CN105671228B - 氧气高炉与气基竖炉联合生产系统和联合生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了氧气高炉与气基竖炉联合生产系统及其方法，其中，氧气高炉与气基竖炉联合生产系统包括：氧气高炉、气基竖炉、除尘装置、第一加压器、气化炉、水煤气变换装置、第一二氧化碳脱除装置、第二加压器和加热器，其中，除尘装置与氧气高炉的高炉炉顶气出口相连；第一加压器与除尘装置相连；气化炉与第一加压器和氧气高炉的下进风口相连；水煤气变换装置与除尘装置相连；第一二氧化碳脱除装置的进气口分别与除尘装置、水煤气变换装置和竖炉炉顶气出口相连；第二加压器与第一二氧化碳脱除装置相连；以及加热器与加压器和气基竖炉的还原气进口相连。利用该系统可有效解决氧气高炉炉顶气循环量不足的问题，同时为气基竖炉提供充足的气源。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，具体地，本发明涉及氧气高炉与气基竖炉联合生产系统和联合生产方法。
背景技术
我国钢铁工业消耗大量资源，同时排放大量废气，其中以烧结球团、焦化、高炉及热风炉所组成的高炉炼铁系统能耗及CO2排放所占钢铁行业的比例分别高达69％及73％。当前，传统高炉炼铁技术在生产效率、能量利用等方面已发挥到极致，仅依靠操作手段的改进难以实现高炉炼铁较大幅度的节能减排。针对全球环保意识增强、资源日益枯竭的现状，必须对现有的高炉炼铁工艺加以改进，使之在技术上、经济上及环境上更加符合时代发展的需要。氧气高炉炼铁技术是最有可能实现规模化应用的炼铁新工艺之一，它具有高喷煤量、低焦比、生产率高、煤气品质高等优点，有可能使煤粉取代焦炭成为主要的炼铁能源物质，从而大幅度降低成本。更为重要的是，可以大幅度减少CO2排放，大大减轻钢铁行业所面临的减排压力。
气基竖炉直接还原以还原性气体(CO及H2)为能源及还原剂，在低于天然矿石或人造团块软化温度条件下还原炉料以获得固态金属铁，产品可替代废钢并优于废钢，是冶炼纯净钢、高等级钢的最佳铁原料。气基竖炉直接还原具有生产规模大、成本低、操作灵活、环境友好等优点，在中东、印度等国家和地区得到广泛应用。由于我国煤炭资源储量丰富而天然气资源缺乏，使得这一炼铁工艺的应用受到限制，形成了单一的以煤炭为主要能源的钢铁冶金长流程模式，造成了整个行业高能耗、高污染、高成本的不利局面。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出氧气高炉与气基竖炉联合生产系统和联合生产方法，该系统和方法通过设置和使用气化炉，可有效解决氧气高炉顶气循环量不足的问题，同时为气基竖炉提供充足的气源。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种氧气高炉与气基竖炉联合生产系统。根据本发明的实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统，包括：
氧气高炉，所述氧气高炉用于炼铁，以便得到铁水，并产生炉渣和高炉炉顶气；
气基竖炉，所述气基竖炉用于炼铁，以便得到海绵铁，并产生竖炉炉顶气；
除尘装置，所述除尘装置与所述氧气高炉的高炉炉顶气出口相连，且适于对所述高炉炉顶气进行除尘处理，并将经过所述除尘处理后的高炉炉顶气分为三部分；
加热器，所述加热器分别与所述除尘装置和所述气基竖炉的还原气进口相连，且适于对经过所述除尘处理后的高炉炉顶气进行加热处理，并通入所述气基竖炉的还原气进口，其特征在于，进一步包括：
第一加压器，所述第一加压器与所述除尘装置相连，且适于对第一部分高炉炉顶气进行加压处理；
气化炉，所述气化炉与所述第一加压器和所述氧气高炉的下进风口相连，且适于对经过所述加压处理后的第一部分高炉炉顶气进行重整和加热，以便得到富含一氧化碳的高温还原气，并将所述富含一氧化碳的高温还原气通入所述氧气高炉的下进风口；
水煤气变换装置，所述水煤气变换装置与所述除尘装置相连，且适于对经过第二部分高炉炉顶气进行重整，以便调节所述第二部分高炉炉顶气中的氢气和一氧化碳的体积比，以便得到富含氢气的还原气；
第一二氧化碳脱除装置，所述第一二氧化碳脱除装置的进气口分别与所述除尘装置、水煤气变换装置和所述气基竖炉的竖炉炉顶气出口相连，且适于脱除第三部分高炉炉顶气、富含氢气的还原气和竖炉炉顶气的混合气体中的0-100体积％的二氧化碳，获得气基竖炉用还原气；以及
第二加压器，所述第二加压器分别与所述第一二氧化碳脱除装置和所述加热器相连，且适于对所述气基竖炉用还原气进行加压处理。
根据本发明的具体实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统将气基竖炉与氧气高炉联合生产，即将钢铁生产短流程与长流程相结合，消除了部分长流程高能耗、高CO2排放的弊端，同时生产出的DRI是生产高品质钢不可替代的优质铁原料。另外，更加可有效地解决了氧气高炉顶气循环量不足的问题，同时为气基竖炉提供充足的气源。
