CN115652011A

CN115652011A - 一种熔融还原炉煤气富化及循环利用的装置

Info

Publication number: CN115652011A
Application number: CN202211202619.1A
Authority: CN
Inventors: 闫方兴; 孟玉杰; 兰吉然; 梅丛华; 章启夫; 侯健; 毛庆武
Original assignee: Beijing Shougang International Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Shougang International Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2022-09-29
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2023-01-31

Abstract

一种熔融还原炉煤气富化及循环利用的装置，属于铁氧化物熔融还原技术领域。解决炉顶煤气中CO₂含量高、煤气热值低等问题。装置包括熔融还原炉、汽化冷却烟道、煤气净化装置、CO₂脱除装置、煤气加压装置5、CO₂储罐6等；前5个部件依次连接，煤气加压装置分别与煤气喷枪和煤气加热装置连接；CO₂脱除装置分别与CO₂储罐和CO₂加压装置连接，CO₂加压装置和含铁料预热预还原装置物料出口经物料喷吹系统与固体料喷枪连接。使用方法步骤为，煤气经汽化冷却烟道和煤气净化装置降温净化处理后，经CO₂脱除装置分离出煤气中的CO₂，之后煤气经煤气加压装置300‑1000kPa加压后，分离出来的CO₂气体经CO₂加压装置600‑1000kPa加压，最后喷入熔融还原炉内。优点在于：实现低热值煤气富化，富化后的煤气可用于含铁物料的预热预还原，实现CO₂再循环利用。

Description

一种熔融还原炉煤气富化及循环利用的装置

技术领域

本发明属于铁氧化物熔融还原技术领域，尤其涉及一种熔融还原炉煤气富化及循环利用的装置。

背景技术

现代高炉炼铁技术经过200多年的发展，工艺技术日臻成熟。高炉生产效率、能量消耗和使用寿命均已取得良好应用实绩，仍是当前最主要的炼铁工艺装置。高炉炼铁存在的最大挑战是不能摆脱对焦炭的依赖，焦炭在高炉中具有发热剂、还原剂、渗碳剂和料柱骨架的四重功能，特别是料柱骨架的作用，是其他物料都不能替代的，换而言之，就是焦炭成为高炉赖以生存的物质和能量基础。另外，高炉炼铁工艺需要对原料进行加工处理，将铁矿粉加工制备成球团矿、烧结矿等人造矿石，而且需要具有优异的物理性能和高温冶金性能，以满足高炉生产要求。因此，现代高炉必须配置焦化、烧结、球团等铁前工序装置，制备出人造矿石和焦炭作为高炉的原料和燃料。

统计表明，高炉生产过程的铁前工序能源消耗约占整个钢铁制造流程的70％-85％，铁前工序污染物排放约占70％以上，CO₂排放约占75％以上。因此，采用粉末流程、完全取消焦炭的熔融还原工艺具有显著优势：可以完全取消焦化、烧结、球团等铁前工序，用天然铁矿粉直接取代烧结矿或球团矿，利用煤粉取代焦炭，在熔融还原反应器内，经过高温冶炼生产铁水。这种全粉末流程的熔融还原工艺，可以大幅度降低颗粒物、SO_x、NO_x的排放，减少铁前工序的能源消耗，具有显著的CO₂排放技术优势和潜力，是未来非高炉低碳绿色冶金和氢冶金的主要技术发展方向。

现有熔融还原工艺中，炉顶煤气热值低，仅能作为一般的工业气体燃料，得不到充分利用；而且由于熔融还原过程直接碳素消耗较高，炉顶煤气中CO₂体积百分含量一般为25％以上，单元工序过程CO₂排放强度较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔融还原炉煤气富化及循环利用的装置，解决现有熔融还原工艺存在的关键技术缺陷：(1)炉顶煤气中CO₂体积百分含量高、煤气热值低、CO₂未进行分离脱除处理排放量大的问题；(2)矿粉预还原不充分、预还原率低，在熔融反应器内直接耗碳量高的问题；(3)矿粉、煤粉采用N₂作为输送载气，造成冶金煤气N₂体积百分含量高、煤气热值低的问题；(4)熔融还原冶金反应器内，高温区间处于反应器上部，向下部熔池传热机制效率不高、炉缸热量不够充沛的问题。

