CN108822898A - 一种全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收装置及工艺，该装置包括烟气除尘净化结构、冷却结构、吸附结构和回收循环结构；所述烟气除尘净化结构用于对回转窑排出的尾气进行除尘净化，除去炉尘；所述冷却结构用于对经过除尘净化结构处理后的尾气进行降温；所述吸附结构用于对经过冷却结构降温后的尾气进行CO2脱除；所述回收循环结构用于对经过吸附结构处理后的提质煤气进行回收，并将回收的提质煤气输送至熔融气化炉顶部的烟气管道中和回转窑中。本发明工艺利用上述装置，采用干式除尘净化技术、CO2变压吸附技术以及煤气循环利用技术能够显著降低冶炼工艺的综合能耗，减少CO2排放，提高煤气利用率。
Description
技术领域
本发明涉及非高炉炼铁技术领域，具体涉及一种全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收装置及工艺。
背景技术
目前，钢铁行业主要以高炉炼铁为主，传统的高炉炼铁流程长，高炉炼铁必须使用焦炭，随着全球焦煤资源的短缺以及炼焦和烧结过程产生的环境污染日趋严重，高炉炼铁工艺已经无法回避上述问题。然而，全氧全煤冶炼工艺避免了高炉流程的烧结、球团以及焦化工序，大大减少了能量负荷和环境污染。全氧全煤冶炼技术在生产过程中伴随有大量的煤气输出，其煤气成分主要以CO、CO2以及H2组成。此煤气提质与回收技术直接影响到全氧全量煤粉冶炼技术的冶炼能耗、经济效益以及CO2排放，是全氧全煤冶炼技术能否广泛推广应用的关键。迄今为止，国内外FINEX和COREX熔融还原的炉顶煤气净化系统多采用湿式除尘系统，循环水耗量巨大，导致循环水处理系统庞大，电耗高，成本高。此外，当前熔融还原炼铁技术均没有涉及到炉顶煤气的提质与回收工艺。以上技术缺点严重制约了熔融还原炼铁技术的发展和推广应用。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收的装置和工艺。本发明旨在对全氧全煤炼铁过程中产生的含尘煤气进行净化、冷却、CO2脱除、煤气储存以及煤气循环利用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收装置，包括烟气除尘净化结构、冷却结构、吸附结构和回收循环结构；
所述烟气除尘净化结构用于对回转窑排出的尾气进行除尘净化，除去炉尘；
所述冷却结构用于对经过除尘净化结构处理后的尾气进行降温；
所述吸附结构用于对经过冷却结构降温后的尾气进行CO2脱除；
所述回收循环结构用于对经过吸附结构处理后的提质煤气进行回收，并将回收的提质煤气输送至熔融气化炉顶部的烟气管道中和回转窑中。
作为改进，还包括炉尘回收结构；
所述炉尘回收结构与烟气除尘净化结构的底部连通，用于收集烟气除尘净化结构中除去的炉尘。
作为改进，所述烟气除尘净化结构包括重力除尘器和干式除尘器；
所述重力除尘器自上而下依次包括冷却部分、除尘部分和炉尘沉淀部分，
所述冷却部分的顶部具有第一烟气入口，第一烟气入口通过烟气管道与回转窑的尾气排出管连通，除尘部分的底部具有第一烟气出口，炉尘沉淀部分的底部具有第一炉尘出口；
所述干式除尘器具有第二烟气入口，第二烟气出口和第二炉尘出口，所述第二烟气入口与第一烟气出口连通；
所述第一炉尘出口和第二炉尘出口通过管道与炉尘回收结构连通。
作为改进，所述冷却结构包括冷却塔和冷却水循环结构；
所述冷却塔上具有第三烟气入口，第三烟气出口和冷却水出口，所述第三烟气入口与第二烟气出口通过管道连通，且该管道上设有抽气泵，第三烟气出口与所述吸附结构上的烟气入口连通；
所述冷却水循环结构包括第一水箱、第二水箱和第三水箱；
所述第二水箱和第三水箱通过一根水管连通形成连通器结构；
所述第一水箱具有第一进水口和第一出水口，所述第一出水口通过第一水管与设置在重力除尘器顶部的第一喷淋器连接，所述第一水管上设有第一水泵；
