CN111187871A - 一种用于直接还原铁的生产系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金设备领域，尤其涉及一种用于直接还原铁的生产系统及其方法。本发明可用作气基还原装置系统、煤基还原装置系统或复合式双基还原装置系统；高温显热的氧化球团直接加入还原竖炉，去除了还原竖炉的预热区，降低了还原竖炉的高度，降低了氧化球团的强度要求，减少了系统装置的投资，也减少了整个装置系统的安全隐患，同时也提高了竖炉内热动力学条件。本发明比传统的气基竖炉法缩减了很多繁琐的还原尾气再处理的附属设施，提高近一倍的DRI产能，其装置系统的投资也大大降低，且节能减排，生态环保。

Description

一种用于直接还原铁的生产系统及其方法
技术领域
本发明属于冶金设备领域，尤其涉及一种用于直接还原铁的生产系统及其方法。
背景技术
直接还原炼铁((DRI-Direct Reduced Iron)是一种采用天然气(需要裂解生成CO和H2)、水煤气、非焦煤粉作燃料和还原剂，使用球团矿、块矿、粉矿在软化温度以下直接还原生产固体直接还原铁(DRI)的炼铁工艺技术。
国际上直接还原铁(DRI)生产，目前分为气基和煤基两种。煤基DRI工艺和装备也有很多种，在此不必多述。气基还原铁是用还原气体(主要是CO+H2或其单种还原气体)作还原剂还原铁矿石的直接还原连续炼铁的一种方法。
国际上气基直接还原铁(DRI)方法较多，目前投入工业应用的直接还原工艺代表的主要有：Midrex工艺、HYL-III工艺等，均属于气基竖炉模式，占世界气基DRI产能的80％以上。上述两种工艺比较成熟、稳定，但其整体工艺路线条件复杂、工艺要求苛刻，附属设施庞大、复杂、繁琐；还原炉主体的加料和出料工序繁琐、复杂，造成主体炉高度很高，致使项目工程费用昂贵。
因此，本发明提供了一种结构简单、投资比小、可操作性强、故障率低、节能环保的直接还原铁的生产系统和方法，并能够实现气基和煤基的双基还原。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种用于直接还原铁的生产系统及其方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于直接还原铁的生产系统，其特殊之处在于，包括依次连接的烘干预热装置、氧化焙烧装置、还原竖炉装置和冷却装置，还包括还原尾气燃烧再利用装置和烟气净化装置；
其中，所述烘干预热装置包括自上而下连通的给料装置Ⅰ、烘干预热炉、卸料阀Ⅰ和螺旋输送机；所述烘干预热炉内从上到下包括连接的烟气收集器、支撑杆和高温烟气分配器；所述烟气收集器通过若干支烟气汇集支管连通至烟气汇集环管；所述高温烟气分配器通过若干支高温烟气分配支管连通至高温烟气环管；
所述氧化焙烧装置包括加料斗、回转窑、窑尾托圈、窑头托圈、窑尾驱动装置和窑头驱动装置；所述回转窑前端与所述加料斗相衔接，所述回转窑前端设有窑尾罩，所述窑尾罩上设有尾气出口；所述尾气出口通过管路连通至所述高温烟气环管，且管路上设有风机Ⅰ；所述回转窑后端设有窑头罩，所述窑头罩上设有窑头出料口，所述窑头罩末端设有喷枪，所述喷枪通入所述回转窑筒体内；
所述还原竖炉装置包括自上而下连通的给料装置Ⅱ、还原竖炉和卸料阀Ⅱ；所述还原竖炉的炉顶外连通有高温还原尾气汇集环管；所述还原竖炉的中段外围设有还原气体加热炉，所述还原气体加热炉上设有加热炉高温尾气入口和加热炉高温尾气出口；所述还原气体加热炉内设有连通的还原气体加热列管和喷射环管，所述还原气体加热列管的一端连通有还原气体管路，且所述还原气体管路上设有还原气体流量阀门；所述喷射环管连通至所述还原竖炉内；所述加热炉高温尾气出口通过高温尾气输送管Ⅰ通入所述喷枪，所述高温尾气输送管Ⅰ上设有风机Ⅱ和冷风管路Ⅰ，所述冷风管路Ⅰ上设有冷风流量阀门Ⅰ；在所述还原气体加热炉的下方，所述还原竖炉连通有炉底冷却气体汇集环管；所述炉底冷却气体汇集环管通过管路连通至所述喷枪，且所述管路上设有控制阀门；
所述冷却装置包括依次连通的给料装置Ⅲ和滚筒冷却机，所述滚动冷却机前端设有冷却介质出口，并通过冷却保护风管Ⅱ通入所述还原竖炉的底部，且所述冷却保护风管Ⅱ上设有风机Ⅴ；所述滚动冷却机后端设有冷却介质入口和冷却机出料口，所述冷却介质入口通过冷却保护风管Ⅰ连通至所述炉底冷却气体汇集环管，所述冷却保护风管Ⅰ上设有风机Ⅳ和旋风除尘降温器；
