CN115652012B - 一种氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用方法、系统及其应用 - Google Patents
一种氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用方法、系统及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用方法、系统及其应用。所述方法包括：采用渗碳气对氢基竖炉产出的热态海绵铁进行渗碳和热交换处理，得到渗碳海绵铁；将使用过的渗碳气进行除尘处理，得到净煤气，一部分净煤气输送至高炉车间，其余净煤气作为循环气回用；采用冷却气与渗碳海绵铁进行热交换，得到冷态海绵铁，并将经过热交换的冷却气除尘、余热回收、降温、加压处理后再回用。所述系统包括渗碳装置、第一除尘单元、冷却装置、第二除尘单元、余热回收单元、降温单元、第二加压单元。本发明提供的方法和系统对于提升氢基竖炉产直接还原铁的含碳量，降低后续工序的能源消耗具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及氢基竖炉直接还原领域，特别是涉及一种氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤 气利用方法、系统及其应用。
背景技术
现有气基竖炉直接还原生产海绵铁的主要工艺有MIDREX和HYL-ZR。MIDREX和HYL-ZR工艺的还原气中分别保留3％～4％、大于20％的CH4含量，以保证球团在高温还原后得以渗碳。为了海绵铁冷却和补充渗碳，MIDREX和HYL-ZR工艺在还原段下部设置下锥段使用天然气对高温海绵铁进行冷却和渗碳。MIDREX和HYL-ZR工艺生产海绵铁的含碳量分 别为0.5～2.5％、2.5～4％。
尽管现有气基竖炉的还原势CO+H2已经高于60％，海绵铁的金属化率达到92％，但是为 了渗碳的需要，提高了甲烷的含量，牺牲了还原气的还原势。目前，MIDREX工艺和HYL-ZR 工艺开始发展氢基/全氢竖炉(还原气H2>90％)，将会大幅度提高海绵铁的金属化率，缩短 还原时间，降低CO2排放。
然而，出于抑制海绵铁氧化、后续炼钢工序热量和钢材性能的需要，海绵铁需要一定的 含碳量。对于氢基竖炉而言，高温还原过程中，海绵铁几乎不会渗碳，竖炉下锥段中，天然 气冷却过程渗碳量仅为0.1％，无法满足要求。这主要与下锥段的温度和压力有关。由甲烷渗碳反应(如下所示)可知：高温和低压有利于反应的正向进行。
3Fe+CH4＝Fe3C+2H2；ΔH＝55300J/mol(吸热)。
在冷却过程中海绵铁温度迅速降低，不利于海绵铁的渗碳，极大地限制了海绵铁的渗碳 量。此外，为了防止冷却气上窜进入还原段，MIDREX和HYL-ZR工艺冷却气的出口压力分别为1.3bar、8.25bar(略低于还原气入口压力1.31bar和8.3bar)，也抑制了海绵铁渗碳。
因此，有必要开发一种新的氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用方法及系统，为抑 制海绵铁氧化，降低后续工序能耗，减少联合炼铁工序的CO2排放提供重要的技术支撑。
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氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷 却与煤气利用方法、系统及其应用，解决了氢基竖炉产海绵铁含碳量低，难以抑制海绵铁氧 化，无法满足后续工序热量需求的技术问题，提供了一种有利于还原、渗碳、冷却互不干扰的高效渗碳系统。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气 利用方法，包括：
采用渗碳气对氢基竖炉产出的热态海绵铁进行渗碳和热交换处理，得到渗碳海绵铁；将 使用过的渗碳气进行除尘处理，得到净煤气，其中一部分净煤气输送至高炉车间，其余净煤 气作为循环气回用；
对渗碳海绵铁进行冷却处理，得到冷态海绵铁，所述冷却处理方式包括：采用冷却气与 渗碳海绵铁进行热交换，得到冷态海绵铁，并将经过热交换的冷却气除尘、余热回收、降温、 加压处理后再回用。
进一步，氢基竖炉产出热态海绵铁以保温密闭的方式输送至渗碳装置进行渗碳和热交换 处理。