所述第二水箱具有注水口、第二进水口和第二出水口，所述第二进水口与冷却塔的冷却水出口连通，所述第二出水口通过第二水管与第一水箱连通，所述第二水管上设有第二水泵；
第三水箱具有第三出水口，所述第三出水口通过第三水管与冷却塔顶部的第二喷淋器连接，所述第三水管上设有第三水泵。
作为改进，所述回收循环结构包括煤气储存罐、压缩机、烟气输送总管、第一烟气支管和第二烟气支管；
所述煤气储存罐具有烟气入口和烟气出口，所述煤气储存罐上的烟气入口与吸附结构上的烟气出口连通，煤气储存罐上的烟气出口与烟气输送总管的进气口连通；所述烟气输送总管的出气口分别与第一烟气支管的进气口和第二烟气支管的进气口连通，第一烟气支管的出气口与熔融气化炉顶部的烟气管道连通，第二烟气支管的出气口与回转窑的进气口连通。
一种全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收工艺，采用上述的全氧全煤炼铁技术的煤气提质
回收装置；
包括如下步骤：
S1：从回转窑煤气出口排出的尾气经过烟气除尘净化结构进行进处理，去除炉尘；
S2：经过烟气除尘净化结构处理后的尾气进入冷却结构进行冷却，然后在进入吸附结构去除CO2；
S3：去除CO2后的尾气为提质煤气，提质煤气经过回收循环结构进行收集，并通过压缩机将一部分提质煤气送至熔融还原气化炉顶部的烟气管道中，将另一部分提质煤气送至回转窑中。
作为改进，所述步骤S2中，经过吸附结构吸附后得到煤气的有效还原组分大于90%，提质煤气的CO体积百分数为76～85%，CO2的体积百分数为5～7%，H2的体积百分数为4～8%，N2体积分数为7～10%。
作为改进，所述步骤S2中，采用冷却塔对净化后的煤气进行雾化水冷却降温，将煤气温度降到80℃以下。
作为改进，所述步骤S3中，所述煤气储存罐中的提质煤气一部分被输送到熔融气化炉顶部的烟气管道中，用于冷却反应塔顶部的高温煤气，将反应塔顶部煤气温度调节到1200～1300℃，然后进入回转窑中用于加热回转窑和预还原铁矿石球团。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
1、本发明提供的装置结构简单，只需要对现有设备做简单改装即可，生产投资小。
2、本发明工艺利用上述装置，采用干式除尘净化技术、CO2变压吸附技术以及煤气循环利用技术能够显著降低冶炼工艺的综合能耗，减少CO2排放，提高煤气利用率。该工艺的经济效益显著，节能减排效果明显。与传统高炉炼铁工艺比较，综合能耗降低了20～30%，CO2排放量减少了80～90%，煤气利用率提高到了60%～70%。
附图说明
图1是本发明装置的结构原理图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此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一个或者更多个该特征。
实施例1：一种全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收装置，包括烟气除尘净化结构、冷却结构、吸附结构30和回收循环结构；实施时，吸附结构30可采用变压吸附。
所述烟气除尘净化结构用于对回转窑排出的尾气进行除尘净化，除去炉尘，该部分炉尘中含有大量碳-含碳铁的有价部分；
所述冷却结构用于对经过除尘净化结构处理后的尾气进行降温；
所述吸附结构用于对经过冷却结构降温后的尾气进行CO2脱除；
所述回收循环结构用于对经过吸附结构处理后的提质煤气进行回收，并将回收的提质煤气输送至熔融气化炉顶部的烟气管道中和回转窑中。
作为改进，所述装置还包括炉尘回收结构70；所述炉尘回收结构70与烟气除尘净化结构的底部连通，用于收集烟气除尘净化结构中除去的炉尘。收集的炉尘采用圆盘造球机或对辊压球机对炉尘进行制粒，得到的含碳球团被返回到炉料中进行二次资源的回收利用。