所述还原尾气燃烧再利用装置包括燃烧炉，所述燃烧炉外侧设有燃烧室入口，所述燃烧室入口通过管路连通至所述高温还原尾气汇集环管，且所述管路上设有风机Ⅲ；所述燃烧炉侧壁上设有若干通入燃烧炉的助燃风嘴；所述燃烧炉顶部设有高温尾气出口，所述高温尾气出口通过高温尾气输送管Ⅱ连通至所述加热炉高温尾气入口；所述高温尾气输送管Ⅱ上设有冷风管路Ⅱ，所述冷风管路Ⅱ上设有冷风流量阀门Ⅱ；
所述烟气净化装置包括依次连接的旋风除尘器、布袋除尘器、风机Ⅵ和烟囱；所述旋风除尘器通过烟气管路连通至所述烟气汇集环管。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述给料装置Ⅰ、给料装置Ⅱ、给料装置Ⅲ为申请号201920373124.2的【一种正负压两用防爆给料装置】。
采用上述进一步方案的有益效果是，可降低还原竖炉的总高度达30％以上，且还原竖炉内不设预热区，因此本发明的还原竖炉装置比其它同规模的装置的总高度降低30-35％，大大减少设备提升运输压力和动力，减少设备和土建等建设费用，也减低了还原装置及系统的安全隐患，更重要地是增强了还原竖炉内的热动力学条件。
进一步，所述烘干预热装置为申请号202020163017.X的【一种用于金属矿/非金属矿球团烘干、预热、烧结的一体化竖炉】。
进一步，所述氧化焙烧装置为申请号202020171331.2的【一种无耐火材料炉衬的回转窑】。
进一步，所述冷却装置为申请号201820571030.1的【一种回转式余热锅炉装置】。
采用上述进一步方案的有益效果是，能够大大减缓还原竖炉中物料的冷却压力。
进一步，所述还原竖炉的中段和底部分别设有上送料辊组和下送料辊组。
采用上述进一步方案的有益效果是，防止物料结块，使其顺畅下行。
本发明的第二个目的在于利用上述生产系统生产DRI的方法，步骤如下：
(1)将粒度￠9-16mm的含水被还原球团通过给料装置Ⅰ送入烘干预热炉内，控制高温烟气环管的给风温度为400-550℃，经过烘干、预热，得到220-280℃的球团；并将尾气汇集环管中的尾气经过尾气净化装置后排空；
(2)将步骤(1)的球团经过螺旋输送机送入回转窑中进行氧化烧结，控制回转窑中的温度为980-1050℃，焙烧35-40min,得到950-1000℃的高温热球团，球团冷强度为500-1000N/个球；
(3)将步骤(2)的球团经过给料装置Ⅱ送入还原竖炉，由还原气体管路通入还原气体，还原竖炉炉顶的还原尾气经过高温还原尾气汇集环管通入燃烧炉，经过助燃风嘴的加热燃烧，所得1200-1250℃的高温烟气通入还原气体加热炉中，控制调温冷风阀门，使还原气体加热炉中还原气体加热列管的温度达到880-950℃以上，再将被加热的还原气体由喷射环管通入还原竖炉中，使得还原竖炉中的还原反应温度为850-980℃，还原时间为4-6h；还原气体加热炉中的1000-1050℃高温尾气通过加热炉高温尾气出口通入喷枪；
(4)取15-25℃的新鲜还原气体为冷却介质通入滚筒冷却机中，由冷却介质出口排出、并通入还原竖炉底部；在还原竖炉内，冷却介质与物料接触，炉底冷却气体汇集环管中的冷却介质通入旋风除尘降温器中，还原竖炉中的DRI完成初次冷却，温度为380-420℃；将所得DRI经过给料装置Ⅲ送入滚筒冷却机，即得温度200℃以下的DRI。
进一步，步骤(3)中，取固体碳氢化合物与步骤(2)所得球团混合加入还原竖炉，其中固体碳氢化合物的重量为步骤(2)所得球团重量的30-70％。
采用上述进一步方案的有益效果是，采用颗粒状褐煤、烟煤甚至是生物质颗粒、有机物垃圾颗粒等碳氢固体作为煤基还原剂，进行煤基还原，将还原竖炉转变成煤基还原竖炉装置。本发明的生产系统也可以作为气基和煤基同时进行的复合式双基还原装置；由于加入竖炉的950-1000℃氧化球团和常温碳氢固体作为煤基还原剂，在50-80秒钟内，可同时达到850℃以上的温度，二者的还原符合双基还原冶金理论的要素，因此，本发明又属于双基还原的方法。
本发明的特点和有益效果是：
1、还原剂来源广泛
本发明可用作气基还原装置系统，可以采用水煤气、焦炉煤气、生物质材料及有机垃圾等含碳氢化合物经过干馏、裂解生产出的高纯气体、氨分解混合气体、醇类裂解的混合气体、天然气裂解的混合还原气体及纯氢等富含CO、H2或其混合气体的还原气体作为气基还原剂。