进一步，渗碳和热交换处理过程中，海绵铁的进出料方式为上进下出，渗碳气的进出气 方式为下进上出，即：热态海绵铁从渗碳装置上部进料，渗碳海绵铁从渗碳装置下部出料； 渗碳气从渗碳装置下部进入，经过渗碳和热交换处理后从渗碳装置上部排出。
进一步，所述热态海绵铁的金属化率高于92％，温度为850～950℃。
进一步，所述渗碳海绵铁的温度为563～630℃，渗碳量达到1.27～2.74％。
进一步，向循环气中补充加入富甲烷气，进行混合、加压，形成符合进气要求的渗碳气 所述渗碳气的进气要求如下：气量在产量100万吨海绵铁/年时为70000～80000Nm3/h，温度 为500～550℃，气压为1.05～1.2bar，CH4/H2体积比为1.6～3.0；优选地，所述渗碳气的进气 要求如下：气量在产量100万吨海绵铁/年时为75000Nm3/h，温度为500～550℃，气压为 1.1bar，CH4/H2体积比为1.6～3.0。
进一步，使用过的渗碳气温度升高至670～800℃，气量在产量100万吨海绵铁/年时为 78300～82200Nm3/h，气压为0.98～1.1bar，且低于进气时的气压，CH4/H2体积比为1.0～2.0； 优选地，使用过的渗碳气气压为1.0bar。
进一步，使用过的渗碳气经除尘处理后含尘量≤0.01g/Nm3，温度降低至610～740℃。
进一步，使用过的渗碳气的除尘处理包括：粗除尘、精除尘。
进一步，所述循环气的温度为610～740℃，气量在产量100万吨海绵铁/年时为55000～60200Nm3/h。
进一步，所述富甲烷气为天然气、页岩气或煤层气的一种或多种混合，甲烷体积含量大 于95％，温度为30±2℃，气量在产量100万吨海绵铁/年时为14900～20000Nm3/h。
进一步，对渗碳海绵铁进行冷却处理时，海绵铁的进出料方式为上进下出，冷却气的进 出气方式为下进上出，即：渗碳海绵铁从冷却装置上部进料，冷态海绵铁从冷却装置下部出 料；冷却气从冷却装置下部进入，经过热交换处理后从冷却装置上部排出。
进一步，所述冷却气为氮气，优选为工业氮气。
进一步，所述冷却气的气量在产量100万吨海绵铁/年时为70000～80000Nm3/h，温度为 25～35℃，气压为1.05～1.2bar；优选地，所述为冷却气的气量在产量100万吨海绵铁/年时为 75000Nm3/h，温度为30℃，气压为1.1bar。
进一步，所述冷态海绵铁的温度≤50℃。
进一步，所述经过热交换的冷却气温度升高至476～530℃。
进一步，经过除尘、余热回收、降温、加压处理后，冷却气的含尘量≤0.01g/Nm3，温度 ≤30℃，气压升高至1.05～1.2bar；优选地，经过除尘、余热回收、降温、加压处理后，冷却气 的含尘量降低至0.01g/Nm3，温度降低至30℃，气压升高至1.1bar。
进一步，采用余热锅炉进行余热回收，所述余热回收步骤包括：将除尘处理后的冷却气 通入余热锅炉与水进行热交换，产生蒸汽，产生的蒸汽送至蒸汽管网，供氢基竖炉系统的其 他工段使用。
进一步，输送至高炉车间的净煤气从风口喷吹进入高炉，可以在维持原有高炉炉腹煤气 量和理论燃烧温度基本不变的条件下，降低焦比和CO2排放。
进一步，输送至高炉的净煤气温度为610～740℃，气量在产量100万吨海绵铁/年时为 18200～27200Nm3/h。
进一步，喷吹净煤气后，高炉的焦比降低17～36kg/tHM，降低CO2排放4.5～9.6％。
进一步，所述方法还包括：将渗碳海绵铁以保温密闭的方式运输至不间断运行的电炉； 和/或，将冷态海绵铁仓储。
本发明还提供一种氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用系统，包括：
渗碳装置，为渗碳气与氢基竖炉产出的热态海绵铁进行渗碳和热交换处理的场所；
第一除尘单元，用于对使用过的渗碳气进行除尘处理；
冷却装置，为对渗碳海绵铁进行冷却处理的场所；
第二除尘单元，用于对经过热交换的冷却气进行除尘处理；
余热回收单元，用于对经除尘处理的冷却气进行余热回收；
降温单元，用于对经过余热回收的冷却气进行降温处理；
第二加压单元，用于对经过降温处理的冷却气进行加压处理。
进一步，所述渗碳装置上部设有热态海绵铁进口和渗碳气出口，下部设有渗碳海绵铁出 口和渗碳气进口；所述第一除尘单元与渗碳气出口相连。
进一步，所述第一除尘单元包括粗除尘器和精除尘器。
