CN107557514A - 制备直接还原铁的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备直接还原铁的系统和方法，该系统包括：气基竖炉，气基竖炉具有氧化球团入口、第一还原气入口、第一直接还原铁出口和第一炉顶气出口；除尘‑干燥单元，除尘干燥单元具有第一炉顶气入口、干燥后炉顶气出口和粉尘出口；加热炉，加热炉具有干燥后炉顶气入口和加热后炉顶气出口，干燥后炉顶气入口与干燥后第一炉顶气出口相连；煤基竖炉，煤基竖炉具有蓄热式热辐射板、含碳球团矿入口、第二还原气入口、第二直接还原铁出口和第二炉顶气出口，第二还原气入口与加热后炉顶气出口相连。该系统采用气基竖炉与煤基竖炉联产的方式，显著提高了系统的热利用率，并且工序简单、提高了直接还原铁的金属化率。

Description

制备直接还原铁的系统和方法

技术领域

本发明属于冶金领域，具体而言，本发明涉及制备直接还原铁的系统和方法。

背景技术

生产直接还原铁的工艺称为直接还原法，属于非高炉炼铁工艺，分为气基法和煤基法两大类，且MIDREX法和HYL法均是单竖炉系统。目前世界范围内，约80％的直接还原铁是通过气基法生产，以MIDREX法和HYL法为主。气基竖炉中的热源主要来源于新鲜煤气的显热，为满足供热的需要，气基竖炉不得不通入大量新鲜煤气，热损失相对较大，其中大约40％的能量被炉顶气带走。MIDREX法以天然气为原料，用炉顶气中的CO₂作为转化剂进行重整制还原气。炉顶气出炉温度约为450摄氏度，生产1t直接还原铁约产生1800m³炉顶气，其主要成分为：氢气占34～40％、一氧化碳占20～40％。炉顶气经洗涤、压缩、脱硫等处理工序后，部分作为循环煤气，剩余部分作为燃料或作为冷却气。冷却气经洗涤、压缩后，返回竖炉的冷却段循环利用。上述方式均存在竖炉炉顶气显热没有得到有效利用的问题，且炉顶气循环利用工序冗繁。而煤基竖炉要求反应温度较高，反应速率慢。

因此，现有生产直接还原铁的技术有待进一步改进。

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一种制备直接还原铁的系统和方法。该系统采用气基竖炉与煤基竖炉联产的方式，显著提高了系统的热利用率，并且工序简单、提高了直接还原铁的金属化率。

在本发明的一个发明，本发明提出了制备直接还原铁的系统，根据本发明的实施例，该系统包括：

气基竖炉，所述气基竖炉具有氧化球团入口、第一还原气入口、第一直接还原铁出口和第一炉顶气出口；

除尘-干燥单元，所述除尘干燥单元具有第一炉顶气入口、干燥后炉顶气出口和粉尘出口，所述第一炉顶气入口与所述第一炉顶气出口相连；

加热炉，所述加热炉具有干燥后炉顶气入口和加热后炉顶气出口，所述干燥后炉顶气入口与所述干燥后炉顶气出口相连；

煤基竖炉，所述煤基竖炉具有蓄热式热辐射板、含碳球团矿入口、第二还原气入口、第二直接还原铁出口和第二炉顶气出口，所述第二还原气入口与所述加热后炉顶气出口相连。

根据本发明实施例的制备直接还原铁的系统，通过将气基竖炉所得的高压第一炉顶气直接经除尘、干燥和加热后送至炉内压力较低的煤基竖炉中作为第二还原气使用，不经过洗涤、冷却等工序，充分利用第一炉顶气的显热，也无需对第一炉顶气进行压缩和脱碳等工序，显著降低了生产成本，同时在第一炉顶气的作用下，煤基竖炉内的含碳球团矿的反应时间大幅缩减、反应温度也大幅下降，显著节约了煤基竖炉的能耗，并且所得的第二直接还原铁的金属化率明显提高。

