CN104870659B - 铁水制造设备及铁水制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一方面的一种铁水制造设备，包括：铁矿石还原炉，其用于装入铁矿石并通入还原气体，以生产还原铁；熔炼气化炉，其用于填充煤炭并装入在被还原后从铁矿石还原炉排出的还原铁，以生产铁水和要提供到铁矿石还原炉的还原气体；气体净化过滤器型还原炉，其用于装入烧结矿并通入在对铁矿石进行还原后从铁矿石还原炉排出的工艺气体，以对烧结矿进行还原；微细粉尘去除设备，其用于在气体净化过滤器型还原炉中还原以及排出的已还原的烧结矿去除粉尘；以及氧化燃烧炉，其用于装入去除掉粉尘的已还原的烧结矿，然后使所述烧结矿与空气一起燃烧，以使已还原的烧结矿氧化。

Description

铁水制造设备及铁水制造方法
技术领域
本发明涉及一种铁水制造设备及铁水制造方法。更具体地，本发明涉及一种利用介质循环工艺来处理烟气的铁水制造设备及铁水制造方法。
背景技术
电力生产主要依赖化石燃料，尤其是利用煤炭燃烧产生的热进行发电始于19世纪末英国的帕森斯发明的现代蒸汽轮机。
蒸汽轮机通过将煤炭、空气或者蒸汽在锅炉反应器内燃烧而产生热量，并通过将热量回收转换成蒸汽来产生电力。然而，尽管蒸汽轮机在电力生产方式中占绝大多数但效率较低，因此，利用蒸汽轮机的发电被开发成复合发电，该复合发电将经煤炭气而去除掉例如灰份(ash)的污染物的高温净化气依次用于燃气轮机和蒸汽轮机。
在这种情况下，为了更高的热效率及下游工艺设备的长期使用，要求穿过燃气轮机的气体保持未含灰份及有害物质的1100℃以上的高温状态。对于这种通过煤炭气来发电的方式，为了减少生产电力时产生的二氧化碳的排放，需要二氧化碳收集设备或用于从空气分离氧气的设备。
近来，为了解决这些问题，已开发出化学链燃烧工艺(Chemical LoopingCombustion Process)。尤其，专利文献(美国专利US6572761、USS7404942、US7767191、US2010/0050654)提出了一种直接使用例如煤炭或者生物质(biomass)的固体燃料通过分离二氧化碳或者生产氢气来有效地进行电力生产的方法。
介质循环工艺是在1950年代初为了得到纯二氧化碳而发明的方法(美国专利US2665971)，其目的是在二氧化碳中不含氮气的情况下减少工艺中的热消耗。
介质循环工艺利用在两个反应器之间循环的固体氧化物载氧体颗粒，在还原反应器中，化石燃料从固体氧化物接收供氧以进行完全氧化反应，由此产生纯二氧化碳。另外，在氧化反应器中，缺氧的循环固体氧化物从空气接收供氧而被氧化，并回到还原反应器起供热的作用。
此时，为固体氧化物的载氧体颗粒由具有支撑体的镍(Ni)铁(Fe)基金属颗粒组成，而可以以低成本使用的铁(Fe)基金属氧化物是优选的。这是因为进行重复的氧化及还原反应时循环的载氧体颗粒的活性由于杂质而降低，因而应当定期更换载氧体颗粒。
这种介质循环工艺已发展为化学链燃烧工艺(Chemical Looping CombustionProcess)，该化学链燃烧工艺以载氧体颗粒为介质通过在还原反应器中对甲烷气体进行变换而生成不含氮气的纯二氧化碳，并用通过在氧化反应器中通入含水分的空气而生成的高温净化气来生产电力(美国专利5447024)。
此时，所生成的二氧化碳优选为高压的无污染物质的高浓缩二氧化碳，以便输送及封存到地下。因此，基于化学链燃烧工艺的发电，在工艺中不需要氧气分离装置，而且排气自然地分离。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够从在铁水生产过程中产生的烟气有效地去除二氧化碳，生产电力，并去除工艺中产生的粉尘的铁水制造装置和铁水制造方法。
技术方案
本发明的示例性实施方式提供了一种铁水制造设备，包括：铁矿石还原炉，该铁矿石还原炉通过装入铁矿石并通入还原气体以生产还原铁；熔炼气化炉，该熔炼气化炉通过填充煤炭并通过装入在所述铁矿石还原炉被还原后排出的还原铁，以生产铁水和要提供到所述铁矿石还原炉的还原气体；气体净化过滤器型还原炉，该气体净化过滤器型还原炉通过装入烧结矿并通入在所述铁矿石还原炉对铁矿石进行还原后排出的工艺气体，以对烧结矿进行还原；微细粉尘去除装置，所述微细粉尘去除装置从所述气体净化过滤器型还原炉中被还原后排出的已还原的烧结矿去除粉尘；以及氧化燃烧炉，所述氧化燃烧炉通过装入去除粉尘的已还原的烧结矿并使烧结矿与空气一起燃烧，以使已还原的烧结矿氧化。
