CN111534659B - 一种并联蓄热式气基竖炉及生产直接还原铁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种并联蓄热式气基竖炉及生产直接还原铁方法，并联蓄热式气基竖炉采用两个竖炉，两个竖炉的炉顶煤气、高温还原气、中间煤气和冷却煤气相连；生产直接还原铁方法：含铁球团或块矿连续加入两个竖炉，高温还原气定期在换向阀组的切换下进入竖炉，按照气流方向，在两个竖炉内同时并流加热和逆流蓄热并发生还原反应，生成直接还原铁和炉顶煤气；炉顶煤气自一侧竖炉上部排出，经除尘、净化、脱湿和加压后作为加热炉燃料、循环还原气和循环冷却煤气使用；本发明采用连通的双竖炉构造，增加了煤气行程，提高了煤气利用率，降低了炉顶煤气温度；煤气流在线切换，有利于实现双竖炉温度场同步与统一，解决双竖炉同步稳定运行问题。

Description

一种并联蓄热式气基竖炉及生产直接还原铁方法
技术领域
本发明属于直接还原技术领域，具体涉及一种并联蓄热式气基竖炉及生产直接还原铁方法。
背景技术
为了摆脱焦煤资源短缺对冶金工业发展的羁绊，适应环境保护的要求，进一步地降低炼铁工序能耗，以直接还原为主要发展方向之一的非高炉炼铁技术，日益成为了钢铁行业发展和关注的热点。
直接还原技术作为一种新的炼铁技术，有气基直接还原和煤基直接还原两种。其中气基竖炉工艺因单位容积利用率高、生产效率高等优点而成为了现有直接还原工艺的主流技术，典型如MIDREX法和HYL法。
现有气基直接还原装置依然存在有待进一步完善的工艺环节，如(1)因气流行程较短，
炉顶煤气温度一般为400～500℃，比传统高炉工艺的炉顶煤气温度高250～300℃，因此热效率利用上较高炉工艺有一定的差距；(2)因炉顶温度较高，含尘量大，大多采用湿法除尘工艺，通过洗涤对高温还原气同时进行降温和除尘，因此炉顶煤气的显热损耗较大，除尘过程中需要消耗新水并产生污泥，没有传统高炉的干法除尘工艺环保效果好和运行成本低；(3)因煤气温度高，独立循环的炉顶煤气和冷却煤气需要各配置一套冷却设施和加压设施，被冷媒介带走的热量较多，设备的台套数增加，控制环节增多；(4)炉顶煤气一次利用率较低，含有的H2和CO的比例较高，总量依然有50～70％。
围绕现有气基直接还原装置炉顶煤气和冷却煤气温度较高以及炉顶煤气二次利用的问题，现有改进措施主要集中体现在通过双竖炉或多竖炉联产方式加以解决。
在双竖炉联产方式方面，如专利CN103276132A提出的将装有高含铁矿石还原竖炉的炉顶煤气经过洗涤、加热后送入装有低含铁矿石还原竖炉内，同时将高含铁矿石还原竖炉的冷却煤气送入低含铁矿石还原竖炉内，以此达到解决炉顶煤气温度高、炉顶煤气二次利用以及冷却煤气热量回收的问题；以及专利CN107513593A针对钒钛磁铁矿直接还原与铁精矿直接还原的工艺要求不同，而提出的将装有钒钛磁铁矿竖炉的炉顶煤气经换热、脱水和余压发电后送入装有铁精矿竖炉的下部，以此达到解决炉顶煤气温度高、炉顶煤气二次利用的问题。
在多竖炉联产方式方面，早起的HYL反应罐法提出了4个串联的反应罐形式，采取炉料按照装料—预热—预还原—终还原轮流制度操作，而煤气则按照卸料—冷却—终还原—初还原的轮流操作制度，中间过程中需要反复的干燥和加热。
尽管上述方法可以在一定程度上解决了炉顶煤气和冷却煤气的热量回收问题以及二次利用炉顶煤气的有效成分问题，但仍然无法保证两个竖炉同步稳定、高效运行，势必会以牺牲另一组或几组竖炉的产量、还原效率和还原质量作为代价。
发明内容