进一步，所述系统还包括第一加压单元，所述第一加压单元用于对循环气进行加压处理 所述渗碳气出口、第一除尘单元、第一加压单元、渗碳气进口依次相连。
进一步，所述系统还包括用于向高炉车间输送净煤气的管道。
进一步，所述系统还包括富甲烷气补充单元，所述富甲烷气补充单元用于向循环气中补 充加入甲烷。
进一步，所述冷却装置上部设有渗碳海绵铁进口和冷却气出口，下部设有冷态海绵铁出 口和冷却气进口；所述冷却气出口、第二除尘单元、余热回收单元、降温单元、第二加压单元与 冷却气进口依次相连。
进一步，所述余热回收单元包括余热锅炉，所述余热锅炉用于对除尘后的冷却气进行余 热回收，产生蒸汽。
进一步，所述余热回收单元还包括蒸汽管网，所述蒸汽管网用于将余热锅炉产生的蒸汽 输送至氢基竖炉系统中，以供氢基竖炉系统的其他工段使用。
进一步，所述系统还包括电炉，所述电炉与渗碳海绵铁出口相连。
进一步，所述系统还包括料仓，所述料仓用于仓储冷态海绵铁。
本发明还提供如上所述的方法和系统在氢基竖炉产海绵铁处理领域中的应用。
如上所述，本发明的氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用方法、系统及其应用，具 有以下有益效果：
1)本发明的方法将海绵铁渗碳工序和冷却工序分离，既能满足氢基竖炉-电炉短流程热 装热送的长期要求，又能满足冷态海绵铁短期仓储的实际需求。
2)本发明方法的渗碳工序中，采用了低压高温的渗碳气对热态海绵铁进行渗碳处理， 相比于高压低温条件，更能有效提高海绵铁的渗碳量，防止氧化；海绵铁在本发明限定的低 压高温的渗碳气作用下，能够有效实现1.27～2.74％的渗碳量。
3)本发明将渗碳、除尘处理后产生的一部分净煤气可以作为外送煤气送入高炉内，可以 在维持原有高炉炉腹煤气量和理论燃烧温度基本不变的条件下，降低高炉的焦比，减少联合 钢厂的CO2排放。
综上，本发明提供的技术为解决氢基竖炉产海绵铁含碳量低，难以满足后续工序热量需 求的技术问题，提供了一种低碳高效的渗碳新方法，对于提升氢基竖炉产直接还原铁的含碳 量，降低后续工序的能源消耗具有非常重要的意义。
附图说明
图1显示为本发明实施例中氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用系统的结构示意 图。
图2显示为本发明另一实施方式中氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用系统的结构 示意图。
图3显示为本发明另一实施方式中氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用系统的结构 示意图。
附图标记说明：
氢基竖炉1、渗碳装置2、粗除尘器3、精除尘器4、第一加压单元5、高炉6、冷却装置7、第二除尘单元8、余热回收单元9、降温单元10、第二加压单元11、电炉12、料仓13、 热态海绵铁F1、渗碳海绵铁F2、冷态海绵铁F3、渗碳气Q1、净煤气Q2、外送煤气Q2-1、 循环气Q2-2、富甲烷气Q3、冷却气Q4。
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。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式 中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际 实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟 悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质 意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及 所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而 非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当 亦视为本发明可实施的范畴。
为了解决氢基竖炉产海绵铁含碳量低，难以抑制海绵铁氧化、无法满足后续工序热量需 求的技术问题，本发明一实施例提供了一种氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用方法， 包括：