另外，根据本发明上述实施例的制备直接还原铁的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，上述制备直接还原铁的系统进一步包括：除尘装置，所述除尘装置具有混合气入口和除尘后炉顶气出口，所述混合气入口与所述第二炉顶气出口相连，所述除尘后炉顶气出口与所述加热炉相连。由此，可实现对第二炉顶气的高效利用。

在本发明的一些实施例中，上述制备直接还原铁的系统进一步包括：燃烧器，所述燃烧器具有燃料气入口、燃料入口和燃烧气出口，所述燃料入口与所述除尘后炉顶气出口相连，所述燃烧气出口与所述蓄热式热辐射板相连。由此，可以降低煤基竖炉的能耗成本。

在本发明的一些实施例中，上述制备直接还原铁的系统进一步包括：重整装置，所述重整装置具有转化剂入口和还原气出口，所述转化剂入口与所述除尘后炉顶气出口相连，所述还原气出口与所述第一还原气入口相连。由此，可以显著降低气基竖炉的能耗成本。

在本发明的再一个发明，本发明提出了制备直接还原铁的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将氧化球团供给至所述气基竖炉中，在第一还原气的作用下进行气基还原，以便得到第一直接还原铁和第一炉顶气；

(2)将所述第一炉顶气供给至所述除尘-干燥单元依次进行除尘和干燥处理，以便得到干燥后炉顶气和粉尘；

(3)将所述干燥后炉顶气供给至所述加热炉进行加热，以便得到加热后炉顶气；

(4)将含碳球团矿供给至所述煤基竖炉，在所述加热后炉顶气和蓄热式热辐射板的作用下进行煤基还原，以便得到第二直接还原铁和第二炉顶气。

根据本发明实施例的制备直接还原铁的方法，通过将气基竖炉所得的高压第一炉顶气直接经除尘、干燥和加热后送至炉内压力较低的煤基竖炉中作为第二还原气使用，不经过洗涤、冷却等工序，充分利用第一炉顶气的显热，也无需对第一炉顶气进行压缩和脱碳等工序，显著降低了生产成本，同时在加热后炉顶气的作用下，煤基竖炉内的含碳球团矿的反应时间大幅缩减、反应温度也大幅下降，显著节约了煤基竖炉的能耗，并且所得的第二直接还原铁的金属化率明显提高。

另外，根据本发明上述实施例的制备直接还原铁的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，上述制备直接还原铁的方法进一步包括：(5)将所述第二炉顶气供给至所述除尘装置中进行除尘处理，以便得到除尘后炉顶气，并将所述除尘后炉顶气的第一部分供给至所述加热炉中作为燃料使用。由此，可以实现第二炉顶气的高效利用。

在本发明的一些实施例中，上述制备直接还原铁的方法进一步包括：(6)将所述除尘后炉顶气的第二部分供给至所述燃烧器中与燃料气混合燃烧，以便得到燃烧气，并将所述燃烧气供给至步骤(4)中的所述蓄热式热辐射板中作为热源使用。由此，可以降低煤基竖炉的能耗成本。

在本发明的一些实施例中，上述制备直接还原铁的方法进一步包括：(7)将所述除尘后炉顶气的第三部分供给至所述重整装置中作为转化剂使用，以便得到还原气，并将所述还原气供给至步骤(1)中作为所述第一还原气使用。由此，可以降低气基竖炉的能耗成本。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述第一还原气中一氧化碳与氢气的总体积占比88～92％，压力为0.4～0.7MPa。由此，有利于提高气基竖炉内氧化球团的还原效率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述加热后炉顶气中一氧化碳与氢气的总体积占比65～72％，压力为0.2～0.4MPa，温度为800～1050摄氏度。由此，有利于提高煤基竖炉内含碳球团矿的还原效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的制备直接还原铁的系统结构示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的制备直接还原铁的系统结构示意图；

图3是根据本发明又一个实施例的制备直接还原铁的系统结构示意图；

图4是根据本发明又一个实施例的制备直接还原铁的系统结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的制备直接还原铁的方法流程示意图；

图6是根据本发明再一个实施例的制备直接还原铁的方法流程示意图；

图7是根据本发明又一个实施例的制备直接还原铁的方法流程示意图；

图8是根据本发明又一个实施例的制备直接还原铁的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述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。