另外，根据本发明上述实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述氧气高炉具有上进风口，所述上进风口位于所述氧气高炉的侧壁上且高于所述氧气高炉的炉腰，所述气化炉与所述上进风口相连，以便利用所述高温还原气对所述氧气高炉内的上部炉料进行预热和还原。由此可以改善氧气高炉内部热分布。
在本发明的一些实施例中，上述氧气高炉与气基竖炉联合生产系统进一步包括：第二二氧化碳脱除装置，所述第二二氧化碳脱除装置设置在所述除尘装置和所述第一加压器之间，且适于脱除第一部分高炉炉顶气中的部分或者全部二氧化碳。由此将气化炉与第二二氧化碳脱除装置相配合，可使系统操作更加灵活，降低CO2脱除的成本。
在本发明的一些实施例中，所述第一二氧化碳脱除装置的二氧化碳出口与所述气化炉相连，以便将脱除的二氧化碳的一部分通入气化炉内并转化为一氧化碳。由此避免了脱除的二氧化碳直接排放，造成温室气体排放量增加，同时通入气化炉内，可与C反应生成CO，可以进一步作为氧气高炉和气基竖炉生产所需的原料气，进而对C进行了循环利用，从而减少了C排放。
在本发明的一些实施例中，所述第二二氧化碳脱除装置的二氧化碳出口与所述气化炉相连，以便将脱除的二氧化碳的一部分通入气化炉内并转化为一氧化碳。由此避免了脱除的二氧化碳直接排放，造成温室气体排放量增加，同时通入气化炉内，可与C反应生成CO，可以进一步作为氧气高炉和气基竖炉生产所需的原料气，进而对C进行了循环利用，从而减少了C排放。
根据本发明的另一方面，本发明还提出了一种氧气高炉与气基竖炉联合生产方法。根据本发明的实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法，包括：
利用氧气高炉进行炼铁，以便得到铁水，并产生炉顶煤气和炉渣；
利用气基竖炉进行炼铁，以便得到海绵铁，并产生竖炉炉顶气；
对所述高炉炉顶气进行除尘处理，并将经过所述除尘处理后的高炉炉顶气分为三部分；
对第一部分高炉炉顶气进行加压处理；
利用气化炉对经过所述加压处理后的第一部分高炉炉顶气进行重整和加热，以便得到富含一氧化碳的高温还原气，并将所述富含一氧化碳的高温还原气通入所述氧气高炉的下进风口；
利用水煤气变换装置对第二部分高炉炉顶气进行重整，以便调节所述第二部分高炉炉顶气中的氢气和一氧化碳的体积比，以便得到富含氢气的还原气；
将第三部分高炉炉顶气、所述富含氢气的还原气和所述竖炉炉顶气进行混合，得到混合气体，并脱除所述混合气体中的0-100体积％的部分二氧化碳，获得气基竖炉用还原气；
对所述气基竖炉用还原气进行加压处理；以及
对经过所述加压处理后的气基竖炉用还原气进行加热处理，并通入所述气基竖炉的还原气进口。
根据本发明的具体实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法将气基竖炉与氧气高炉联合生产，即将钢铁生产短流程与长流程相结合，消除了部分长流程高能耗、高CO2排放的弊端，同时生产出的DRI是生产高品质钢不可替代的优质铁原料。另外，更加可有效地解决了氧气高炉顶气循环量不足的问题，同时为气基竖炉提供充足的气源。
另外，根据本发明上述实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述氧气高炉具有上进风口，所述上进风口位于所述氧气高炉的侧壁上且高于所述氧气高炉的炉腰，所述氧气高炉与气基竖炉联合生产方法进一步包括：将所述富含一氧化碳的高温还原气的一部分通入所述上进风口，以便利用所述富含一氧化碳的高温还原气对所述氧气高炉内的上部炉料进行预热和还原。由此可以改善氧气高炉内部热分布。
在本发明的一些实施例中，在对第一部分高炉炉顶气进行加压处理之前，进一步包括：预先脱除所述第一部分高炉炉顶气中的部分或者全部二氧化碳。由此在重整和加热之前脱除第一部分高炉炉顶气中的部分或者全部二氧化碳，可使操作更加灵活，降低CO2脱除的成本。
在本发明的一些实施例中，上述氧气高炉与气基竖炉联合生产方法进一步包括：将从所述混合气体中脱除的二氧化碳的至少一部分通入所述气化炉。由此避免了脱除的二氧化碳直接排放，造成温室气体排放量增加，同时通入气化炉内，可与C反应生成CO，可以进一步作为氧气高炉和气基竖炉生产所需的原料气，进而对C进行了循环利用，从而减少了C排放。
在本发明的一些实施例中，上述氧气高炉与气基竖炉联合生产方法进一步包括：将从所述一部分高炉炉顶气中脱除的二氧化碳的至少一部分通入所述气化炉。由此避免了脱除的二氧化碳直接排放，造成温室气体排放量增加，同时通入气化炉内，可与C反应生成CO，可以进一步作为氧气高炉和气基竖炉生产所需的原料气，进而对C进行了循环利用，从而减少了C排放。
