在由煤气化炉产生的生成气体中含有焦油，当它们在热交换器析出时，引起大的麻烦。因此，生成气体通过暂时冷却而除去焦油，因此，难以热回收生成气体的显热。
这样，在煤气化工艺中，不能有效地利用生成气体的显热，且热回收量少，因此，不能提高蒸气温度。
另一方面，在煤基直接还原炼铁工艺中，即使通过蒸气回收废热，在同一系统内也不能使用蒸气，因此，虽然可以利用于例如使用蒸气涡轮机的发电等，但在单一工艺内不能有效活用。
本发明是考虑以上那样的现有的煤气化工艺和煤基直接还原炼铁工艺中的课题而创立的，提供一种煤基气化及直接还原炼铁法以及其系统，利用由煤基直接还原炼铁工艺得到的废热提高由煤气化工艺生成的蒸气温度，通过将该过热蒸气作为煤气化工艺的氧化剂供给来提高煤气化速度，可以实现煤气化工艺的紧凑化，可以减少投入煤气化工艺的设备投资，进而，以使直接还原炼铁工艺的废热回收量增加的方式可以在两工艺中有效地利用。
解决课题的手段
a.煤气化及直接还原炼铁法
本发明的煤气化及直接还原炼铁法的宗旨为，将在煤气化工艺中排出的排气的热通过该工艺内的废热锅炉进行回收，并将通过该废热锅炉生成且排出的蒸气导入设于煤基直接还原炼铁工艺的排气路径的加热器，由此进行过热，将由过热得到的过热蒸气作为氧化剂向所述煤气化工艺的煤气化炉进行供给。
另外，本发明的煤气化及直接还原炼铁法的宗旨为，将在所述煤气化工艺生成的生成气体作为燃料向所述煤基直接还原炼铁工艺的加热还原炉供给。
另外，本发明的其它煤气化及直接还原炼铁法的宗旨为，将在煤基直接还原炼铁工艺中排出的排气的热通过其工艺内的废热锅炉回收，并将通过该废热锅炉生成且排出的蒸气导入设于所述煤基直接还原炼铁工艺中的排气路径的加热器，由此进行过热，将通过过热而得到的过热蒸气作为氧化剂供给到煤气化工艺的煤气化炉。
本发明的直接还原炼铁法与如高炉法那样由竖炉制作铸铁的间接制铁法不同，其为使用底式回转炉(回転炉床炉)或窑炉等通过燃烧炉及产生燃料气体的燃烧热进行加热来制作铁、例如还原铁及金属粒的制铁法。所述煤基是指作为还原剂以煤为原料，但也可以为含有固定碳的原料、例如废轮胎等。
本发明的直接还原炼铁工艺包含：a)将炭材内装成块物装入底式回转炉进行加热、还原，作为还原铁向炉外排出的制造工艺、及b)将炭材内装成块物装入底式回转炉进行加热、还原、溶融，分离成铁和熔渣，在炉内使溶融铁凝集成粒状，冷却后排出的制造工艺。
另外，本发明的煤气化及直接还原炼铁系统中，优选的是，来自所述煤气化炉的排气或生成气体的温度比所述煤基直接还原炼铁工艺的排气温度低。
根据本发明的煤气化及直接还原炼铁法，由于可以将通过煤气化工艺单独不能得到的蒸气温度及流量构成的过热蒸气作为氧化剂供给到煤气化炉，所以可以实现煤气化炉的紧凑化。
另一方面，在煤基直接还原炼铁工艺中，至此不能有效利用，或者可有效利用来自利用率低的加热还原炉的排热。
b.煤气化及直接还原炼铁系统
本发明的煤气化及直接还原炼铁系统的特征为，具备：废热锅炉，其回收从煤气化炉排出的排气的热；加热器，其设于煤基直接还原炼铁工艺中的加热还原炉的排气路径，将由所述废热锅炉生成且排出的蒸气进行过热；过热蒸气线，其将通过所述加热器得到的过热蒸气作为氧化剂供给到所述煤气化炉。
另外，本发明的煤气化及直接还原炼铁系统的特征为，具备：废热锅炉，其在煤基直接还原炼铁工艺中回收从该工艺排出的排气的热；加热器，其设于所述煤基直接还原炼铁工艺中的加热还原炉的排气路径并对从所述废热锅炉生成且排出的蒸气进行过热；及过热蒸气线，其将通过所述加热器得到的过热蒸气作为氧化剂供给到所述煤气化炉。