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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，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，除非另有明确的限定。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。

在本发明的一个发明，本发明提出了制备直接还原铁的系统，根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：气基竖炉100、除尘-干燥单元200、加热炉300和煤基竖炉400。

根据本发明的实施例，气基竖炉100具有氧化球团入口101、第一还原气入口102、第一直接还原铁出口103和第一炉顶气出口104，且适于在第一还原气的作用下将氧化球团进行气基还原，以便得到第一直接还原铁和第一炉顶气。具体的，氧化球团中可以为铁精矿制成的氧化球团或钒钛磁铁精矿制成的氧化球团，第一还原气中主要起作用的是一氧化碳和氢气，在高温下，氧化球团在一氧化碳和氢气的作用下发生还原反应，将氧化球团中的大部分金属氧化物还原为金属，得到第一直接还原铁。

根据本发明的一个实施例，第一还原气中一氧化碳与氢气的总体积占比可以为88～92％，压力可以为0.4～0.7MPa。发明人发现，若第一还原气中一氧化碳与氢气的总含量的占比过低，则氧化球团在气基竖炉内的还原度降低，不利于提高第一直接还原铁中的金属化率。具体的，第一还原气中一氧化碳与氢气的体积比可以为(0.20～1.00)：1。

根据本发明的再一个实施例，第一还原气的温度可以为950-1000摄氏度，流量可以为1800-1900Nm³/t还原铁。发明人发现，若第一还原气温度过高，首先对气基竖炉内壁材质要求更高，增大设备投资成本，其次气基竖炉内氧化球团会发生粘接，不利于出料；而若第一还原气温度过低，将造成气基竖炉内温度过低，导致得到的第一直接还原铁的品质差，金属化率低；若第一还原气流量过大，会增大生产成本；而若第一还原气流量过小，所得的第一直接还原铁品质差，金属化率低。

根据本发明的实施例，除尘-干燥单元200具有第一炉顶气入口201、干燥后炉顶气出口202和粉尘出口203，第一炉顶气入口201与第一炉顶气出口104相连，且适于将第一炉顶气依次进行除尘和干燥处理，以便得到干燥后炉顶气和粉尘。具体的，先将第一炉顶气进行除尘，得到除尘后第一炉顶气和粉尘，在将除尘后第一炉顶气进行干燥除水，得到干燥后炉顶气。由此，可显著提高干燥后炉顶气的品位，从而避免给后续加热炉和煤基竖炉带去杂质，延长加热炉和煤基竖炉的使用寿命，同时提高煤基竖炉内的还原效率。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对除尘和干燥过程条件进行选择。

根据本发明的实施例，加热炉300具有干燥后炉顶气入口301和加热后炉顶气出口302，干燥后炉顶气入口301与干燥后炉顶气出口202相连，且适于将干燥后炉顶气进行加热，以便得到加热后炉顶气。发明人发现，通过将干燥后炉顶气进行加热，可显著提高干燥后炉顶气的温度，得到的加热后炉顶气可直接作为第二还原气用于后续煤基竖炉中，由此，有利于充分利用第一炉顶气的显热及第一炉顶气中的还原成分，从而提高第二炉顶气中直接还原铁的金属化率。具体的，加热炉内加热方式可以采用电直接加热或间接换热。

根据本发明的一个实施例，加热后炉顶气中一氧化碳与氢气的总体积占比可以为65～72％，压力可以为0.2～0.4MPa。发明人发现，若加热后炉顶气中一氧化碳与氢气的总含量的占比过低，则含碳球团矿在煤基竖炉内的还原度降低，不利于提高第二直接还原铁中的金属化率。具体的，加热后炉顶气中一氧化碳与氢气的体积比可以为(0.22～1.25)：1。

根据本发明的再一个实施例，加热后炉顶气的温度可以为800～1050摄氏度。发明人发现，若加热后炉顶气温度过高，首先对煤基竖炉内壁材质要求更高，增大设备投资成本，其次气基竖炉内含碳球团矿会发生粘接，不利于出料；而若加热后炉顶气温度过低，将造成煤基竖炉内温度过低，导致得到的第二直接还原铁的品质差，金属化率低。

