CN118374293A - 一种在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及Hismelt煤气余热利用，具体涉及Hismelt炼铁技术领域。Hismelt炼铁SRV内反应产生高温煤气进入煤气管道，同时向煤气管道内喷入粒度≤6mm的烟煤或褐煤，利用煤气余热干馏煤粉生产半焦和挥发性气体，挥发性气体混入煤气中，半焦随煤气进入旋风除尘器，半焦被收集下来，煤气从旋风除尘器离开去预热预还原铁矿粉，收集下来的半焦通过半焦喷吹系统喷入SRV熔池中。其优点是利用高温煤气余热，对高挥发性煤进行干馏，生产的半焦用于Hismelt炼铁代替无烟煤，扩大了Hismelt用煤的选择范围。
Description
技术领域
本发明涉及Hismelt炼铁技术领域，具体涉及Hismelt煤气余热利用。
背景技术
Hismelt炼铁直接采用铁矿粉和煤粉炼铁，省掉了焦化和烧结工序。其直接将矿粉、粒煤通过固体喷枪喷入熔池中，在熔池中发生还原反应，生成CO，从熔池中上升的CO将熔融渣铁滴带入上部空间，形成“喷泉”式的渣铁滴；上升的CO气体和顶部热风喷枪喷入的热风发生二次燃烧反应，产生大量的热量，“喷泉”式的渣铁滴被加热后把热量带回熔池。熔池的热量就是通过渣铁液滴喷溅到上部空间加热，落下后把热量带回熔池，如此反复进行，最终把熔池加热。Hismelt炼铁SRV内CO的燃烧产生的煤气温度≥2000℃，换热完成后排入煤气管道的煤气温度≥1250℃，甚至≥1450℃，采用带汽化冷却的煤气管道将高温煤气降低温度至≤1050℃，≤1050℃的煤气去回转窑、或流化床预热预还原铁矿粉、或去余热锅炉。
Hismelt炼铁直接采用铁矿粉和煤粉炼铁，但是对煤粉的要求是宜采用低挥发分、高固定碳的无烟煤，烟煤和褐煤等高挥发分煤中不宜采用，若采用烟煤和褐煤则造成煤耗高、生产效率低。
煤的干馏是指煤在隔绝空气的条件下加热至500～1050℃，煤中的挥发性物质溢出，生产出半焦和挥发性气体。包括低温干馏、中温干馏、高温干馏，其中，低温干馏温度为：500～600℃；中温干馏温度为：600～900℃；高温干馏温度为：900～1050℃。
中国专利申请201410369195.7公开了一种利用煤气和半焦的熔融还原炼铁方法，将0～60mm的块煤在500～700℃温度条件下经过热解干馏后产生干馏煤气和半焦，干馏煤气与来自熔融气化炉的1000～1100℃的还原煤气经过混合后，温度调节至800～850℃后进入热旋风除尘器，经过除尘后的还原煤气进入还原竖炉与从还原竖炉顶部加入的矿石、焦炭以及熔剂等逆向发生还原反应，反应后的直接还原铁进入熔融气化炉，同时将干馏后的半焦也加入熔融气化炉，经过反应后得到合格的铁水和渣。本发明利用低变质程度块煤低温干馏生产出兰炭和还原气，还原气直接通入竖炉，兰炭替代块煤直接加入气化炉，从而保证气化炉的透气透液性，少用焦炭，降低生产成本。该专利的采用的块煤粒度0～60mm，生产的兰炭的粒度在8～40mm之间，块煤资源相对较少，价格高于粉煤；煤的干馏采用的是块煤干流装置，其干馏热源是外部热源，而不是利用的熔融气化炉的高温煤气做热源；块煤在500～700℃温度条件下经过热解干馏，低温干馏产生大量的焦油影响后续的煤气处理；还原竖炉只是利用了煤干馏过程中裂解出来的煤气，熔融气化炉只是利用了块煤干流装置生产的兰炭。
中国专利申请201910752958.9公开了一种火电站干馏煤系统、火电站干馏煤的方法以及煤产品。所述火电站干馏煤系统包括：火电站锅炉，所述火电站锅炉能够产生锅炉烟气；干馏热解装置，所述干馏热解装置内具有待干馏煤，所述干馏热解装置能够通过所述锅炉烟气对所述待干馏煤进行干馏，从而产生煤气混合物。该申请将火电站与煤干馏有机的结合在一起，利用火电厂锅炉烟气作为干馏煤的热源，但是需要设置专门的煤气干馏系统，设备投资大。