所述氧化燃烧炉中可安装有用于将被氧化的烧结矿供应到所述气体净化过滤器型还原炉的氧化烧结矿供应管线。
所述气体净化过滤器型还原炉中可安装有第一还原烧结矿供应管线和第二还原烧结矿供应管线，第一还原烧结矿供应管线将排出的已还原的烧结矿的一部分供应到所述熔炼气化炉；第二还原烧结矿供应管线将已还原的烧结矿的其余部分供应到所述微细粉尘去除装置。
所述烧结矿可为混合自然状态的铁矿石粉末、石灰石及煤炭，以900℃～1400℃的温度进行加热、再结晶或者烧制至半熔融状态之后，粉碎成1mm～10mm的矿石。
所述已还原的烧结矿的其余部分可包括在气体净化过滤器型还原炉中给一氧化碳和氢气供氧后排出的FeO或者Fe的烧结矿、从所述工艺气体分离出的粉尘以及在重复的介质循环法的氧化及还原反应中产生的烧结矿。
可向所述氧化燃烧炉额外供应新的烧结矿，以补充供应到所述熔炼气化炉的已还原的烧结矿的量并促进已还原的烧结矿的活性。
该铁水制造设备还可包括：换热装置，换热装置通过借助于对所述气体净化过滤器型还原炉排出的烟气进行换热使烟气中的水蒸气转变成水来分离出二氧化碳并生产高温蒸汽；以及蒸汽轮机，蒸汽轮机由通过所述换热装置生成的蒸汽来生产电力。
在所述氧化燃烧炉中已还原的烧结矿与空气中的氧气一起燃烧而产生的热量可以被供给新的烧结矿、空气以及从所述微细粉尘去除装置供应的已还原的烧结矿。
所述该铁水制造设备还可包括：燃气轮机，燃气轮机通过在氧化燃烧炉中向新的烧结矿和已还原的烧结矿供应燃烧用氧气后排出的缺氧空气来生产电力；或者蒸汽轮机，蒸汽轮机通过对所述缺氧空气进行换热来生产蒸汽并利用所生产的蒸汽来生产电力。
所述该铁水制造设备还可包括二氧化碳去除装置，二氧化碳去除装置连接至气体净化过滤器型还原炉以从由所述气体净化过滤器型还原炉排出的烟气去除二氧化碳。
所述气体净化过滤器型还原炉排出的烟气可通过换热生产蒸汽，用所生产的蒸汽转动蒸汽轮机来生产电力，去水之后供应到所述二氧化碳去除装置。
所述二氧化碳去除装置中可安装用于将去除二氧化碳的气体净化过滤器型还原炉烟气再次通入气体净化过滤器型还原炉的再循环气体供应管线。
所述二氧化碳去除装置可包括水煤气变换反应器(water-gas shift reactor和氢气变压吸附装置(pressure swing adsorption)。
气体净化过滤器型还原炉的前端处可以安装有用于从所述铁矿石还原炉排出的工艺气体中去除粉尘的的气体净化装置。
所述气体净化装置可为选自旋风分离器、陶瓷管式过滤器、金属过滤器及洗涤器中的至少一种。
氧化燃烧炉的前端处可以安装有用于加热通入所述氧化燃烧炉的空气的换热装置。
本发明的另一实施方式提供了一种铁水制造设备，包括：铁矿石还原炉，铁矿石还原炉通过装入铁矿石并通入还原气体，以生产还原铁；熔炼气化炉，该熔炼气化炉通过填充煤炭并通过装入在所述铁矿石还原炉中被还原后排出的还原铁，以生产铁水和要提供到所述铁矿石还原炉的还原气体；气体净化过滤器型还原炉，该气体净化过滤器型还原炉通过装入焙烧球团并通入在铁矿石还原炉对铁矿石进行还原后排出的工艺气体，以对焙烧球团进行还原；微细粉尘去除装置，该微细粉尘去除装置从气体净化过滤器型还原炉中被还原并排出的已还原的焙烧球团去除粉尘；以及氧化燃烧炉，该氧化燃烧炉通过装入去除粉尘的已还原的焙烧球团并使焙烧球团与空气一起燃烧，以使已还原的焙烧球团氧化。
所述焙烧球团可以是通过将粒度为100μm以下的超细粉铁矿、膨润土、石灰石、白云石、橄榄石与水一起装入旋转式滚筒中制成尺寸为3mm～8mm的球团后，在800℃～900℃被预热，以及在1200℃～1400℃烧制而成的。
所述铁矿石还原炉或者气体净化过滤器型还原炉中可加入作为添加剂的CaO或者CaCO3。
本发明的又一实施方式提供了一种铁水制造方法，包括：通过在还原炉中装入铁矿石并通入还原气体，以制造还原铁；通过填充煤炭并装入所述还原炉排出的还原铁，以制造铁水和通入所述还原炉的还原气体；通过在气体净化过滤器型还原炉中装入烧结矿或焙烧球团并通入从还原炉排出的工艺气体，以对所述烧结矿或焙烧球团进行还原；从所述已还原的烧结矿或焙烧球团去除粉尘；以及在氧化燃烧炉中装入去除粉尘的烧结矿或焙烧球团，并使所述烧结矿或焙烧球团与空气一起燃烧，其中，气体净化过滤器型还原炉中被还原并排出的烧结矿或焙烧球团的一部分装入熔炼气炉。
所述该铁水制造方法还可包括：通过借助于对从气体净化过滤器型还原炉排出的烟气进行换热使水蒸气冷凝成水来分离出二氧化碳，并通过用所生成的蒸汽转动蒸汽轮机，以生产电力。
所述该铁水制造方法还可包括：利用在于氧化燃烧炉中使烧结矿或焙烧球团燃烧后排出的缺氧空气来转动燃气轮机，以生产电力。
