CN109929958A - 利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的方法及系统，该方法包括：将欧冶炉熔融气化炉煤气生成管输出的高温煤气分为两部分，包括第一高温煤气流股和第二高温煤气流股，所述第一高温煤气流股进行热旋风除尘后，与直接还原竖炉排出的煤气混合，进入所述直接还原竖炉，生产直接还原铁。本发明利用了欧冶炉熔融气化炉输出的高品质煤气来附加生产直接还原铁，由于输出煤气质量好，煤气处理系统配置简单，降低了还原气制备系统的投资成本，生产更高品质的直接还原铁，工艺流程简单，设备技术国产化，有效降低流程系统的制造成本，提升整体经济效益和市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及铁或钢的冶炼技术领域，特别是涉及一种利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的方法及系统。
背景技术
近年来，随着钢铁工业等传统行业遇到的种种困难和发展瓶颈，产能过剩、成本居高不下、不断升级的环保压力都是制约钢铁企业结构转型的关键因素。与传统的高炉流程相比，COREX熔融还原炼铁工艺具有可不使用焦炭或少用焦炭、对环境友好、生产的可靠性和应变能力强等特点，因而该工艺技术也在世界范围内得到了关注和发展，并在多个国家得到了商业化应用。
欧冶炉是新疆八一钢铁在宝钢罗泾COREX-3000炉型的基础上，结合当地区域煤炭、铁矿石等资源特点，开发的升级版的熔融还原炼铁装置，该装置主体结构与COREX炼铁装置类似，主要由上部的预还原竖炉和下部的熔融气化炉组成。自开炉以来，欧冶炉在原燃料配比、布料设备、喷煤等工艺方面进行了不少改进，并取得了较好的效果。据测算，欧冶炉的铁水成本基本与高炉持平，甚至略低，产品的竞争优势日益凸显。如何进一步挖掘欧冶炉装置的潜能，形成系统性的节能减排、降本增效的综合优势，对于我国熔融还原炼铁技术进一步发展具有重大的意义。
目前，国外已经成功商业化运行的多个COREX/欧冶炉气化炉工艺装置，主要是在预还原竖炉输出的顶煤气上采取了不同的综合利用方式，以进一步降低环境负荷，增强工艺装置的整体经济效益。例如，韩国浦项和印度的京德勒钢厂的COREX-2000装置，均采用了输出煤气用来发电的方式，但实际运行的发电效率并不高，能耗损失比较大；南非撒旦那钢厂则采用将COREX输出煤气用于MIDREX直接还原设备结合，用于生产海绵铁和用于设备加热，该法充分利用了预还原竖炉输出的顶煤气，与发电相比，煤气的利用效率和实际效果更高，也进一步降低了钢厂运行成本，但由于输出煤气的有效成分含量不高，需要在煤气转换和处理方面增加投资。
在已公开的专利方面，检索发现《一种用COREX装置和直接还原竖炉生产海绵铁的方法和系统》的发明专利，其采用的方法是：利用COREX装置上部的预还原竖炉输出的煤气，经过煤气洗涤、加压、脱碳、脱氮等一系列处理系统后，进入煤气柜缓存，再通过补充部分的焦炉煤气或天然气混合后，进行加湿和重整后，制备成终态还原气进入直接还原竖炉，该方法由于利用预还原竖炉输出煤气，煤气的有效气含量、温度等工况条件较差，导致了后续需配置一系列的煤气处理系统(如煤气洗涤、加压、脱碳、脱氮、提湿、提温等)，不仅拉长了流程，也增加了投资成本，流程的复杂化进一步影响该工艺的生产制造成本。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的方法，用于解决现有技术中煤气处理系统流程复杂、投资成本高等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的方法及系统，包括：将欧冶炉熔融气化炉煤气生成管输出的高温煤气分为两部分，包括第一高温煤气流股和第二高温煤气流股，所述第一高温煤气流股进行热旋风除尘后，与直接还原竖炉排出的煤气混合，进入所述直接还原竖炉，生产直接还原铁。
一般地，第一高温煤气流股的体积占比为60-70％。刚投产时，可采用外部的N2或人工配气来达到冷却的目的，待生产运行稳定后，即可循环使用直接还原竖炉排出的煤气。