本发明还可用作煤基还原装置系统或复合式双基还原装置系统，采用颗粒状褐煤、烟煤甚至是生物质颗粒、有机物垃圾颗粒等碳氢固体还原剂作为煤基还原剂。
2、还原竖炉炉顶的高温还原尾气直接经过燃烧炉的燃烧处理，减少繁琐、庞大、复杂的附属设施
传统的气基还原竖炉系统采用的粒度￠9-16mm的氧化球团，基本上是外购或外进的，而不是本还原系统生产的高温氧化球团，基本上是冷态(常温)球团通过给料装置加入气基还原竖炉的，其炉顶的温度一般只有200-300℃；而还原竖炉炉顶的还原尾气中还有65-70％的还原可燃成分(CO+H2+CH4)，一般是需要回收、除尘、洗涤、脱硫、重整再生、变压吸附(PSA)、储气柜、加压等回收再处理后，再作为补充还原剂气源进行再利用，其系列工序和附属设施繁琐、庞大、复杂。且通入的还原气体均需要还原气体加热炉对其进行加热，使还原气体的温度达到900-950℃后，是还原竖炉唯一的热源，再从高温还原气体环管打入气基还原竖炉，作为唯一提供热源和还原剂的工序，进行还原生产，其还原生产的工作压力较大，气基还原竖炉自下而上自然就存在着冷却区、还原区和预热区三部分区域，而还原区和预热区的存在，就必然要占有一定的、足够的高度和空间。
而本发明中，粒度￠9-16mm的被还原球团是在还原竖炉的炉外的一个环节或工序，利用还原尾气进行氧化焙烧，进行自产自用，它是先经过烘干预热装置烘干和预热，再进行氧化焙烧，再连续不断的加入还原竖炉，因此，其还原竖炉炉顶和高温还原尾气汇聚环管的气体温度也在900℃以上，如果再进行降温、除尘、洗涤、回收、重整再生、变压吸附等处理，会浪费大量的热量，不符合余热综合利用的原则。因此，本发明是将还原竖炉炉顶和高温还原尾气汇聚环管中的900℃以上的高温可燃还原气体打入燃烧炉中，使其充分燃烧，燃烧炉炉顶的高温热风出口的烟气温度最高可达到1200-1250℃，可完全满足其它处的应用。
且本发明是将还原气体加热炉及还原气体加热列管直接设计和安装在还原竖炉的炉外壁上；将高温热风出口1200-1250℃的高温烟气引入还原气体加热炉，对多道还原气体加热列管进行快速加热，高温烟气输送管还设有冷风管路Ⅱ，可方便、有效控制还原气体加热炉的加热温度，当多道还原气体加热列管的温度达到900℃时，直接经喷射环管打入还原竖炉的还原区内，使其达到930-950℃的还原反应温度。
还原气体加热炉设有加热炉高温尾气出口，将温度1000-1050℃的尾气输送到喷枪，用于氧化焙烧回转窑的氧化焙烧的加热热源，其温度由冷风管路Ⅰ和冷风流量阀门Ⅰ的控制进行调整，以满足氧化焙烧回转窑的980-1050℃的氧化焙烧需要。
氧化焙烧回转窑的尾气温度大约在400-450℃，由尾气出口打入烘干预热炉，对被还原球团进行烘干和预热，并为氧化焙烧回转窑提供温度在220-280℃的高强度热态氧化球团。
烘干预热炉的120-150℃的炉顶尾气，经尾气汇集环管排入旋风除尘器，再经过布袋除尘器、风机Ⅵ，最后从烟囱排空。
因此，本发明在此环节减少了大量的附属设施，也减少了很多工序，将还原尾气进行燃烧后，用于生产高温氧化球团处理和新的还原气源的加热，不但最大限度节能降耗，具有多处创新，而且更有利于后续生产。
3、高温显热的氧化球团直接加入还原竖炉，去除了还原竖炉的预热区，降低了还原竖炉的高度，降低了氧化球团的强度要求，减少了系统装置的投资，也减少了整个装置系统的安全隐患，同时也提高了竖炉内热动力学条件。
氧化铁还原反应属于吸热反应，热量消耗是由两部分组成的：一是升温过程的显热吸收热量；二是氧化铁还原转化成单质铁过程的化学反应吸收热量。
传统的气基还原竖炉内的热量来源，是还原气体在炉外的还原气多管加热炉被加热到950-980℃，经高温还原气体环管打入气基还原竖炉炉内的还原区的，为气基还原竖炉提供唯一的热量来源，因此，其还原气体加热的温度高低和多少，是影响还原质量、产量的关键。
而本发明的还原竖炉内的热量来源分为两部分，一是氧化焙烧回转窑，在提供高强度氧化球团外，还提供了950-1000℃的显热，经给料装置Ⅱ密闭加入还原竖炉，还原竖炉炉顶处的物料温度达到930-980℃，完全满足气基反应需要的温度；二是还原气体打入还原气体加热列管，在还原气体加热炉进行1100-1200℃的快速加热，使还原气体加热列管内的还原气体快速升温到880-950℃以上，高温还原气体再经喷射环管直接打入还原竖炉内的还原区，进入还原区的还原气体的温度低一点也没有关系，因为它不是还原区唯一热源的提供者。