所述该铁水制造方法还可包括：提供使从气体净化过滤器型还原炉排出的烟气穿过二氧化碳去除装置以去除二氧化碳，并将去除二氧化碳的烟气再次通入所述气体净化过滤器型还原炉。
所述该铁水制造方法还可包括：通过使铁矿石还原炉排出的工艺气体穿过气体净化装置以去除粉尘。
该铁水制造方法还可包括：进行换热，以加热供应到氧化燃烧炉的空气。
有利效果
根据本发明，能够容易去除包含于铁水生产过程中产生的废气中的二氧化碳，还可以利用工艺过程中产生的高温气体来生产电力。
此外，根据本发明，由于具有气体净化过滤器型还原炉，所以能够有效地去除工艺过程中产生的粉尘及微细污染物。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一示例性实施方式的铁水制造设备的示意图。
图2是示出煤比、根据一氧化碳和氢气的量的铁水生产量、以及电力生产量的图表。
图3是示出根据本发明的第二示例性实施方式的铁水制造设备的示意图。
图4是示出根据本发明的第三示例性实施方式的铁水制造设备的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式，以使本领域技术人员能够容易地实施本发明。本领域技术人员将会认识到，所述实施方式都可以在不背离本发明的精神和范围的情况下以各种不同的方式进行修改。在本说明书及附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
图1是示出本发明的第一实施例的铁水制造设备的示意图。
请参见图1，根据本实施例的铁水制造设备101包括：熔炼气化炉10、铁矿石还原炉20、气体净化过滤器型还原炉30、微细粉尘去除装置45、及氧化燃烧炉40。
熔炼气化炉10是通过填充煤炭并通过装入在铁矿石还原炉20中被还原后排出的还原铁，以生产铁水和要提供到铁矿石还原炉20的还原气体的装置。熔炼气化炉10上接设有氧气供应管线14、粉煤供应管线13、还原铁供应管线61、及煤炭供应管线15。
通过氧气供应管线14空气或氧气通入熔炼气化炉10，通过粉煤供应管线13粉煤填充到熔炼气化炉10中。而且，通过煤炭供应管线15煤炭填充到熔炼气化炉10中，还原铁供应管线61布置在熔炼气化炉10与铁矿石还原炉20之间，以将铁矿石还原炉20中生成的还原铁装入熔炼气化炉10。
另外，熔炼气化炉10上安装有设置与气体净化过滤器型还原炉30连接的第一还原烧结矿供应管线64，通过第一还原烧结矿供应管线64将气体净化过滤器型还原炉30中生成的缺氧烧结矿供应到熔炼气化炉10。
因此，熔炼气化炉10中使用的还原铁由从铁矿石还原炉20供应的被还原的铁和从气体净化过滤器型还原炉30供应的还原烧结矿组成。在这种情况下，还原烧结矿由已还原的烧结矿或者已还原的焙烧球团组成。
熔炼气化炉10通过煤炭及粉煤的燃烧而产生高热量，与此同时熔炼气化炉10中生成还原气体。还原气体具有1400℃～1600℃的高热，主成分为一氧化碳和氢气。
具有高热的还原气体向熔炼气化炉10内供应热量并作用于还原铁，通过去氧的还原与熔融，将还原铁分离成铁水和其他物质的熔渣。熔炼气化炉10中安装有铁水排出管线16以用于排出铁水和熔渣。
煤炭经预处理工艺能够以焦炭或者煤块的形式供应，空气可通入熔炼气化炉10，但为了减少二氧化碳并为了从工艺气体容易分离出二氧化碳，可将氧气通入熔炼气化炉10。
铁矿石还原炉20是通过装入铁矿石并通入从熔炼气化炉10供应的高温还原气体而生产还原铁的装置。铁矿石还原炉20包括第一还原炉21、第二还原炉22、及第三还原炉23。在本实施例中，例示出铁矿石还原炉20包括三个还原炉，但本发明并不局限于此，铁矿石还原炉20可以包括多个还原炉。第一还原炉21对铁矿石进行预热，第二还原炉22对预热的铁矿石进行预还原，第三还原炉23对预还原的铁矿石进行最终还原，从而将被还原的铁矿石转换为还原铁。
铁矿石还原炉20上安装有向铁矿石还原炉20供应铁矿石的铁矿石供应管线27。此时，所供应的铁矿石由从外供应的自然状态的矿石组成。
另外，熔炼气化炉10与铁矿石还原炉20之间接设有还原气体供应管线12，用于将熔炼气化炉10中生成的高温还原气体供应到铁矿石还原炉20。
从熔炼气化炉10供应的高温还原气体由空气或氧气与煤炭、粉煤燃烧而生成，作为对铁矿石进行还原、熔炼后产生的气体，包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、水蒸气及甲烷。