该氧气高炉与气基竖炉联合生产方法以及系统巧妙运用气化炉，首先，利用气化炉作为整个系统的造气中心(2C+O2＝2CO)，可有效避免氧气高炉及气基竖炉还原气量不足的情况；其次，气化炉可将气体中的CO2转化为CO，与传统的CO2脱除装置相配合，可使系统操作更加灵活，降低CO2脱除的成本；最后，气化炉中煤燃烧放热直接对通入的炉顶气进行加热，在热效率、防止析碳堵塞管道、操作压力等方面均大大优于传统的利用管式加热炉加热煤气的方式。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统的结构示意图。
图2是根据本发明一个实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明还提出了一种氧气高炉与气基竖炉联合生产系统。
如图1所示，氧气高炉与气基竖炉联合生产系统包括：氧气高炉10、气基竖炉20、除尘装置30、第一加压器40、气化炉50、水煤气变换装置60、第一二氧化碳脱除装置70、第二加压器80和加热器90。
其中，氧气高炉10用于炼铁，以便得到铁水，并产生炉渣和高炉炉顶气；气基竖炉20用于炼铁，以便得到海绵铁，并产生竖炉炉顶气；除尘装置30与氧气高炉10的高炉炉顶气出口11相连，且适于对高炉炉顶气进行除尘处理，并将经过除尘处理后的高炉炉顶气分为三部分；第一加压器40与除尘装置30相连，且适于对第一部分高炉炉顶气进行加压处理；气化炉50与除尘装置30和氧气高炉10的下进风口12相连，且适于对经过加压处理后的第一部分高炉炉顶气进行重整和加热，以便得到富含一氧化碳的高温还原气，并将富含一氧化碳的高温还原气通入氧气高炉10的下进风口12；水煤气变换装置60与除尘装置30相连，且适于对经过第二部分高炉炉顶气进行重整，以便调节第二部分高炉炉顶气中的氢气和一氧化碳的体积比，以便得到富含氢气的还原气；第一二氧化碳脱除装置70的进气口分别与除尘装置30、水煤气变换装置60和气基竖炉20的竖炉炉顶气出口21相连，且适于脱除第三部分高炉炉顶气、富含氢气的还原气和竖炉炉顶气的混合气体中的0-100体积％的二氧化碳，获得气基竖炉用还原气；第二加压器80与第一二氧化碳脱除装置70相连，且适于对气基竖炉用还原气进行加压处理；以及加热器90与第二加压器80和气基竖炉20的还原气进口22相连，且适于对经过加压处理后的气基竖炉用还原气进行加热处理，并通入气基竖炉的还原气进口。
通过采用氧气高炉与气基竖炉联合生产系统，具体地，将氧气高炉内炼铁后产生的高炉炉顶气再除尘装置内进行除尘处理后分为三部分，第一部分高炉炉顶气在第一加压器内经加压进入气化炉，与氧气及煤粉一同反应进行重整和加热，产生的富含一氧化碳的高温还原气与常温氧气及煤粉经高炉的下进风口鼓入高炉的底部；第二部分高炉炉顶气在水煤气变换装置内经水煤气变换(CO+H2O＝CO2+H2)产生H2，与第三部分高炉炉顶气混合形成H2/CO＝1～2:1的还原性气体，在第二加压器和加热器内经加压加热后进入气基竖炉，还原氧化球团生产海绵铁。
根据本发明的具体实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统将气基竖炉与氧气高炉联合生产，即将钢铁生产短流程与长流程相结合，消除了部分长流程高能耗、高CO2排放的弊端，同时生产出的DRI是生产高品质钢不可替代的优质铁原料。另外，更加可有效地解决了氧气高炉顶气循环量不足的问题，同时为气基竖炉提供充足的气源。
下面参详细描述本发明具体实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统。
根据本发明的具体实施例，氧气高炉用于炼铁，以便得到铁水，并产生炉渣和高炉炉顶气；气基竖炉用于炼铁，以便得到海绵铁，并产生竖炉炉顶气。
根据本发明的具体实施例，进一步地除尘装置与氧气高炉的高炉炉顶气出口相连，对高炉炉顶气进行除尘处理，并将经过除尘处理后的高炉炉顶气分为三部分。
下面分别对三部分高炉炉顶气进行处理，具体地：
(1)除尘装置、第一加压器、气化炉依次相连，气化炉与氧气高炉的下进风口相连，由此依次分别对第一部分高炉炉顶气进行加压处理，然后进入气化炉进行重整和加热，以便得到富含一氧化碳的高温还原气，并返回通入氧气高炉的下进风口。由此，通过上述各装置将其中一部分的高炉炉顶气进行一系列的处理后，返回氧气高炉。