发明内容
本发明解决的技术问题是，解决Hismelt炼铁不能使用高挥发性煤的难题，利用Hismelt炼铁SRV(SMELT REDUCTION VESSEL熔融还原炉)产生的高温煤气余热干馏高挥发性煤，生产半焦用于Hismelt炼铁，扩大了Hismelt用煤的选择范围。
Hismelt炼铁直接采用铁矿粉和煤粉炼铁，省掉了焦化和烧结工序。其直接将矿粉、粒煤通过固体喷枪喷入熔池中，在熔池中发生还原反应，生成CO，从熔池中上升的CO将熔融渣铁滴带入上部空间，形成“喷泉”式的渣铁滴；上升的CO气体和顶部热风喷枪喷入的热风发生二次燃烧反应，产生大量的热量，“喷泉”式的渣铁滴被加热后把热量带回熔池。熔池的热量就是通过渣铁液滴喷溅到上部空间加热，落下后把热量带回熔池，如此反复进行，最终把熔池加热。
本发明提供一种在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法，包括以下步骤：
S1，SRV反应产生的高温煤气进入煤气管道；
S2，喷吹系统将煤粉喷入煤气管道内；
S3，所述煤粉利用煤气的余热在煤气管道中干馏，产生半焦和挥发性气体，挥发性气体混入煤气中；
S4，步骤S3产生的半焦随煤气离开煤气管道进入旋风除尘器，半焦在旋风除尘器中收集，分离出的煤气从旋风除尘器顶部排出。
本发明利用SRV反应产生的高温煤气在煤气管道中对煤粉进行干馏，仅需要对煤气管道的结构进行改造，不需要专门的块煤干流装置，也不需要采用外部热源对煤进行干馏，因此节省了设备投资和运行费用，实现了热量的综合利用、扩展了Hismelt炼铁设备的应用场景。
煤粉喷枪向煤气管道中喷煤粉，煤粉随煤气运动，在这个过程中，高温煤气对煤粉实现加热和干馏，最终得到半焦和挥发性气体(煤气和焦油)，挥发性气体混入煤气中。半焦生产属于煤的热解，即在隔绝空气的条件下将煤加热，煤在加热过程中发生物理化学变化，煤形成煤气(H2、CH4等)、焦油和半焦。热解阶段分为3个：(1)由室温升温至300℃，此阶段主要是对煤进行脱水脱气的干燥过程，不存在复杂的化学变化，形态变化也较为微弱；(2)温度由300升温至600℃，此阶段发生活泼的解聚、分解和少量的缩聚反应，伴随着大量焦油和煤气产出，在阶段末还会形成半焦；(3)温度由600升温至1000℃，此阶段半焦会逐渐演变成焦炭。
优选的，步骤S1中所述的SRV反应产生的高温煤气温度≥1250℃。更优选的，步骤S1中所述的SRV反应产生的高温煤气温度≥1450℃，含氧量为0。
优选的，步骤S1中所述的煤气管道包括煤气导出管、煤气上升管、煤气下降管；所述的煤气管道上设置煤粉喷枪；所述的煤气管道连接SRV和旋风除尘器。
优选的，所述的喷枪周向设置至少2只。在煤气管道上设置氧气风口。
优选的，步骤S2中所述的喷吹系统与设置在煤气管道上的煤粉喷枪连接。
更优选的，步骤S2中所述的喷吹系统包括煤粉制备和煤粉喷吹。所述的煤粉制备包括原煤仓、给煤机、破碎机、烟气炉、布袋收粉器、主引风机、煤粉仓；所述的原煤仓、给煤机、破碎机、布袋收粉器依次相连，所述的烟气炉与所述的破碎机相连，所述的烟气炉给破碎机供应烘干煤粉用烟气；所述的布袋收粉器与主引风机相连，经布袋过滤后的烟气通过主引风机排入大气中；所述的布袋收粉器与所述的煤粉仓相连，布袋收粉器收集下来的煤粉进入煤粉仓；所述的喷吹系统包括喷吹罐、煤粉输送管道；所述的喷吹罐与煤粉仓相连，所述的喷吹罐与煤粉输送管道相连，所述的煤粉输送管道与煤粉喷枪相连。
优选的，步骤S2中所述的煤粉的粒径≤6mm。
优选的，步骤S2中所述煤粉的煤是高挥发性烟煤和/或褐煤。所述的煤粉也可以是生物质颗粒。
优选的，步骤S2中所述的煤粉按100-500kg/t铁进行喷吹。
优选的，步骤S2中，使用载气煤粉喷入煤气管道内，载气为惰性气体或压缩空气。