对于现有技术中存在的不足，借鉴于高炉热风炉的并流蓄热和逆流换热的工作原理，本发明提出了一种并联蓄热式气基竖炉及生产直接还原铁方法，通过采用连通的竖炉构造，利用外部高温还原气来回在第一竖炉和第二竖炉内同时进行并流加热和逆流蓄热，实现对含铁球团或块矿的直接还原，并生成直接还原铁和炉顶煤气；炉顶煤气经处理后，作为加热炉的燃料、循环还原气和循环冷却煤气使用；采用连通的双竖炉构造，增加了煤气行程，解决了传统竖炉气流行程短的问题，使得一次还原气的利用率提高、高温还原气和冷却煤气的显热利用充分、综合热效率提高以及炉顶煤气排放温度更低；同时，煤气流的定期在线切换，有利于实现了两个竖炉温度场的同步与统一，也解决了双竖炉同步稳定、高效运行的问题。
本发明的技术方案为：
一种并联蓄热式气基竖炉，包括：第一竖炉、第二竖炉，其特征在于：
所述第一竖炉设有第一进料口、第一炉顶煤气溢出口、第一高温还原气环道和与之连通的第一高温还原气喷口、第一煤气环形通道、第一冷却煤气进气口以及第一排料口；
所述第二竖炉设有第二进料口、第二炉顶煤气溢出口、第二高温还原气环道和与之连通的第二高温还原气喷口、第二煤气环形通道、第二冷却煤气进气口以及第二排料口；
所述第一竖炉与第二竖炉镜像对称布置，从上到下依次设有相同的空料段、预热段、还原段、等压段和冷却段；其中还原段腔体直径小于等压段腔体直径，还原段的末端插入等压段腔体内，分别形成第一煤气环形通道和第二煤气环形通道；所述的中间煤气通道与第一煤气环形通道和第二煤气环形通道连通；
所述的第一进料口、第二进料口、第一炉顶煤气溢出口和第二炉顶煤气溢出口分别布置于两个竖炉的空料段顶部，所述的第一高温还原气环道、第二高温还原气环道、第一高温还原气喷口和第二高温还原气喷口分别布置于两个竖炉预热段和还原段的交界处，所述的第一冷却煤气进气口和第二冷却煤气进气口分别布置于两个竖炉的冷却段上，所述的第一排料口、第二排料口分别位于两个竖炉冷却段的下方；
所述第一煤气溢出口与第二煤气溢出口通过管路连通，中间设置有换向阀组，换向阀组的出口通过管道依次与除尘装置、煤气净化装置、煤气脱湿装置连接；
所述第一高温还原气环道与第二高温还原气环道通过管路连通，中间设置有高温还原气换向阀组，高温还原气换向阀组的进气口通过管道依次与氧气管道、加热炉、外部煤气管道连接；
所述第一冷却煤气进气口与第二冷却煤气进气口通过管路连通，中间设置有冷却煤气阀组，冷却煤气阀组的进气口通过管道依次与煤气加压装置连接。
进一步的，煤气脱湿装置出口与加热炉的煤气烧嘴和煤气加压装置入口连通；
炉顶煤气加压装置的出口与外部煤气管道和冷却煤气阀组连通。
进一步的，除尘装置优选为干法布袋除尘器；所述的煤气净化装置具有脱除CO2和H2S的功能。
另外，本发明还公开了采用上述并联蓄热式气基竖炉生产直接还原铁方法，
其特征在于，包括以下步骤：
(1)连续进料：含铁球团或块矿经第一竖炉和第二竖炉的进料口被连续加入，炉料自上而下运行；
(2)并流还原：温度为600～750℃的外部煤气和炉顶煤气的混合气，自加热炉出口排出，经兑入部分氧气后，温度升至900～1050℃；通过高温还原气换向阀组，自第一高温还原气环道和第一高温还原气喷口进入第一竖炉，与物料在第一竖炉的还原段向下并行，过程中发生铁氧化物的还原反应；
(3)逆流蓄热一：第一竖炉还原段下行的高温还原气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉后，向上逆行，依次穿过第二竖炉的等压段、还原段和预热段，并冷却至≤200℃，后经炉顶煤气换向阀组进入除尘装置中；
(4)逆流蓄热二：冷却煤气通过冷却煤气阀组同时进入第一竖炉和第二竖炉的冷却段，冷却煤气逆行过程中，带走高温物料的显热；第一竖炉冷却段的冷却煤气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉等压段，第二竖炉冷却段的冷却煤气直接进入第二竖炉等压段；冷却煤气向上逆行，依次经过第二竖炉的等压段、还原段和预热段，并冷却至≤200℃，后经炉顶煤气换向阀组进入除尘装置中；
