CN102337362A - 一种炼铁工艺中输出煤气的循环使用方法 - Google Patents

Abstract

一种炼铁工艺中输出煤气的循环使用方法，终还原反应器的发生煤气经热旋风除尘，其中部分发生煤气进入预还原反应器作为还原煤气利用；另一部分发生煤气再经除尘、脱水、冷却及二次除尘，一部分作为过剩煤气与预还原反应器产生的顶煤气混合形成输出煤气，另一部分作为冷煤气，经过加压通过冷煤气线路与发生煤气混合；冷煤气线路中还设一旁通支路与过剩煤气线路连接，将多余的冷煤气经过旁通支路从过剩煤气线路排出；输出煤气经加压及变压吸附脱出CO₂后输送进入冷煤气线路，与发生煤气混合，使发生煤气降温后作为还原煤气进入预还原反应器使用。本发明根据炉况和熔炼率不稳定的特点，最大限度的降低燃料比和工厂能源消耗，灵活切换煤气线路工作模式。

Description

一种炼铁工艺中输出煤气的循环使用方法

技术领域

本发明涉及两段法炼铁工艺，特别涉及一种炼铁工艺中输出煤气的循环使用方法，可针对某种具体流程在降低燃料比、操作参数变化时的煤气线路实现灵活切换。

背景技术

两段法熔融还原工艺，包括气基预还原和终还原熔炼两个过程。气基预还原过程使用高温煤气将块状天然块矿以及球团矿预热和预还原，预还原装置为传统的单个反应器；终还原熔炼是将预还原的产品进行终还原并且熔炼最终成为铁水，同时通过燃烧等反应生成煤气，供预还原使用，终还原反应器也是单个反应装置。

随着工艺炉况的改善，燃料比(冶炼一吨铁消耗的煤+焦炭)不断降低，产气量下降，当熔炼率(生产效率)为140t/h，燃料比(不含水分)低于900kg/tHM时，过剩煤气量(终还原反应器每小时生产气量-预还原每小时消耗气量)低于10000Nm³/h，且波动较大，导致工艺系统压力(终还原容器拱顶的压力)波动频率增加。燃料比如果进一步降低，终还原的产气量低于预还原的需气量，不能满足预还原容器的工作参数，这些问题阻碍了进一步降低燃料比。

经调查研究知，韩国浦项公司的FINEX熔融还原流程也包括预还原和终还原两个过程，FINEX采用四级流化装置将粉状铁矿石进行预热预还原，然后在高温状态下压成大小均匀的块状，热压块经过中间仓进入终还原装置，进行终还原和熔炼，最终成为铁水；终还原装置在冶炼铁水的时燃烧碳素燃料产生煤气供预还原装置使用。FINEX在降低燃料比的过程中也存在煤气不足的问题，为了克服此问题，FINEX将输出煤气返回后加压，变压吸附脱除CO₂，重新返回预还原反应器使用，弥补了终还原反应器的产气量不足，确保预还原反应器的工作效率。

FINEX将输出煤气返回处理后，作为冷煤气兑入发生煤气，控制还原煤气温度在某一特定值，这种循环煤气补充了发生煤气量，保证了预还原装置需要的煤气量。由于冷煤气兑入发生煤气后的温度低(700℃左右)，冷煤气添加量大。FINEX工艺的冷煤气添加量大于输出煤气循环量，因此，依靠输出煤气循环作为冷煤气添加量是不够的，必须打开冷煤气压缩机线路，通过监控还原煤气温度，调整旁通阀开度，来控制冷煤气添加量。由于FINEX流化床的煤气流量大，燃料比低且稳定，终还原装置的发生煤气量总是保持稳定较低，而还原煤气量不仅供给预还原反应器，还要供给中间加料仓，因此FEINEX流程的还原煤气总是大于产气量，工厂生产时，输出煤气循环路线一直处于工作状态。

根据流程，FINEX冷煤气添加量的计算公式如下：

GG×(1050+273)+(CG+ERG)×(273+25)＝GG×(700+273)+(CG+ERG)×(700+273)即：GG×350＝(CG+ERG)×675

最终为： $\frac{\mathrm{CG}+\mathrm{ERG}}{\mathrm{GG}}=\frac{350}{675}$

其中：GG-发生煤气量；

CG-冷煤气添加量；

ERG-输出煤气返回量；(以上公式中忽略了各种煤气成分的比热容，默认为相同。)

当FINEX的燃料比稳定在700kg/tHM左右时，熔炼率为180t/h，则发生煤气量为232000Nm³/h，CG+ERG经计算大致为120000Nm³/h，输出煤气返回量ERG恒定为某值，且小于120000Nm³/h，这意味着工厂工作时，冷煤气压缩机线路始终保持打开状态。