采用渗碳气对氢基竖炉产出的热态海绵铁进行渗碳和热交换处理，得到渗碳海绵铁；将 使用过的渗碳气进行除尘处理，得到净煤气，其中一部分净煤气作为外送煤气输送至高炉车 间，其余净煤气作为循环气回用；
对渗碳海绵铁进行冷却处理，得到冷态海绵铁，所述冷却处理方式包括：采用冷却气与 渗碳海绵铁进行热交换，得到冷态海绵铁，并将经过热交换的冷却气除尘、余热回收、降温、 加压处理后再回用。
在本发明的另一实施方式中，氢基竖炉产出热态海绵铁以保温密闭的方式输送至渗碳装 置进行渗碳和热交换处理。
在本发明的另一实施方式中，渗碳和热交换处理过程中，海绵铁的进出料方式为上进下 出，渗碳气的进出气方式为下进上出，即：热态海绵铁从渗碳装置上部进料，渗碳海绵铁从 渗碳装置下部出料；渗碳气从渗碳装置下部进入，经过渗碳和热交换处理后从渗碳装置上部排出。
在本发明的另一实施方式中，所述热态海绵铁的金属化率高于92％，温度为 850～950℃。
在本发明的另一实施方式中，所述渗碳海绵铁的温度为563～630℃，渗碳量达到1.27～2.74％。
在本发明的另一实施方式中，向循环气中补充加入富甲烷气，进行混合、加压，形成符 合进气要求的渗碳气；所述渗碳气的进气要求如下：气量为70000～80000Nm3/h，温度为 500～550℃，气压为1.05～1.2bar，CH4/H2体积比为1.6～3.0；优选地，所述渗碳气的进气要求 如下：气量为75000Nm3/h，温度为500～550℃，气压为1.1bar，CH4/H2体积比为1.6～3.0。
在本发明的另一实施方式中，使用过的渗碳气温度升高至670～800℃，气量为78300～82200Nm3/h，气压为0.98～1.1bar，且低于进气时的气压，CH4/H2体积比为1.0～2.0； 优选地，使用过的渗碳气气压为1.0bar。
在本发明的另一实施方式中，使用过的渗碳气经除尘处理后含尘量≤0.01g/Nm3，温度降 低至610～740℃。
在本发明的另一实施方式中，使用过的渗碳气的除尘处理包括：粗除尘、精除尘。
在本发明的另一实施方式中，所述循环气的温度为610～740℃，气量为 55000～60200Nm3/h。
在本发明的另一实施方式中，所述富甲烷气为天然气、页岩气或煤层气的一种或多种混 合，甲烷体积含量大于95％，温度为30±2℃，气量为14900～20000Nm3/h。
在本发明的另一实施方式中，对渗碳海绵铁进行冷却处理时，海绵铁的进出料方式为上 进下出，渗碳气的进出气方式为下进上出，即：渗碳海绵铁从冷却装置上部进料，冷态海绵 铁从冷却装置下部出料；冷却气从冷却装置下部进入，经过热交换处理后从冷却装置上部排出。
在本发明的另一实施方式中，所述冷却气为氮气，优选为工业氮气。
在本发明的另一实施方式中，所述冷却气的气量为70000～80000Nm3/h，温度为25～35℃，气压为1.05～1.2bar；优选地，所述为冷却气的气量为75000Nm3/h，温度为 30℃，气压为1.1bar。
在本发明的另一实施方式中，所述冷态海绵铁的温度≤50℃。
在本发明的另一实施方式中，所述经过热交换的冷却气温度升高至476～530℃。
在本发明的另一实施方式中，经过除尘、余热回收、降温、加压处理后，冷却气的含尘量 ≤0.01g/Nm3，温度≤30℃，气压升高至1.05～1.2bar；优选地，经过除尘、余热回收、降温、加 压处理后，冷却气的含尘量降低至0.01g/Nm3，温度降低至30℃，气压升高至1.1bar。
在本发明的另一实施方式中，采用余热锅炉进行余热回收，所述余热回收步骤包括：将 除尘处理后的冷却气通入余热锅炉与水进行热交换，产生蒸汽，可以将产生的蒸汽送至蒸汽 管网，供氢基竖炉系统的其他工段使用。
在本发明的另一实施方式中，输送至高炉车间的净煤气从风口喷吹进入高炉，可以在维 持原有高炉炉腹煤气量和理论燃烧温度基本不变的条件下，降低焦比和CO2排放。
在本发明的另一实施方式中，输送至高炉的净煤气温度为610～740℃，气量为18200～27200Nm3/h。
在本发明的另一实施方式中，喷吹净煤气后，高炉的焦比降低17～36kg/tHM，降低CO2排放4.5～9.6％。
在本发明的另一实施方式中，所述方法还包括：将渗碳海绵铁以保温密闭的方式运输至 不间断运行的电炉。
在本发明的另一实施方式中，所述方法还包括：将冷态海绵铁仓储。