根据本发明的煤气化及直接还原炼铁系统，相比煤气化炉单独的系统，可以实现煤气化炉的紧凑化，可以增大生成气体的每单位面积的发热量。另外，对于煤基直接还原炼铁系统，通过增加生成气体的发热量，可以降低其消耗量，因此，可以消减在该系统产生的CO2，对节能有贡献。
另外，可以增加两系统内的废热回收量，可以提高两系统内的废热利用效率。
本发明的煤气化及直接还原炼铁系统中，所述加热还原炉由对炭材内装成块物进行加热而进行还原的底式回转炉构成，所述炭材内装成块物含有含氧化铁物质和由煤构成的还原剂。
本发明的煤气化及其直接还原炼铁系统中，所述加热器可以由过热器构成，该过热器将从所述废热锅炉的蒸气鼓排出的蒸气导入烟管内，且向内置有该烟管的壳内导入来自所述加热还原炉的排气，从而将所述烟管内的蒸气进行过热。
本发明的的煤气化及直接还原炼铁系统中，可以设置在所述煤基直接还原炼铁工艺或所述煤气化工艺中连接所述废热锅炉的蒸气鼓和所述加热器入口的蒸气连接线路。
本发明的煤气化及直接还原炼铁系统中，在具有储存由所述煤气化炉生成的生成气体的气罐的情况下，可以从该气罐向所述加热还原炉的燃料供给口供给所述生成气体。
发明效果
根据本发明，可以将在煤气化工艺生成的蒸气通过来自煤基直接还原炼铁工艺的排热进一步加热，作为过热蒸气向煤气化工艺供给，因此，可提高煤气化速度，其结果是煤基直接还原炼铁工艺的热回收量增加，煤气化工艺的设备投资降低，生成气体的每单位体积的发热量提高。
另外，在煤基直接还原炼铁工艺中，由于生成气体的发热量提高，从而可降低能量原单位，并且可降低环境负荷。
另外，可以使两工艺的废热回收率和废热利用率分别提高。
附图说明
图1为表示本发明的煤气化及直接还原炼铁系统的第一实施方式的构成图；
图2为图1所示的第二废热锅炉装置的放大图；
图3为表示本发明的煤气化及直接还原炼铁系统的第二实施方式的构成图。
具体实施方式
下面，基于附图所示的实施方式详细说明本发明。
图1为表示本发明的煤气化及直接还原炼铁系统的第一实施方式的构成图。
在该图中，煤气化及直接还原炼铁系统由组合了执行煤基直接还原炼铁工艺系统A和执行煤气化工艺的系统B的系统构成。
1.执行煤基直接还原炼铁工艺的系统
将含氧化铁物质和煤(还原剂)预混合并成形为颗粒状或块状的成块化物。
在系统A中，将上述成块化物向底式回转炉(加热还原炉)1供给，并在其底式回转炉1上敷设1层或2层，在底式回转炉1内加热至1,250～1,400℃，由此，含氧化铁物质中的氧化铁通过煤被还原而成为金属铁(还原铁或金属粒)，向底式回转炉1外排出。
另外，在底式回转炉1内，由成块化物产生的CO在底式回转炉1内燃烧，作为主要的热源被利用。另外，作为向底式回转炉1内辅助供给的燃料气体可以使用LNG、LPG、COG、柴油、生成气体等。
在还原过程中产生的排气从底式回转炉1经由排气路径1a及1b供给到热交换器2后，进一步向例如冷却器3供给，且在该冷却器3中冷却排气。另外，上述冷却器3也可以由锅炉装置构成，也可以由锅炉装置和冷却器的组合构成。
上述热交换器2中，进行上述排气与空气的热交换，排气被冷却。将加热的空气作为底式回转炉1的例如作为燃烧用空气进行使用。
然后，将从上述冷却器3送出的排气向除尘器4供给，并除去灰尘，经由风扇5从烟囱6向大气放出。
在上述底式回转炉1和上述热交换器2之间设置有作为使蒸气过热的加热器的过热器7。
上述过热器7将从后述的废热锅炉装置16的蒸气鼓排出的蒸气导向烟管内，向内置该烟管的壳内导入来自底式回转炉1的排气，使在上述烟管内流动的蒸气过热。
另外，对于该过热器7的动作，和下面的系统B关联地说明。
2.执行煤气化工艺的系统
在系统B，将作为燃料的煤(微粉炭)向煤气化炉10供给，在该煤气化炉10，通过空气、氧、蒸气等氧化剂使煤部分氧化并气化。