根据本发明的实施例，煤基竖炉400具有蓄热式热辐射板(未示出)、含碳球团矿入口401、第二还原气入口402、第二直接还原铁出口403和第二炉顶气出口404，第二还原气入口402与加热后炉顶气出口302相连，且适于在加热后炉顶气和蓄热式热辐射板的作用下将含碳球团矿进行煤基还原，以便得到第二直接还原铁和第二炉顶气。发明人发现，通过利用加热后炉顶气中的还原成分，可实现对含碳球团矿的还原，并且可以充分利用加热后炉顶气的显热，显著提高含碳球团矿的还原效率，进而提高第二直接还原铁的金属化率，并且通过对加热后炉顶气的显热的利用可显著降低蓄热式热辐射板的能耗，节约成本。具体的，含碳球团矿可以包括铁精矿含碳球团、钒钛磁铁矿含碳球团和红土镍矿含碳球团等。

根据本发明的一个实施例，第二还原气的流量可以为1300-1400Nm³/t还原铁。发明人发现；若第二还原气流量过大，会增大生产成本；而若第二还原气流量过小，所得的第二直接还原铁品质差，金属化率低。

根据本发明实施例的制备直接还原铁的系统，通过将气基竖炉所得的高压第一炉顶气直接经除尘、干燥和加热后送至炉内压力较低的煤基竖炉中作为第二还原气使用，不经过洗涤、冷却等工序，充分利用第一炉顶气的显热，也无需对第一炉顶气进行压缩和脱碳等工序，显著降低了生产成本，同时在第一炉顶气的作用下，煤基竖炉内的含碳球团矿的反应时间大幅缩减、反应温度也大幅下降，显著节约了煤基竖炉的能耗，并且所得的第二直接还原铁的金属化率明显提高。

根据本发明的实施例，参考图2，上述制备直接还原铁的系统进一步包括：除尘装置500。

根据本发明的实施例，除尘装置500具有混合气入口501和除尘后炉顶气出口502，混合气入口501与第二炉顶气出口404相连，除尘后炉顶气出口502与加热炉300相连，且适于将第二炉顶气进行除尘处理，以便得到除尘后炉顶气，并将除尘后炉顶气的第一部分供给至加热炉中作为燃料使用。发明人发现，通过将第二炉顶气进行除尘，得到除尘后炉顶气，并将一部分除尘后炉顶气作为燃料送至加热炉，可实现对除尘后炉顶气的资源再利用，同时可减少给加热炉带去的杂质，并节约加热炉的能耗。具体的，供给至加热炉中的除尘后炉顶气所占的体积百分比可以为40％-65％。

根据本发明的实施例，参考图3，上述制备直接还原铁的系统进一步包括：燃烧器600。

根据本发明的实施例，燃烧器600具有燃料气入口601、燃料入口602和燃烧气出口603，燃料入口602与除尘后炉顶气出口502相连，燃烧气出口603与蓄热式热辐射板(未示出)相连，且适于将除尘后炉顶气的第二部分与燃料气混合燃烧，以便得到燃烧气，并将燃烧气供给至煤基竖炉中的蓄热式热辐射板中作为热源使用。发明人发现，通过将除尘后炉顶气的第二部分和燃料气供给至燃烧器中进行燃烧，可进一步实现对除尘后炉顶气中的可燃成分及显热的直接利用，并且通过将得到的燃烧气返回至煤基竖炉中作为蓄热式热辐射板的热源使用，可进一步提高工艺的热利用率。具体的，燃料的占比可以为除尘后炉顶气体积的30％-50％，并且燃料气可以为兰炭气、转炉煤气和低阶煤热解气等，所得燃烧气的温度可以为800～1100摄氏度。