(5)煤气净化：炉顶煤气自第二竖炉煤气溢出口排出，依次进入除尘装置、煤气净化装置、煤气脱湿装置中，进行除尘、脱除CO2、脱除H2S和除湿；处理后的炉顶煤气温度将至25～50℃；
(6)煤气循环：①净化的炉顶煤气经加压后循环利用，一部分作为冷却煤气，另一部分与外部煤气混合，重新作为还原煤气使用；②剩余净化后的炉顶煤气直接接至加热炉烧嘴处，与空气燃烧后，产生的热量将还原气加热至600～750℃；
(7)炉况切换：每隔15～60min在线切换高温还原气换向阀组和炉顶煤气换向阀组，使高温还原气切换成进入第二竖炉，按照相反的工艺气流方向，完成步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)和步骤(5)所述的工艺过程；
(8)冷却排料：还原后的物料自冷却段下方的排料口连续排出。
进一步的，所述的第一竖炉和第二竖炉内存在压力差，高温还原气进气口压力为0.25～0.6MPa，冷却煤气的进气口压力为0.25～0.6MPa，竖炉的煤气环形通道和等压段内的压力为0.2～0.4MPa，炉顶煤气溢出口的压力为0.05～0.4MPa。
进一步的，所述的预热段温度为200～600℃，还原段温度为600～1050℃，等压段温度为700～950℃，冷却段温度为50～700℃。
进一步的，所述的球团或块矿在竖炉内的停留时间约为13～20h，其中预热段停留的时间为3～5h，在还原段停留的时间为6～8h，在等压段内停留的时间为1-2h，冷却段停留的时间为3～5h。
进一步的，所述的外部煤气主要由H2和CO组成，其中H2/CO的体积比≥0.5，H2+CO的体积和≥0.9。
进一步的，所述的含铁球团或块矿，粒度为5～35mm。
进一步的，所述的还原后的物料为直接还原铁，从排料口排出的温度为600～700℃或50～120℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)采用连通的双竖炉构造，高温还原气在两个竖炉内分别同时进行并流加热和逆流蓄热；煤气行程延长，解决了传统竖炉气流行程短的问题，使得高温还原气和冷却煤气的热量回收充分，炉顶煤气的温度和粉尘浓度较低以及一次还原气的利用效率提高；
(2)采用连通的双竖炉构造，高温还原气和炉顶煤气在换向阀组的切换下，控制着高温还原气在两个竖炉内往复运行，保证了两个竖炉温度场的同步性和统一性，有利于双竖炉同步高效运行，产量和还原质量得到充分保障；
(3)冷却煤气与炉顶煤气之间的闭路循环，省去了现有气基竖炉两路独立循环所需要的设备投入，也减少了中间热量损耗；
(4)由于炉顶温度煤气温度较低，避免了入炉物料急冷到急热时发生爆裂的可能性，对入炉矿石的强度要求降低，原料的适应性提高；
(5)因炉顶煤气温度和粉尘浓度得到了有效的控制，采用高炉工艺常用的干法除尘工艺，能够避免现有的湿法除尘工艺所带来的弊端，不需要消耗新水，不会产生污泥，环保效果好，运行成本低；
(6)炉顶煤气经处理后，作为加热炉的燃料、循环还原煤气和循环冷却煤气，工艺流程简单，投资强度低；煤气资源得到了利用充分，减少了系统CO2的排放。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的并联蓄热式气基竖炉的整体结构示意图；
图3为图2的A-A剖面示意图；
附图标记