在煤气化炉10生成的约1,000℃的生成气体通过除尘设备11被送向作为气体精制装置的脱硫设备12，由废热锅炉装置13回收排热。
生成气体接着被供给向冷却器14，与空气进行热交换而冷却，储存于气罐15内。
储存于该气罐15内的生成气体(CO，H2等)作为燃料气体被供给到底式回转炉1。
另一方面，从煤气化炉10排出的约1,100℃的排气被供给到第二废热锅炉装置16，且从该第二废热锅炉装置16排出的排气进一步被供给到热交换器17，与空气进行热交换而被冷却。通过热交换而加热的空气作为煤气化炉10的燃烧用空气或氧化剂使用。
上述第二废热锅炉装置16作为回收从煤气化炉10排出的排气的热的废热锅炉起作用。
从上述热交换器17送出的排气接着被供给到除尘器18除去灰尘，经由风扇19从烟囱20放出到大气中。
3.用于使系统A和系统B协动的构成
图2是上述第二废热锅炉装置16的放大图。
同图中，煤气化炉10(参照图1)经由排气管21与第二废热锅炉装置16的废热回收锅炉16a连接。
在废热回收锅炉16a内以“之”字形配置有传热管16b，从蒸气鼓16c经由循环管16d及循环泵16e向上述传热管16b的入口给水。
如果从蒸气鼓16c向传热管16b给水，水在传热管16b内蒸发，则蒸气通过蒸气管16f返回蒸气鼓16c。
通过蒸气鼓16c进行气液分离，蒸气通过蒸气连接线路22被供给到上述的过热器7(参照图1参照)。
另外，蒸气连接线路22将蒸气鼓16c和过热器7的烟管入口(加热器入口)连接。
过热器7如之前说明，使蒸气过热，将上升到600℃的过热蒸气通过过热蒸气管23作为氧化剂供给到煤气化炉10(参照图1)。另外，如上所述，在煤气化炉10生成且储存于气罐15内的生成气体作为燃料气体被供给到底式回转炉1。由此，两系统协动。
在现有的直接还原炼铁工艺中，由于在同系统内不能使用蒸气，所以即使排气显热由蒸气回收，也不能有效地活用，例如也考虑使用蒸气涡轮机的发电，但考虑到蒸气涡轮机的发电效率时，经济上的优点小。
与之相对，本发明中，利用通过直接还原炼铁工艺得到的高温的排气将通过煤气化工艺得到的蒸气制成过热蒸气，向煤气化炉供给，由于如上构成，所以在煤气化工艺中可提高煤气化速度，由于可以减小煤气化炉，所以可以降低设备投资。
另外，在进行煤气化时，可降低蒸气使用量，因此，可提高生成气体中的发热量(每单位体积)，可以降低在直接还原炼铁工艺中消耗的本生成气体量。
另外，实现两系统的废热回收率的提高、和系统内的利用率提高。
图3是表示本发明的煤气化及直接还原炼铁系统的第二实施方式的构成图。
另外，同图中与图1相同的构成要素标注同一符号，省略其说明。
图3所示的制造系统与图1所示的制造系统的不同点是蒸气对于煤气化炉的供给路径。
在系统A中，在热交换器2的下游侧设有废热锅炉3′，通过蒸气回收通过煤基直接还原炼铁工艺产生的排气的热。
由该废热锅炉3′得到的蒸气被导向过热器7而过热，过热的过热蒸气通过过热蒸气管23，作为氧化剂被供给到煤气化炉10。
在图3的制造系统中，从底式回转炉1排出的排气如从煤气化炉10排出的排气那样不含焦油，因此，不需要除去焦油，可以将其供给到废热锅炉3′并作为蒸气回收，具有可以作为气化剂供给到煤气化炉10的优点。
另外，通常作为向煤气化炉供给的气化剂，氧气、空气是主流的，使用比空气纯的氧气可以进一步提高气化的效率。因此，也存在煤气化炉中并设有氧制造装置的系统，但在设置氧制造装置的情况下，需要向其装置供给电力，由煤气化发电系统系内的涡轮机得到的电力的一部分在上述氧制造装置中被消耗。因此，从包含氧制造装置的系统整体考虑，未必能说能量转换效率高。