发明人发现，氧气高炉普遍存在炉缸内产生的煤气量少，对高炉上部炉料的加热能力不足，导致高炉上部还原能力变差，炼铁效率低的缺陷。为此，本发明的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统将氧气高炉与气基竖炉进行结合，并首先引入气化炉，并将第一部分的高炉炉顶气在气化炉内进行重整和加热。具体地，将第一部分的高炉炉顶气与氧气和煤粉一同通入气化炉内，气化炉内发生反应为：2C+O2＝2CO、CO2+C＝2CO，由此生成的一氧化碳对的高炉炉顶气进行了重整，提高了其还原能力，同时对高炉炉顶气进行了加热，提高了其温度，经过重整和加热后的高温还原气的温度可以达到900-1200摄氏度。进一步地将气化炉与氧气高炉的下进风口相连，进而将该重整和加热后的高炉炉顶气循环返回氧气高炉内。由此可以为氧气高炉提供足够多的还原煤气，使高炉上部区域间接还原程度大大增加，同时减少高炉下部区域直接还原，减少炉缸高温区的热耗。
另外，根据本发明的具体实施例，将第一部分的高炉炉顶气进行一系列的处理后返回氧气高炉。可以使氧气高炉输出大量富余炉的高炉炉顶气，富余的高炉炉顶气中不含CH4，进而可避免将高炉炉顶气用于气基竖炉时，出现残留CH4在气基竖炉高温段裂解产生C而逐渐堵塞还原气喷嘴的问题。
根据本发明的具体示例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统中巧妙运用了气化炉，从而有效地解决了高炉炉顶气还原能力弱、温度低的问题，进而有效增加了氧气高炉系统的造气能力，避免了循环煤气量不足。
根据本发明的具体实施例，将上述经过重整和加热后得到的高温还原气通入氧气高炉的下进风口的同时，向下进风口内鼓入100～400Nm3/tHM常温氧气及喷吹150-300kg/tHM煤粉，优选地鼓入100～250Nm3/tHM常温氧气及喷吹200kg/tHM煤粉。根据本发明的具体实施例，粉煤的通入量高于普通氧气高炉粉煤的通入量，由此，通入的高温还原气可以促进煤粉燃烧，同时降低风口回旋区理论燃烧温度。
根据本发明的具体实施例，氧气高炉10还具有上进风口13，上进风口13位于氧气高炉10的侧壁上且高于氧气高炉的炉腰。根据本发明的具体示例，氧气高炉与气基竖炉联合生产系统进一步包括：气化炉50与上进风口13相连，进而可以将富含一氧化碳的高温还原气的一部分通入上进风口13，以便利用高温还原气对氧气高炉内的上部炉料进行预热和还原。
由此，通过上述系统将气化炉内重整和加热后得到的高温还原气从上进风口和下进风口通入氧气高炉内。首先，从位于炉缸处的下进风口通入的高温还原气可以促进煤粉燃烧，同时降低风口回旋区理论燃烧温度；其次，从位于炉身处的上进风口通入的热还原气可以对高炉上部炉料预热，改善氧气高炉内部热分布。氧气高炉以纯氧代替传统高炉热风，即排除了空气中占79％体积的N2，炉腹处煤气量相比传统高炉显著减少，因此降低了炉料透气性要求，连同氧气高炉内煤气还原势大幅提高，可使冶炼强度及生产效率大幅提高。
根据本发明的具体实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统进一步包括：第二二氧化碳脱除装置100，第二二氧化碳脱除装置100设置在除尘装置和第一加压器之间，且适于脱除第一部分高炉炉顶气中的部分二氧化碳。由于气化炉可以将二氧化碳转化为一氧化碳，由此预先对进入气化炉内的高炉炉顶气中的二氧化碳含量进行调节，可以达到对高温还原气中二氧化碳和一氧化碳含量的调节，进而进一步提高高温还原气的还原性能。
(2)水煤气变换装置与除尘装置相连，由此在水煤气变换装置内对第二部分高炉炉顶气进行重整，以便调节第二部分高炉炉顶气中的氢气和一氧化碳的体积比，以便得到富含氢气的还原气；
(3)第一二氧化碳脱除装置的进气口分别与除尘装置、水煤气变换装置和气基竖炉的竖炉炉顶气出口相连，第一二氧化碳脱除装置、第二加压器和加热器依次相连，由此在第一二氧化碳脱除装置内脱除第三部分高炉炉顶气、富含氢气的还原气和竖炉炉顶气的混合气体中的0-100体积％的二氧化碳，获得气基竖炉用还原气，获得气基竖炉用还原气；进一步进行加压和加热处理后通入气基竖炉的还原气进口。
(4)第一二氧化碳脱除装置70的二氧化碳出口与气化炉50相连，由此将脱除的二氧化碳的一部分通入气化炉进行重整和加热。由此避免了脱除的二氧化碳直接排放，造成温室气体排放量增加，同时通入气化炉内，可与C反应生成CO，可以进一步作为氧气高炉和气基竖炉生产所需的原料气，进而对C进行了循环利用，从而减少了C排放。
(5)第二二氧化碳脱除装置100的二氧化碳出口与气化炉50相连，由此将脱除的二氧化碳的一部分通入气化炉进行重整和加热。由此避免了脱除的二氧化碳直接排放，造成温室气体排放量增加，同时通入气化炉内，可与C反应生成CO，可以进一步作为氧气高炉和气基竖炉生产所需的原料气，进而对C进行了循环利用，从而减少了C排放。