10-第一竖炉；20-第二竖炉；01-空料段；02-预热段；03-还原段；04-等压段；05-冷却段；11-第一进料口；12-第一炉顶煤气溢出口；13-第一高温还原气环道；14-第一高温还原气喷口；15-第一煤气环形通道；16-第一冷却煤气进气口；17-第一排料口；21-第二进料口；22-第二炉顶煤气溢出口；23-第二高温还原气环形通道；24-第二高温还原气喷口；25-第二煤气环形通道；26-第二竖炉冷却煤气进气口；27-第二竖炉排料口；30-中间煤气通道；40-换向阀组；41-除尘装置；42-煤气净化装置；43-煤气脱湿装置；44-煤气加压装置；45-冷却煤气阀组；50-高温还原气换向阀组；51-加热炉。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。本发明的作进一步描述的装置均为现有结构。
如图1-3所示，一种气固还原竖炉，包括第一竖炉10和第二竖炉20；第一竖炉10设有第一进料口11、第一炉顶煤气溢出口12、第一高温还原气环道和13与之连通的第一高温还原气喷口14、第一煤气环形通道15、第一冷却煤气进气口16以及第一排料口17；第二竖炉20设有第二进料口21、第二炉顶煤气溢出口22、第二高温还原气环道23和与之连通的第二高温还原气喷口24、第二煤气环形通道25、第二冷却煤气进气口26以及第二排料口27；第一竖炉10与第二竖炉20镜像对称布置，从上到下依次设有相同的空料段01、预热段02、还原段03、等压段04和冷却段05；其中还原段03腔体直径小于等压段04腔体直径，还原段03的末端插入等压段04腔体内，分别形成第一煤气环形通道15和第二煤气环形通道25；所述的中间煤气通道30与第一煤气环形通道15和第二煤气环形通道25连通；
上述的第一进料口11、第二进料口21、第一炉顶煤气溢出口12和第二炉顶煤气溢出口22分别布置于两个竖炉的空料段01顶部，上述的第一高温还原气环道13、第二高温还原气环道23、第一高温还原气喷口14和第二高温还原气喷口24分别布置于两个竖炉预热段02和还原段03的交界处，上述的第一冷却煤气进气口16、第二冷却煤气进气口26分别布置于两个竖炉的冷却段05上，相应的第一排料口17、第二排料口27分别位于两个竖炉冷却段05的下方；
上述的第一煤气溢出口12与第二煤气溢出口22通过管路连通，中间设置有换向阀组40，换向阀组40的出气口通过管道依次与除尘装置41、煤气净化装置42、煤气脱湿装置43连接；
上述的第一高温还原气环道13与第二高温还原气环道23通过管路连通，中间设置有高温还原气换向阀组50，高温还原气换向阀组50的进气口通过管道依次与氧气管道、加热炉51和外部煤气管道连接；
上述的第一冷却煤气进气口16与第二冷却煤气进气口26通过管路连通，中间设置有冷却煤气阀组45，冷却煤气阀组45的进气口通过管道与煤气加压装置44连接；
煤气脱湿装置43出口分别与加热炉51的煤气烧嘴和煤气加压装置44入口连通；煤气加压装置44的出口与外部煤气管道和冷却煤气阀组45连通。
煤气脱湿装置出口与加热炉的煤气烧嘴和煤气加压装置入口连通；炉顶煤气加压装置的出口与外部煤气管道和冷却煤气阀组连通。所述的煤气净化装置具有脱除CO2和H2S的功能。
实施例1：
(1)以天然气为原料制备的外部煤气，混入净化后的部分炉顶煤气，其中H2/CO的为5～6，CO和H2的体积含量≥90％；
(2)粒度为5～35mm的球团或块矿自第一竖炉和第二竖炉的空料段连续加入，炉料自上而下运行；
(3)外部煤气经加热炉加热至600～750℃；兑入氧气后，温度升高至900～950℃，通过高温还原气换向阀组，自第一高温还原气环道和第一高温还原气喷口进入第一竖炉，与物料在第一竖炉的还原段向下并行，过程中发生铁氧化物的还原反应；
