CN109825659A - 一种气基竖炉生产直接还原铁的工艺及生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种气基竖炉生产直接还原铁的工艺及生产系统属于钢铁冶炼技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种气基竖炉生产直接还原铁的工艺及生产系统，有效实现粉煤气化工艺与气基竖炉工艺的耦合，工艺简单、操作成本低且污染排放少；采用的技术方案为：一种气基竖炉生产直接还原铁的工艺，采用粉煤气化系统产生的粗煤气，经过洗涤除尘、变换、净化、重整，最终生成主要产物为H2和CO的还原气体，还原气体通入气基竖炉还原铁矿石最终生成直接还原铁,工艺简单、操作成本低。
Description
技术领域
本发明一种气基竖炉生产直接还原铁的工艺及生产系统属于钢铁冶炼技术领域。
背景技术
我国现有的炼铁还原剂主要采用焦炭，焦炭消耗占炼铁成本的35％左右，存在高消耗、高成本、高污染的局面，且焦炭与生成铁容易生成渗碳体，渗碳体结构不稳定。同时，在某些国家和地区储藏着大量的褐煤，但焦炭资源非常有限，甚至难以获得。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种气基竖炉生产直接还原铁的工艺及生产系统，有效实现粉煤气化工艺与气基竖炉工艺的耦合，工艺简单、操作成本低且污染排放少。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种气基竖炉生产直接还原铁的工艺，采用粉煤气化系统产生的粗煤气，经过洗涤除尘、变换、净化、重整，最终生成主要产物为H2和CO的还原气体，还原气体通入气基竖炉还原铁矿石最终生成直接还原铁；
所述变换为调节粗煤气中H2和CO的体积比例；
所述净化为通过低温甲醇洗脱除粗煤气中的CO2和酸性气体H2S、SO2；
所述重整为使粗煤气中的CH4和水蒸汽发生反应生成H2和CO。
所述粗煤气经过洗涤除尘、变换、净化、重整后最终生成的H2和CO体积比例范围为2-5：1。
一种气基竖炉生产直接还原铁的生产系统，包括产生粗煤气的粉煤气化系统、实现洗涤除尘的洗涤及闪蒸处理单元、实现气体体积比例变换和气体净化的水煤气变换及净化单元、实现重整的重整炉和气基竖炉，所述粉煤气化系统包括将原煤磨为煤粉并干燥的磨煤及干燥单元和将煤粉气化为粗煤气的气化及激冷单元，所述磨煤及干燥单元上设有原煤入口和N2接入口，所述N2接入口上连接有N2混入管道，所述磨煤及干燥单元的出口与气化及激冷单元的入口通过管道相连通且该管道上连接有CO2混入管道和O2混入管道,O2混入管道上连接有一号次高压蒸汽管道，所述气化及激冷单元的出口通过管道与洗涤及闪蒸处理单元的入口相连通，所述洗涤及闪蒸处理单元的出口通过管道与水煤气变换及净化单元相连通，所述水煤气变换及净化单元上连接有二号次高压蒸汽管道和CO2出口管道，且水煤气变换及净化单元的出口通过管道与重整炉的入口相连通，所述重整炉上设有热空气接入管道和热烟气排出管道，所述重整炉的出口与气基竖炉的入口相连通，气基竖炉上设有球团铁矿入口和还原铁出口。
所述N2混入管道与空分单元的N2出口相连接，且O2混入管道与空分单元的O2出口相连接，所述空分单元上设置有空气吸入口。
所述气化及激冷单元上设有排渣口且排渣口通过管道与渣水处理单元相连通，所述渣水处理单元设有外排口。
所述洗涤及闪蒸处理单元上设有废水口且所述废水口通过管道与灰水处理单元相连通，所述渣水处理单元上设有渣水口且渣水口通过管道与灰水处理单元相连通，所述灰水处理单元上设有脱盐水入口、滤饼排出口和废水排出口。
所述水煤气变换及净化单元上设有酸气排放口且酸气排放口通过管道与硫回收单元相连通，所述灰水处理单元上也设有酸气出口且酸气出口通过管道与硫回收单元相连通，所述硫回收单元上连接有硫回收管道。
所述气化及激冷单元包括气化室、辐射废锅和激冷室，所述气化室的内壁设置有第一水冷壁，气化室顶部和侧部均设置有向其内部喷入干煤粉和O2的烧嘴，所述气化室底部设有下渣口和粗煤气出口，所述辐射废锅为内部设有中空管道的筒状结构，所述辐射废锅的内壁设置有第二水冷壁，所述中空管道上端为气化产物入口且其下端为粗煤气出口，所述辐射废锅内壁与中空管道之间为渣道腔，所述气化室的下渣口与渣道腔入口相连接，所述渣道腔的出口与渣水处理单元相连通，气化室的粗煤气出口与中空管道的气化产物入口相连通，所述中空管道的粗煤气出口与激冷室内部相连通，所述激冷室的出口通过管道与洗涤及闪蒸处理单元相连通，所述第一水冷壁和第二水冷壁的入口上均连接有与锅炉连通的给水管道，所述第一水冷壁和第二水冷壁的出口上均连接有与一号次高压蒸汽管道和二号次高压蒸汽管道连通的蒸汽管道。