由此，通过上述各装置对两部分的高炉炉顶气与竖炉炉顶气进行一系列的处理后，返回气基竖炉用于炼铁。根据本发明的具体实施例，第二部分高炉炉顶气在水煤气变换装置内经水煤气变换反应(CO+H2O＝CO2+H2)，可以调节使高炉炉顶气中H2/CO在1～2:1范围内，接着同第三部分的高炉炉顶气以及竖炉炉顶气一起在第一二氧化碳脱除装置内进行混合，并选择性地不脱除、脱除部分或者全部的CO2，使有效还原气体成分含量高于90体积％，再进入第二加压器和加热器内经加压、加热从还原气进口进入气基竖炉内，还原球团矿生产海绵铁。根据本发明的具体实施例，经过加热器加热处理后的气基竖炉用还原气的温度为850-1100摄氏度。由此可以有效地用于气基竖炉生产海绵铁。
本发明上述实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统巧妙运用气化炉，首先，利用气化炉作为整个系统的造气中心(2C+O2＝2CO)，可有效避免氧气高炉及气基竖炉还原气量不足的情况；其次，气化炉可将气体中的CO2转化为CO，与传统的CO2脱除装置相配合，可使系统操作更加灵活，降低CO2脱除的成本；最后，气化炉中煤燃烧放热直接对通入的炉顶气进行加热，在热效率、防止析碳堵塞管道、操作压力等方面均大大优于传统的利用管式加热炉加热煤气的方式。
由此，通过采用本发明上述实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统可以有效地将钢铁生产短流程与长流程相结合，更加可有效地解决了氧气高炉顶气循环量不足的问题，同时为气基竖炉提供充足的气源。
根据本发明的另一方面，本发明还提出了一种氧气高炉与气基竖炉联合生产方法。
根据本发明实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法包括：
利用氧气高炉进行炼铁，以便得到铁水，并产生炉顶煤气和炉渣；利用气基竖炉进行炼铁，以便得到海绵铁，并产生竖炉炉顶气；对高炉炉顶气进行除尘处理，并将经过除尘处理后的高炉炉顶气分为三部分；对第一部分高炉炉顶气进行加压处理；利用气化炉对经过加压处理后的第一部分高炉炉顶气进行重整和加热，以便得到富含一氧化碳的高温还原气，并将富含一氧化碳的高温还原气通入氧气高炉的下进风口；利用水煤气变换装置对第二部分高炉炉顶气进行重整，以便调节第二部分高炉炉顶气中的氢气和一氧化碳的体积比，以便得到富含氢气的还原气；将第三部分高炉炉顶气、富含氢气的还原气和竖炉炉顶气进行混合，得到混合气体，并脱除混合气体中的0-100体积％的部分二氧化碳，获得气基竖炉用还原气；对气基竖炉用还原气进行加压处理；以及对经过加压处理后的气基竖炉用还原气进行加热处理，并通入气基竖炉的还原气进口。
通过采用氧气高炉与气基竖炉联合生产方法，具体地，将氧气高炉内炼铁后产生的高炉炉顶气经过除尘处理后分为三部分，第一部分高炉炉顶气经加压进入气化炉，与氧气及煤粉一同反应进行重整和加热，产生的富含一氧化碳的高温还原气与常温氧气及煤粉经高炉的下进风口鼓入高炉的底部；第二部分高炉炉顶气经水煤气变换(CO+H2O＝CO2+H2)产生H2，与第三部分高炉炉顶气混合形成H2/CO＝1～2:1的还原性气体，经加压加热后进入气基竖炉，还原氧化球团生产海绵铁。
根据本发明的具体实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法将气基竖炉与氧气高炉联合生产，即将钢铁生产短流程与长流程相结合，消除了部分长流程高能耗、高CO2排放的弊端，同时生产出的DRI是生产高品质钢不可替代的优质铁原料。另外，更加可有效地解决了氧气高炉顶气循环量不足的问题，同时为气基竖炉提供充足的气源。
下面参考附图2详细描述本发明具体实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法。
根据本发明的具体实施例，利用氧气高炉进行炼铁，以便得到铁水，并产生炉顶煤气和炉渣；利用气基竖炉进行炼铁，以便得到海绵铁，并产生竖炉炉顶气。
根据本发明的具体实施例，进一步地对高炉炉顶气进行除尘处理，并将经过除尘处理后的高炉炉顶气分为三部分。
下面分别对三部分高炉炉顶气进行处理，具体地：
(1)对第一部分高炉炉顶气进行加压处理，然后进入气化炉进行重整和加热，以便得到富含一氧化碳的高温还原气，并返回通入氧气高炉的下进风口。由此，通过上述步骤将其中一部分的高炉炉顶气进行一系列的处理后，返回氧气高炉。
发明人发现，氧气高炉普遍存在炉缸内产生的煤气量少，对高炉上部炉料的加热能力不足，导致高炉上部还原能力变差，炼铁效率低的缺陷。为此，本发明通过将一部分的高炉炉顶气进行重整和加热。具体地，利用气化炉对第一部分的高炉炉顶气进行重整和加热。将第一部分的高炉炉顶气与氧气和煤粉一同通入气化炉内，气化炉内发生反应为：2C+O2＝2CO、CO2+C＝2CO，由此生成的一氧化碳对的高炉炉顶气进行了重整，提高了其还原能力，同时对高炉炉顶气进行了加热，提高了其温度，经过重整和加热后的高温还原气的温度可以达到900-1200摄氏度。通入氧气高炉的高温还原气，温度偏低时，对高炉上部炉料的预热及还原过程不利；温度偏高时，有利于促进风口回旋区煤粉燃烧，但会导致理论燃烧温度过高，造成炉缸耐火材料破损。经过大量研究计算，900-1200摄氏度范围内高温还原气可避免上述不足，改善氧气高炉内部热平衡。