根据本发明的实施例，参考图4，上述制备直接还原铁的系统进一步包括：重整装置700。

根据本发明的实施例，重整装置700具有转化剂入口701和还原气出口702，转化剂入口701与除尘后炉顶气出口502相连，还原气出口702与第一还原气入口102相连，且适于将除尘后炉顶气的第三部分作为转化剂使用，以便得到还原气，并将还原气供给至气基竖炉中作为第一还原气使用。具体的，作为转化剂的除尘后炉顶气的体积占比可以为5％-10％，转化剂在重整装置内参与甲烷重整反应：CH₄+CO₂＝2CO+2H₂，显著提高了还原气中一氧化碳和氢气的含量，使其满足气基竖炉第一还原气的要求。由此，经重整后所得的还原气可供给至气基竖炉中作为第一还原气使用，如此进一步实现了对除尘后炉顶气的资源再利用，显著提高了整个工艺的经济性。

根据本发明的实施例，上述制备直接还原铁的系统至少具有下列所述的优点之一：

根据本发明实施例的制备直接还原铁的系统，气基竖炉和煤基竖炉的炉顶气均未经洗涤、冷却等处理，充分利用了炉顶气的余热，同时节约了水资源，提高了能源的利用率；

根据本发明实施例的制备直接还原铁的系统，通过将气基竖炉所得的炉顶气通入煤基竖炉，显著降低了煤基竖炉内含碳球团矿的反应时间和反应温度，提高了生产效率，并且提高了所得直接还原铁的金属化率；

根据本发明实施例的制备直接还原铁的系统，因气基竖炉的炉顶气压力高，而煤基竖炉内的压力低，因此气基竖炉的炉顶气可不经过压缩、脱碳等直接通入煤基竖炉内，简化了炉顶气系统。

在本发明的再一个发明，本发明提出了制备直接还原铁的方法，根据本发明的实施例，参考图5，该方法包括：

S100：将氧化球团供给至气基竖炉中，在第一还原气的作用下进行气基还原

该步骤中，将氧化球团供给至气基竖炉中，在第一还原气的作用下进行气基还原，以便得到第一直接还原铁和第一炉顶气。具体的，氧化球团中可以为铁精矿制成的氧化球团或钒钛磁铁精矿制成的氧化球团，第一还原气中主要起作用的是一氧化碳和氢气，在高温下，氧化球团在一氧化碳和氢气的作用下发生还原反应，将氧化球团中的大部分金属氧化物还原为金属，得到第一直接还原铁。

根据本发明的一个实施例，第一还原气中一氧化碳与氢气的总体积占比可以为88～92％，压力可以为0.4～0.7MPa。发明人发现，若第一还原气中一氧化碳与氢气的总含量的占比过低，则氧化球团在气基竖炉内的还原度降低，不利于提高第一直接还原铁中的金属化率。具体的，第一还原气中一氧化碳与氢气的体积比可以为(0.20～1.00)：1。

根据本发明的再一个实施例，第一还原气的温度可以为950-1000摄氏度，流量可以为1800-1900Nm³/t还原铁。发明人发现，若第一还原气温度过高，首先对气基竖炉内壁材质要求更高，增大设备投资成本，其次气基竖炉内氧化球团会发生粘接，不利于出料；而若第一还原气温度过低，将造成气基竖炉内温度过低，导致得到的第一直接还原铁的品质差，金属化率低；若第一还原气流量过大，会增大生产成本；而若第一还原气流量过小，所得的第一直接还原铁品质差，金属化率低。

S200：将第一炉顶气供给至除尘-干燥单元依次进行除尘和干燥处理

该步骤中，将第一炉顶气供给至除尘-干燥单元依次进行除尘和干燥处理，以便得到干燥后炉顶气和粉尘。具体的，先将第一炉顶气进行除尘，得到除尘后第一炉顶气和粉尘，在将除尘后第一炉顶气进行干燥除水，得到干燥后炉顶气。由此，可显著提高干燥后炉顶气的品位，从而避免给后续加热炉和煤基竖炉带去杂质，延长加热炉和煤基竖炉的使用寿命，同时提高煤基竖炉内的还原效率。具体的，本领域技术人员可以根据实际对除尘和干燥过程条件进行选择。