优选的，步骤S4中所述的半焦用于Hismelt炼铁；旋风除尘器收集下来的半焦直接或间接喷入的SRV熔池中，例如，半焦通过半焦喷吹系统喷入SRV熔池中。
优选的，步骤S4中，从旋风除尘器顶部排出的煤气，去流化床预热预还原铁矿粉。
本发明还提供一种利用Hismelt炼铁煤气管道生产半焦的装置，包括，煤气管道、煤粉喷枪，所述煤粉喷枪设置在煤气管道上，所述的煤气管道的一端连接SRV，煤气管道的另一端连接旋风除尘器。
所述的煤气管道包括煤气导出管、煤气上升管、煤气下降管；煤气导出管连接SRV，煤气下降管连接旋风除尘器；煤气上升管与煤气下降管通过U型弯头连接。
煤粉喷枪设置在煤气导出管上或煤气上升管下部。煤气导出管中心线与水平线的夹角10-20°。所述的喷枪周向设置至少2只，优选的，喷枪周向设置3-8支。
所述的煤粉喷枪为组合件，包括煤粉喷枪水冷外套、煤粉喷枪内管、煤粉进口、冷却水进口、冷却水出口、法兰；所述的煤粉喷枪内管为耐磨材料。
所述的煤粉喷枪与煤气导出管或煤气上升管中心线的夹角为10～60°。
在煤气管道上设置氧气风口，向煤气管道内喷入氧气补燃，补充煤粉干馏过程中所需的热量；优选的，氧气风口设置在煤气上升管上部或煤气下降管的进口处。
氧气风口为水冷结构，包括：氧枪水冷枪体、氧气进口、冷却水进口、冷却水出口，氧气风口与煤气下降管或煤气上升管中心线的夹角为60～90°，氧气风口数量1只。
所述的煤气管道采用水冷却结构或采用内衬耐火材料的非水冷结构。
本发明具有以下优点：
利用高温煤气余热，对高挥发性煤进行干馏，生产的半焦用于Hismelt炼铁代替无烟煤，扩大了Hismelt用煤的选择范围。本发明利用煤气管道完成了对高挥发性煤的干馏，节省了设备空间、减少了能量损失、提升了热量利用率，节省了运行成本。
附图说明
图1是在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的示意图；
图2是煤粉喷枪布置示意图；
图3是煤粉喷枪示意图；
图4是氧气风口示意图。
其中：
1：SRV，2：煤气管道，21：煤气导出管，22：煤气上升管，23：煤气下降管，24：煤粉喷枪，241：煤粉喷枪水冷外套，242：煤粉喷枪内管，243：冷却水进口，244：冷却水出口，245：法兰，246：煤粉进口，3：旋风除尘器，4：氧气风口，41：氧枪水冷枪体，42：氧气进口，43：冷却水进口，44：冷却水出口，45：法兰，5：煤粉喷吹系统，51：原煤仓，52：给煤机，53：破碎机，54：烟气炉，55：布袋收粉器，56：主引风机，57：煤粉仓，58：喷吹罐，59：煤粉输送管道，6：半焦喷吹系统，7：固体喷枪。
具体实施方式
下面以附图1为参考，对本发明的实施进行详细说明，以便所述领域的普通技术人员能够容易地实施，本发明可以以多种不同的形式体现，不局限于此说明。
实施例1
以年产80万吨Hismelt炼铁系统为例说明如下：
年产量：80万吨；煤气量：236000Nm3/h。
煤气管道中煤粉喷吹量：31.5t/h，喷吹煤种：烟煤，挥发分含量：30％；半焦生产量：25t/h。
在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法采用如图1所示的装置，以所述的煤气管道为反应器，包括以下步骤：
S1，SRV1产生的煤气进入煤气管道，所述的煤气管道依次包括煤气导出管21、煤气上升管22、煤气下降管23、煤气上升管与煤气下降管通过U型弯头连接；煤粉喷枪24设置在煤气上升管下部，进入煤气管道的煤气温度≥1450℃，含氧量为0。