熔融还原工艺的炉况波动决定了燃料比不稳定，燃料比高时，还原煤气量充分，输出煤气循环线路关闭；燃料比低时，还原煤气量短缺，输出煤气循环线路打开。另外，熔融还原工艺生产时，冷煤气添加量取决于发生煤气量和还原煤气温度，还原煤气设定温度相对FINEX高，冷煤气添加量相对较少。当燃料比低，熔炼率低时，发生煤气量低，冷煤气添加量就更少。因此，当输出煤气循环线路打开时(燃料比低)，熔炼率低时，冷煤气添加量小于输出煤气循环量，则关闭冷煤气线路，用输出煤气循环量取代冷煤气添加；熔炼率高时，冷煤气添加量大于输出煤气循环量，则要打开冷煤气线路；

熔融还原流程的冷煤气添加量计算公式为：

GG×(1050+273)+(CG+ERG)×(25+273)＝GG×(830+273)+(CG+ERG)×(830+273)

即：GG×200＝(CG+ERG)×805

最终为： $\frac{\mathrm{CG}+\mathrm{ERG}}{\mathrm{GG}}=\frac{200}{805}$

当熔融还原工艺的燃料比为700kg/tHM，熔炼率为120t/h时，输出煤气循环线路打开，发生煤气量大约为155000Nm³/h，冷煤气添加量为40000Nm³/h，输出煤气返回值为某一恒定值且大于40000Nm³/h，则冷煤气压缩机线路关闭；当燃料比为700kg/tHM，熔炼率为180t/h时，输出煤气循环线路打开，发生煤气量大约为232000Nm³/h，则冷煤气添加量为58000Nm³/h，输出煤气返回值为某一恒定值且小于58000Nm³/h，则冷煤气压缩机线路打开。

与FINEX比较，熔融还原工艺具有的特点：

由于炉况不稳定，燃料比变化较大，发生煤气量变化大，输出煤气循环线路处于时开时关的状态；

当输出煤气循环线路工作时，熔炼率调整决定了冷煤气添加量线路时开时关。

发明内容

本发明的目的在于提供一种炼铁工艺中的煤气循环方法，根据炉况和熔炼率不稳定的特点，最大限度的降低燃料比和工厂能源消耗，灵活切换煤气线路工作模式。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种炼铁工艺中输出煤气的循环使用方法，终还原反应器的发生煤气经热旋风除尘，其中的部分发生煤气进入预还原反应器作为还原煤气利用；另一部分发生煤气经除尘、冷却、脱水及二次除尘，除尘后其中的一部分作为过剩煤气与预还原反应器产生经除尘、冷却、脱水、二次除尘后的顶煤气混合形成输出煤气；另一部分作为冷煤气，经过第一加压机加压，从冷煤气线路返回，与终还原反应器的发生煤气混合，降低发生煤气的温度；冷煤气线路中，第一加压机输出端还设一旁通支路与过剩煤气线路连接；预还原反应器产生的输出煤气经过第二加压机加压，及变压吸附脱出CO₂后输送进入冷煤气线路，和原有经加压的冷煤气混合后一起成为冷煤气，然后其中部分冷煤气再与发生煤气混合，降温后经过热旋风进入预还原反应器，作为还原煤气重复使用，其他多余冷煤气从旁通支路返回，从过剩煤气线路排出。

进一步，冷煤气线路中，第一加压机和旁通支路之间设第一切断阀；预还原反应器的输出煤气返回线路中在第二加压机之前设第二切断阀，变压吸附脱出CO₂后的输出煤气接入旁通支路和第一切断阀之间的冷煤气线路，旁通支路中设旁通阀。

当燃料比降低，发生煤气低于还原煤气量时，打开输出煤气返回线路的第二切断阀，关闭冷煤气线路中的第一切断阀，输出煤气返回量经过加压机的流量设定为30000-100000Nm³/h，通过热旋风后的热电偶显示值与设定值的差距来调节旁通阀开度，可实现发生煤气量变化引起的冷煤气添加量调整，多余冷煤气经过旁通阀后作为过剩煤气排出。