所述重整炉上的热空气接入管道和热烟气排出管道均与空气预热器相连通，且空气预热器上设有冷空气入口和冷烟气出口。
所述气基竖炉的上端设有炉顶气出口，且炉顶气出口通过管道与水煤气变换及净化单元、重整炉的入口相连通。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过将粉煤气化系统产生的粗煤气，经过洗涤除尘、变换、净化、重整，最终生成主要产物为H2和CO的还原气体，还原气体通入气基竖炉还原铁矿石最终生成直接还原铁，有效实现粉煤气化工艺与气基竖炉工艺的耦合，具有工艺简单、产品规模大、操作成本低等特点。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；
图1为本发明一种气基竖炉生产直接还原铁的生产系统流程示意图；
图中：1为空分单元，2为磨煤及干燥单元，3为气化及激冷单元，4为渣水处理单元，5为洗涤及闪蒸处理单元，6为灰水处理单元，7为水煤气变换及净化单元，8为硫回收单元，9为重整炉，10为气基竖炉，11为空气预热器，12为一号次高压蒸汽管道，13为二号次高压蒸汽管道，14为热空气接入管道，15为热烟气排出管道，16为球团铁矿入口，17为还原铁出口，18为外排口，19为脱盐水入口，20为滤饼排出口，21为废水排出口，22为硫回收管道，23为冷空气入口，24为冷烟气出口，25为锅炉，26为蒸汽管道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种气基竖炉生产直接还原铁的工艺，采用粉煤气化系统产生的粗煤气，经过洗涤除尘、变换、净化、重整，最终生成主要产物为H2和CO的还原气体，还原气体通入气基竖炉还原铁矿石最终生成直接还原铁；
所述变换为调节粗煤气中H2和CO的体积比例；
所述净化为通过低温甲醇洗脱除粗煤气中的CO2和酸性气体H2S、SO2；
所述重整为使粗煤气中的CH4和水蒸汽发生反应生成H2和CO。
所述粗煤气经过洗涤除尘、变换、净化、重整后最终生成的H2和CO体积比例范围为2-5：1。
如图1所示，本发明一种气基竖炉生产直接还原铁的生产系统，包括产生粗煤气的粉煤气化系统、实现洗涤除尘的洗涤及闪蒸处理单元5、实现气体体积比例变换和气体净化的水煤气变换及净化单元7、实现重整的重整炉9和气基竖炉10，所述粉煤气化系统包括将原煤磨为煤粉并干燥的磨煤及干燥单元2和将煤粉气化为粗煤气的气化及激冷单元3，所述磨煤及干燥单元2上设有原煤入口和N2接入口，所述N2接入口上连接有N2混入管道，所述磨煤及干燥单元2的出口与气化及激冷单元3的入口通过管道相连通且该管道上连接有CO2混入管道和O2混入管道,CO2作为载气与干煤粉混合进入气化及激冷单元3的烧嘴，O2混入管道上连接有一号次高压蒸汽管道12，一号次高压蒸汽和O2混合后进入气化及激冷单元3的烧嘴，所述气化及激冷单元3的出口通过管道与洗涤及闪蒸处理单元5的入口相连通，所述洗涤及闪蒸处理单元5的出口通过管道与水煤气变换及净化单元7相连通，所述水煤气变换及净化单元7上连接有二号次高压蒸汽管道13和CO2出口管道，且水煤气变换及净化单元7的出口通过管道与重整炉9的入口相连通，所述重整炉9上设有热空气接入管道14和热烟气排出管道15，所述重整炉9的出口与气基竖炉10的入口相连通，气基竖炉10上设有球团铁矿入口16和还原铁出口17。原煤进入粉煤气化系统内的磨煤及干燥单元2磨成煤粉，由N2实现干燥，干煤粉由磨煤及干燥单元2出口喷出后以CO2作为载气输送至气化及激冷单元3，干燥后的干煤粉与O2及次高压蒸汽的混合气进入气化及激冷单元3生成粗煤气，粗煤气主要成分为CO、H2、CO2、H2S、COS和CH4等，在依次经过洗涤及闪蒸处理单元5的洗涤除尘，水煤气变换及净化单元7的H2/CO体积比例调节变换和CO2、H2S脱除净化，净化后的还原气与蒸汽在重整炉9内进行重整反应(CH4和水蒸汽发生反应生成H2和CO)，以便得到热还原气，最终生成主要产物为H2和CO(H2/CO体积比例在2-5之间)的还原气体，热还原气在气基竖炉10内与球团铁矿发生还原反应生成还原铁，还原气体用于气基竖炉10还原铁矿石具有工艺简单、产品规模大、操作成本低等特点。