S2，通过煤粉喷吹系统5向煤气管道内喷吹煤粉，煤粉喷枪设置在煤气上升管22下部，周向设置8只煤粉喷枪24，煤粉喷枪与煤气上升管中心线的夹角为20°；喷入煤气管道的煤粉为高挥发性烟煤，煤粉粒度≤6mm，喷吹量为300kg/t铁(31.5t/h)，煤粉输送采用氮气。所述的煤粉喷吹系统包括煤粉制备和煤粉喷吹，煤粉的制备采用带烘干功能的锤式破碎机+布袋收粉器工艺，收集下来的煤粉进入煤粉仓储存，煤粉仓下接煤粉喷吹设备，煤粉经氮气输送，通过煤粉喷枪24喷入煤气管道内。煤气管道2上设置氧气风口4，向煤气管道内喷入氧气，燃烧部分煤气补充煤粉干馏过程中所需的热量，所述的氧气风口设置在煤气上升管22的上部。氧气风口为水冷结构，包括：氧枪水冷枪体、氧气进口、冷却水进口、冷却水出口，氧气风口与煤气上升管中心线的夹角为70°，氧气风口数量1只。
S3，喷入煤气管道内的煤粉在高温下干馏，生产出半焦和挥发性气体，挥发性气体混入煤气中；半焦随煤气离开煤气管道进入旋风除尘器3，半焦在旋风除尘器3中收集下来，煤气从旋风除尘器3的顶部离开，去流化床预热预还原铁矿粉；所述的半焦产量25t/h；所述的煤粉干馏过程吸收煤气的热量，煤气温度降低，离开旋风除尘器的煤气温度≤1050℃。煤干馏过程中排出煤气温度在1000～1050℃条件下不会有焦油存在。
S4，所述的半焦进入半焦喷吹系统6，半焦通过氮气输送至SRV固体喷枪7，喷入SRV1熔池中。所述的半焦喷入量占到SRV1固体喷枪7喷入量的33％。
所述的煤粉主要成分为：挥发分：27.87％固定碳：48.88％
所述的半焦主要成分为：挥发分：1.27％固定碳：86.13％
所述的煤气管道采用水冷却结构。
所述的煤气管道总长约110m，所述的煤气管道2内煤气流速≥10m/s。所述的煤气管道，其中煤气导出管中心线与水平线的夹角15°左右，长度18m左右，主要是导出SRV产生的高温煤气，煤气中携带的熔融物回流到炉内；煤气上升管长度45～50m，进口处安装有煤粉喷枪，煤粉在上升管中上升过程中加热、部分裂解，产出煤气和焦油，煤气温度降低至800℃左右；煤气上升管和煤气下降管之间是U型弯头过渡，长度12m左右，在煤气上升管上部或煤气下降管的进口处设置氧气风口，向煤气管道中喷入氧气，燃烧部分煤气、焦油，温度升至1100℃左右；在煤气下降管中煤粉和焦油进一步裂解，生产出半焦，煤气温度下降至1000℃左右。
采用本实施例，利用煤气余热生产半焦，按半焦产量25t/h，可节约标准煤3000kg/h,按年产80万吨铁计算，可节能23040t标准煤。特别是通过煤干馏生产的半焦满足SRV熔池喷吹煤的要求，拓宽了SRV冶炼用煤的选择范围，使得原来不适用于SRV熔池喷吹煤要求的高挥发性烟煤、褐煤通过干馏提质得以适用；≥1450℃的高温煤气用于干馏煤粉，充分利用了煤气1000～1450℃段的热量，提高了煤气余热的利用效率；与建设相同规模的煤干馏提质项目比较，可以节约投资1.2亿元。
实施例2
以年产80万吨Hismelt炼铁系统为例说明如下：
年产量：80万吨；煤气量：236000Nm3/h。
煤气管道中煤粉喷吹量：10.5t/h，喷吹煤种：褐煤，挥发分含量：40％；半焦生产量：7.8t/h。
其他同实施例1，不同之处在于，步骤S1中，进入煤气管道的煤气温度≥1250℃；
步骤S2中，煤粉喷枪设置在煤气导出管，周向设置2只煤粉喷枪24，煤粉喷枪与煤气导出管中心线的夹角为10°。喷吹量为100kg/t铁，喷入煤气管道的煤粉为高挥发性褐煤。
煤气管道2上设置氧气风口4，向煤气管道内喷入氧气，燃烧部分煤气补充煤粉干馏过程中所需的热量，氧气风口设置在煤气下降管的进口处。氧气风口与煤气下降管中心线的夹角为80°，氧气风口数量1只。
实施例3
以年产80万吨Hismelt炼铁系统为例说明如下：
年产量：80万吨；煤气量：236000Nm3/h。
煤气管道中煤粉喷吹量：52.5t/h，喷吹煤种：烟煤，挥发分含量：30％；半焦生产量：41.5t/h。
其他同实施例1，不同之处在于，步骤S1中，进入煤气管道的煤气温度1350℃；
步骤S2中，周向设置10只煤粉喷枪24，煤粉喷枪与煤气上升管中心线的夹角为40°。喷吹量为500kg/t铁。