与之相对，本发明中，着眼于可简单得到且容易操作的蒸气作为气化剂，利用由直接还原炼铁工艺得到的高温排气使由煤气化工艺得到的气体的难以高温化的蒸气成为过热蒸气，或者使由直接还原炼铁工艺得到的蒸气在该系统内成为过热蒸气，向煤气化炉供给，因此，可以实现不需要氧制造装置的能量转换效率高的系统。
另外，参照附图并与优选的实施方式充分说明了本发明，但对于该技术领域的熟练者而言，可以增加各种变形及修正进行实施，这样的变形及修正只要不脱离本发明的课题解决思想的范围，则应理解为包含于本发明的技术范围。
工业上的可利用性
本发明可以利用于使用煤气化复合发电等煤气化工艺、底式回转炉及窑炉等制作还原铁及金属粒的煤基直接还原炼铁工艺。
符号说明
1底式回转炉(加热还原炉)
1a、1b排气路径
2热交换器
3冷却器
4除尘器
5风扇
6烟囱
7过热器(加热器)
10煤气化炉
11除尘设备
12脱硫设备
13废热锅炉装置
14冷却器
15气罐
16第二废热锅炉装置(废热锅炉)
16a废热回收锅炉
16b传热管
16c蒸气鼓
16d循环管
16e循环泵
16f蒸气管
17热交换器
18除尘器
19风扇
20烟囱
21排气管
22蒸气连接线路
23过热蒸气管

Claims (9)

1.一种煤气化及直接还原炼铁法，其特征在于，
将在煤气化工艺中排出的排气的热通过该工艺内的废热锅炉进行回收，并将通过该废热锅炉生成且排出的蒸气导入设于煤基直接还原炼铁工艺的排气路径的加热器，由此进行过热，将由过热得到的过热蒸气作为氧化剂向所述煤气化工艺的煤气化炉进行供给。
2.如权利要求1所述的煤气化及直接还原炼铁法，其特征在于，将在所述煤气化工艺中生成的生成气体作为燃料向所述煤基直接还原炼铁工艺的加热还原炉供给。
3.一种煤气化及直接还原炼铁法，其特征在于，将在煤基直接还原炼铁工艺中排出的排气的热通过其工艺内的废热锅炉回收，并将通过该废热锅炉生成且排出的蒸气导入设于所述煤基直接还原炼铁工艺中的排气路径的加热器，由此进行过热，将通过过热而得到的过热蒸气作为氧化剂供给到煤气化工艺的煤气化炉。
4.一种煤气化及直接还原炼铁系统，其特征在于，具有：
废热锅炉，其回收从煤气化炉排出的排气的热；
加热器，其设于煤基直接还原炼铁工艺中的加热还原炉的排气路径，并将由所述废热锅炉生成且排出的蒸气进行过热；及
过热蒸气线，其将通过所述加热器得到的过热蒸气作为氧化剂供给到所述煤气化炉。
5.一种煤气化及直接还原炼铁系统，其特征在于，具有：
废热锅炉，其在煤基直接还原炼铁工艺中回收从该工艺排出的排气的热；
加热器，其设于所述煤基直接还原炼铁工艺中的加热还原炉的排气路径并对从所述废热锅炉生成且排出的蒸气进行过热；及
过热蒸气线，其将通过所述加热器得到的过热蒸气作为氧化剂供给到所述煤气化炉。
6.如权利要求4或5所述的煤气化及直接还原炼铁系统，其特征在于，所述加热还原炉由对炭材内装成块物进行加热而进行还原的底式回转炉构成，所述炭材内装成块物含有含氧化铁物质和由煤构成的还原剂。
7.如权利要求4或5所述的煤气化及直接还原炼铁系统，其特征在于，所述加热器由过热器构成，该过热器将从所述废热锅炉的蒸气鼓排出的蒸气导入烟管内，且向内置有该烟管的壳内导入来自所述加热还原炉的排气，从而将所述烟管内的蒸气进行过热。
8.如权利要求4或5所述的煤气化及直接还原炼铁系统，其特征在于，设有在所述煤基直接还原炼铁工艺或所述煤气化工艺中连接所述废热锅炉的蒸气鼓和所述加热器入口的蒸气连接线路。
9.如权利要求4或5所述的煤气化及直接还原炼铁系统，其特征在于，具有储存由所述煤气化炉生成的生成气体的气罐，从该气罐向所述加热还原炉的燃料供给口供给所述生成气体。
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