本发明的还原竖炉内没有预热区，其物料厚度(高度)就可以降低2-3m，利用物料的透气性和增强热动力学条件，氧化球团的强度要求也可以降低，也放宽了氧化焙烧回转窑的生产工艺要求，同时，也降低了打入还原竖炉内还原气体的压力要求。
4、减轻炉底冷却工作压力，使其冷却多样性
冷却介质可以采用还原气体，主要含CO、H2或CH4等，也可以采用天然气、煤气等可燃非氧化气体。将冷却介质经冷却保护风管Ⅱ和风机Ⅴ、从还原竖炉的下松料辊组打入还原竖炉底部，与被冷却的物料进行直接、充分的冷热交换，冷却尾气上升，再由炉底冷却气体汇集环管、经旋风除尘降温器、冷却保护风管Ⅰ和风机Ⅳ，进入滚筒冷却机与物料再经过间接冷却交换，从冷却介质出口排出，再经冷却保护风管Ⅱ和风机Ⅴ打入还原竖炉底部进行冷却循环。
将原气基竖炉只靠炉底彻底冷却的方法转变成还原竖炉底部和滚筒冷却机的两次冷却，大大减轻了还原竖炉底部彻底冷却的工作压力。同时，还可以做到彻底冷却生产DRI产品，也可以将滚筒冷却机更换为保温输送滚筒，为后续工序(比如电弧炉等熔分炉)直接提供650℃-980℃的热态DRI，进行热装热送进行炼钢或热熔分，实现冷却多样性。
5、创新发展气基还原竖炉主体
本发明的还原竖炉从表面上看，其外在的结构没有发生太大的变化，而实际上，其内置结构及原理发生了很大的创新变化，优化了很多，主要体现在对其工作要求和工作压力进行了分解。
采用炉顶还原尾气进行炉外燃烧处理，增加了烘干预热炉和氧化焙烧回转窑系统。其直接优势是：
(1)为还原竖炉直接提供了930-980℃高温氧化球团，说明，还原竖炉增加了一个更有效的热源提供途径(氧化球团单颗粒的内外温度均匀)，为还原竖炉提供了第二热源，并且氧化球团单颗粒的内外温度是均匀的，遇到还原气体就马上进行还原反应；
(2)去除了还原竖炉内的预热段，可相对降低还原竖炉的高度；
(3)给料装置Ⅱ和给料装置Ⅲ的应用，也直接降低了还原竖炉的总高度，还增强了其应用效果。
上述几个表面现象，直接的作用就是，大大减轻了还原竖炉的多项还原工作压力，增强了热动力学运动条件，使还原性能增强，炉况顺行，落料也顺畅。
总之，改变了还原竖炉主炉物料加热方式、减少给料装置和卸料装置的高度、减低还原气体的给风压力、降低氧化球团的强度要求、减缓炉底冷却段的冷却要求，将其分解到多处、分别完成，使传统的还原竖炉主炉的工作压力进行多处分解来完成，确保操作简单、炉况顺行，实现一大创新。
6、规模产能较大
国际上，Midrex工艺的装置和HYL-III工艺的装置最大年产能为230万吨，其原料为外购烧成的氧化球团。
而本发明是采用铁精矿粉造球，自身生产氧化球团为自身还原装置服务，而回转窑法氧化球团单条生产线，目前最大能力为年产220万吨规模，可满足160万吨DRI的需要。因此，本发明的还原竖炉最大规模的年产能可以达到300万吨以上，本发明的还原竖炉可采用2台套氧化焙烧回转窑装置为其配套，同时为1台套还原竖炉提供高温氧化球团，DRI最大产能可达到320万吨；如果是与熔分化铁的电炉、熔分炉等配套输送热态DRI，还原竖炉的产能会更大。
如果氧化焙烧装置中氧化焙烧的能源不足，还可直接将炉底冷却气体汇集环管中的气体打入氧化焙烧回转窑的喷枪中，作为能源进行补充，或者直接采用外来天然气、煤气等能源进行补充。
7、投资建设费用低
本发明缩减了很多繁琐的附属设施，相比于同等规模的竖炉还原装置，本发明的装置能够增加近一倍的DRI产能，其装置系统的投资也大大降低。
8、节能环保
本发明还原竖炉炉顶的还原尾气的燃烧处理及应用，最大限度做到了多处、多次余热综合利用，再加上气基还原装置本身就节能环保的特点，因此，本发明必然能够做到节能减排，生态环保。
附图说明
图1为本发明的纵向剖面示意图；
图中，1-1、给料装置Ⅰ；1-2、烘干预热炉；1-3、卸料阀Ⅰ；1-4、螺旋输送机；1-5、烟气收集器；1-6、支撑杆；1-7、高温烟气分配器；1-8、烟气汇集支管；1-9、烟气汇集环管；1-10、高温烟气分配支管；1-11、高温烟气环管；
2-1、加料斗；2-2、回转窑；2-3、窑尾驱动装置；2-4、窑头驱动装置；2-5、窑尾罩；2-6、尾气出口；2-7、风机Ⅰ；2-8、窑头罩；2-9、窑头出料口；2-10、喷枪；2-11、窑尾托圈；2-12、窑头托圈；