所述一号次高压蒸汽管道12和二号次高压蒸汽管道13内所流通的为高压蒸汽减压后的次高压蒸汽。
所述N2混入管道与空分单元1的N2出口相连接，且O2混入管道与空分单元1的O2出口相连接，所述空分单元1上设置有空气吸入口。空分单元1从空气分离出N2和O2，分离后的N2进入磨煤及干燥单元2用于煤粉干燥和煤粉输送，O2进入气化及激冷单元3用作煤粉燃烧的气化剂。
所述气化及激冷单元3上设有排渣口且排渣口通过管道与渣水处理单元4相连通，渣水处理单元4包括渣锁斗、捞渣机，所述渣水处理单元4设有外排口18，便于粗渣外排。
所述洗涤及闪蒸处理单元5上设有废水口且所述废水口通过管道与灰水处理单元6相连通，所述渣水处理单元4上设有渣水口且渣水口通过管道与灰水处理单元6相连通，灰水处理单元6包括过滤系统，洗涤及闪蒸处理单元5生成的废水与渣水处理单元4的细渣水去灰水处理单元6做进一步处理，所述灰水处理单元6上设有脱盐水入口19、滤饼排出口20和废水排出口21，处理后的滤饼出界区，废水外排。
所述水煤气变换及净化单元7上设有酸气排放口且酸气排放口通过管道与硫回收单元8相连通，所述灰水处理单元6上也设有酸气出口且酸气出口通过管道与硫回收单元8相连通，所述硫回收单元8上连接有硫回收管道22，硫回收单元8对灰水处理单元6和水煤气变换及净化单元7生成的酸气处理生产硫磺。
所述气化及激冷单元3包括气化室、辐射废锅和激冷室，所述气化室的内壁设置有第一水冷壁，气化室顶部和侧部均设置有向其内部喷入干煤粉和O2的烧嘴，所述气化室底部设有下渣口和粗煤气出口，所述辐射废锅为内部设有中空管道的筒状结构，所述辐射废锅的内壁设置有第二水冷壁，所述中空管道上端为气化产物入口且其下端为粗煤气出口，所述辐射废锅内壁与中空管道之间为渣道腔，所述气化室的下渣口与渣道腔入口相连接，所述渣道腔的出口与渣水处理单元4相连通，气化室的粗煤气出口与中空管道的气化产物入口相连通，所述中空管道的粗煤气出口与激冷室内部相连通，所述激冷室的出口通过管道与洗涤及闪蒸处理单元5相连通，所述第一水冷壁和第二水冷壁的入口上均连接有与锅炉25连通的给水管道，所述第一水冷壁和第二水冷壁的出口上均连接有与一号次高压蒸汽管道12和二号次高压蒸汽管道13连通的蒸汽管道26，所述第一水冷壁和第二水冷壁通过热交换副产高压饱和蒸汽或次高压饱和蒸汽。
所述重整炉9上的热空气接入管道14和热烟气排出管道15均与空气预热器11相连通，且空气预热器11上设有冷空气入口23和冷烟气出口24，在空气预热器11中冷空气与热烟气逆流实现换热，充分利用系统自身生成的热能，环保节能。
所述气基竖炉10的上端设有炉顶气出口27，且炉顶气出口通过管道与水煤气变换及净化单元7、重整炉9的入口相连通。
一部分从气基竖炉10出来的炉顶气与空气预热器11出来的热空气混合燃烧为重整炉9内的重整反应提供热源，混合燃烧后产生热烟气。
本发明所提供的一种气基竖炉生产直接还原铁的工艺及生产系统，有效实现粉煤气化工艺与气基竖炉工艺的耦合，工艺简单且操作成本低，同时在生产系统中考虑到生产各工序所产生的的废弃物，每个工序都设置了废弃物处理或回收的设备，整个生产系统污染排放少，并增加了企业副产品的生成，节省成本并增加经济效益。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种气基竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：采用粉煤气化系统产生的粗煤气，经过洗涤除尘、变换、净化、重整，最终生成主要产物为H2和CO的还原气体，还原气体通入气基竖炉还原铁矿石最终生成直接还原铁；
所述变换为调节粗煤气中H2和CO的体积比例；
所述净化为通过低温甲醇洗脱除粗煤气中的CO2和酸性气体H2S、SO2；
所述重整为使粗煤气中的CH4和水蒸汽发生反应生成H2和CO。
2.根据权利要求1所述的一种气基竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述粗煤气经过洗涤除尘、变换、净化、重整后最终生成的H2和CO体积比例范围为2-5：1。