如以下[反应式1]及[反应式2]所示，在铁矿石还原炉20中，铁矿石通过与还原气体反应而从含氧多的状态(Fe2O3、Fe3O4)转换为含氧少的状态(FeOx，Fe)，即转换为还原铁。其中X的取值范围为0～1。而且，如[反应式3]所示，还原气体通过水煤气转换反应(Water-Gas Shift Reaction)转换为二氧化碳和水蒸气。也就是说，包含一氧化碳和氢气的还原气体通过作用于铁矿石而去氧，并转换为二氧化碳和水蒸气。
[反应式1]
1/3 Fe2O3+CO/H2----＞2/3 Fe+CO2/H2O
[反应式2]
1/4 Fe3O4+CO/H2----＞3/4 Fe+CO2/H2O
[反应式3]
CO+H2O----＞CO2+H2
如上所述，铁矿石还原炉中生成的还原铁(FeOx、Fe)通过还原铁供应管线61供应到熔炼气化炉10。
气体净化过滤器型还原炉30是通过装入烧结矿并通入在于铁矿石还原炉20中对铁矿石进行还原后排出的工艺气体，以对烧结矿进行还原的装置。铁矿石还原炉20与气体净化过滤器型还原炉30之间接设有工艺气体供应管线62，用于将铁矿石还原炉20中生成的主成分为一氧化碳和氢气的工艺气体通入气体净化过滤器型还原炉30。
对于铁矿石还原炉20排出的工艺气体的量，可通过供应到熔炼气化炉10的空气或氧气和煤炭、粉煤的量以及装入铁矿石还原炉20的铁矿石量进行调整。工艺气体的主成分一氧化碳和氢气可依煤炭及粉煤消耗量进行调整。
如图2所示，煤比低且一氧化碳和氢气的量少，对铁水生产越有利，而煤比高且一氧化碳和氢气的量多，对电力生产越有利。
例如，当工艺气体中一氧化碳和氢气的比重为30重量％以下时，相比电力生产量更会增加铁水生产量，当工艺气体中一氧化碳和氢气的比重为60重量％以上时，相比铁水生产量更会增加电力生产量。这是因为当煤比高且一氧化碳和氢气的量多时工艺气体的量相对增多，从而会提高电力生产效率。
工艺气体供应管线62连接至气体净化过滤器型还原炉30的下部，工艺气体在从气体净化过滤器型还原炉30的下部往上升的同时使烧结矿还原。而且，烧结矿是由气体净化过滤器型还原炉30的上方装入的。
另外，气体净化过滤器型还原炉30和氧化燃烧炉40之间设置有氧化烧结矿供应管线66，该氧化烧结矿供应管线66连接至气体净化过滤器型还原炉30的上部，氧化烧结矿供应管线66将氧化燃烧炉40中生成的氧化烧结矿供应到气体净化过滤器型还原炉30。
此时在这种情况下，工艺气体的主成分一氧化碳和氢气在气体净化过滤器型还原炉30中与烧结矿接触以去除烧结矿的氧气，从而转变为二氧化碳和蒸汽并排出。因此，从工艺气体中容易分离出二氧化碳，而且生成的水可转变为蒸汽。
供应到气体净化过滤器型还原炉30的工艺气体可具有500℃以上的高温，并且当气体净化过滤器型还原炉30具有预还原炉时，工艺气体可以保持300℃以上的高温。在装入气体净化过滤器型还原炉30中的烧结矿是高温的含氧较多的状态下，烧结矿向气体净化过滤器型还原炉30供应热量，并且与工艺气体接触，从而被还原而转变为含氧较少的状态。
工艺气体从气体净化过滤器型还原炉30的下部往上升，而粉尘与缓慢下落的烧结矿一起移动。因此，粉尘可从工艺气体分离而与烧结矿一起排出。此时，上升的工艺气体的流速越慢越提高从工艺气体中去除粉尘的效率。
如上所述，在本示例性实施方式中，使用烧结矿作为介质循环工艺的载氧体颗粒，通过将烧结矿从气体净化过滤器型还原炉30的上部装入，可有效地去除包含在从下往上升的工艺气体中的粉尘。
烧结矿是自然状态的铁矿石在高温烧结粉碎而形成的，工艺气体中的粉尘还能与烧结矿反应而被去除。供应到气体净化过滤器型还原炉30的上部的烧结矿由含氧较多的Fe2O3或者Fe3O4组成，并具有700℃至800℃以上的温度。这种烧结矿给气体净化过滤器型还原炉30供应热量，并且通过与工艺气体中的一氧化碳及氢气反应而被还原，由此转变为含氧较少的FeO或者Fe状态。
考虑到从氧化燃烧炉40装入的烧结矿的热量及还原性，气体净化过滤器型还原炉30的反应温度为600℃至700℃以上，反应温度越高越有利。
其中，烧结矿可由混合自然状态的铁矿石粉末、石灰石及煤炭并以900℃～1400℃或者1100℃～1400℃的温度进行加热、再结晶或者烧结至半熔炼状态之后粉碎成1mm～10mm的矿石组成。
粉碎后的烧结矿通常可由包括3～10重量％的FeO、矿石中的总量为50重量％以上的Fe的矿石组成。只是，粉碎后的烧结矿的成分可按工艺条件设为多种，本发明不限于此。而且，粉碎后的烧结矿是经还原、氧化反应形成有气孔的矿石，可具有高机械强度、低还原粉化性、高还原性。这种烧结矿在气体净化过滤器型还原炉30中从Fe2O3状态循环至FeO或者Fe状态，从而能够提高与一氧化碳及氢气的反应效率。
