CN104805248A - 用于煤基球团还原的装置与方法 - Google Patents

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刘功国
秦洁
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Abstract

本发明公开了一种用于煤基球团还原的装置与方法，燃气炉窑通过气体燃烧产生高温烟气，高温烟气在混气室内通过还原气管道配入适量煤气、H2、天然气、还原尾气的一种或任意组合，调整气氛及温度，得到O2体积含量0％-2％、(CO+H2)体积含量不作特殊要求、温度1050℃-1380℃的满足竖炉还原及加热要求的高温烟气，高温烟气通过炉体进风总管输送进入竖炉内，并从下至上逆流方式直接加热并还原煤基球团。解决了还原竖炉设备特性导致的还原气制备系统复杂、还原气中CO、H2含量要求高的工艺设备缺陷。

Description

用于煤基球团还原的装置与方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种用于煤基球团还原的装置与方法。
背景技术
随着资源的日趋紧张，特别是高品质含铁原料和炼焦用煤的稀缺，传统高炉流程钢铁企业的生存和发展受到了很大的挑战。而资源限制性小、灵活性大、流程短的非高炉炼铁技术则受到越来越多的关注和重视。近几年，由于竖炉具有的工艺和设备特点，逐步受到炼铁界的重视，将其应用于氧化球团、铁矿石甚至于煤基球团直接还原的生产，获得了快速发展。
用于生产的竖炉直接还原法中，仅KM法用煤做还原剂，采用外热式间接加热铁矿石的方法生产直接还原铁，这种方式在内部结构上划分为燃烧室和焙烧室，燃烧室和焙烧室相邻，被耐火材料隔开，燃料在燃烧室氧化燃烧，产生的热量通过隔墙传导给焙烧室，物料在焙烧室煅烧。其他竖炉法都用天然气或焦炉煤气先在制气炉中裂解制成以CO和H2为主的高温还原气，热还原气进入竖炉加热和还原铁矿石。热还原气从竖炉的还原区下部进入竖炉，与从上向下的铁矿石逆流运行。还原气和铁矿石能很好地进行热交换和还原反应。还原好的直接还原铁在竖炉下部的冷却区，用冷却气进行直接还原铁的冷却。
为保证还原效果和还原过程顺行，竖炉还原气中CO与H2合计体积含量通常达到85％甚至更高，还原气温度通常低于1200℃。这些将导致裂解制气关键系统复杂，还原时间也通常达到4h以上。
因此，基于竖炉还原的还原气制备系统复杂性和还原过程时间过长等问题，有必要进行相关设备改进，解决、简化或取消复杂的制气关键系统，缩短还原时间，降低对还原气中CO、H2含量要求等。
发明内容
本发明提供一种用于煤基球团还原的装置与方法，其所要解决的技术问题是还原竖炉设备特性导致的还原气制备系统复杂、还原气中CO、H2含量要求高的工艺设备缺陷，或者是通过隔墙传导热给还原室物料的间接加热结构复杂、热效率不高的设备缺陷。
考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：
一种用于煤基球团还原的装置，它包括燃气炉窑、混气炉、高温气体输送管道和竖炉，所述燃气炉窑通过管道与所述混气炉连接，所述混气炉通过高温气体输送管道与所述竖炉连接；所述混气炉上连接有还原气管道，所述竖炉内设置炉体进风总管。
为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：
根据本发明的一个实施方案，所述燃气炉窑是一种选自烟气炉、燃烧炉或焚烧炉的可以实施密闭燃烧的炉窑。
根据本发明的另一个实施方案，所述还原气管道作为燃气炉窑充分燃烧条件下的补充调整措施，若燃气炉窑在未充分燃烧下，即氧气不足条件下燃烧生成的高温烟气O2含量≤2％，可以取消还原气管道。
本发明还可以是：
一种煤基球团还原方法，它包括：燃气炉窑通过燃料燃烧产生高温烟气，高温烟气在混气炉内通过还原气管道配入适量选自一种或几种的煤气、H2、天然气或还原尾气，调整气氛及温度，得到O2体积含量0％-2％、(CO+H2)体积含量不作特殊要求、温度1050℃-1380℃的满足竖炉还原及加热要求的高温烟气，高温烟气通过炉体进风总管输送进入竖炉内，并从下至上逆流方式直接加热并还原煤基球团。
根据本发明的另一个实施方案，所述燃气炉窑内采用的燃料是一种或几种选自煤气、天然气、沼气或煤粉。
根据本发明的另一个实施方案，若燃气炉窑在未充分燃烧下，即氧气不足条件下燃烧生成的高温烟气O2含量≤2％，则取消在混气炉内通入所述选自一种或几种的煤气、H2、天然气或还原尾气。
根据本发明的另一个实施方案，煤基球团采用铁精矿与煤混合外加高效粘接剂高压形成。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：