(4)第一竖炉还原段下行的高温还原气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉，并向上逆行，依次经过第二竖炉的等压段、还原段和预热段后，冷却至≤200℃，经炉顶煤气换向阀组进入布袋除尘装置中；
(5)冷却煤气通过冷却煤气阀组同时进入第一竖炉和第二竖炉的冷却段，冷却煤气逆行过程中，带走高温物料的显热；第一竖炉冷却段的冷却煤气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉等压段，第二竖炉冷却段的冷却煤气直接进入第二竖炉等压段；冷却煤气向上逆行，依次经过第二竖炉的等压段、还原段和预热段后，冷却至≤200℃，经炉顶煤气换向阀组进入布袋除尘装置中；
(6)温度≤200℃的炉顶煤气自第二竖炉煤气溢出口排出，依次进入布袋除尘装置、煤气净化装置、煤气脱湿装置中，进行除尘、脱除CO2、脱除H2S和除湿；净化的炉顶煤气经加压后循环利用，一部分作为冷却煤气，另一部分与外部煤气混合，重新作为还原气使用；剩余净化后的炉顶煤气直接接至加热炉烧嘴处，作为加热还原气的燃料使用；
(7)每隔25min在线切换高温还原气换向阀组和炉顶煤气换向阀组，使高温还原气切换成进入第二竖炉，按照相反的工艺气流方向，在第二竖炉内的还原段发生还原反应后，经第二煤气环形通道和中间煤气通道进入第一竖炉，并向上逆行，依次经过第一竖炉的等压段、还原段和预热段，冷却至≤200℃，经炉顶煤气换向阀组进入布袋除尘装置中；
(8)第一竖炉和第二竖炉内存在压力差，高温还原气进气口压力为0.4～0.6MPa，冷却煤气的进气口压力为0.4～0.6MPa，竖炉的煤气环形通道和等压段内的压力为0.3～0.5MPa，炉顶煤气溢出口的压力为0.25～0.4MPa；预热段温度为200～600℃，还原段温度为600～950℃，等压段温度为700～950℃，冷却段温度为50～700℃；球团或块矿在竖炉内的停留时间约为13～20h，其中预热段停留的时间约为3～5h，在还原段停留的时间为6～8h，在等压段内停留的时间约为1～2h，冷却段停留的时间约为3～5h；排料口的物料温度为600～700℃或低于50～120℃。
实施例2：
(1)以净化后的煤制气为外部煤气，混入净化后的部分炉顶煤气，其中H2/CO的为1.5～2，CO和H2的体积含量≥90％；
(2)粒度为5～35mm的球团或块矿连续加入第一竖炉和第二竖炉的空料段，炉料自上而下运行；
(3)外部煤气经加热炉加热至600～750℃；兑入氧气后，温度升高至900～930℃，通过高温还原气换向阀组，自第一高温还原气环道和第一高温还原气喷口进入第一竖炉，与物料在第一竖炉的还原段向下并行，过程中发生铁氧化物的还原反应；
(4)第一竖炉还原段下行的高温还原气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉，并向上逆行，依次经过第二竖炉的等压段、还原段和预热段后，冷却至≤200℃，经炉顶煤气的换向阀组进入布袋除尘装置中；
(5)冷却煤气通过冷却煤气阀组同时进入第一竖炉和第二竖炉的冷却段，冷却煤气逆行过程中，带走高温物料的显热；第一竖炉冷却段的冷却煤气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉等压段，第二竖炉冷却段的冷却煤气直接进入第二竖炉等压段；冷却煤气向上逆行，依次经过第二竖炉的等压段、还原段和预热段后，冷却至≤200℃，经炉顶煤气的换向阀组进入布袋除尘装置中；