烧结矿的尺寸越小越提高工艺气体中粉尘的去除效率。对于本发明中使用的烧结矿，也可以使用从适用于铁水制造工艺的烧结机得到的烧结矿。从烧结机得到的烧结矿中，粉碎后粒度为5mm～50mm的烧结矿可用于高炉，比这更小的烧结矿可用作气体净化过滤器型还原炉30的载氧体颗粒。气体净化过滤器型还原炉30的烧结矿的粒度可为10mm以下，优选地烧结矿粒度可为1mm～8mm。
在本实施例中例示了作为载氧体颗粒的介质使用烧结矿，但本发明并不局限于此，介质可以是焙烧球团(pellet)形式。
媒介当介质为焙烧球团时，焙烧球团包括粒度为100μm以下或者60μm以下的超细粉铁矿、作为粘合剂的膨润土、以及作为添加物质的石灰石、白云石、橄榄石。而且，焙烧球团通过将超细粉铁矿、粘合剂、以及添加物质与水一起装入旋转的滚筒中制成尺寸为3mm～8mm左右的球团形状。如上制成的球团以800℃～900℃的温度预热之后，在1200℃～1400℃下烧制。
焙烧球团比烧结矿具有更多气孔，典型的焙烧球团中总的Fe含量为50％以上，合适地为60％以上。焙烧球团像烧结矿一样坚硬以及可具有高还原性、低还原粉化性。而且，当形成并烧制其成分中含有微细煤粉的球团时，焙烧球团在气孔形成方面更优于烧结矿。
为了铁水生产而制造的2mm～20mm的球团中8mm～20mm的球团主要用于高炉工艺，可以只选2mm～8mm的小球团用作载氧体颗粒。
当使用焙烧球团作为介质时，铁矿石还原炉20或者气体净化过滤器型还原炉30中可加入作为添加剂的CaO或者CaCO3。
气体净化过滤器型还原炉30可以是固定床反应器、流化床反应器、移动床(movingbed)反应器形式，但从载氧体颗粒的定期更换方便性及防止积碳导致的非活性方面来讲，优选为流化床反应器或者移动床反应器形式。
如果当气体净化过滤器型还原炉30为流化床形式时，通入的工艺气体可与反应器中的烧结矿混合而具有均匀的温度分布。另外，工艺气体被氧化并由气体净化过滤器型还原炉30的上部排出，而烧结矿被还原并与工艺气体中的粉尘一起由气体净化过滤器型还原炉30的下部排出。流化床反应器是多个串联而成的，由此工艺气体易于完全氧化，并提高除尘效率。
如果当气体净化过滤器型还原炉30为移动床反应器形式时，从反应器上部或侧面通入工艺气体，通入的工艺气体通过与缓慢下落的大量烧结矿持续接触，可以被完全氧化。而且，此时下落的烧结矿被还原并与工艺气体中的粉尘一起过滤而排出。
气体净化过滤器型还原炉30上安装有第一还原烧结矿供应管线64和第二还原烧结矿供应管线65，第一还原烧结矿供应管线将排出的已还原的烧结矿的一部分供应到熔炼气化炉10；第二还原烧结矿供应管线65将已还原的烧结矿的其余部分供应到微细粉尘去除装置45。已还原的烧结矿的其余部分在气体净化过滤器型还原炉30中给一氧化碳、氢气供氧，并且包括排出的FeO或者Fe烧结矿、从工艺气体分离出的粉尘以及在重复的介质循环式氧化、还原反应中产生的烧结矿的粉化矿石。
另外，供应到微细粉尘去除装置45的烧结矿在去除粉尘后与为促进活性而从外部供应的烧结矿混合，以装入氧化燃烧炉40。
气体净化过滤器型还原炉30上接设有烟气排管63，通过烟气排管63排出气体净化过滤器型还原炉30中生成的烟气。烟气排管63上可接设换热器，换热器通过对从气体净化过滤器型还原炉排出的烟气进行换热以使烟气中的水蒸气转变成水，分离出二氧化碳，并生产高温蒸汽。
此时在这种情况下，分离出的二氧化碳封存到地下或者另作他用。另外，烟气排管63连接至发电机50，发电机50包括通过由换热器生成的蒸汽生产电力的蒸汽轮机。
微细粉尘去除装置45是从由气体净化过滤器型还原炉30排出的已还原的烧结矿去除粉尘的装置。微细粉尘去除装置45包括连接至第二还原烧结矿供应管线65并用以去除微细粉尘的振动筛装置。而且，微细粉尘去除装置45可包括预除尘单元，其安装在振动筛装置之前，通过通入空气或者氮气来预先去除部分微细粉。
另外，微细粉尘去除装置45可包括磁体除尘单元，磁体除尘单元通过向还原烧结矿施加磁场来除去已没有活性的载氧体颗粒及粉尘。已没有活性的载氧体颗粒及粉尘具有磁性，磁体除尘单元可以吸除这些载氧体颗粒及粉尘。通过磁体除尘单元被去除的载氧体颗粒及粉尘可循环到熔炼气化炉。
第二还原烧结矿供应管线65上接设烧结矿供应管线68，用于向从气体净化过滤器型还原炉30排出的烧结矿供应新的烧结矿。烧结矿供应管线68进一步供应新的烧结矿，以补充供应到熔炼气化炉10的已还原的烧结矿的量并促进活性。第二还原烧结矿供应管线65连接至氧化燃烧炉40的下部，氧化燃烧炉40的下部接设有供应空气的空气供应管线69。