可选地，将所述第二高温煤气流股进行热旋风除尘后，通入预还原炉，用于预还原铁矿石，为下部的熔融气化炉提供铁质原料。
可选地，所述预还原炉中的铁矿石可以是球团矿、烧结矿、块矿中的一种或几种混合料。
可选地，所述预还原炉排出的煤气经洗涤、加压处理后，形成回流煤气，与所述第二高温煤气流股混合，然后进行热旋风除尘处理，回流煤气可同时起到冷却所述第二高温煤气流股的作用。
可选地，所述回流煤气的温度为35～40℃，压力为0.3～0.4MPa。
可选地，所述回流煤气与所述第二高温煤气流股形成的混合气的温度约为850℃，该混合气即为预还原气，经热旋风除尘后，进入所述预还原炉进行反应。
可选地，所述直接还原竖炉中的铁矿石选自赤铁矿、磁铁矿、钒钛磁铁矿中的至少一种。
可选地，所述铁矿石可为赤铁矿、磁铁矿或钒钛磁铁矿制成的氧化球团或块矿，也可以为氧化球团和块矿的混合料。
可选地，所述直接还原竖炉排出的煤气依次经过洗涤除尘、加压、脱碳处理，形成脱碳煤气。
可选地，洗涤除尘的方式选自中的任一种：
A)湿法洗涤除尘；
B)干法布袋除尘与水喷淋组合。
可选地，脱碳处理时，采用的脱碳系统为真空变压吸附系统，煤气脱碳系统的入口煤气温度≤40℃，压力≥0.3MPa。
可选地，一部分脱碳煤气与热旋风除尘后的所述第一高温煤气流股混合，进入所述直接还原竖炉，回流煤气的体积比可在0-100％的范围内，根据需要进行调整，脱碳煤气可同时起到冷却所述第一高温煤气流股的作用。第一高温煤气流股直接进入热旋风除尘系统，除尘后的高温煤气和直接还原竖炉排出的经煤气洗涤及除尘系统、煤气加压系统以及煤气脱碳系统处理后的回流冷煤气，按一定的比例掺混，通过控制回流冷煤气的流量，形成还原不同铁矿石所需达到的温度、流量等要求的还原气后，再进入竖炉内还原铁矿石生产直接还原铁。
可选地，另一部分脱碳煤气用作预还原炉还原气或外用，外用具体可以是并入钢厂内部煤气管网内，也可以是外供。
可选地，所述欧冶炉熔融气化炉煤气生成管输出的高温煤气温度为1000～1050℃，压力为0.3～0.4MPa，有效气CO+H2的体积比≥90％。
可选地，所述直接还原竖炉内的还原气温度为850～1000℃，流量为1700～2200Nm3/t-DRI。
本发明还提供一种利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的系统，包括：欧冶炉气化炉，所述欧冶炉气化炉输出的高温煤气被分成第一高温煤气流股和第二高温煤气流股；
与所述欧冶炉气化炉连通的热旋风除尘系统，所述第一高温煤气流股、第二高温煤气流股独立进入所述热旋风除尘系统；
与所述热旋风除尘系统连通的直接还原竖炉，所述第一高温煤气流股进入所述直接还原竖炉。
可选地，还包括与所述直接还原竖炉连通的煤气洗涤及除尘系统，用于对煤气进行洗涤及除尘。
可选地，所述煤气洗涤及除尘系统包括湿法除尘环缝洗涤器。
可选地，所述煤气洗涤及除尘系统包括干法布袋除尘器、水喷淋器。
可选地，还包括与所述煤气洗涤及除尘系统连通的煤气加压系统。
可选地，还包括与所述煤气加压系统连通的煤气脱碳系统。
可选地，所述煤气脱碳系统选自真空变压吸附系统。
可选地，所述煤气脱碳系统连通至所述直接还原竖炉的进气管路，部分脱碳煤气与所述热旋风除尘系统输出的第一煤气流股混合。
可选地，所述煤气脱碳系统还连通至所述预还原炉或外用管路，使得另一部分脱碳煤气可输送至所述预还原炉或外用设备。
通常大部分脱碳煤气与第一高温煤气流股混合，优先用于直接还原竖炉，在有富余的情况下，才进入预还原炉或外用设备。
可选地，还包括与所述热旋风除尘系统连通的预还原炉，所述热旋风除尘系统输出的第二煤气流股进入所述预还原炉，
可选地，所述预还原炉的出气端连通有煤气洗涤及加压系统，用于对预还原炉输出的煤气进行洗涤及加压处理。
可选地，所述煤气洗涤及加压系统的出气端连通至所述热旋风除尘系统的第二煤气流股进气管路，所述煤气洗涤及加压系统输出的气体与所述第二煤气流股混合，实现对所述第二煤气流股的冷却。