3.一种气基竖炉生产直接还原铁的生产系统，其特征在于：包括产生粗煤气的粉煤气化系统、实现洗涤除尘的洗涤及闪蒸处理单元(5)、实现气体体积比例变换和气体净化的水煤气变换及净化单元(7)、实现重整的重整炉(9)和气基竖炉(10)，所述粉煤气化系统包括将原煤磨为煤粉并干燥的磨煤及干燥单元(2)和将煤粉气化为粗煤气的气化及激冷单元(3)，所述磨煤及干燥单元(2)上设有原煤入口和N2接入口，所述N2接入口上连接有N2混入管道，所述磨煤及干燥单元(2)的出口与气化及激冷单元(3)的入口通过管道相连通且该管道上连接有CO2混入管道和O2混入管道,O2混入管道上连接有一号次高压蒸汽管道(12)，所述气化及激冷单元(3)的出口通过管道与洗涤及闪蒸处理单元(5)的入口相连通，所述洗涤及闪蒸处理单元(5)的出口通过管道与水煤气变换及净化单元(7)相连通，所述水煤气变换及净化单元(7)上连接有二号次高压蒸汽管道(13)和CO2出口管道，且水煤气变换及净化单元(7)的出口通过管道与重整炉(9)的入口相连通，所述重整炉(9)上设有热空气接入管道(14)和热烟气排出管道(15)，所述重整炉(9)的出口与气基竖炉(10)的入口相连通，气基竖炉(10)上设有球团铁矿入口(16)和还原铁出口(17)。
4.根据权利要求3所述的一种气基竖炉生产直接还原铁的生产系统，其特征在于：所述N2混入管道与空分单元(1)的N2出口相连接，且O2混入管道与空分单元(1)的O2出口相连接，所述空分单元(1)上设置有空气吸入口。
5.根据权利要求4所述的一种气基竖炉生产直接还原铁的生产系统，其特征在于：所述气化及激冷单元(3)上设有排渣口且排渣口通过管道与渣水处理单元(4)相连通，所述渣水处理单元(4)设有外排口(18)。
6.根据权利要求5所述的一种气基竖炉生产直接还原铁的生产系统，其特征在于：所述洗涤及闪蒸处理单元(5)上设有废水口且所述废水口通过管道与灰水处理单元(6)相连通，所述渣水处理单元(4)上设有渣水口且渣水口通过管道与灰水处理单元(6)相连通，所述灰水处理单元(6)上设有脱盐水入口(19)、滤饼排出口(20)和废水排出口(21)。
7.根据权利要求6所述的一种气基竖炉生产直接还原铁的生产系统，其特征在于：所述水煤气变换及净化单元(7)上设有酸气排放口且酸气排放口通过管道与硫回收单元(8)相连通，所述灰水处理单元(6)上也设有酸气出口且酸气出口通过管道与硫回收单元(8)相连通，所述硫回收单元(8)上连接有硫回收管道(22)。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的一种气基竖炉生产直接还原铁的生产系统，其特征在于：所述气化及激冷单元(3)包括气化室、辐射废锅和激冷室，所述气化室的内壁设置有第一水冷壁，气化室顶部和侧部均设置有向其内部喷入干煤粉和O2的烧嘴，所述气化室底部设有下渣口和粗煤气出口，所述辐射废锅为内部设有中空管道的筒状结构，所述辐射废锅的内壁设置有第二水冷壁，所述中空管道上端为气化产物入口且其下端为粗煤气出口，所述辐射废锅内壁与中空管道之间为渣道腔，所述气化室的下渣口与渣道腔入口相连接，所述渣道腔的出口与渣水处理单元(4)相连通，气化室的粗煤气出口与中空管道的气化产物入口相连通，所述中空管道的粗煤气出口与激冷室内部相连通，所述激冷室的出口通过管道与洗涤及闪蒸处理单元(5)相连通，所述第一水冷壁和第二水冷壁的入口上均连接有与锅炉(25)连通的给水管道，所述第一水冷壁和第二水冷壁的出口上均连接有与一号次高压蒸汽管道(12)和二号次高压蒸汽管道(13)连通的蒸汽管道(26)。
9.根据权利要求3-7任意一项所述的一种气基竖炉生产直接还原铁的生产系统，其特征在于：所述重整炉(9)上的热空气接入管道(14)和热烟气排出管道(15)均与空气预热器(11)相连通，且空气预热器(11)上设有冷空气入口(23)和冷烟气出口(24)。
10.根据权利要求3-7任意一项所述的一种气基竖炉生产直接还原铁的生产系统，其特征在于：所述气基竖炉(10)的上端设有炉顶气出口(27)，且炉顶气出口通过管道与水煤气变换及净化单元(7)、重整炉(9)的入口相连通。
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