3-1、给料装置Ⅱ；3-2、还原竖炉；3-3、卸料阀Ⅱ；3-4、高温还原尾气汇集环管；3-5、还原气体加热炉；3-6、加热炉高温尾气入口；3-7、加热炉高温尾气出口；3-8、还原气体加热列管；3-9、喷射环管；3-10、还原气体管路；3-11、还原气体流量阀门；3-12、高温尾气输送管Ⅰ；3-13、风机Ⅱ；3-14、冷风管路Ⅰ；3-15、冷风流量阀门Ⅰ；3-16、炉底冷却气体汇集环管；3-17、上送料辊组；3-18、下送料辊组；3-19、控制阀门；
4-1、给料装置Ⅲ；4-2、滚筒冷却机；4-3、冷却介质出口；4-4、冷却保护风管Ⅱ；4-5、风机Ⅴ；4-6、冷却介质入口；4-7、冷却机出料口；4-8、冷却保护风管Ⅰ；4-9、风机Ⅳ；4-10、旋风除尘降温器；
5-1、燃烧炉；5-2、燃烧室入口；5-3、风机Ⅲ；5-4、助燃风嘴；5-5、高温尾气出口；5-6、高温尾气输送管Ⅱ；5-7、冷风管路Ⅱ；5-8、冷风流量阀门Ⅱ；
6-1、旋风除尘器；6-2、布袋除尘器；6-3、风机Ⅵ；6-4、烟囱；6-5、烟气管路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种用于直接还原铁的生产系统，其特殊之处在于，包括依次连接的烘干预热装置、氧化焙烧装置、还原竖炉装置和冷却装置，还包括还原尾气燃烧再利用装置和烟气净化装置；
其中，所述烘干预热装置包括自上而下连通的给料装置Ⅰ1-1、烘干预热炉1-2、卸料阀Ⅰ1-3和螺旋输送机1-4；所述烘干预热炉内从上到下包括连接的烟气收集器1-5、支撑杆1-6和高温烟气分配器1-7；所述烟气收集器通过若干支烟气汇集支管1-8连通至烟气汇集环管1-9；所述高温烟气分配器通过若干支高温烟气分配支管1-10连通至高温烟气环管1-11；
所述氧化焙烧装置包括加料斗2-1、回转窑2-2、窑尾托圈2-11、窑头托圈2-12、窑尾驱动装置2-3和窑头驱动装置2-4；所述回转窑前端与所述加料斗相衔接，所述回转窑前端设有窑尾罩2-5，所述窑尾罩上设有尾气出口2-6；所述尾气出口通过管路连通至所述高温烟气环管，且管路上设有风机Ⅰ2-7；所述回转窑后端设有窑头罩2-8，所述窑头罩上设有窑头出料口2-9，所述窑头罩末端设有喷枪2-10，所述喷枪通入所述回转窑筒体内；
所述还原竖炉装置包括自上而下连通的给料装置Ⅱ3-1、还原竖炉3-2和卸料阀Ⅱ3-3；所述还原竖炉的炉顶外连通有高温还原尾气汇集环管3-4；所述还原竖炉的中段外围设有还原气体加热炉3-5，所述还原气体加热炉上设有加热炉高温烟气入口3-6和加热炉高温尾气出口3-7；所述还原气体加热炉内设有连通的还原气体加热列管3-8和喷射环管3-9，所述还原气体加热列管的一端连通有还原气体管路3-10，且所述还原气体管路上设有还原气体流量阀门3-11；所述喷射环管连通至所述还原竖炉内；所述加热炉高温尾气出口通过高温尾气输送管Ⅰ3-12通入所述喷枪，所述高温尾气输送管Ⅰ上设有风机Ⅱ3-13和冷风管路Ⅰ3-14，所述冷风管路Ⅰ上设有冷风流量阀门Ⅰ3-15；在所述还原气体加热炉的下方，所述还原竖炉连通有炉底冷却气体汇集环管3-16；所述还原竖炉的中段和底部分别设有上送料辊组3-17和下送料辊组3-18；所述炉底冷却气体汇集环管通过管路连通至所述喷枪，且所述管路上设有控制阀门3-19；
所述冷却装置包括依次连通的给料装置Ⅲ4-1和滚筒冷却机4-2，所述滚动冷却机前端设有冷却介质出口4-3，并通过冷却保护风管Ⅱ4-4通入所述还原竖炉的底部，且所述冷却保护风管Ⅱ上设有风机Ⅴ4-5；所述滚动冷却机后端设有冷却介质入口4-6和冷却机出料口4-7，所述冷却介质入口通过冷却保护风管Ⅰ4-8连通至所述炉底冷却气体汇集环管，所述冷却保护风管Ⅰ上设有风机Ⅳ4-9和旋风除尘降温器4-10；
所述烟气燃烧装置包括燃烧炉5-1，所述燃烧炉外侧设有燃烧室入口5-2，所述燃烧室入口通过管路连通至所述高温还原尾气汇集环管，且所述管路上设有风机Ⅲ5-3；所述燃烧炉侧壁上设有若干通入燃烧炉的助燃风嘴5-4；所述燃烧炉顶部设有高温尾气出口5-5，所述高温尾气出口通过高温尾气输送管Ⅱ5-6连通至所述加热炉高温尾气入口；所述高温尾气输送管Ⅱ上设有冷风管路Ⅱ5-7，所述冷风管路Ⅱ上设有冷风流量阀门Ⅱ5-8；