需要注意的是，本发明中涉及小时气量都是针对产量100万吨海绵铁/年设定的。当海绵 铁的年产量变化时，气量也需要进行相应的调整变化。
如图1所示，本发明另一实施例提供了一种氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用系 统，包括：
渗碳装置2，为渗碳气Q1与氢基竖炉1产出的热态海绵铁F1进行渗碳和热交换处理的 场所；渗碳装置2上部设有热态海绵铁进口和渗碳气出口，下部设有渗碳海绵铁出口和渗碳 气进口。热态海绵铁F1从氢基竖炉1下端出料口以保温密闭的方式，如高温密闭链板机、气 力输送等，输送至渗碳装置2中，进行渗碳和热交换处理。
第一除尘单元，用于对使用过的渗碳气Q1进行除尘处理，渗碳气Q1经除尘处理后得 到净煤气Q2，其中一部分净煤气Q2作为外送煤气Q2-1输送至高炉车间，其余净煤气Q2作为循环气Q2-2回用。具体的，第一除尘单元为二级除尘，包括粗除尘器3和精除尘器4。
第一加压单元5，用于对循环气Q1-2进行加压处理。
渗碳气出口、第一除尘单元、第一加压单元5、渗碳气进口依次相连，具体可以根据上述 方法的渗碳工序中渗碳气Q1的使用和处理流程，通过气管连接各设备的进出气口，依次相 连形成渗碳气Q1的输送、处理及循环利用系统。
富甲烷气补充单元，富甲烷气补充单元用于向循环气Q1-2中加入富甲烷气Q3，补充甲 烷。具体的，富甲烷气补充单元可以设置在第一除尘单元与第一加压单元5之间，或者设置 在第一加压单元5与渗碳气进口之间(即图1所示)，以使补充富甲烷气Q3与循环气Q1-2 混合、加压形成符合进气要求的渗碳气Q1，同时，补充富甲烷气Q3还可以起到调压作用。
管道，用于向高炉6车间输送净煤气Q2。具体的，管道一端与第一除尘单元出气端相连 另一端与高炉6风口相连。
冷却装置7，为对渗碳海绵铁F2进行冷却处理的场所；冷却装置7上部设有渗碳海绵铁 进口和冷却气出口，下部设有冷态海绵铁F3出口和冷却气进口，渗碳海绵铁进口与渗碳海 绵铁出口相连；
第二除尘单元8，用于经过热交换的冷却气Q4进行除尘处理。具体的，第二除尘单元8 为一级除尘，设置有一除尘器。
余热回收单元9，用于对经除尘处理的冷却气Q4进行余热回收。具体的，余热回收单元 9包括余热锅炉和蒸汽管网，余热锅炉用于对除尘后的冷却气Q4进行余热回收，产生蒸汽； 蒸汽管网再将余热锅炉产生的蒸汽输送至氢基竖炉系统中，以供氢基竖炉系统的其他工段使 用。
降温单元10，用于对经过余热回收的冷却气Q4进行降温处理。
第二加压单元11，用于对经过降温处理的冷却气Q4进行加压处理。
冷却气出口、第二除尘单元8、余热回收单元9、降温单元10、第二加压单元11与冷却气进 口依次相连，具体可以根据上述方法的冷却工序中冷却气Q4的使用和处理流程，通过气管 连接各设备的进出气口，依次相连形成冷却气Q4的输送、处理及循环利用系统。
本发明上述实施例中所述的渗碳装置2、冷却装置7具体可以采用如竖冷窑等设备；粗除 尘器3、精除尘器4等除尘设备具体可以采用本领域常见的气体除尘器；第一加压单元5、第 二加压单元11具体可以采用本领域常见的气体加压机；降温单元10具体可以采用本领域常 见的气体降温冷却器。
如图2所示，在本发明的另一实施方式中，所述系统还包括电炉12，所述电炉12与渗 碳海绵铁出口相连。
如图3所示，在本发明的另一实施方式中，所述系统还包括料仓13，所述料仓13用于 仓储冷态海绵铁F3。
需要注意的是，以下实施例只用于对本发明进行具体的说明，不能理解为对本发明保护 范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属 于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
本实施例氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用方法，具体步骤如下：
(1)渗碳工序
如图1所示，将金属化率高于92％、温度为850℃的热态海绵铁，以保温密闭的方式输 送至渗碳装置。热态海绵铁从渗碳装置上部进入，渗碳气从渗碳装置下部进入。渗碳气的入口 气量为75000Nm3/h，温度为550℃，气压为1.1bar(A)，CH4/H2体积比为 1.6，CO+CO2+H2O+N2<4％。