氧化燃烧炉40是通过将去除粉尘的已还原的烧结矿与所供应的空气燃烧而使烧结矿氧化的装置。氧化燃烧炉40通过燃烧产生热量，并将已还原的烧结矿转变为含氧较多的被氧化的烧结矿。
缺氧的烧结矿在接收空气中的供氧而被氧化的同时向反应器供应热量或者向烧结矿或空气传递热量，并转变为高温的含氧较多的被氧化的烧结矿，从而再循环到气体净化过滤器型还原炉30。为此，在氧化燃烧炉40和气体净化过滤器型还原炉30之间安装有氧化烧结矿供应管线66，用于将在氧化燃烧炉40中被氧化的烧结矿供应到气体净化过滤器型还原炉30。
此外，通过空气供应管线69流入具有高压的压缩空气，压缩空气能以常温状态得到供应，而且压缩空气可以与气体净化过滤器型还原炉30排出的烧结矿换热并以高温的状态流入氧化燃烧炉40。流入的空气给烧结矿供氧用于燃烧，然后以去氧的状态被排出。在这种情况下，排出的空气温度为700℃～1200℃。
为了将氧化燃烧炉40中产生的热量有效地传递给空气，调整空气的流速使之大于烧结矿的流速。另外，氧化燃烧炉40可由提升管(riser)反应器组成，提升管反应器的下部具有排出口，粒度为10mm或者15mm以上的烧结矿可在提升管的下部去除。而且，提升管的上部安装有旋风分离器(cyclone)，由此通过确保开阔的空间，上升的氧化烧结矿能够容易从空气分离。
此外，氧化燃烧炉40可包括并联的多个反应器，而且为了有效的电力生产，反应器压力在常温下可保持为30bar。此时，压力通过流入的压缩空气进行调整。
氧化燃烧炉40上安装有将高温空气传递给发电机的烟气供应管线42，烟气供应管线42安装在氧化燃烧炉40与发电机50之间，以将氧化燃烧炉40中生成的高温烟气传递给发电机50。
发电机50是利用通过烟气供应管线42供应的高温空气来生产电力的装置，发电机50可由燃气轮机组成。而且，发电机50可由包括燃气轮机和蒸汽轮机的复合发电系统组成。燃气轮机通过由氧化燃烧炉40中给新的烧结矿和已还原的烧结矿供应用于燃烧的氧气后排出的缺氧空气来生产电力，蒸汽轮机通过对缺氧空气进行换热而生产蒸汽，并利用所生产的蒸汽来生产电力。
如本实施例，当从氧化燃烧炉排出的空气的温度为700℃～1200℃时，空气压力随着空气体积的膨胀而变得很高，由此以强大的力量驱动轮机，能够提高发电效率。
因此，根据本实施例的铁水制造设备101能够利用以铁矿石为介质的介质循环容易地分离出铁水制造工艺中产生的二氧化碳，而且能够通过利用在此过程中生成的高温空气转动轮机来生产电力。
下面下文中，将对根据本实施例的铁水制造方法进行描述。
根据本实施例的铁水制造方法包括：通过在还原炉20中装入铁矿石并通入还原气体，以制造还原铁的步骤；通过填充煤炭并装入从还原炉20排出的还原铁，以制造铁水和通入还原炉20的还原气体的步骤；通过在气体净化过滤器型还原炉30中装入烧结矿或焙烧球团并通入从还原炉20排出的工艺气体，以对烧结矿或者焙烧球团进行还原的步骤；从已还原的烧结矿或焙烧球团去除粉尘的步骤；以及在氧化燃烧炉中装入去除粉尘的烧结矿或焙烧球团并使烧结矿或焙烧球团与空气一起燃烧的步骤。
而且，在根据本实施例的铁水制造方法中，将气体净化过滤器型还原炉30中还原后排出的烧结矿或焙烧球团的一部分装入熔炼气化炉10。
另外，根据本实施例的铁水制造方法还包括以下步骤：通过对从气体净化过滤器型还原炉30排出的烟气进行换热使水蒸气冷凝成水来分离出二氧化碳，并通过用所生成的蒸汽转动蒸汽轮机，以生产电力。
此外，根据本实施例的铁水制造方法还包括以下步骤：利用在氧化燃烧炉40中使烧结矿或焙烧球团燃烧后排出的缺氧空气来转动燃气轮机，以生产电力。
图3是示出根据本发明的第二实施例的铁水制造设备的示意图。
请参见图3，根据本发明的第二实施例的铁水制造设备102在气体净化过滤器型还原炉30上安装有二氧化碳去除装置70。除此之外，其他结构与根据第一实施例的铁水制造设备相同，在此不再赘述。
气体净化过滤器型还原炉30的烟气排管63上接设二氧化碳去除装置70，二氧化碳去除装置70是从由气体净化过滤器型还原炉排出的烟气去除二氧化碳的装置。二氧化碳去除装置70通过例如二氧化碳吸附法、使用胺或氨的二氧化碳吸收、脱除的二氧化碳吸收法等方法来吸收二氧化碳。
另外，二氧化碳去除装置70可包括水煤气变换反应器(water-gas shiftreactor)及氢气变压吸附装置(pressure swing adsorption)。