进一步地将该重整和加热后的高炉炉顶气循环返回氧气高炉内。由此可以为氧气高炉提供足够多的还原煤气，使高炉上部区域间接还原程度大大增加，同时减少高炉下部区域直接还原，减少炉缸高温区的热耗。
根据本发明的具体实施例，上述氧气高炉与气基竖炉联合生产方法进一步包括将从所述混合气体中脱除的二氧化碳的至少一部分通入所述气化炉。另外，还可以包括将从所述一部分高炉炉顶气中脱除的二氧化碳的至少一部分通入所述气化炉。由此避免了脱除的二氧化碳直接排放，造成温室气体排放量增加，同时通入气化炉内，可与C反应生成CO，可以进一步作为氧气高炉和气基竖炉生产所需的原料气，进而对C进行了循环利用，从而减少了C排放。
另外，根据本发明的具体实施例，将第一部分的高炉炉顶气进行一系列的处理后返回氧气高炉。可以使氧气高炉输出大量富余炉的高炉炉顶气，富余的高炉炉顶气中不含CH4，进而可避免将高炉炉顶气用于气基竖炉时，出现残留CH4在气基竖炉高温段裂解产生C而逐渐堵塞还原气喷嘴的问题。
根据本发明的具体示例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法中巧妙运用了气化炉，从而有效地解决了高炉炉顶气还原能力弱、温度低的问题，进而有效增加了氧气高炉系统的造气能力，避免了循环煤气量不足。
根据本发明的具体实施例，将上述经过重整和加热后得到的高温还原气通入氧气高炉的下进风口的同时鼓入100～400Nm3/tHM常温氧气及喷吹150-300kg/tHM煤粉，优选地鼓入100～250Nm3/tHM常温氧气及喷吹200kg/tHM煤粉。根据本发明的具体实施例，粉煤的通入量高于普通氧气高炉粉煤的通入量，由此，通入的高温还原气可以促进煤粉燃烧，同时降低风口回旋区理论燃烧温度。另外，高炉喷吹煤粉的目的就是代替部分焦炭，降低炼铁过程生产成本。在合理范围内，1kg煤粉可替代0.8kg焦炭，但超出合理范围后，煤粉对焦炭的替代效率逐步降低，高炉炼铁燃料比逐步升高，生产成本随着增加。本发明所列范围为合理范围，可避免上述不利情况发生。
根据本发明的具体实施例，氧气高炉还具有上进风口，上进风口位于氧气高炉的侧壁上且高于氧气高炉的炉腰。根据本发明的具体示例，氧气高炉与气基竖炉联合生产方法进一步包括：将富含一氧化碳的高温还原气的一部分通入上进风口，以便利用富含一氧化碳的高温还原气对氧气高炉内的上部炉料进行预热和还原。具体地，高炉中铁的氧化物还原顺序为Fe2O3-Fe3O4-FeO-Fe。由于氧气高炉上进风口的设计，循环煤气可还原部分FeO生成Fe，从而减少焦炭还原FeO生成Fe，后者是强吸热化学反应，发生区域为矿石软熔带以下，即炉腹、炉缸部位。(FeO+CO＝Fe+CO2为间接还原，FeO(熔融态)+C＝Fe+CO为直接还原。)
由此，通过上述步骤将经过重整和加热后得到的高温还原气从上进风口和下进风口通入氧气高炉内。首先，从位于炉缸处的下进风口通入的高温还原气可以促进煤粉燃烧，同时降低风口回旋区理论燃烧温度；其次，从位于炉身处的上进风口通入的热还原气可以对高炉上部炉料预热，改善氧气高炉内部热分布。氧气高炉以纯氧代替传统高炉热风，即排除了空气中占79％体积的N2，炉腹处煤气量相比传统高炉显著减少，因此降低了炉料透气性要求，连同氧气高炉内煤气还原势大幅提高，可使冶炼强度及生产效率大幅提高。
根据本发明的具体实施例，在对第一部分高炉炉顶气进行加压处理之前，进一步包括：预先脱除第一部分高炉炉顶气中的部分或者全部二氧化碳。由于气化炉可以将二氧化碳转化为一氧化碳，由此预先对进入气化炉内的高炉炉顶气中的二氧化碳含量进行调节，可以达到对高温还原气中二氧化碳和一氧化碳含量的调节，进而进一步提高高温还原气的还原性能。
(2)将第二部分高炉炉顶气在水煤气变换装置内进行重整，提高氢气含量，并调节第二部分高炉炉顶气中的氢气和一氧化碳的体积比，以便得到富含氢气的还原气。
(3)将第三部分高炉炉顶气与重整后的第二部分高炉炉顶气(即富含氢气的还原气)以及来自气基竖炉的竖炉炉顶气进行混合，得到混合气体，并根据需要脱除该混合气体中的0-100体积％的二氧化碳，获得气基竖炉用还原气；进一步进行加压和加热处理后通入气基竖炉的还原气进口。
由此，通过上述步骤(2)和(3)将两部分的高炉炉顶气与竖炉炉顶气进行一系列的处理后，返回气基竖炉用于炼铁。根据本发明的具体实施例，第二部分高炉炉顶气经水煤气变换反应(CO+H2O＝CO2+H2)，可以调节使高炉炉顶气中H2/CO在1～2:1范围内，接着同第三部分的高炉炉顶气以及竖炉炉顶气一起脱除部分CO2后使有效还原气体成分含量高于90体积％，再经加压、加热进入气基竖炉，还原球团矿生产海绵铁。根据本发明的具体实施例，经过加热处理后的气基竖炉用还原气的温度为850-1100摄氏度。由此可以有效地用于气基竖炉生产海绵铁。