作为改进，所述烟气除尘净化结构包括重力除尘器11和干式除尘器13；
所述重力除尘器11自上而下依次包括冷却部分、除尘部分和炉尘沉淀部分，
所述冷却部分的顶部具有第一烟气入口，第一烟气入口通过烟气管道与回转窑的尾气排出管连通，除尘部分的底部具有第一烟气出口，炉尘沉淀部分的底部具有第一炉尘出口；
所述干式除尘器13具有第二烟气入口，第二烟气出口和第二炉尘出口，所述第二烟气入口与第一烟气出口连通；
所述第一炉尘出口和第二炉尘出口通过管道与炉尘回收结构70连通。
全氧全煤炼铁过程中产生的含尘煤气，经过重力除尘对含尘煤气进行初步净化除尘，除去部分含碳-含碳铁的有价炉尘，初步净化煤气被送入到干式除尘器干式布袋除尘或干式电除尘器进行二次净化除尘。烟气除尘净化结构净化回转窑尾气，炉尘回收结构70收集有价的冶金尘泥，尘泥最终被用于压球造块，返回到炉料中进一步提取有价金属。
作为改进，所述冷却结构20包括冷却塔21和冷却水循环结构；
所述冷却塔21上具有第三烟气入口，第三烟气出口和冷却水出口，所述第三烟气入口与第二烟气出口通过管道连通，且该管道上设有抽气泵22，第三烟气出口与所述吸附结构30上的烟气入口连通；
所述冷却水循环结构包括第一水箱23、第二水箱25和第三水箱27；
所述第二水箱25和第三水箱27通过一根水管连通形成连通器结构；
所述第一水箱23具有第一进水口和第一出水口，所述第一出水口通过第一水管22与设置在重力除尘器11顶部的第一喷淋器连接，具体地第一喷淋器设置在重力除尘器11的冷却部分，通过喷淋在重力除尘器11的冷却部分对从回转窑50排出的尾气进行第一次降温，由于第一喷淋器所喷的水量较少，因此重力除尘器11中没有设专门的出水口，用于冷却的水与炉尘从重力除尘器11底部的第一炉尘出口一起排出，所述第一水管22上设有第一水泵；
所述第二水箱25具有注水口、第二进水口和第二出水口，所述第二进水口与冷却塔21的冷却水出口连通，所述第二出水口通过第二水管24与第一水箱23连通，所述第二水管24上设有第二水泵；冷却水通过注水口注入第二水箱25，
第三水箱27具有第三出水口，所述第三出水口通过第三水管28与冷却塔21顶部的第二喷淋器连接，所述第三水管28上设有第三水泵。具体地第二喷淋器设置在冷却塔21的内，且位于冷却塔21的顶部，通过第二喷淋器不断喷淋冷却水，在冷却塔21中实现对气体的降温冷却。
进一步地，所述回收循环结构包括煤气储存罐41、压缩机43、烟气输送总管45、第一烟气支管47和第二烟气支管49；
所述煤气储存罐41具有烟气入口和烟气出口，所述煤气储存罐41上的烟气入口与吸附结构30上的烟气出口连通，煤气储存罐41上的烟气出口与烟气输送总管45的进气口连通；所述烟气输送总管45的出气口分别与第一烟气支管47的进气口和第二烟气支管49的进气口连通，第一烟气支管47的出气口与熔融气化炉60顶部的烟气管道连通，第二烟气支管49的出气口与回转窑50的进气口连通。
本发明采用重力除尘对含尘煤气进行初步净化除尘，采用干式除尘工艺对煤气进行二次净化除尘，采用圆盘造球机或对辊压球机对含碳含铁尘泥进行制粒，采用冷却塔对净化后的煤气进行冷却降温，采用变压吸附装置对净化后的煤气进行CO2脱除得到提质煤气，采用煤气储存罐储存提质煤气，最后通过压缩机将煤气储存罐中的提质煤气输送到熔融气化炉炉顶的下降管中用于调节炉顶煤气温度，部分提质煤气还被输送到回转窑中用于燃烧调节温度。本发明能够显著降低冶炼工艺的综合能耗，减少CO2排放，提高煤气利用率，经济和环保效益显著。
实施例2：一种全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收工艺，采用实施例1所述的全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收装置；
包括如下步骤：
S1：从回转窑50煤气出口排出的尾气经过烟气除尘净化结构进行进处理，去除炉尘；