(6)温度≤200℃的炉顶煤气自第二竖炉煤气溢出口排出，依次进入布袋除尘装置、煤气净化装置、煤气脱湿装置中，进行除尘、脱除CO2、脱除H2S和除湿；净化的炉顶煤气经加压后循环利用，一部分作为冷却煤气，另一部分与外部煤气混合，重新作为还原气使用；剩余净化后的炉顶煤气直接接至加热炉烧嘴处，作为加热还原气的燃料使用；
(7)每隔35min在线切换高温还原气换向阀组和炉顶煤气的换向阀组，使高温还原气切换成进入第二竖炉，按照相反的工艺气流方向，在第二竖炉内的还原段发生还原反应后，经第二煤气环形通道和中间煤气通道进入第一竖炉，并向上逆行，依次经过第一竖炉的等压段、还原段和预热段，冷却至≤200℃，经炉顶煤气的换向阀组进入布袋除尘装置中；
(8)第一竖炉和第二竖炉内存在压力差：高温还原气进气口压力为0.25～0.4MPa，冷却煤气的进气口压力为0.25～0.4MPa，竖炉的煤气环形通道和等压段内的压力为0.2～0.3MPa，炉顶煤气溢出口的压力为0.05～0.10MPa；预热段温度200～600℃，还原段温度为600～930℃，等压段温度为700～930℃，冷却段温度为50～700℃；球团或块矿在竖炉内的停留时间约为13～20h，其中预热段停留的时间约为3～5h，在还原段停留的时间为6～8h，在等压段内停留的时间约为1～2h，冷却段停留的时间约为3～5h；排料口的物料温度为600～700℃或低于50～120℃。
实施例3：
(1)以焦炉煤气为原料制备的外部煤气，混入净化后的部分炉顶煤气，其中H2/CO的为3～4，CO和H2的体积含量≥90％；
(2)粒度为5～35mm的球团或块矿连续加入第一竖炉和第二竖炉的空料段，炉料自上而下运行；
(3)外部煤气经加热炉加热至600～750℃；兑入氧气后，温度升高至900～1000℃，通过高温还原气换向阀组，自第一高温还原气环道和第一高温还原气喷口进入第一竖炉，与物料在第一竖炉的还原段向下并行，过程中发生铁氧化物的还原反应；
(4)第一竖炉还原段下行的高温还原气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉，并向上逆行，依次经过第二竖炉的等压段、还原段和预热段后，冷却至≤200℃，经炉顶煤气换向阀组进入布袋除尘装置中；
(5)冷却煤气通过冷却煤气阀组同时进入第一竖炉和第二竖炉的冷却段，冷却煤气逆行过程中，带走高温物料的显热；第一竖炉冷却段的冷却煤气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉等压段，第二竖炉冷却段的冷却煤气直接进入第二竖炉等压段；冷却煤气向上逆行，依次经过第二竖炉的等压段、还原段和预热段后，冷却至≤200℃，经炉顶煤气换向阀组进入布袋除尘装置中；
(6)温度≤200℃的炉顶煤气自第二竖炉煤气溢出口排出，依次进入布袋除尘装置、煤气净化装置、煤气脱湿装置中，进行除尘、脱除CO2、脱除H2S和除湿；净化的炉顶煤气经加压后循环利用，一部分作为冷却煤气，另一部分与外部煤气混合，重新作为还原气使用；剩余净化后的炉顶煤气直接接至加热炉烧嘴处，作为加热还原气的燃料使用；
(7)每隔35min在线切换高温还原气换向阀组和炉顶煤气换向阀组，使高温还原气切换成进入第二竖炉，按照相反的工艺气流方向，在第二竖炉内的还原段发生还原反应后，经第二煤气环形通道和中间煤气通道进入第一竖炉，并向上逆行，依次经过第一竖炉的等压段、还原段和预热段，冷却至≤200℃，经炉顶煤气换向阀组进入布袋除尘装置中；
(8)第一竖炉和第二竖炉内存在压力差：高温还原气进气口压力为0.4～0.6MPa，冷却煤气的进气口压力为0.4～0.6MPa，竖炉的煤气环形通道和等压段内的压力为0.35～0.5MPa，炉顶煤气溢出口的压力为0.3～0.4MPa；预热段温度为200～600℃，还原段温度为600～950℃，等压段温度为700～950℃，冷却段温度为50～700℃；球团或块矿在竖炉内的停留时间约为13～20h，其中预热段停留的时间约为3～5h，在还原段停留的时间为6～8h，在等压段内停留的时间约为1～2h，冷却段停留的时间约为3～5h；排料口的物料温度为600～700℃或低于50～120℃。