S300：将干燥后炉顶气供给至加热炉进行加热

该步骤中，将干燥后炉顶气供给至加热炉进行加热，以便得到加热后炉顶气。发明人发现，通过将干燥后炉顶气进行加热，可显著提高干燥后炉顶气的温度，得到的加热后炉顶气可直接作为第二还原气用于后续煤基竖炉中，由此，有利于充分利用第一炉顶气的显热及第一炉顶气中的还原成分，从而提高第二炉顶气中直接还原铁的金属化率。具体的，加热炉内加热方式可以采用电直接加热或间接换热。

根据本发明的一个实施例，加热后炉顶气中一氧化碳与氢气的总体积占比可以为65～72％，压力可以为0.2～0.4MPa。发明人发现，若加热后炉顶气中一氧化碳与氢气的总含量的占比过低，则含碳球团矿在煤基竖炉内的还原度降低，不利于提高第二直接还原铁中的金属化率。具体的，加热后炉顶气中一氧化碳与氢气的体积比可以为(0.22～1.25)：1。

根据本发明的再一个实施例，加热后炉顶气的温度可以为800～1050摄氏度。发明人发现，若加热后炉顶气温度过高，首先对煤基竖炉内壁材质要求更高，增大设备投资成本，其次气基竖炉内含碳球团矿会发生粘接，不利于出料；而若加热后炉顶气温度过低，将造成煤基竖炉内温度过低，导致得到的第二直接还原铁的品质差，金属化率低。

S400：将含碳球团矿供给至煤基竖炉，在加热后炉顶气和蓄热式热辐射板的作用下进行煤基还原

该步骤中，将含碳球团矿供给至煤基竖炉，在加热后炉顶气和蓄热式热辐射板的作用下进行煤基还原，以便得到第二直接还原铁和第二炉顶气。发明人发现，通过利用加热后炉顶气中的还原成分，可实现对含碳球团矿的还原，并且可以充分利用加热后炉顶气的显热，显著提高含碳球团矿的还原效率，进而提高第二直接还原铁的金属化率，并且通过对加热后炉顶气的显热的利用可显著降低蓄热式热辐射板的能耗，节约成本。具体的，含碳球团矿可以包括铁精矿含碳球团、钒钛磁铁矿含碳球团和红土镍矿含碳球团等。

根据本发明的一个实施例，第二还原气的流量可以为1300-1400Nm3/t直接还原铁。发明人发现；若第二还原气流量过大，会增大生产成本；而若第二还原气流量过小，所得的第二直接还原铁品质差，金属化率低。

根据本发明实施例的制备直接还原铁的方法，通过将气基竖炉所得的高压第一炉顶气直接经除尘、干燥和加热后送至炉内压力较低的煤基竖炉中作为第二还原气使用，不经过洗涤、冷却等工序，充分利用第一炉顶气的显热，也无需对第一炉顶气进行压缩和脱碳等工序，显著降低了生产成本，同时在第一炉顶气的作用下，煤基竖炉内的含碳球团矿的反应时间大幅缩减、反应温度也大幅下降，显著节约了煤基竖炉的能耗，并且所得的第二直接还原铁的金属化率明显提高。

根据本发明的实施例，参考图6，上述制备直接还原铁的方法进一步包括：

S500：将第二炉顶气供给至除尘装置中进行除尘处理

该步骤中，将第二炉顶气供给至除尘装置中进行除尘处理，以便得到除尘后炉顶气，并将除尘后炉顶气的第一部分供给至加热炉中作为燃料使用。发明人发现，通过将第二炉顶气进行除尘，得到除尘后炉顶气，并将一部分除尘后炉顶气作为燃料送至加热炉，可实现对除尘后炉顶气的资源再利用，同时可减少给加热炉带去的杂质，并节约加热炉的能耗。具体的，供给至加热炉中的除尘后炉顶气所占的体积百分比可以为40％-65％。