S2：经过烟气除尘净化结构处理后的尾气进入冷却结构进行冷却，然后在进入吸附结构30去除CO2；
S3：去除CO2后的尾气为提质煤气，提质煤气经过回收循环结构进行收集，并通过压缩机将一部分提质煤气送至熔融还原气化炉60顶部的烟气管道中，将另一部分提质煤气送至回转窑50中。
所述步骤S2中，经过吸附结构30吸附后得到煤气的有效还原组分大于90%，提质煤气的CO体积百分数为76～85%，具体可以为：76%、78%、80%、82%、85%，CO2的体积百分数为5～7%，具体可以为：5%、5.5%、6%、6.5%、7%，H2的体积百分数为4～8%，具体可以为：4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%，N2体积分数为具体可以为：7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%。
作为改进，所述步骤S2中，采用冷却塔21对净化后的煤气进行雾化水冷却降温，将煤气温度降到80℃以下。
所述步骤S3中，采用煤气储存罐储存提质煤气，通过压缩机将煤气储存罐中的一部分提质煤气输送到熔融气化炉顶部的烟气管道，用于冷却反应塔顶部的高温煤气，将反应塔顶部煤气温度调节到1200℃～1300℃，具体可以为：1200℃、1220℃、1250℃、1300℃，然后进入回转窑中用于加热回转窑和预还原铁矿石球团。此外，另一部分提质煤气被输送到回转窑中，用于燃烧为回转窑还原提供热量，并作为还原气还原回转窑中的铁矿石球团。
熔融气化炉自上而下包括三个部分，下降管或烟气管道、反应塔和熔池。
本发明采用干式除尘净化技术、CO2变压吸附技术以及煤气循环利用技术显著降低冶炼工艺的综合能耗，减少CO2排放，提高煤气利用率，经济和环保效益显著。与传统高炉炼铁工艺比较，该工艺的综合能耗降低了20～30%，CO2排放量减少了80～90%，煤气利用率提高到了60%～70%，具有经济效益显著，节能减排效果明显的特征。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收装置，其特征在于：包括烟气除尘净化结构、冷却结构、吸附结构（30）和回收循环结构；
所述烟气除尘净化结构用于对回转窑排出的尾气进行除尘净化，除去炉尘；
所述冷却结构用于对经过除尘净化结构处理后的尾气进行降温；
所述吸附结构用于对经过冷却结构降温后的尾气进行CO2脱除；
所述回收循环结构用于对经过吸附结构处理后的提质煤气进行回收，并将回收的提质煤气输送至熔融气化炉顶部的烟气管道中和回转窑中。
2.如权利要求1所述的全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收装置，其特征在于：还包括炉尘回收结构（70）；
所述炉尘回收结构（70）与烟气除尘净化结构的底部连通，用于收集烟气除尘净化结构中除去的炉尘。
3.如权利要求1或2所述的全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收装置，其特征在于：所述烟气除尘净化结构包括重力除尘器（11）和干式除尘器（13）；
所述重力除尘器（11）自上而下依次包括冷却部分、除尘部分和炉尘沉淀部分，
所述冷却部分的顶部具有第一烟气入口，第一烟气入口通过烟气管道与回转窑的尾气排出管连通，除尘部分的底部具有第一烟气出口，炉尘沉淀部分的底部具有第一炉尘出口；
所述干式除尘器（13）具有第二烟气入口，第二烟气出口和第二炉尘出口，所述第二烟气入口与第一烟气出口连通；
所述第一炉尘出口和第二炉尘出口通过管道与炉尘回收结构（70）连通。
4.如权利要求3所述的全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收装置，其特征在于：所述冷却结构（20）包括冷却塔（21）和冷却水循环结构；