如上所述，本发明的一种利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的方法及系统，具有以下有益效果：本发明利用了欧冶炉熔融气化炉输出的高品质煤气来附加生产直接还原铁，由于输出煤气质量好，煤气处理系统配置简单，降低了还原气制备系统的投资成本，生产更高品质的直接还原铁，工艺流程简单，设备技术国产化，有效降低流程系统的制造成本，提升整体经济效益和市场竞争力。
附图说明
图1显示为本发明实施例中利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的系统示意图。
标号说明
1—欧冶炉气化炉
2—第一高温煤气输出管路
3—第二高温煤气输出管路
4—热旋风除尘系统
5—直接还原竖炉
6—煤气洗涤及除尘系统
7—煤气加压系统
8—煤气脱碳系统
9—预还原炉
10—煤气洗涤及加压系统
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明的目的在于提供一种利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的方法，与其他方法相比，该方法在保证欧冶炉预还原炉输出煤气正常循环利用的同时，还进一步利用了欧冶炉熔融气化炉输出的高质量煤气来生产直接还原铁，由于输出煤气的有效还原气含量和温度均较高，后续匹配的煤气处理系统更为简单，可以降低外部直接还原竖炉用还原气制备系统的投资成本，高质量的煤气供应有利于生产更高品质的直接还原铁产品，流程简单化，降低流程系统的制造成本，提升系统的整体经济效益和市场竞争优势。
本发明提供的一种利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的方法及系统，下面将结合附图，对本发明的实施例进行详细描述，如图1所示，该系统包括欧冶炉气化炉1，欧冶炉气化炉1包括第一高温煤气输出管路2和第二高温煤气输出管路3；与欧冶炉气化炉1连通的热旋风除尘系统4，第一高温煤气输出管路2和第二高温煤气输出管路3各自独立地与热旋风除尘系统4连通；与热旋风除尘系统4连通的直接还原竖炉5，第一高温煤气流股用于对直接还原竖炉5中的铁矿石进行还原，实现对欧冶炉气化炉1排出的高温煤气的高效利用。
在一实施例中，还包括与直接还原竖炉5连通的煤气洗涤及除尘系统6，用于对煤气进行洗涤及除尘。
在一实施例中，煤气洗涤及除尘系统6包括湿法除尘环缝洗涤器，对直接还原竖炉5排出的煤气进行湿法洗涤除尘。
在一实施例中，煤气洗涤及除尘系统包括干法布袋除尘器、水喷淋器，对直接还原竖炉5排出的煤气进行干法除尘以及水喷淋洗涤。
在一实施例中，还包括与煤气洗涤及除尘系统6连通的煤气加压系统7，用于对煤气进行加压处理。
在一实施例中，还包括与煤气加压系统7连通的煤气脱碳系统8，用于对煤气进行脱碳。
在一实施例中，煤气脱碳系统8选自真空变压吸附系统。
在一实施例中，煤气脱碳系统8连通至直接还原竖炉1的进气管道，部分脱碳煤气与热旋风除尘系统4输出的第一高温煤气流股混合，进入直接还原竖炉5，对铁矿石进行还原。
在一实施例中，煤气脱碳系统8还连通至预还原炉9或外用管道，另一部分脱碳煤气可输送至预还原炉9或外用设备。
在一实施例中，还包括与热旋风除尘系统4连通的预还原炉9，热旋风除尘系统4输出的第二高温煤气流股进入预还原炉9。
在一实施例中，预还原炉9的出气端连通有煤气洗涤及加压系统10，用于对预还原炉9输出的煤气进行洗涤及加压处理。
在一实施例中，煤气洗涤及加压系统10的出气端连通至热旋风除尘系统4的第二高温煤气进气管路3，煤气洗涤及加压系统10输出的气体与第二高温煤气流股混合，实现对第二高温煤气流股的冷却。
上述系统的运行过程如下：
(1)欧冶炉熔融气化炉工艺单元输出的高温煤气，煤气温度在1000～1050℃，压力为0.3～0.4MPa，煤气中CO+H2的体积比例在90～92％之间，将其中的一股煤气(第二高温煤气流股)，添加来自欧冶炉上部预还原炉9排出经过煤气洗涤和加压处理后的冷却气管冷却气，冷却气温度为35～40℃，压力为0.3～0.4MPa，添加掺混后形成的预还原煤气温度850℃，进入热旋风除尘系统4进行除尘后，通入预还原炉9生产海绵铁，为熔融气化炉供应冶炼原料。
热旋风除尘系统4内部可设置两个独立的通道，用于独立输送第二高温煤气流股、第一高温煤气流股。