根据本发明的实施例，参考图7，上述制备直接还原铁的方法进一步包括：

S600：将除尘后炉顶气的第二部分供给至燃烧器中与燃料气混合燃烧

该步骤中，将除尘后炉顶气的第二部分供给至燃烧器中与燃料气混合燃烧，以便得到燃烧气，并将燃烧气供给至S400中的蓄热式热辐射板中作为热源使用。发明人发现，通过将除尘后炉顶气的第二部分和燃料气供给至燃烧器中进行燃烧，可进一步实现对除尘后炉顶气中的可燃成分及显热的直接利用，并且通过将得到的燃烧气返回至煤基竖炉中作为蓄热式热辐射板的热源使用，可进一步提高工艺的热利用率。具体的，燃料的占比可以为除尘后炉顶气体积的30％-50％，并且燃料气可以为兰炭气、转炉煤气和低阶煤热解气等，所得燃烧气的温度可以为800～1100摄氏度。

根据本发明的实施例，参考图8，上述制备直接还原铁的方法进一步包括：

S700：将除尘后炉顶气的第三部分供给至重整装置中作为转化剂使用

该步骤中，将除尘后炉顶气的第三部分供给至重整装置中作为转化剂使用，以便得到还原气，并将还原气供给至S100中作为第一还原气使用。具体的，作为转化剂的除尘后炉顶气的体积占比可以为5％-10％，转化剂在重整装置内参与甲烷重整反应：CH₄+CO₂＝2CO+2H₂，显著提高了还原气中一氧化碳和氢气的含量，使其满足气基竖炉第一还原气的要求。由此，经重整后所得的还原气可供给至气基竖炉中作为第一还原气使用，如此进一步实现了对除尘后炉顶气的资源再利用，显著提高了整个工艺的经济性。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

将由铁品位为65.02％的铁精矿制成的氧化球团放入气基竖炉，并通入一氧化碳和氢气的总体积占比91％、压力0.7MPa、温度1000摄氏度和流量1800Nm³/t直接还原铁的第一还原气，其中，一氧化碳与氢气的体积比为1.00：1，生成第一炉顶气和金属化率为92％的第一直接还原铁；接着将第一炉顶气经过除尘器除尘、干燥器干燥和加热炉加热后，得到一氧化碳与氢气的总体积占比66％、压力0.4MPa和温度950摄氏度的加热后炉顶气，并将加热后炉顶气按照流量1300Nm³/t直接还原铁作为第二还原气通入煤基竖炉中；将由铁品位68.32％的赤铁精矿与兰炭经对辊压球机制备成的含碳球团矿供给至煤基竖炉中，其中含碳球团矿中的C/O为0.8，在蓄热式热辐射管和第二还原气的作用下，炉内温度为1050摄氏度，含碳球团矿在煤基竖炉内与第二还原气发生还原反应，生成第二炉顶气和金属化率为91％的第二直接还原铁；第二炉顶气经除尘器除尘后，得到除尘后炉顶气，并将其中体积分数的60％作为燃料供给至加热炉中，体积分数30％的除尘后炉顶气与燃料气按照体积比1：1混合后经燃烧器燃烧，得到的温度为1050摄氏度的燃烧气供给至煤基竖炉中的蓄热式热辐射管中为煤基竖炉供热，余下的10％用于作为转化剂进行重整制得一氧化碳和氢气的总体积占比91％的还原气，并将该还原气作为第一还原气供给至气基竖炉中。气基竖炉与煤基竖炉的冷却段均采用循环水冷却，所得的第一直接还原铁和第二直接还原铁的出炉温度均为95摄氏度。