另外，当终还原反应器炉况不好，燃料比升高时，发生煤气量大于还原煤气量，关闭输出煤气返回线路的第二切断阀，打开冷煤气线路的第一切断阀。

本发明使得煤气路线不处于单一固定的模式，在输出煤气循环线路安装切断阀。低燃料比，煤气短缺的情况下，打开煤气循环的切断阀，输出煤气循环处理后进入冷煤气线路，作为冷煤气添加降低发生煤气的温度至850℃左右；高熔炼率条件下，当循环煤气量小于冷煤气添加量时，打开原有冷煤气线路的切断阀，保持冷煤气加压机工作，通过冷煤气旁通阀开度调整冷煤气添加量；低熔炼率条件下，当循环煤气量远大于冷煤气添加量时，为了降低能源消耗，关闭原来冷煤气线路的切断阀，使用输出煤气返回量充当冷煤气，添加入发生煤气，以降低发生煤气温度。输出煤气循环回来后，其进入发生煤气的量仍然通过旁通阀的开度进行调整，多余部分经旁通支路返回，从过剩煤气线路排出。

当炉况出现恶化，燃料比升高时，发生煤气量相应升高，发生煤气量大于还原煤气量时，为了降低能源消耗，关闭输出煤气循环线路的切断阀，打开冷煤气线路的切断阀，整个煤气循环线路恢复至原来的运行状态。

本发明的有益效果

本发明通过煤气线路的切换设计，实现了工作时，输出煤气循环线路可以灵活开关，不影响稳定生产；当输出煤气循环线路打开时，冷煤气添加线路也可以灵活开关，不影响稳定生产；除了降低能源消耗外，每种模式工作时，均可通过旁通阀的开度控制还原温度；两种煤气线路的切换，均可保证过剩煤气量充沛，稳定工厂压力。

附图说明

图1为本发明煤气路线的示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的炼铁工艺中输出煤气的循环使用方法，终还原反应器1的发生煤气G1经热旋风除尘2，其中的部分发生煤气进入预还原反应器3作为还原煤气G2利用，另一部分发生煤气经冷却除尘脱水4及二次除尘5，其中的一部分作为过剩煤气G3与预还原反应器3产生、经除尘冷却脱水6、二次除尘7后的顶煤气混合形成输出煤气G4；另一部分作为冷煤气G5，经过再次除尘15及第一加压机8加压，从冷煤气线路L1返回，与终还原反应器1的发生煤气G1混合，降低发生煤气G1的温度；

冷煤气线路L1中，第一加压机8输出端还设一旁通支路9与过剩煤气G3线路L3连接；

输出煤气G4经过第二加压机10加压，及变压吸附脱出CO₂11后输送进入冷煤气线路L1，和原有经加压的冷煤气G5混合，之后再与发生煤气G1混合，降低发生煤气G1温度，经热旋风2后除尘，进入预还原反应器，作为还原煤气G1使用；其余部分经旁通支路9返回，从过剩煤气G3线路L3排出。

进一步，冷煤气线路L1中，第一加压机8和旁通支路9之间设第一切断阀12；预还原反应器3的输出煤气返回线路L4中在第二加压机10之前设第二切断阀13，变压吸附脱出CO₂11后的输出煤气接入旁通支路9和第一切断阀12之间的冷煤气线路L1；旁通支路9中设旁通阀14。

又，当燃料比降低，发生煤气低于还原煤气量时，打开输出煤气返回线路的第二切断阀13，关闭冷煤气线路中的第一切断阀12，输出煤气返回量经过加压机的流量设定为恒定值500000Nm³/h，通过热旋风2后的热电偶显示值与设定值的差距来调节旁通阀14开度，可实现发生煤气量变化引起的冷煤气添加量调整，多余冷煤气经过旁通阀14后作为过剩煤气排出。

当终还原反应器炉况不好，燃料比升高时，发生煤气量大于还原煤气量，关闭输出煤气返回线路的第二切断阀13，打开冷煤气线路的第一切断阀12。

为了保证循环煤气能够进入冷煤气管道，循环煤气加压机--第二加压机10的压力必须高于冷煤气管道压力，工厂压力设定范围为300-400kPa，冷煤气加压机--第一加压机8的压力设定为400kPa，循环煤气加压机--第二加压机10压力设定为420kPa比较合适。

熔炼率为180t/h，燃料比700kg/tHM左右时，终还原反应器的发生煤气量为230000-240000Nm³/h左右，预还原反应器的还原煤气需求在270000-280000Nm³/h，因此，煤气量欠缺的最高值为50000Nm³/h。输出煤气循环的最大需求量在30000-50000Nm³/h。为了保证工厂稳定运行，将输出煤气循环量额定值设定为50000Nm³/h。经计算，过剩煤气量为10000-20000Nm³/h。