对于二氧化碳去除装置70中被吸收的高浓度含二氧化碳气体，可进行地下封存处理或者再利用。而且，二氧化碳去除装置70上安装有再循环气体供应管线72，用于将去除二氧化碳的气体净化过滤器型还原炉烟气再次通入气体净化过滤器型还原炉30，再循环气体供应管线72从由气体净化过滤器型还原炉30排出的烟气去除二氧化碳并将剩下的具有还原力的烟气重新供应到气体净化过滤器型还原炉30。
去除二氧化碳的气体净化过滤器型还原炉烟气与从铁矿石还原炉20供应的工艺气体一起混合后供应到气体净化过滤器型还原炉30，当混入去除二氧化碳的气体净化过滤器型还原炉烟气时，通过提高一氧化碳和氢气的比例，提高电力生产效率。
此外，气体净化过滤器型还原炉30和二氧化碳去除装置70之间还可以安装冷凝器71，用于去除包含于烟气中的水。冷凝器71连接至烟气排管63以分离出包含于烟气中的水。分离出的水通过接设于冷凝器71和发电机50上的排水管74供应到发电机50以用于生产蒸汽。
另外，根据本实施例的铁水制造方法在根据第一的铁水制造方法的基础上，进一步包括：通过使从气体净化过滤器型还原炉30排出的烟气穿过二氧化碳去除装置70以去除二氧化碳，并将去除二氧化碳的烟气再次通入气体净化过滤器型还原炉30。
图4是示出根据本发明的第三实施例的铁水制造设备的示意图。
请参见参照图4，根据本发明的第三实施例的铁水制造设备103具有接设于工艺气体供应管线62的气体净化装置81和接设于第二还原烧结矿供应管线65上的换热装置82。除此之外，其他结构与根据第二实施例的铁水制造设备相同，在此不再赘述。
工艺气体供应管线62从铁矿石还原炉20向气体净化过滤器型还原炉30供应工艺气体，而气体净化装置81去除包含于工艺气体中的粉尘。气体净化装置81安装在气体净化过滤器型还原炉30的前端处，以从铁矿石还原炉20排出的工艺气体去除粉尘。
气体净化装置81可由例如旋风分离器、陶瓷管式过滤器(ceramic candlefilter)、金属过滤器的干式集尘装置或者例如洗涤器的湿式集尘装置组成。当气体净化装置81由湿式集尘装置组成时，气体净化装置81是一种回收热量之后，在湿式集尘装置后端向工艺气体供热的结构。
换热装置82在第二还原烧结矿供应管线65上安装在气体净化过滤器型还原炉30和微细粉尘去除装置45之间，而且换热装置82上接设向氧化燃烧炉40供应空气的空气供应管线69。
换热装置82安装在氧化燃烧炉40的前端处，以通过引导高温的烧结矿与空气进行换热，从而对空气进行加热，加热的空气通过空气供应管线69供应到氧化燃烧炉40。
如上所述，当安装了换热装置82时，通过借助于向氧化燃烧炉40供应高温的压缩空气，从而增加氧化燃烧炉40排出的高温空气的压力及温度，提高了发电效率。
另外，根据本实施例的铁水制造方法在根据第二实施例的铁水制造方法的基础上，进一步包括：将铁矿石还原炉20排出的工艺气体通入气体净化装置81以去除粉尘；以及进行换热，以加热供应到氧化燃烧炉40的空气。
以上，对本发明优选实施例进行了描述，但本发明并不局限于此，在权利要求书、说明书及附图范围内能以各种方式变形实施。

Claims (22)

1.一种铁水制造设备，包括：
铁矿石还原炉，所述铁矿石还原炉通过装入铁矿石并通入还原气体，以生产还原铁；
熔炼气化炉，所述熔炼气化炉通过填充煤炭并通过装入在所述铁矿石还原炉中被还原并排出的还原铁，以生产铁水和要提供到所述铁矿石还原炉的还原气体；
气体净化过滤器型还原炉，所述气体净化过滤器型还原炉通过装入烧结矿或焙烧球团并通入在所述铁矿石还原炉中对铁矿石进行还原后排出的工艺气体，以对烧结矿或焙烧球团进行还原；
微细粉尘去除装置，所述微细粉尘去除装置从所述气体净化过滤器型还原炉中被还原并排出的已还原的烧结矿或焙烧球团去除粉尘；以及
氧化燃烧炉，所述氧化燃烧炉通过装入去除粉尘的已还原的烧结矿或焙烧球团并使所述烧结矿或焙烧球团与空气一起燃烧，以使已还原的烧结矿或焙烧球团氧化。
2.根据权利要求1所述的铁水制造设备，其特征在于：
在所述氧化燃烧炉中安装有用于将被氧化的烧结矿供应到所述气体净化过滤器型还原炉的氧化烧结矿供应管线。
3.根据权利要求1所述的铁水制造设备，其特征在于：
在所述气体净化过滤器型还原炉中安装有第一还原烧结矿供应管线和第二还原烧结矿供应管线，所述第一还原烧结矿供应管线将排出的已还原的烧结矿的一部分供应到所述熔炼气化炉；所述第二还原烧结矿供应管线将已还原的烧结矿的其余部分供应到所述微细粉尘去除装置。
4.根据权利要求1所述的铁水制造设备，其特征在于：