实施例2

将由铁品位为54.63％的钒钛磁铁精矿制成的氧化球团放入气基竖炉，并通入一氧化碳和氢气的总体积占比89％、压力0.4MPa、温度950摄氏度和流量1900Nm³/t直接还原铁的第一还原气，其中，一氧化碳与氢气的体积比为0.20：1，生成第一炉顶气和金属化率为90％的第一直接还原铁；接着将第一炉顶气经过除尘器除尘、干燥器干燥和加热炉加热后，得到一氧化碳与氢气的总体积占比69％、压力0.25MPa和温度800摄氏度的加热后炉顶气，并将加热后炉顶气按照流量1400Nm³/t直接还原铁作为第二还原气通入煤基竖炉中；将由铁品位65.02％的铁精矿与焦丁经对辊压球机制备成的含碳球团矿供给至煤基竖炉中，其中含碳球团矿中的C/O为0.9，在蓄热式热辐射管和第二还原气的作用下，炉内温度为1030摄氏度，含碳球团矿在煤基竖炉内与第二还原气发生还原反应，生成第二炉顶气和金属化率为89％的第二直接还原铁；第二炉顶气经除尘器除尘后，得到除尘后炉顶气，并将其中体积分数的40％作为燃料供给至加热炉中，体积分数50％的除尘后炉顶气与燃料气按照体积比3：1混合后经燃烧器燃烧，得到的温度为800摄氏度的燃烧气供给至煤基竖炉中的蓄热式热辐射管中为煤基竖炉供热，余下的10％用于作为转化剂进行重整制得一氧化碳和氢气的总体积占比89％的还原气，并将该还原气作为第一还原气供给至气基竖炉中。气基竖炉与煤基竖炉的冷却段均采用循环水冷却，所得的第一直接还原铁和第二直接还原铁的出炉温度均为95摄氏度。

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须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 (10)

1.一种制备直接还原铁的系统，其特征在于，包括：

气基竖炉，所述气基竖炉具有氧化球团入口、第一还原气入口、第一直接还原铁出口和第一炉顶气出口；

除尘-干燥单元，所述除尘干燥单元具有第一炉顶气入口、干燥后炉顶气出口和粉尘出口，所述第一炉顶气入口与所述第一炉顶气出口相连；

加热炉，所述加热炉具有干燥后炉顶气入口和加热后炉顶气出口，所述干燥后炉顶气入口与所述干燥后炉顶气出口相连；

煤基竖炉，所述煤基竖炉具有蓄热式热辐射板、含碳球团矿入口、第二还原气入口、第二直接还原铁出口和第二炉顶气出口，所述第二还原气入口与所述加热后炉顶气出口相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：

除尘装置，所述除尘装置具有混合气入口和除尘后炉顶气出口，所述混合气入口与所述第二炉顶气出口相连，所述除尘后炉顶气出口与所述加热炉相连。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包括：

燃烧器，所述燃烧器具有燃料气入口、燃料入口和燃烧气出口，所述燃料入口与所述除尘后炉顶气出口相连，所述燃烧气出口与所述蓄热式热辐射板相连。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，进一步包括：

重整装置，所述重整装置具有转化剂入口和还原气出口，所述转化剂入口与所述除尘后炉顶气出口相连，所述还原气出口与所述第一还原气入口相连。

5.一种采用权利要求1-4中任一项所述的系统制备直接还原铁的方法，其特征在于，包括：

(1)将氧化球团供给至所述气基竖炉中，在第一还原气的作用下进行气基还原，以便得到第一直接还原铁和第一炉顶气；

(2)将所述第一炉顶气供给至所述除尘-干燥单元依次进行除尘和干燥处理，以便得到干燥后炉顶气和粉尘；

(3)将所述干燥后炉顶气供给至所述加热炉进行加热，以便得到加热后炉顶气；

(4)将含碳球团矿供给至所述煤基竖炉，在所述加热后炉顶气和蓄热式热辐射板的作用下进行煤基还原，以便得到第二直接还原铁和第二炉顶气。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：

(5)将所述第二炉顶气供给至所述除尘装置中进行除尘处理，以便得到除尘后炉顶气，并将所述除尘后炉顶气的第一部分供给至所述加热炉中作为燃料使用。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：

(6)将所述除尘后炉顶气的第二部分供给至所述燃烧器中与燃料气混合燃烧，以便得到燃烧气，并将所述燃烧气供给至步骤(4)中的所述蓄热式热辐射板中作为热源使用。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，进一步包括：

(7)将所述除尘后炉顶气的第三部分供给至所述重整装置中作为转化剂使用，以便得到还原气，并将所述还原气供给至步骤(1)中作为所述第一还原气使用。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述第一还原气中一氧化碳与氢气的总体积占比88～92％，压力为0.4～0.7MPa。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述加热后炉顶气中一氧化碳与氢气的总体积占比65～72％，压力为0.2～0.4MPa，温度为800～1050摄氏度。