实施例1

高熔炼率(180t/h)，低燃料(700kg/tHM)比条件下，发生煤气量240000Nm³/h左右，预还原需要煤气270000-280000Nm³/h，需要开启输出煤气线路，冷煤气添加量为60000Nm³/h左右，输出煤气循环量小于冷煤气添加量，打开冷煤气线路切断阀，开启冷煤气加压机，冷煤气流量为50000Nm³/h，总的冷煤气量为输出煤气循环量加上冷煤气量，大约为100000Nm³/h，这些冷煤气除了满足冷煤气添加以外，多余的40000Nm³/h经旁通阀返回。通过调整旁通阀开度来调整冷煤气添加量，保证兑入后的整体煤气温度在850℃左右，以满足预还原反应器还原煤气的温度要求。

实施例2

熔炼率低(120t/h)，燃料比低(700kg/tHM)的情况下，发生煤气量为160000Nm³/h左右，预还原需要煤气183000Nm³/h，开启输出煤气循环线路，冷煤气添加量大约为40000Nm³/h，输出煤气循环量大于冷煤气添加量，为了节省电耗，关闭冷煤气压缩机，关闭冷煤气线路的切断阀，冷煤气总量由输出煤气循环提供，除了满足冷煤气添加外，多余冷煤气经旁通阀从过剩煤气排出。此模式仍通过调整旁通阀开度来调整冷煤气添加量，保证兑入后煤气的温度在850℃。

实施例3

当燃料比大于850kg/tHM时，终还原煤气量大于等于预还原煤气用量，终还原的产气量满足预还原的煤气需求，不需要开启输出煤气循环线路。因此，关闭输出煤气循环线路的切断阀，打开冷煤气线路切断阀，开启冷煤气加压机。

综上所述，随着终还原反应器燃料质量及操作改善，燃料比及焦比很大幅度下降，终还原反应器产生的煤气量不能满足预还原反应器还原需要的煤气量，这一问题将会越来越突出。为了解决煤气短缺问题，本发明将部分输出煤气返回，经处理后兑入发生煤气，可满足预还原反应器的煤气需求，解决终还原反应器降低燃料比的阻扰因素。燃料比(吨铁的煤耗加上焦炭消耗)随着炉况波动，而且熔炼率(生产效率)也随着市场需求波动。当这些参数发生变化时，新的煤气管线灵活切换，实现不同的工作模式，可最大限度降低能源消耗。

Claims (4)

1.一种炼铁工艺中输出煤气的循环使用方法，终还原反应器的发生煤气经热旋风除尘，其中的部分发生煤气进入预还原反应器作为还原煤气利用；另一部分发生煤气经除尘、冷却、脱水及二次除尘，除尘后其中的一部分作为过剩煤气与预还原反应器产生经除尘、冷却、脱水、二次除尘后的顶煤气混合形成输出煤气；另一部分作为冷煤气，经过第一加压机加压，从冷煤气线路返回，与终还原反应器的发生煤气混合，降低发生煤气的温度；

冷煤气线路中，第一加压机输出端还设一旁通支路与过剩煤气线路连接；

预还原反应器产生的输出煤气经过第二加压机加压，及变压吸附脱出CO₂后输送进入冷煤气线路，和原有经加压的冷煤气混合后一起成为冷煤气，然后其中部分冷煤气再与发生煤气混合，降温后经过热旋风进入预还原反应器，作为还原煤气重复使用，其他多余冷煤气从旁通支路返回，从过剩煤气线路排出。

2.如权利要求1所述的炼铁工艺中输出煤气的循环使用方法，其特征是，冷煤气线路中，第一加压机和旁通支路之间设第一切断阀；预还原反应器的输出煤气返回线路中在第二加压机之前设第二切断阀，变压吸附脱出CO₂后的输出煤气接入旁通支路和第一切断阀之间的冷煤气线路；旁通支路中设旁通阀。

3.如权利要求2所述的炼铁工艺中输出煤气的循环使用方法，其特征是，当燃料比降低，发生煤气低于还原煤气量时，打开输出煤气返回线路的第二切断阀，关闭冷煤气线路中的第一切断阀，输出煤气返回量经过加压机的流量设定为30000-100000Nm³/h，通过热旋风后的热电偶显示值与设定值的差距来调节旁通阀开度，可实现发生煤气量变化引起的冷煤气添加量调整，多余冷煤气经过旁通阀后作为过剩煤气排出。

4.如权利要求2所述的炼铁工艺中输出煤气的循环使用方法，其特征是，当终还原反应器炉况不好，燃料比升高时，发生煤气量大于还原煤气量，关闭输出煤气返回线路的第二切断阀，打开冷煤气线路的第一切断阀。

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