所述烧结矿为混合自然状态的铁矿石粉末、石灰石及煤炭，以900℃～1400℃的温度进行加热、再结晶或者烧制至半熔融状态之后，粉碎成1mm～10mm的矿石；
所述焙烧球团是通过将粒度为100μm以下的超细粉铁矿、膨润土、石灰石、白云石、橄榄石与水一起装入旋转式滚筒中制成尺寸为3mm～8mm的球团，在800℃～900℃被预热，以及在1200℃～1400℃烧制而成的。
5.根据权利要求3所述的铁水制造设备，其特征在于：
所述已还原的烧结矿的其余部分包括在所述气体净化过滤器型还原炉中给一氧化碳和氢气供氧后排出的FeO或者Fe的烧结矿、从所述工艺气体分离出的粉尘以及在重复的介质循环法的氧化及还原反应中产生的烧结矿。
6.根据权利要求3所述的铁水制造设备，其特征在于：
向所述氧化燃烧炉额外供应新的烧结矿，以补充供应到所述熔炼气化炉的已还原的烧结矿的量并促进所述已还原的烧结矿的活性。
7.根据权利要求6所述的铁水制造设备，其特征在于：
在所述氧化燃烧炉中已还原的烧结矿与空气中的氧气一起燃烧时产生的热量被供给所述新的烧结矿、空气及从所述微细粉尘去除装置供应的已还原的烧结矿。
8.根据权利要求7所述的铁水制造设备，还包括：
燃气轮机或者蒸汽轮机，所述燃气轮机通过在所述氧化燃烧炉中向新的烧结矿和已还原的烧结矿供应燃烧用氧气后排出的缺氧空气来生产电力；所述蒸汽轮机通过对所述缺氧空气进行换热以生产蒸汽并利用所生产的蒸汽来生产电力。
9.根据权利要求1所述的铁水制造设备，还包括：
二氧化碳去除装置，所述二氧化碳去除装置连接至所述气体净化过滤器型还原炉以从所述气体净化过滤器型还原炉排出的烟气去除二氧化碳。
10.根据权利要求9所述的铁水制造设备，其特征在于：
从所述气体净化过滤器型还原炉排出的所述烟气通过换热来生产蒸汽，通过用所生产的蒸汽转动蒸汽轮机来生产电力，去除水，以及被供应到所述二氧化碳去除装置。
11.根据权利要求9所述的铁水制造设备，其特征在于：
在所述二氧化碳去除装置中安装有用于将去除二氧化碳的气体净化过滤器型还原炉烟气再次通入所述气体净化过滤器型还原炉的再循环气体供应管线。
12.根据权利要求9所述的铁水制造设备，其特征在于：
所述二氧化碳去除装置包括水煤气变换反应器及氢气变压吸附装置。
13.根据权利要求1所述的铁水制造设备，其特征在于：
在所述气体净化过滤器型还原炉的前端处安装有用以从所述铁矿石还原炉排出的工艺气体中去除粉尘的气体净化装置。
14.根据权利要求13所述的铁水制造设备，其特征在于：
所述气体净化装置为选自旋风分离器、陶瓷管式过滤器、金属过滤器及洗涤器中的至少一种。
15.根据权利要求13所述的铁水制造设备，其特征在于：
在所述氧化燃烧炉的前端处安装有用于加热通入所述氧化燃烧炉的空气的换热装置。
16.根据权利要求4所述的铁水制造设备，其特征在于：
其中当使用所述焙烧球团时，所述铁矿石还原炉或者所述气体净化过滤器型还原炉中加入作为添加剂的CaO或者CaCO3。
17.一种铁水制造方法，包括：
通过在还原炉中装入铁矿石并通入还原气体，以制造还原铁；
通过填充煤炭并装入从所述还原炉排出的还原铁，以制造铁水和通入所述还原炉的还原气体；
通过在气体净化过滤器型还原炉中装入烧结矿或焙烧球团通入从所述还原炉排出的工艺气体来对所述烧结矿或所述焙烧球团进行还原；
从已还原的烧结矿或所述焙烧球团去除粉尘；以及
在氧化燃烧炉中装入去除粉尘的所述烧结矿或所述焙烧球团，并使所述烧结矿或所述焙烧球团与空气一起燃烧，
其中，所述气体净化过滤器型还原炉中被还原并排出的所述烧结矿或所述焙烧球团的一部分被装入熔炼气化炉。
18.根据权利要求17所述的铁水制造方法，还包括：
通过借助于对从所述气体净化过滤器型还原炉排出的烟气进行换热使水蒸气冷凝成水来分离出二氧化碳，并通过用所生成的蒸汽转动蒸汽轮机，以生产电力。
19.根据权利要求18所述的铁水制造方法，还包括：
利用在所述氧化燃烧炉中使所述烧结矿或所述焙烧球团燃烧后排出的缺氧空气来转动燃气轮机，以生产电力。
20.根据权利要求17所述的铁水制造方法，还包括：
通过将从所述气体净化过滤器型还原炉排出的烟气穿过二氧化碳去除装置以去除二氧化碳，并将去除二氧化碳的所述烟气再次通入所述气体净化过滤器型还原炉。
21.根据权利要求20所述的铁水制造方法，还包括：
将所述铁矿石还原炉排出的工艺气体穿过体净化装置以去除粉尘。
22.根据权利要求21所述的铁水制造方法，还包括：
进行换热，以加热供应到所述氧化燃烧炉的空气。
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