预还原炉9排出的物料也称为海绵铁或直接还原铁，一般情况下金属化率比较低，通常为45～70％。
(2)另外一股煤气(第一高温煤气流股)，煤气温度为1000～1050℃，压力为0.3～0.4MPa，煤气中CO+H2的体积比例在90～92％之间，直接通入热旋风除尘系统4进行除尘；同时，外部直接还原竖炉5炉顶排出的煤气经煤气洗涤及除尘系统6进行净化和降温后，经过煤气加压处理，再进入煤气脱碳系统8。煤气脱碳系统8采用的是真空变压吸附系统，由于煤气脱碳系统8入口煤气要求为温度≤40℃，压力≥0.3MPa，因此，前述直接还原竖炉5炉顶排出的经净化和降温后的煤气，要先经过加压机加压至0.3～0.4MPa后，再经加压机后冷却至温度≤40℃，方可进入煤气脱碳系统8去进一步脱除CO2。
(3)煤气经过煤气脱碳系统脱除CO2后，脱碳气中的CO+H2的体积比例≥90％，输出的脱碳气通过调节回流冷煤气的流量，根据竖炉工艺具体工况，按一定的体积比例与前述第一高温煤气流股经由热旋风除尘系统4除尘的煤气进行掺混，形成符合竖炉还原不同铁矿石所要求的还原气流量和温度，还原气的流量一般控制在1700～2200Nm3/t-DRI的范围，还原气的温度一般为850～1000℃，对于普通赤铁矿、磁铁矿制成的氧化球团或块矿，还原温度一般为850～900℃，对于赋存结构复杂的钒钛磁铁矿，还原温度一般为900～1000℃。脱碳气回流冷煤气去掺混的输出比例，需要根据欧冶炉熔融气化炉工艺输出的高温煤气流量及煤气成分、竖炉生产具体工况条件等因素综合考虑，可输出回流冷煤气比例可在脱碳气总量的0～100％范围内进行调节，直接还原竖炉中的铁矿石的金属化率在90％以上。
(4)经煤气脱碳系统8脱除CO2后的脱碳气，大部分与热旋风除尘输出的高温煤气掺混形成还原气通入竖炉，剩余部分脱碳气(根据实际竖炉工况决定，在脱碳气有富余的情况下进行)可作为高质量煤气输出，用作预还原炉9的还原气或并入钢厂内部煤气管网内或外供，灵活使用。
(5)符合竖炉要求的还原气进入直接还原竖炉5，在炉内与铁矿石进行还原反应生成直接还原铁，反应后的煤气从竖炉炉顶排出，炉顶煤气中残存的CO+H2一般在50～60％(体积)之间，经过煤气洗涤及除尘系统6进行降温除尘处理，除尘降温可以采用湿法除尘环缝洗涤器，也可以采用干法布袋除尘与水喷淋结合的方式。竖炉炉内生成的直接还原铁，可以根据用户需求，以热态直接还原铁(HDRI)或冷态直接还原铁(CDRI)的方式排出，直接送给炼钢厂使用，或运送至成品仓堆存外售。
综上，本发明至少具有如下有益效果：
1、采用欧冶炉熔融气化炉输出煤气来制备竖炉用还原煤气，进而通入竖炉还原铁矿石，该工艺流程在保证欧冶炉熔融还原装置正常生产的同时，附加生产高质量的直接还原铁，流程系统配置简单，充分利用了气化炉输出的高质量煤气，进一步降低竖炉用还原气制备系统的投资成本，同时还能获得更高品质的直接还原铁，提升了系统的经济效益和市场竞争优势。
2、由于该工艺输出的煤气质量较优，外部直接竖炉铁矿石可采用普通的赤铁矿、磁铁矿或较难还原的低品位钒钛磁铁矿或块矿，铁矿石的适用性更广，可以从原料适应性上降低成本。
3、该工艺直接还原竖炉出口煤气实现循环回流利用，可以降低生产直接还原铁所需欧冶炉熔融气化炉输出煤气的单位消耗，节约用气量，降低制造成本。
4、该工艺直接还原竖炉出口煤气，除了大部分循环回流用于竖炉生产直接还原铁，富余部分还可以作为预还原炉的还原气或并入钢厂内部煤气管网，统筹用于烧结厂、球团厂、高炉热风炉或其他冶炼工序加热炉用等，煤气利用十分灵活。
本发明不仅流程配置简单，还充分利用了欧冶炉熔融气化炉输出煤气，同时外部直接还原竖炉出口煤气也得到了循环和综合利用，整体工艺流程经济可靠，且各流程工艺单元均采用成熟的国产设备技术，易维护，有效降低投资成本。