本发明上述实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法巧妙运用气化炉，首先，利用气化炉作为整个系统的造气中心(2C+O2＝2CO)，可有效避免氧气高炉及气基竖炉还原气量不足的情况；其次，气化炉可将气体中的CO2转化为CO，与传统的CO2脱除装置相配合，可使系统操作更加灵活，降低CO2脱除的成本；最后，气化炉中煤燃烧放热直接对通入的炉顶气进行加热，在热效率、防止析碳堵塞管道、操作压力等方面均大大优于传统的利用管式加热炉加热煤气的方式。
由此，通过采用本发明上述实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法可以有效地将钢铁生产短流程与长流程相结合，更加可有效地解决了氧气高炉顶气循环量不足的问题，同时为气基竖炉提供充足的气源。
实施例1
参考图1和2，氧气高炉与气基竖炉联合生产系统和方法的具体为：
1)氧气高炉10的高炉炉顶气经除尘装置30除尘处理后气体分为三部分。第一部分气体进入第二CO2脱除装置100脱除部分CO2再经加压器40加压，进入气化炉50，反应产生的热煤气经氧气高炉上进风和下进风口鼓入氧气高炉；第二部分气体经水煤气变化装置60重整后，与第三部分气体进入第一CO2脱除装置70中脱除部分CO2经加压器80加压，再经加热器90加热，进入气基竖炉20内。
2)氧气高炉下进风口鼓入常温氧气(氧气纯度≥90％)及喷吹煤粉，上进风和下进风口均鼓入热循环煤气。
3)气化炉鼓入常温氧气(氧气纯度≥90％)及喷吹煤粉。
4)氧气高炉炉顶气脱除部分CO2后其成分主要为CO、CO2、H2、H2O及N2，一部分经水煤气变换(CO+H2O＝CO2+H2)产生H2，与未经水煤气变换的部分炉顶煤气混合，制成H2/CO＝1～2:1的还原气，经加压、加热进入气基竖炉还原球团矿生产DRI。
经理论计算，1000m3氧气高炉生产技术指标如下：
氧气高炉氧气消耗量(90％纯度)：245Nm3/tHM
氧气高炉煤比：200kg/tHM
氧气高炉焦比：205kg/tHM
炉顶煤气量：1381Nm3/tHM
炉顶煤气成分：CO:50.8％，CO2：36.6％，H2：6.2％，H2O：2.6％，N2：3.8％
氧气高炉产量：4200tHM/d
气化炉氧气消耗量(90％纯度)：122Nm3/tHM
气化炉煤粉消耗量：174kg/tHM
循环煤气成分：CO:85.5％，H2：8.4％，N2：6.1％
循环煤气温度：900℃
上排风口循环煤气量：358Nm3/tHM
下排风口循环煤气量：400Nm3/tHM
气基竖炉还原气H2/CO：1:1
气基竖炉产量：2604tDRI/d
实施例2
与实施例1基本相同，不同之处在于：
经理论计算，3000m3氧气高炉生产技术指标如下：
氧气高炉氧气消耗量(90％纯度)：245Nm3/tHM
氧气高炉煤比：200kg/tHM
氧气高炉焦比：178kg/tHM
炉顶煤气量：1357Nm3/tHM
炉顶煤气成分：CO:50.4％，CO2：36.9％，H2：6.3％，H2O：2.6％，N2：3.8％
氧气高炉产量：12600tHM/d
气化炉氧气消耗量(90％纯度)：147Nm3/tHM
气化炉煤粉消耗量：204kg/tHM
循环煤气成分：CO:85.8％，H2：8.4％，N2：5.8％
循环煤气温度：1100℃
上排风口循环煤气量：382Nm3/tHM
下排风口循环煤气量：400Nm3/tHM
气基竖炉还原气H2/CO：1:1
气基竖炉产量：7974tDRI/d
实施例3
与实施例1基本相同，不同之处在于：
经理论计算，5000m3氧气高炉生产技术指标如下：
氧气高炉氧气消耗量(95％纯度)：225Nm3/tHM
氧气高炉煤比：200kg/tHM
氧气高炉焦比：191kg/tHM
炉顶煤气量：1368Nm3/tHM
炉顶煤气成分：CO:51.8％，CO2：37.5％，H2：6.6％，H2O：2.6％，N2：1.5％
氧气高炉产量：21000tHM/d
气化炉氧气消耗量(95％纯度)：120Nm3/tHM
气化炉煤粉消耗量：181kg/tHM
循环煤气成分：CO:87.8％，H2：9.0％，N2：3.2％
循环煤气温度：900℃
上排风口循环煤气量：382Nm3/tHM
下排风口循环煤气量：400Nm3/tHM
气基竖炉还原气H2/CO：1:1
气基竖炉产量：12447tDRI/d
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种氧气高炉与气基竖炉联合生产系统，包括：
氧气高炉，所述氧气高炉用于炼铁，以便得到铁水，并产生炉渣和高炉炉顶气；