在渗碳装置内，渗碳气与热态海绵铁发生渗碳反应和热交换，热态海绵铁的温度降低至563℃，渗碳气出口温度升高至740℃。海绵铁的渗碳量达到1.97％。渗碳气的出口气量为 80200Nm3/h，气压为1.0bar(A)，CH4/H2体积比为1.1，CO+CO2+H2O+N2<6％。渗碳气排出后，分别经过粗除尘器、精除尘器，将含尘量降低至0.01g/Nm3，温度降低至680℃，得到净煤气。
一部分净煤气输送至高炉车间，其余净煤气作为循环气回用。温度为680℃、60200Nm3/h 的循环气与补充的30℃、14900Nm3/h天然气进行混合、加压，形成符合进气要求的渗碳气。
(2)冷却工序
563℃的渗碳海绵铁从冷却装置上部进入，冷却气从冷却装置下部进入。冷却气为工业氮 气，入口气量为75000Nm3/h，温度为30℃，气压为1.1bar(A)。
在冷却装置内，冷却气与渗碳海绵铁发生热交换，海绵铁的温度降低至50℃，冷却气 出口温度升高至476℃。冷却气排出后，分别经过除尘器、余热锅炉、降温单元、第二加压单元， 将含尘量降低至0.01g/Nm3，温度降低至30℃，气压升高至1.1bar。余热锅炉产生的蒸汽可 送至蒸汽管网，供氢基竖炉系统的其他工段使用。
(3)煤气利用
温度为680℃、20000Nm3/h的净煤气作为外送煤气输送至高炉车间，从风口喷吹进入高 炉，在维持原有高炉炉腹煤气量和理论燃烧温度基本不变的条件下，可以降低焦比25kg/tHM，降低CO2排放6.7％。
实施例2
本实施例氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用方法，具体步骤如下：
(1)渗碳工序
将金属化率高于92％、温度为950℃的热态海绵铁，以保温密闭的方式输送至渗碳装置。 热态海绵铁从渗碳装置上部进入，渗碳气从渗碳装置下部进入。渗碳气的入口气量为 75000Nm3/h，温度为550℃，气压为1.1bar(A)，CH4/H2体积比为 1.8，CO+CO2+H2O+N2<4％。
在渗碳装置内，渗碳气与热态海绵铁发生渗碳反应和热交换，热态海绵铁的温度降低至 577℃，渗碳气出口温度升高至800℃。海绵铁的渗碳量达到2.74％。渗碳气的出口气量为 82200Nm3/h，气压为1.0bar(A)，CH4/H2体积比为1.0，CO+CO2+H2O+N2<6％。渗碳气排出 后，分别经过粗除尘器、精除尘器，将含尘量降低至0.01g/Nm3，温度降低至740℃，得到净 煤气。
一部分净煤气输送至高炉车间，其余净煤气作为循环气回用。温度为740℃、55000Nm3/h 的循环气与补充的30℃、20000Nm3/h天然气进行混合、加压，形成符合进气要求的渗碳气。
(2)冷却工序
577℃的渗碳海绵铁从冷却装置上部进入，冷却气从冷却装置下部进入。冷却气为工业氮 气，入口气量为75000Nm3/h，温度为30℃，气压为1.1bar(A)。
在冷却装置内，冷却气与渗碳海绵铁发生热交换，海绵铁的温度降低至50℃，冷却气 出口温度升高至480℃。冷却气排出后，分别经过除尘器、余热锅炉、降温单元、第二加压单元， 将含尘量降低至0.01g/Nm3，温度降低至30℃，气压升高至1.1bar。余热锅炉产生的蒸汽可 送至蒸汽管网，供氢基竖炉系统的其他工段使用。
(3)煤气利用
温度为740℃、27200Nm3/h的净煤气输送至高炉车间，从风口喷吹进入高炉，在维持原 有高炉炉腹煤气量和理论燃烧温度基本不变的条件下，可以降低焦比35kg/tHM，降低CO2排放9.3％。
实施例3
本实施例氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用方法，具体步骤如下：
(1)渗碳工序
将金属化率高于92％、温度为850℃的热态海绵铁，以保温密闭的方式输送至渗碳装置。 热态海绵铁从渗碳装置上部进入，渗碳气从渗碳装置下部进入。渗碳气的入口气量为 75000Nm3/h，温度为500℃，气压为1.1bar(A)，CH4/H2体积比为 2.8，CO+CO2+H2O+N2<4％。
在渗碳装置内，渗碳气与热态海绵铁发生渗碳反应和热交换，热态海绵铁的温度降低至 620℃，渗碳气出口温度升高至670℃。海绵铁的渗碳量达到1.27％。渗碳气的出口气量为 78300Nm3/h，气压为1.0bar(A)，CH4/H2体积比为2.0，CO+CO2+H2O+N2<6％。渗碳气排出 后，分别经过粗除尘器、精除尘器，将含尘量降低至0.01g/Nm3，温度降低至610℃，得到净 煤气。