一种熔融还原炉煤气富化及循环利用的装置，包括：熔融还原炉1、汽化冷却烟道2、煤气净化装置3、CO₂脱除装置4、煤气加压装置5、CO₂储罐6、CO₂加压装置7、固体料喷枪8、煤气喷枪9、氧气喷枪10、煤气加热装置11和含铁料预热预还原装置12；熔融还原炉1的煤气出口与汽化冷却烟道2、煤气净化装置3、CO₂脱除装置4和煤气加压装置5依次连接，煤气加压装置5的煤气出口分别与煤气喷枪9和煤气加热装置11入口连接，煤气加热装置11入口与含铁料预热预还原装置12的煤气入口连接；CO₂脱除装置4的CO₂出口分别与CO₂储罐6入口和CO₂加压装置7入口连接，CO₂加压装置7出口和含铁料预热预还原装置12物料出口经物料喷吹系统与固体料喷枪8连接；氧气喷枪10通过法兰与熔融还原炉1连接。

所述熔融还原炉煤气富化及循环利用的装置的使用方法，其步骤及参数如下：

1、来自熔融还原炉1的煤气，经汽化冷却烟道2和煤气净化装置3降温净化处理后，经CO₂脱除装置4分离出煤气中的CO₂，由于煤气中CO体积百分含量提高，相应热值和还原势提高；

2、经CO₂脱除装置4脱除CO₂以后的煤气经煤气加压装置5加压后煤气压力为300-1000kPa，一部分由煤气管道送入煤气加热装置11进行加热，加热后的煤气用作含铁料预热预还原装置12的还原气，其余部分则经煤气喷枪9喷入熔融还原炉1内，与氧气喷枪10喷入炉内的氧气混合后燃烧放热，向反应熔池提供热量，煤气喷枪9数量为1-4个，沿水平方向均匀分布于熔融还原炉1上部炉壁内面，插入长度和角度均可以调节；

3、从煤气中分离出来的CO₂气体经CO₂加压装置7加压后CO₂压力为600-1000kPa，一部分用作固体料喷吹载气，经输送管道和喷吹系统，最后经固体料喷枪8将含铁料预热预还原装置12处理过的含铁料与煤粉和熔剂一起喷入熔融还原炉1内，多余的CO₂则通过CO₂储罐6外送。

步骤1所述的CO₂脱除装置4采用物理法或化学法进行CO₂脱除；

步骤1所述的从煤气中分离出来CO₂气体中，CO₂％体积百分比大于85％；

步骤1所述的煤气净化装置3的净化处理采用煤气湿法除尘或煤气布袋干法除尘；

步骤2所述的氧气喷枪10喷入炉内的氧气为纯氧或富氧热风，喷吹富氧热风时，热风的含氧量体积百分比为35％-42％；

步骤3所述的含铁料预热预还原装置12采用流化床、气基竖炉或其他具有同样功能的工艺装置；

步骤3所述的经含铁料预热预还原装置12处理过的含铁料的预还原度为10％-95％；

步骤2所述的经CO₂脱除装置4脱除CO₂后的煤气中(C0+H₂)的体积百分含量在30-90％；

本发明的优点在于：

1)通过对熔融还原炉煤气进行CO₂脱除，一方面分离脱除CO₂进行捕集封存或再利用(CCUS)，另一方面是对炉顶煤气进行改质和富化，可以实现低热值煤气富化，富化后的煤气可用于含铁物料的预热预还原，可以实现高温低热值煤气的高效利用，有利于提高熔融还原炉的冶炼效率和降低能耗；

2)采用成熟的CO₂脱除技术，工艺流程简单，投资低，运行稳定可靠；

3)利用从熔融还原炉煤气分离出来的CO₂替代氮气，用做熔融还原炉矿粉和煤粉的输送载气，可以实现CO₂再循环利用，从而实现CO₂减排。

附图说明

图1为一种熔融还原炉煤气富化及循环利用的装置示意图。其中，熔融还原炉1、汽化冷却烟道2、煤气净化装置3、CO₂脱除装置4、煤气加压装置5、CO₂储罐6、CO₂加压装置7、固体料喷枪8、煤气喷枪9、氧气喷枪10、煤气加热装置11、含铁料预热预还原装置12。

具体实施方式

如图1所示，一种熔融还原炉煤气富化及循环利用的装置，包括：熔融还原炉1、汽化冷却烟道2、煤气净化装置3、CO₂脱除装置4、煤气加压装置5、CO₂储罐6、CO₂加压装置7、固体料喷枪8、煤气喷枪9、氧气喷枪10、煤气加热装置11和含铁料预热预还原装置12；熔融还原炉1的煤气出口与汽化冷却烟道2、煤气净化装置3、CO₂脱除装置4和煤气加压装置5依次连接，煤气加压装置5的煤气出口分别与煤气喷枪9和煤气加热装置11入口连接，煤气加热装置11入口与含铁料预热预还原装置12的煤气入口连接；CO₂脱除装置4的CO₂出口分别与CO₂储罐6入口和CO₂加压装置7入口连接，CO₂加压装置7出口和含铁料预热预还原装置12物料出口经物料喷吹系统与固体料喷枪8连接；氧气喷枪10通过法兰与熔融还原炉1连接。