本发明的一种用于煤基球团还原的装置与方法，解决了还原竖炉设备特性导致的还原气制备系统复杂、还原气中CO、H2含量要求高的工艺设备缺陷，或者是通过隔墙传导热给还原室物料的间接加热结构复杂、热效率不高的设备缺陷。本专利申请根据上述竖炉设备缺陷，完全取消传统CO、H2还原气制备系统或者完全改变KM法热量通过隔墙传导给还原室的设备模式，提出了采用燃气炉窑提供中性或弱还原性高温烟气后再输送入竖炉的方式，利用烟气逆流提供给煤基球团反应所需要的温度，利用煤基球团的自还原原理及布多尔反应，实现球团直接还原过程，最终获得高金属化率球团。
附图说明
为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。
图1示出了根据本发明一个实施例的用于煤基球团还原的装置结构示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－燃气炉窑，2－混气炉，3－还原气管道，4－高温气体输送管道，5－竖炉，6－冷却区，7－炉体进风总管。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种用于煤基球团还原的装置，它包括燃气炉窑1、混气炉2、高温气体输送管道4和竖炉5，所述燃气炉窑1通过管道与所述混气炉2连接，所述混气炉2通过高温气体输送管道4与所述竖炉5连接；所述混气炉2上连接有还原气管道3，所述竖炉5内设置炉体进风总管7，炉体进风总管7可与高温气体输送管道4连接，所述竖炉5下部为冷却区6。相对现有技术来说，即竖炉5本体结构可以不发生改变，取消还原气制备系统，与还原气制备系统相连的炉体进风总管7改与高温气体输入管道4连通，高温气体输送管道4与混气室2及燃气炉窑1分别连通为一整体。
其中，燃气炉窑1可以是一种选自烟气炉、燃烧炉或焚烧炉等可以实施密闭燃烧的炉窑。
以及还原气管道3作为燃气炉窑1充分燃烧条件下的补充调整措施，若燃气炉窑1在未充分燃烧下，即氧气不足条件下燃烧生成的高温烟气O2含量≤2％，可以取消还原气管道3。
实施例2
一种煤基球团还原方法，它包括：燃气炉窑1通过燃料燃烧产生高温烟气，高温烟气在混气炉2内通过还原气管道3配入适量选自一种或几种的煤气、H2、天然气或还原尾气，调整气氛及温度，得到O2体积含量0％-2％、(CO+H2)体积含量不作特殊要求、温度1050℃-1380℃的满足竖炉还原及加热要求的高温烟气，高温烟气通过炉体进风总管7输送进入竖炉5内，并从下至上逆流方式直接加热并还原煤基球团。
燃气炉窑1内采用的燃料是一种或几种选自煤气、天然气、沼气或煤粉。优选为煤气或煤粉等，助燃空气富氧与否均可，预热后效果更佳。
若燃气炉窑1在未充分燃烧下，即氧气不足条件下燃烧生成的高温烟气O2含量≤2％，则取消在混气炉2内通入所述选自一种或几种的煤气、H2、天然气或还原尾气。
煤基球团可采用铁精矿与煤混合外加高效粘接剂高压形成，其具有良好的生球抗压能力。
进一步的，在上述条件下，高温烟气进入竖炉中下部并上升流动过程中，与煤基球团直接接触，球团加热条件良好，可以满足还原所需温度的要求。
高温烟气在竖炉还原过程中，利用煤基球团的直接还原反应以及布多尔反应，充分利用高温烟气中存在的CO2与煤基球团中碳气化生产CO，为煤基还原提供良好的还原条件，含有少量CO的还原尾气可进行余热利用预热煤基球团等后燃烧排放，或返回燃气炉窑1或还原气管道3循环利用。
若对煤基球团进行预热后入炉，在烟气供热温度较高条件下，竖炉内球团还原时间可缩短至1-3h。
高温烟气可不特定由本发明申请指定的燃气炉窑1产生，可为冶金、化工等行业产生的高温废热烟气，所述煤基球团不限定于铁精矿的含碳球团。
实施例3
按实施步骤项改进2.5m3竖炉设备，取消还原气制备系统，未设置混气室还原气管道条件下，燃料炉窑内采用喷吹煤粉燃烧产生中性高温烟气，烟气O2体积含量0.4％、温度1052℃，还原时间3h，竖炉生产出金属化率61％的金属化球团。
实施例4
按实施步骤项改进2.5m3竖炉设备，取消还原气制备系统，设置混气室还原气管道并补吹少量煤气条件下，燃料炉窑内采用喷吹混合煤气燃烧产生O2体积含量1.0％、温度1294℃高温烟气，还原时间1.5h，竖炉生产出金属化率84％的金属化球团。
实施例5
按实施步骤项改进2.5m3竖炉设备，取消还原气制备系统，设置混气室还原气管道并补吹少量竖炉还原尾气条件下，燃料炉窑内采用喷吹混合焦炉燃烧产生O2体积含量1.8％、温度1374℃高温烟气，还原时间1h，竖炉生产出金属化率90％的金属化球团。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (7)