一部分净煤气输送至高炉车间，其余净煤气作为循环气回用。温度为610℃、60200Nm3/h 的循环气与补充的30℃、14900Nm3/h天然气进行混合、加压，形成符合进气要求的渗碳气。
(2)冷却工序
620℃的渗碳海绵铁从冷却装置上部进入，冷却气从冷却装置下部进入。冷却气为工业氮 气，入口气量为75000Nm3/h，温度为30℃，气压为1.1bar(A)。
在冷却装置内，冷却气与渗碳海绵铁发生热交换，海绵铁的温度降低至50℃，冷却气 出口温度升高至520℃。冷却气排出后，分别经过除尘器、余热锅炉、降温单元、第二加压单元， 将含尘量降低至0.01g/Nm3，温度降低至30℃，气压升高至1.1bar。余热锅炉产生的蒸汽可 送至蒸汽管网，供氢基竖炉系统的其他工段使用。
(3)煤气利用
温度为610℃、18200Nm3/h的净煤气输送至高炉车间，从风口喷吹进入高炉，在维持原 有高炉炉腹煤气量和理论燃烧温度基本不变的条件下，可以降低焦比17kg/tHM，降低CO2排放4.5％。
实施例4
本实施例氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用方法，具体步骤如下：
(1)渗碳工序
将金属化率高于92％、温度为950℃的热态海绵铁，以保温密闭的方式输送至渗碳装置。 热态海绵铁从渗碳装置上部进入，渗碳气从渗碳装置下部进入。渗碳气的入口气量为 75000Nm3/h，温度为500℃，气压为1.1bar(A)，CH4/H2体积比为 3.0，CO+CO2+H2O+N2<4％。
在渗碳装置内，渗碳气与热态海绵铁发生渗碳反应和热交换，热态海绵铁的温度降低至 630℃，渗碳气出口温度升高至720℃。海绵铁的渗碳量达到1.78％。渗碳气的出口气量为 79700Nm3/h，气压为1.0bar(A)，CH4/H2体积比为1.9，CO+CO2+H2O+N2<6％。渗碳气排出 后，分别经过粗除尘器、精除尘器，将含尘量降低至0.01g/Nm3，温度降低至660℃，得到净 煤气。
一部分净煤气输送至高炉车间，其余净煤气作为循环气回用。温度为660℃、55000Nm3/h 的循环气与补充的30℃、20000Nm3/h天然气进行混合、加压，形成符合进气要求的渗碳气。
(2)冷却工序
630℃的渗碳海绵铁从冷却装置上部进入，冷却气从冷却装置下部进入。冷却气为工业氮 气，入口气量为75000Nm3/h，温度为30℃，气压为1.1bar(A)。
在冷却装置内，冷却气与渗碳海绵铁发生热交换，海绵铁的温度降低至50℃，冷却气 出口温度升高至530℃。冷却气排出后分别经过除尘器、余热锅炉、降温单元、第二加压单元， 将含尘量降低至0.01g/Nm3，温度降低至30℃，气压升高至1.1bar。余热锅炉产生的蒸汽可 送至蒸汽管网，供氢基竖炉系统的其他工段使用。
(3)煤气利用
温度为660℃、24700Nm3/h的净煤气输送至高炉车间，从风口喷吹进入高炉，在维持原 有高炉炉腹煤气量和理论燃烧温度基本不变的条件下，可以降低焦比36kg/tHM，降低CO2排放9.6％。
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)
1.一种氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用方法，其特征在于，包括：
在渗碳装置内，采用渗碳气对氢基竖炉产出的热态海绵铁进行渗碳和热交换处理，得到渗碳海绵铁；将使用过的渗碳气进行除尘处理，得到净煤气，其中一部分净煤气输送至高炉车间，其余净煤气作为循环气回用；在冷却装置内，对渗碳海绵铁进行冷却处理，得到温度≤50℃的冷态海绵铁，所述冷却处理方式包括：采用冷却气与渗碳海绵铁进行热交换，得到冷态海绵铁，并将经过热交换的冷却气除尘、余热回收、降温、加压处理后再回用；
所述热态海绵铁的金属化率高于92％，温度为850～950℃；所述渗碳海绵铁的温度为563～630℃，渗碳量达到1.27～2.74％；
向循环气中补充加入富甲烷气，进行混合、加压，形成符合进气要求的渗碳气；所述富甲烷气为天然气、页岩气或煤层气的一种或多种混合，甲烷体积含量大于95％，温度为30±2℃；
所述渗碳气的进气要求如下：温度为500～550℃，气压为1.05～1.2bar，CH4/H2体积比为1.6～3.0；