所述尾气净化装置包括依次连接的旋风除尘器6-1、布袋除尘器6-2、风机Ⅵ6-3和烟囱6-4；所述旋风除尘器通过烟气管路6-5连通至所述烟气汇集环管。
实施例1
一种利用用于直接还原铁的生产系统生产DRI的方法(气基还原法)，步骤如下：
(1)采用品位TFe:69.28％、细度160-180目的铁精矿粉，按铁精矿粉重量比配加2.0％糊精粉和9％-10％清水，混碾均匀混合后，采用￠1200mm造球盘，筛分选择出粒度￠10-16mm的含水被还原球团，通过给料装置Ⅰ送入烘干预热炉内，控制高温烟气环管的给风温度为480℃，经过烘干、预热，得到270℃的球团；并将尾气汇集环管中的尾气经过尾气净化装置后排空；
(2)将步骤(1)的球团经过螺旋输送机送入回转窑中进行氧化烧结，喷枪喷吹的烟气温度为1030℃，焙烧40min,得到960℃的高温热球团，球团冷强度为980N/个球；
(3)将步骤(2)的球团经过给料装置Ⅱ送入还原竖炉，由还原气体管路通入还原气体，还原竖炉炉顶的还原尾气经过高温还原尾气汇集环管通入燃烧炉，经过助燃风嘴的加热燃烧，所得1230℃的高温烟气通入还原气体加热炉中，控制调温冷风阀门，使还原气体加热炉内的加热温度为1180℃，被加热的900-930℃还原气体由喷射环管喷入还原竖炉，压力为0.38-0.42MPa，使得还原竖炉中的还原反应温度为920-930℃，还原时间为5-6h；
其中，还原气体为神木烟煤在980-1000℃内裂解的焦炉煤气，其主要成分见表1；
表1
Figure BDA0002386795340000141
(4)取常温的焦炉煤气通入滚筒冷却机中，由冷却介质出口排出、并通入还原竖炉底部；在还原竖炉内，冷却介质与物料接触，炉底冷却气体汇集环管中的冷却介质通入旋风除尘降温器中，还原竖炉中的DRI完成初次冷却，温度为380-420℃；将所得DRI经过给料装置Ⅲ送入滚筒冷却机，即得温度170-180℃的DRI，其指标见表2；
表2
Figure BDA0002386795340000142
实施例2
一种利用用于直接还原铁的生产系统生产DRI的方法(气基还原法)，步骤如下：
(1)采用品位TFe:69.28％、细度160-180目的铁精矿粉，按铁精矿粉重量比配加2.0％糊精粉和9％-10％清水，混碾均匀混合后，采用￠1200mm造球盘，筛分选择出粒度￠10-16mm的含水被还原球团，通过给料装置Ⅰ送入烘干预热炉内，控制高温烟气环管的给风温度为510℃，经过烘干、预热，得到280℃的球团；并将尾气汇集环管中的尾气经过尾气净化装置后排空；
(2)将步骤(1)的球团经过螺旋输送机送入回转窑中进行氧化烧结，喷枪喷吹的烟气温度为1050℃，焙烧38min,得到940℃的高温热球团，球团冷强度为820N/个球；
(3)将步骤(2)的球团经过给料装置Ⅱ送入还原竖炉，由还原气体管路通入还原气体，还原竖炉炉顶的还原尾气经过高温还原尾气汇集环管通入燃烧炉，经过助燃风嘴的加热燃烧，所得1220℃的高温烟气通入还原气体加热炉中，控制调温冷风阀门，使还原气体加热炉内的加热温度为1160℃，被加热的880-950℃还原气体由喷射环管喷入还原竖炉，压力为0.32-0.36MPa，使得还原竖炉中的还原反应温度为860-880℃，还原时间为5-5.5h；
其中，还原气体为神木烟煤在980-1000℃内裂解的焦炉煤气(70wt％)+电解水的电解纯氢气(30wt％)，焦炉煤气的主要成分见表1；
(4)取常温的焦炉煤气通入滚筒冷却机中，由冷却介质出口排出、并通入还原竖炉底部；在还原竖炉内，冷却介质与物料接触，炉底冷却气体汇集环管中的冷却介质通入旋风除尘降温器中，还原竖炉中的DRI完成初次冷却，温度为380-420℃；将所得DRI经过给料装置Ⅲ送入滚筒冷却机，即得温度170-180℃的DRI，其指标见表3；
表3
Figure BDA0002386795340000151
实施例3
一种利用用于直接还原铁的生产系统生产DRI的方法(双基还原法)，步骤如下：
(1)采用品位TFe:66.80％、细度160-180目的铁精矿粉，按铁精矿粉重量比配加2.0％糊精粉和9％-10％清水，混碾均匀混合后，采用￠1200mm造球盘，筛分选择出粒度￠10-16mm的含水被还原球团，通过给料装置Ⅰ送入烘干预热炉内，控制高温烟气环管的给风温度为530℃，经过烘干、预热，得到280℃的球团；并将尾气汇集环管中的尾气经过尾气净化装置后排空；