以上结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述；应当注意，在此所述的实施例仅为本发明中的部分实施例，而非本发明的全部实现方式，所述实施例只有示例性，其作用只在于为审查员及公众提供理解本发明内容更为直观明了的方式，而不是对本发明技术方案的限制。在不脱离本发明技术方案构思的前提下，所有本领域普通技术人员没有做出创造性劳动就能想到的其他实施方案，及其他对本发明技术方案的简单替换和各种变化，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种并联蓄热式气基竖炉，包括：第一竖炉、第二竖炉，其特征在于，
所述第一竖炉设有第一进料口、第一炉顶煤气溢出口、第一高温还原气环道和与之连通的第一高温还原气喷口、第一煤气环形通道、第一冷却煤气进气口以及第一排料口；
所述第二竖炉设有第二进料口、第二炉顶煤气溢出口、第二高温还原气环道和与之连通的第二高温还原气喷口、第二煤气环形通道、第二冷却煤气进气口以及第二排料口；
所述第一竖炉与第二竖炉镜像对称布置，从上到下依次设有相同的空料段、预热段、还原段、等压段和冷却段；其中还原段腔体直径小于等压段腔体直径，还原段的末端插入等压段腔体内，分别形成第一煤气环形通道和第二煤气环形通道；中间煤气通道与第一煤气环形通道和第二煤气环形通道连通；
所述的第一进料口、第二进料口、第一炉顶煤气溢出口和第二炉顶煤气溢出口分别布置于两个竖炉的空料段顶部，所述的第一高温还原气环道、第二高温还原气环道、第一高温还原气喷口和第二高温还原气喷口分别布置于两个竖炉预热段和还原段的交界处，所述的第一冷却煤气进气口和第二冷却煤气进气口分别布置于两个竖炉的冷却段上，所述的第一排料口、第二排料口分别位于两个竖炉冷却段的下方；
所述第一煤气溢出口与第二煤气溢出口通过管路连通，中间设置有换向阀组，换向阀组的出口通过管道依次与除尘装置、煤气净化装置、煤气脱湿装置连接；
所述第一高温还原气环道与第二高温还原气环道通过管路连通，中间设置有高温还原气换向阀组，高温还原气换向阀组的进气口通过管道依次与氧气管道、加热炉、外部煤气管道连接；
所述第一冷却煤气进气口与第二冷却煤气进气口通过管路连通，中间设置有冷却煤气阀组，冷却煤气阀组的进气口通过管道依次与煤气加压装置连接。
2.根据权利要求1所述的并联蓄热式气基竖炉，其特征在于，所述的煤气脱湿装置出口与加热炉煤气烧嘴和煤气加压装置入口连通；煤气加压装置出口与外部煤气管道和冷却煤气阀组连通。
3.根据权利要求1所述的并联蓄热式气基竖炉，其特征在于，所述的除尘装置为干法布袋除尘器；所述的煤气净化装置具有脱除CO2和H2S的功能。
4.一种使用并联蓄热式气基竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)连续进料：含铁球团或块矿经第一竖炉和第二竖炉的进料口被连续加入，炉料自上而下运行；
(2)并流还原：温度为600～750℃的外部煤气和炉顶煤气的混合气，自加热炉出口排出，经兑入部分氧气后，温度升至900～1050℃；通过高温还原气换向阀组，自第一高温还原气环道和第一高温还原气喷口进入第一竖炉，与物料在第一竖炉的还原段向下并行，过程中发生铁氧化物的还原反应；