输送至高炉的净煤气温度为610～740℃；喷吹净煤气后，高炉的焦比降低17～36kg/tHM，降低CO2排放4.5～9.6％；
所述冷却气为氮气；所述冷却气的温度为25～35℃，气压为1.05～1.2bar。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：渗碳和热交换处理过程中，海绵铁的进出料方式为上进下出，渗碳气的进出气方式为下进上出；
和/或，对渗碳海绵铁进行冷却处理时，海绵铁的进出料方式为上进下出，冷却气的进出气方式为下进上出。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述渗碳气的气量在产量100万吨海绵铁/年时为70000～80000Nm3/h；和/或，使用过的渗碳气温度升高至670～800℃，气量在产量100万吨海绵铁/年时为78300～82200Nm3/h，气压为0.98～1.1bar，且低于进气时的气压，CH4/H2体积比为1.0～2.0；
和/或，使用过的渗碳气经除尘处理后含尘量≤0.01g/Nm3，温度降低至610～740℃；
和/或，所述循环气的温度为610～740℃，气量在产量100万吨海绵铁/年时为55000～60200Nm3/h；
和/或，所述富甲烷气气量在产量100万吨海绵铁/年时为14900～20000Nm3/h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述冷却气的气量在产量100万吨海绵铁/年时为70000～80000Nm3/h；
和/或，所述经过热交换的冷却气温度升高至476～530℃；
和/或，经过除尘、余热回收、降温、加压处理后，冷却气的含尘量≤0.01g/Nm3，温度≤30℃，气压升高至1.05～1.2bar。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：输送至高炉的净煤气气量在产量100万吨海绵铁/年时为18200～27200Nm3/h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：将渗碳海绵铁以保温密闭的方式运输至不间断运行的电炉；和/或，将冷态海绵铁仓储。
7.一种氢基竖炉产海绵铁的渗碳冷却与煤气利用系统，其特征在于，包括：
渗碳装置，为渗碳气与氢基竖炉产出的热态海绵铁进行渗碳和热交换处理的场所；所述渗碳装置上部设有热态海绵铁进口和渗碳气出口，下部设有渗碳海绵铁出口和渗碳气进口；
第一除尘单元，用于对使用过的渗碳气进行除尘处理；所述第一除尘单元与渗碳气出口相连；渗碳气经除尘处理后得到净煤气，其中一部分净煤气作为外送煤气输送至高炉车间，其余净煤气作为循环气回用；
富甲烷气补充单元，所述富甲烷气补充单元用于向循环气中补充加入甲烷；
管道，用于向高炉车间输送净煤气；所述管道一端与第一除尘单元出气端相连，另一端与高炉风口相连；
冷却装置，为对渗碳海绵铁进行冷却处理的场所；所述冷却装置上部设有渗碳海绵铁进口和冷却气出口，下部设有冷态海绵铁出口和冷却气进口；
第二除尘单元，用于对经过热交换的冷却气进行除尘处理；
余热回收单元，用于对经除尘处理的冷却气进行余热回收；
降温单元，用于对经过余热回收的冷却气进行降温处理；
第二加压单元，用于对经过降温处理的冷却气进行加压处理；
所述冷却气出口、第二除尘单元、余热回收单元、降温单元、第二加压单元与冷却气进口依次相连。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述系统还包括电炉，所述电炉与渗碳海绵铁出口相连；
和/或，所述系统还包括料仓，所述料仓用于仓储冷态海绵铁。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述系统还包括第一加压单元，所述第一加压单元用于对循环气进行加压处理，所述渗碳气出口、第一除尘单元、第一加压单元、渗碳气进口依次相连。
10.根据权利要求1～6任一项所述的方法、根据权利要求7～9任一项所述的系统在氢基竖炉产海绵铁处理领域中的应用。
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| GR01 | Patent grant | ||
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