(2)将步骤(1)的球团经过螺旋输送机送入回转窑中进行氧化烧结，喷枪喷吹的烟气温度为1050℃，焙烧38min,得到940℃的高温热球团，球团冷强度为890N/个球；
(3)取步骤(2)的球团，按球团重量的30％配加颗粒褐煤，一起经过给料装置Ⅱ送入还原竖炉，由还原气体管路通入还原气体，还原竖炉炉顶的还原尾气经过高温还原尾气汇集环管通入燃烧炉，经过助燃风嘴的加热燃烧，所得1240℃的高温烟气通入还原气体加热炉中，控制调温冷风阀门，使还原气体加热炉内的加热温度为1180℃，被加热的930-960℃还原气体由喷射环管喷入还原竖炉，压力为0.35-0.4MPa，使得还原竖炉中的还原反应温度为920-950℃，还原时间为4.5-5.0h；
其中，颗粒褐煤为品位TFe:66.80％、块度5-15mm的褐铁矿；
其中，还原气体为生物质颗粒在980-1000℃内热解的高纯煤气，其主要成分见表4；
表4
Figure BDA0002386795340000161
(4)取常温的高纯煤气通入滚筒冷却机中，由冷却介质出口排出、并通入还原竖炉底部；在还原竖炉内，冷却介质与物料接触，炉底冷却气体汇集环管中的冷却介质通入旋风除尘降温器中，还原竖炉中的DRI完成初次冷却，温度为390-410℃；将所得DRI经过给料装置Ⅲ送入滚筒冷却机，即得温度160-180℃的DRI，其指标见表5；
表5
Figure BDA0002386795340000171
实施例4
一种利用用于直接还原铁的生产系统生产DRI的方法(双基还原法)，步骤如下：
(1)采用品位TFe:66.8％、细度160-180目的铁精矿粉，按铁精矿粉重量比配加2.0％糊精粉和9％-10％清水，混碾均匀混合后，采用￠1200mm造球盘，筛分选择出粒度￠10-16mm的含水被还原球团，通过给料装置Ⅰ送入烘干预热炉内，控制高温烟气环管的给风温度为520℃，经过烘干、预热，得到280℃的球团；并将尾气汇集环管中的尾气经过尾气净化装置后排空；
(2)将步骤(1)的球团经过螺旋输送机送入回转窑中进行氧化烧结，喷枪喷吹的烟气温度为1050℃，焙烧40min,得到980-1000℃的高温热球团，球团冷强度为980N/个球；
(3)取步骤(2)的球团，按球团重量的60％配加生物质颗粒，一起经过给料装置Ⅱ送入还原竖炉，由还原气体管路通入还原气体，还原竖炉炉顶的还原尾气经过高温还原尾气汇集环管通入燃烧炉，经过助燃风嘴的加热燃烧，所得1230℃的高温烟气通入还原气体加热炉中，控制调温冷风阀门，使还原气体加热炉内的加热温度为1160℃，被加热的950-980℃还原气体由喷射环管喷入还原竖炉，压力为0.34-0.39MPa，使得还原竖炉中的还原反应温度为950-980℃，还原时间为4.5-5.0h；
其中，生物质颗粒为品位TFe:66.80％、块度5-15mm的生物质颗粒，其主要成分见表6；
表6
Figure BDA0002386795340000181
其中，还原气体为生物质颗粒在980-1000℃内热解的高纯煤气，煤气的主要成分见表7；
表7
Figure BDA0002386795340000182
(4)取常温的煤气通入滚筒冷却机中，由冷却介质出口排出、并通入还原竖炉底部；在还原竖炉内，冷却介质与物料接触，炉底冷却气体汇集环管中的冷却介质通入旋风除尘降温器中，还原竖炉中的DRI完成初次冷却，温度为380-400℃；将所得DRI经过给料装置Ⅲ送入滚筒冷却机，即得温度160-180℃的DRI，其指标见表8；
表8
Figure BDA0002386795340000191
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于直接还原铁的生产系统，其特征在于，包括依次连接的烘干预热装置、氧化焙烧装置、还原竖炉装置和冷却装置，还包括还原尾气燃烧再利用装置和烟气净化装置；
其中，所述烘干预热装置包括自上而下连通的给料装置Ⅰ、烘干预热炉、卸料阀Ⅰ和螺旋输送机；所述烘干预热炉内从上到下包括连接的烟气收集器、支撑杆和高温烟气分配器；所述烟气收集器通过若干支烟气汇集支管连通至烟气汇集环管；所述高温烟气分配器通过若干支高温烟气分配支管连通至高温烟气环管；