来自熔融还原炉1的煤气，经汽化冷却烟道2和煤气净化装置3降温净化处理后，经CO₂脱除装置4分离出煤气中的CO₂，脱除CO₂以后的煤气一部分经煤气加压装置5加压至800kPa后，部分由煤气管道送入煤气加热装置11进行加热，加热至970℃后的煤气用作含铁料预热预还原装置11的还原气，装置11采用气基竖炉工艺，另一部分煤气经煤气喷枪9喷入熔融还原炉1内，煤气喷枪9的个数为2个，并沿水平方向对称分布于熔融还原炉1上部炉壁内面；从煤气中分离出来CO₂气体(CO₂％为95％)经CO₂加压装置7加压至900kPa后，一部分用作固体料喷吹载气，经输送管道与喷吹系统连接，并经固体料喷枪8将含铁料预热预还原装置12处理过的含铁料与煤粉、熔剂等一起喷入熔融还原炉1内，含铁料预还原度为80％，多余的CO₂则通过CO₂储罐6外送。经氧气喷枪10喷入炉内的含氧气体中氧气含量为95％。

Claims

1.一种熔融还原炉煤气富化及循环利用的装置，其特征在于，装置包括，熔融还原炉(1)、汽化冷却烟道(2)、煤气净化装置(3)、CO₂脱除装置(4)、煤气加压装置(5)、CO₂储罐(6)、CO₂加压装置(7)、固体料喷枪(8)、煤气喷枪(9)、氧气喷枪(10)、煤气加热装置(11)和含铁料预热预还原装置(12)；熔融还原炉(1)的煤气出口与汽化冷却烟道(2)、煤气净化装置(3)、CO₂脱除装置(4)和煤气加压装置(5)依次连接，煤气加压装置(5)的煤气出口分别与煤气喷枪(9)和煤气加热装置(11)入口连接，煤气加热装置(11)入口与含铁料预热预还原装置(12)的煤气入口连接；CO₂脱除装置(4)的CO₂出口分别与CO₂储罐(6)入口和CO₂加压装置(7)入口连接，CO₂加压装置(7)出口和含铁料预热预还原装置(12)物料出口经物料喷吹系统与固体料喷枪(8)连接；氧气喷枪(10)通过法兰与熔融还原炉(1)连接。

2.根据权利要求1所述的熔融还原炉煤气富化及循环利用的装置的使用方法，其特征在于，步骤及参数如下：

1)来自熔融还原炉(1)的煤气，经汽化冷却烟道(2)和煤气净化装置(3)降温净化处理后，经CO₂脱除装置(4)分离出煤气中的CO₂，由于煤气中CO体积百分含量提高，相应热值和还原势提高；

2)经CO₂脱除装置(4)脱除CO₂以后的煤气经煤气加压装置(5)加压后煤气压力为300-1000kPa，一部分由煤气管道送入煤气加热装置(11)进行加热，加热后的煤气用作含铁料预热预还原装置(12)的还原气，其余部分则经煤气喷枪(9)喷入熔融还原炉(1)内，与氧气喷枪(10)喷入炉内的氧气混合后燃烧放热，向反应熔池提供热量，煤气喷枪(9)数量为1-4个，沿水平方向均匀分布于熔融还原炉(1)上部炉壁内面，插入长度和角度均可调节；

3)从煤气中分离出来的CO₂气体经CO₂加压装置(7)加压后CO₂压力为600-1000kPa，一部分用作固体料喷吹载气，经输送管道和喷吹系统，最后经固体料喷枪(8)将含铁料预热预还原装置(12)处理过的含铁料与煤粉和熔剂一起喷入熔融还原炉(1)内，多余的CO₂则通过CO₂储罐(6)外送。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征这样，步骤1)所述的CO₂脱除装置(4)采用物理法或化学法进行CO₂脱除。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征这样，步骤1)所述的从煤气中分离出来CO₂气体中，CO₂％体积百分比大于85％。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征这样，步骤1)所述的煤气净化装置(3)的净化处理采用煤气湿法除尘或煤气布袋干法除尘。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征这样，步骤2)所述的氧气喷枪(10)喷入炉内的氧气为纯氧或富氧热风，喷吹富氧热风时，热风的含氧量体积百分比为35％-42％。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征这样，步骤2)所述的经CO₂脱除装置(4)脱除CO₂后的煤气中(C0+H₂)的体积百分含量在30-90％。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征这样，步骤3)所述的含铁料预热预还原装置(12)采用流化床、气基竖炉或其他具有同样功能的工艺装置。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征这样，步骤3)所述的经含铁料预热预还原装置(12)处理过的含铁料的预还原度为10％-95％。