(3)逆流蓄热一：第一竖炉还原段下行的高温还原气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉后，向上逆行，依次穿过第二竖炉的等压段、还原段和预热段，并冷却至≤200℃，后经炉顶煤气换向阀组进入除尘装置中；
(4)逆流蓄热二：冷却煤气通过冷却煤气阀组同时进入第一竖炉和第二竖炉的冷却段，冷却煤气逆行过程中，带走高温物料的显热；第一竖炉冷却段的冷却煤气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉等压段，第二竖炉冷却段的冷却煤气直接进入第二竖炉等压段；冷却煤气向上逆行，依次经过第二竖炉的等压段、还原段和预热段，并冷却至≤200℃，后经炉顶煤气换向阀组进入除尘装置中；
(5)煤气净化：炉顶煤气自第二竖炉煤气溢出口排出，依次进入除尘装置、煤气净化装置、煤气脱湿装置中，进行除尘、脱除CO2、脱除H2S和除湿；处理后的炉顶煤气温度将至25～50℃；
(6)煤气循环：①净化的炉顶煤气经加压后循环利用，一部分作为冷却煤气，另一部分与外部煤气混合，重新作为还原煤气使用；②剩余净化后的炉顶煤气直接接至加热炉烧嘴处，与空气燃烧后，产生的热量将还原气加热至600～750℃；
(7)炉况切换：每隔15～60min在线切换高温还原气换向阀组和炉顶煤气换向阀组，使高温还原气切换成进入第二竖炉，按照相反的工艺气流方向，完成步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)和步骤(5)的工艺过程；
(8)冷却排料：还原后的物料自冷却段下方的排料口连续排出。
5.根据权利要求4所述的使用并联蓄热式气基竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述的第一竖炉和第二竖炉内存在压力差，高温还原气进气口压力为0.25～0.6MPa，冷却煤气的进气口压力为0.25～0.6MPa，竖炉的煤气环形通道和等压段内的压力为0.2～0.4MPa，炉顶煤气溢出口的压力为0.05～0.4MPa。
6.根据权利要求4所述的使用并联蓄热式气基竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述的预热段温度为200～600℃，还原段温度为600～1050℃，等压段温度为700～950℃，冷却段温度为50～700℃。
7.根据权利要求4所述的使用并联蓄热式气基竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述的球团或块矿在竖炉内的停留时间为13～20h，其中预热段停留的时间为3～5h，在还原段停留的时间为6～8h，在等压段内停留的时间为1-2h，冷却段停留的时间为3～5h。
8.根据权利要求4所述的使用并联蓄热式气基竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述的外部煤气主要由H2和CO组成，其中H2/CO的体积比≥0.5，H2+CO的体积和≥0.9。
9.根据权利要求4所述的使用并联蓄热式气基竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述的含铁球团或块矿，粒度为5～35mm。
10.根据权利要求4所述的使用并联蓄热式气基竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述的还原后的物料为直接还原铁，从排料口排出的温度为600～700℃或50～120℃。
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