所述氧化焙烧装置包括加料斗、回转窑、窑尾托圈、窑头托圈、窑尾驱动装置和窑头驱动装置；所述回转窑前端与所述加料斗相衔接，所述回转窑前端设有窑尾罩，所述窑尾罩上设有尾气出口；所述尾气出口通过管路连通至所述高温烟气环管，且管路上设有风机Ⅰ；所述回转窑后端设有窑头罩，所述窑头罩上设有窑头出料口，所述窑头罩末端设有喷枪，所述喷枪通入所述回转窑筒体内；
所述还原竖炉装置包括自上而下连通的给料装置Ⅱ、还原竖炉和卸料阀Ⅱ；所述还原竖炉的炉顶外连通有高温还原尾气汇集环管；所述还原竖炉的中段外围设有还原气体加热炉，所述还原气体加热炉上设有加热炉高温尾气入口和加热炉高温尾气出口；所述还原气体加热炉内设有连通的还原气体加热列管和喷射环管，所述还原气体加热列管的一端连通有还原气体管路，且所述还原气体管路上设有还原气体流量阀门；所述喷射环管连通至所述还原竖炉内；所述加热炉高温尾气出口通过高温尾气输送管Ⅰ通入所述喷枪，所述高温尾气输送管Ⅰ上设有风机Ⅱ和冷风管路Ⅰ，所述冷风管路Ⅰ上设有冷风流量阀门Ⅰ；在所述还原气体加热炉的下方，所述还原竖炉连通有炉底冷却气体汇集环管；所述炉底冷却气体汇集环管通过管路连通至所述喷枪，且所述管路上设有控制阀门；
所述冷却装置包括依次连通的给料装置Ⅲ和滚筒冷却机，所述滚动冷却机前端设有冷却介质出口，并通过冷却保护风管Ⅱ通入所述还原竖炉的底部，且所述冷却保护风管Ⅱ上设有风机Ⅴ；所述滚动冷却机后端设有冷却介质入口和冷却机出料口，所述冷却介质入口通过冷却保护风管Ⅰ连通至所述炉底冷却气体汇集环管，所述冷却保护风管Ⅰ上设有风机Ⅳ和旋风除尘降温器；
所述还原尾气燃烧再利用装置包括燃烧炉，所述燃烧炉外侧设有燃烧室入口，所述燃烧室入口通过管路连通至所述高温还原尾气汇集环管，且所述管路上设有风机Ⅲ；所述燃烧炉侧壁上设有若干通入燃烧炉的助燃风嘴；所述燃烧炉顶部设有高温尾气出口，所述高温尾气出口通过高温尾气输送管Ⅱ连通至所述加热炉高温尾气入口；所述高温尾气输送管Ⅱ上设有冷风管路Ⅱ，所述冷风管路Ⅱ上设有冷风流量阀门Ⅱ；
所述烟气净化装置包括依次连接的旋风除尘器、布袋除尘器、风机Ⅵ和烟囱；所述旋风除尘器通过烟气管路连通至所述烟气汇集环管。
2.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于，所述还原竖炉的中段和底部分别设有上送料辊组和下送料辊组。
3.一种利用权利要求1所述用于直接还原铁的生产系统生产DRI的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将粒度￠9-16mm的含水被还原球团通过给料装置Ⅰ送入烘干预热炉内，控制高温烟气环管的给风温度为400-550℃，经过烘干、预热，得到220-280℃的球团；并将烟气汇集环管中的烟气经过烟气净化装置后排空；
(2)将步骤(1)的球团经过螺旋输送机送入回转窑中进行氧化烧结，控制回转窑中的温度为980-1050℃，焙烧35-40min,得到950-1000℃的高温热球团，球团冷强度为500-1000N/个球；
(3)将步骤(2)的球团经过给料装置Ⅱ送入还原竖炉，由还原气体管路通入还原气体，还原竖炉炉顶的还原尾气经过高温还原尾气汇集环管通入燃烧炉，经过助燃风嘴的加热燃烧，所得1200-1250℃的高温烟气通入还原气体加热炉中，控制调温冷风阀门，使还原气体加热炉中还原气体加热列管的温度达到880-950℃以上，再将被加热的还原气体由喷射环管通入还原竖炉中，使得还原竖炉中的还原反应温度为850-980℃，还原时间为4-6h；还原气体加热炉中的1000-1050℃高温尾气通过加热炉高温尾气出口通入喷枪；
(4)取15-25℃的新鲜还原气体为冷却介质通入滚筒冷却机中，由冷却介质出口排出、并通入还原竖炉底部；在还原竖炉内，冷却介质与物料接触，炉底冷却气体汇集环管中的冷却介质通入旋风除尘降温器中，还原竖炉中的DRI完成初次冷却，温度为380-420℃；将所得DRI经过给料装置Ⅲ送入滚筒冷却机，即得温度200℃以下的DRI。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，取固体碳氢化合物与步骤(2)所得球团混合加入还原竖炉，其中固体碳氢化合物的重量为步骤(2)所得球团重量的30-70％。
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