所述冷却塔（21）上具有第三烟气入口，第三烟气出口和冷却水出口，所述第三烟气入口与第二烟气出口通过管道连通，且该管道上设有抽气泵（22），第三烟气出口与所述吸附结构（30）上的烟气入口连通；
所述冷却水循环结构包括第一水箱（23）、第二水箱（25）和第三水箱（27）；
所述第二水箱（25）和第三水箱（27）通过一根水管连通形成连通器结构；
所述第一水箱（23）具有第一进水口和第一出水口，所述第一出水口通过第一水管（22）与设置在重力除尘器（11）顶部的第一喷淋器连接，所述第一水管（22）上设有第一水泵；
所述第二水箱（25）具有注水口、第二进水口和第二出水口，所述第二进水口与冷却塔（21）的冷却水出口连通，所述第二出水口通过第二水管（24）与第一水箱（23）连通，所述第二水管（24）上设有第二水泵；
第三水箱（27）具有第三出水口，所述第三出水口通过第三水管（28）与冷却塔（21）顶部的第二喷淋器连接，所述第三水管（28）上设有第三水泵。
5.如权利要求4所述的全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收装置，其特征在于：所述回收循环结构包括煤气储存罐（41）、压缩机（43）、烟气输送总管（45）、第一烟气支管（47）和第二烟气支管（49）；
所述煤气储存罐（41）具有烟气入口和烟气出口，所述煤气储存罐（41）上的烟气入口与吸附结构（30）上的烟气出口连通，煤气储存罐（41）上的烟气出口与烟气输送总管（45）的进气口连通；所述烟气输送总管（45）的出气口分别与第一烟气支管（47）的进气口和第二烟气支管（49）的进气口连通，第一烟气支管（47）的出气口与熔融气化炉（60）顶部的烟气管道连通，第二烟气支管（49）的出气口与回转窑（50）的进气口连通。
6.一种全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收工艺，其特征在于：采用权利要求5所述的全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收装置；
包括如下步骤：
S1：从回转窑（50）煤气出口排出的尾气经过烟气除尘净化结构进行进处理，去除炉尘；
S2：经过烟气除尘净化结构处理后的尾气进入冷却结构进行冷却，然后在进入吸附结构（30）去除CO2；
S3：去除CO2后的尾气为提质煤气，提质煤气经过回收循环结构进行收集，并通过压缩机将一部分提质煤气送至熔融还原气化炉（60）顶部的烟气管道中，将另一部分提质煤气送至回转窑（50）中。
7.如权利要求6所述的全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收工艺，其特征在于：所述步骤S2中，经过吸附结构（30）吸附后得到煤气的有效还原组分大于90%，提质煤气的CO体积百分数为76～85%，CO2的体积百分数为5～7%，H2的体积百分数为4～8%，N2体积分数为7～10%。
8.如权利要求6或7所述的全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收工艺，其特征在于：所述步骤S2中，采用冷却塔（21）对净化后的煤气进行雾化水冷却降温，将煤气温度降到80℃以下。
9.如权利要求8所述的全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收工艺，其特征在于：所述步骤S3中，所述煤气储存罐（41）中的提质煤气一部分被输送到熔融气化炉（60）顶部的烟气管道中，用于冷却反应塔顶部的高温煤气，将反应塔顶部煤气温度调节到1200～1300℃，然后进入回转窑（50）中用于加热回转窑（50）和预还原铁矿石球团。
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