气基竖炉，所述气基竖炉用于炼铁，以便得到海绵铁，并产生竖炉炉顶气；
除尘装置，所述除尘装置与所述氧气高炉的高炉炉顶气出口相连，且适于对所述高炉炉顶气进行除尘处理，并将经过所述除尘处理后的高炉炉顶气分为三部分；
其特征在于，进一步包括：
第一加压器，所述第一加压器与所述除尘装置相连，且适于对第一部分高炉炉顶气进行加压处理；
气化炉，所述气化炉与所述第一加压器和所述氧气高炉的下进风口相连，且适于对经过所述加压处理后的第一部分高炉炉顶气进行重整和加热，以便得到富含一氧化碳的高温还原气，并将所述富含一氧化碳的高温还原气通入所述氧气高炉的下进风口；
水煤气变换装置，所述水煤气变换装置与所述除尘装置相连，且适于对经过第二部分高炉炉顶气进行重整，以便调节所述第二部分高炉炉顶气中的氢气和一氧化碳的体积比，以便得到富含氢气的还原气；
第一二氧化碳脱除装置，所述第一二氧化碳脱除装置的进气口分别与所述除尘装置、水煤气变换装置和所述气基竖炉的竖炉炉顶气出口相连，且适于脱除第三部分高炉炉顶气、富含氢气的还原气和竖炉炉顶气的混合气体中的0-100体积％的二氧化碳，获得气基竖炉用还原气，所述第一二氧化碳脱除装置的二氧化碳出口与所述气化炉相连，以便将脱除的二氧化碳的一部分通入气化炉内并转化为一氧化碳；以及
第二加压器，所述第二加压器与所述第一二氧化碳脱除装置相连，且适于对所述气基竖炉用还原气进行加压处理；
加热器，所述加热器分别与所述第二加压器和所述气基竖炉的还原气进口相连，且适于对经过加压处理后的所述气基竖炉用还原气进行加热处理，并通入所述气基竖炉的还原气进口。
2.根据权利要求1所述的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统，其特征在于，所述氧气高炉具有上进风口，所述上进风口位于所述氧气高炉的侧壁上且高于所述氧气高炉的炉腰，所述气化炉与所述上进风口相连，以便利用所述高温还原气对所述氧气高炉内的上部炉料进行预热和还原。
3.根据权利要求1所述的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统，其特征在于，进一步包括：第二二氧化碳脱除装置，所述第二二氧化碳脱除装置设置在所述除尘装置和所述第一加压器之间，且适于脱除第一部分高炉炉顶气中的部分或者全部二氧化碳。
4.根据权利要求3所述的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统，其特征在于，所述第二二氧化碳脱除装置的二氧化碳出口与所述气化炉相连，以便将脱除的二氧化碳的一部分通入气化炉内并转化为一氧化碳。
5.一种氧气高炉与气基竖炉联合生产方法，其特征在于，包括：
利用氧气高炉进行炼铁，以便得到铁水，并产生炉顶煤气和炉渣；
利用气基竖炉进行炼铁，以便得到海绵铁，并产生竖炉炉顶气；
对所述高炉炉顶气进行除尘处理，并将经过所述除尘处理后的高炉炉顶气分为三部分；
对第一部分高炉炉顶气进行加压处理；
利用气化炉对经过所述加压处理后的第一部分高炉炉顶气进行重整和加热，以便得到富含一氧化碳的高温还原气，并将所述富含一氧化碳的高温还原气通入所述氧气高炉的下进风口；
利用水煤气变换装置对第二部分高炉炉顶气进行重整，以便调节所述第二部分高炉炉顶气中的氢气和一氧化碳的体积比，以便得到富含氢气的还原气；
将第三部分高炉炉顶气、所述富含氢气的还原气和所述竖炉炉顶气进行混合，得到混合气体，并脱除所述混合气体中的0-100体积％的二氧化碳，获得气基竖炉用还原气；
将从所述混合气体中脱除的二氧化碳的至少一部分通入所述气化炉；
对所述气基竖炉用还原气进行加压处理；以及
对经过所述加压处理后的气基竖炉用还原气进行加热处理，并通入所述气基竖炉的还原气进口。
6.根据权利要求5所述的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法，其特征在于，所述氧气高炉具有上进风口，所述上进风口位于所述氧气高炉的侧壁上且高于所述氧气高炉的炉腰，所述氧气高炉与气基竖炉联合生产方法进一步包括：
将所述富含一氧化碳的高温还原气的一部分通入所述上进风口，以便利用所述富含一氧化碳的高温还原气对所述氧气高炉内的上部炉料进行预热和还原。
7.根据权利要求5所述的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法，其特征在于，在对第一部分高炉炉顶气进行加压处理之前，进一步包括：预先脱除所述第一部分高炉炉顶气中的部分或者全部二氧化碳。
8.根据权利要求7所述的氧气高炉与气基竖炉联合生产的方法，其特征在于，进一步包括：将从所述第一部分高炉炉顶气中脱除的二氧化碳的至少一部分通入所述气化炉。
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