1.一种用于煤基球团还原的装置，其特征在于它包括燃气炉窑(1)、混气炉(2)、高温气体输送管道(4)和竖炉(5)，所述燃气炉窑(1)通过管道与所述混气炉(2)连接，所述混气炉(2)通过高温气体输送管道(4)与所述竖炉(5)连接；所述混气炉(2)上连接有还原气管道(3)，所述竖炉(5)内设置炉体进风总管(7)。
2.根据权利要求1所述的用于煤基球团还原的装置，其特征在于所述燃气炉窑(1)是一种选自烟气炉、燃烧炉或焚烧炉的可以实施密闭燃烧的炉窑。
3.根据权利要求1或2所述的用于煤基球团还原的装置，其特征在于所述还原气管道(3)作为燃气炉窑(1)充分燃烧条件下的补充调整措施，若燃气炉窑(1)在未充分燃烧下，即氧气不足条件下燃烧生成的高温烟气O2含量≤2％，取消还原气管道(3)。
4.一种使用权利要求1-3任一项所述装置的煤基球团还原方法，其特征在于它包括：燃气炉窑(1)通过燃料燃烧产生高温烟气，高温烟气在混气炉(2)内通过还原气管道(3)配入适量选自一种或几种的煤气、H2、天然气或还原尾气，调整气氛及温度，得到O2体积含量0％-2％、(CO+H2)体积含量不作特殊要求、温度1050℃-1380℃的满足竖炉还原及加热要求的高温烟气，高温烟气通过炉体进风总管(7)输送进入竖炉(5)内，并从下至上逆流方式直接加热并还原煤基球团。
5.根据权利要求4所述的煤基球团还原方法，其特征在于所述燃气炉窑(1)内采用的燃料是一种或几种选自煤气、天然气、沼气或煤粉。
6.根据权利要求4或5所述的煤基球团还原方法，其特征在于若燃气炉窑(1)在未充分燃烧下，即氧气不足条件下燃烧生成的高温烟气O2含量≤2％，则取消在混气炉(2)内通入所述选自一种或几种的煤气、H2、天然气或还原尾气。
7.根据权利要求4所述的煤基球团还原方法，其特征在于煤基球团采用铁精矿与煤混合外加高效粘接剂高压形成。
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