综上，本发明公开了一种利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的工艺，其工艺路线为：欧冶炉熔融气化炉煤气生成管输出的高温煤气，一股煤气(第二高温煤气流股)经由添加冷却气管的冷却气掺混降温后，进入热旋风除尘系统，除尘后的煤气输送至欧冶炉上部的预还原炉进行预还原铁矿石，为熔融气化炉供应铁质原料；另外一股煤气(第一高温煤气流股)直接进入热旋风除尘系统，除尘后的高温煤气和直接还原竖炉排出的经煤气洗涤及除尘系统、煤气加压系统以及煤气脱碳系统处理后的回流冷煤气，按一定的比例掺混，通过控制回流冷煤气的流量，形成还原铁矿石所需达到的温度、流量等要求的还原气后，再进入竖炉内还原铁矿石生产直接还原铁。该工艺利用了欧冶炉熔融气化炉输出的高品质煤气来附加生产直接还原铁，由于输出煤气质量好，煤气处理系统配置简单，降低了还原气制备系统的投资成本，生产更高品质的直接还原铁，工艺流程简单，设备技术国产化，有效降低流程系统的制造成本，提升整体经济效益和市场竞争力。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的方法，包括：将欧冶炉熔融气化炉煤气生成管输出的高温煤气分为两部分，包括第一高温煤气流股和第二高温煤气流股，所述第一高温煤气流股进行热旋风除尘后，与直接还原竖炉排出的煤气混合，进入所述直接还原竖炉，生产直接还原铁。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述直接还原竖炉中的铁矿石选自赤铁矿、磁铁矿、钒钛磁铁矿中的至少一种；
和/或，所述欧冶炉熔融气化炉煤气生成管输出的高温煤气温度为1000～1050℃，压力为0.3～0.4MPa，有效气CO+H2的体积比≥90％；
和/或，所述直接还原竖炉内的还原气温度为850～1000℃，流量为1700～2200Nm3/t-DRI。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述直接还原竖炉排出的煤气依次经过洗涤除尘、加压、脱碳处理，形成脱碳煤气。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，洗涤除尘的方式选自中的任一种：
A)湿法洗涤除尘；
B)干法布袋除尘与水喷淋组合。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：脱碳处理时，采用的脱碳系统为真空变压吸附系统，煤气脱碳系统的入口煤气温度≤40℃，压力≥0.3MPa。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：一部分脱碳煤气与热旋风除尘后的所述第一高温煤气流股混合，进入所述直接还原竖炉。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：另一部分脱碳煤气用作预还原炉还原气或外用。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将所述第二高温煤气流股进行热旋风除尘后，通入预还原炉，用于预还原铁矿石，为下部的熔融气化炉提供铁质原料；
和/或，所述预还原炉排出的煤气经洗涤、加压处理后，形成回流煤气，与所述第二高温煤气流股混合，然后进行热旋风除尘处理；
和/或，所述回流煤气的温度为35～40℃，压力为0.3～0.4MPa。
9.一种利用欧冶炉气化炉输出煤气生产直接还原铁的系统，其特征在于，包括：欧冶炉气化炉，所述欧冶炉气化炉输出的高温煤气被分成第一高温煤气流股和第二高温煤气流股；
与所述欧冶炉气化炉连通的热旋风除尘系统，所述第一高温煤气流股、第二高温煤气流股独立进入所述热旋风除尘系统；
与所述热旋风除尘系统连通的直接还原竖炉，所述第一高温煤气流股进入所述直接还原竖炉。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括与所述直接还原竖炉连通的煤气洗涤及除尘系统，用于对煤气进行洗涤及除尘；
和/或，还包括与所述煤气洗涤及除尘系统连通的煤气加压系统；
和/或，还包括与所述煤气加压系统连通的煤气脱碳系统；
和/或，所述煤气脱碳系统连通至所述直接还原竖炉的进气管路，大部分脱碳煤气与所述热旋风除尘系统输出的第一煤气流股混合。
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