煤气管道2上设置氧气风口4，向煤气管道内喷入氧气1000m3/h，燃烧煤气补充煤粉干馏过程中所需的热量，所述的氧气风口设置在煤气上升管22的尾部。氧气风口与煤气上升管中心线的夹角为60°，氧气风口数量1只。
实施例4
以年产80万吨Hismelt炼铁系统为例说明如下：
年产量：80万吨；煤气量：236000Nm3/h。
煤气管道中煤粉喷吹量：21t/h，喷吹煤种：褐煤，挥发分含量：40％；半焦生产量：15.6t/h。
其他同实施例1，不同之处在于，步骤S1中，进入煤气管道的煤气温度1500℃；
步骤S2中，周向设置6只煤粉喷枪24，煤粉喷枪与煤气上升管中心线的夹角为60°；。喷吹量为200kg/t铁，氧气风口与煤气上升管中心线的夹角为90°，氧气风口数量1只。
Claims (16)
1.一种在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法，包括以下步骤：
S1，SRV反应产生的高温煤气进入煤气管道；
S2，喷吹系统将煤粉喷入煤气管道内；
S3，所述煤粉利用煤气的余热在煤气管道中干馏，产生半焦和挥发性气体，挥发性气体混入煤气中；
S4，步骤S3产生的半焦随煤气离开煤气管道进入旋风除尘器，半焦在旋风除尘器中收集，分离出的煤气从旋风除尘器顶部排出。
2.如权利要求1所述的在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法，其特征在于，步骤S1中所述的SRV反应产生的高温煤气温度≥1250℃，含氧量为0。更优选的，步骤S1中所述的SRV反应产生的高温煤气温度≥1450℃，含氧量为0。
3.如权利要求1所述的在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法，其特征在于，步骤S1中所述的煤气管道包括煤气导出管、煤气上升管、煤气下降管；所述的煤气管道上设置煤粉喷枪；所述的煤气管道连接SRV和旋风除尘器。
4.如权利要求3所述的在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法，其特征在于，所述的喷枪周向设置至少2只；在煤气管道上设置氧气风口。
5.如权利要求1所述的在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法，其特征在于，步骤S2中所述的煤粉的粒径≤6mm。
6.如权利要求1所述的在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法，其特征在于，步骤S2中所述煤粉的煤是烟煤、褐煤、生物质颗粒的一种或几种。
7.如权利要求1所述的在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法，其特征在于，步骤S2中所述的煤粉按100-500kg/t铁进行喷吹。
8.如权利要求1所述的在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法，其特征在于，步骤S2中，使用载气煤粉喷入煤气管道内，载气为惰性气体或压缩空气。
9.如权利要求1所述的在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法，其特征在于，步骤S4中所述的半焦用于Hismelt炼铁；旋风除尘器收集下来的半焦直接或间接喷入的SRV熔池中；
步骤S4中，从旋风除尘器顶部排出的煤气，去流化床预热预还原铁矿粉。
10.一种利用Hismelt炼铁煤气管道生产半焦的装置，包括，煤气管道、煤粉喷枪，所述煤粉喷枪设置在煤气管道上，所述的煤气管道的一端连接SRV，煤气管道的另一端连接旋风除尘器。
11.如权利要求10所述的利用Hismelt炼铁煤气管道生产半焦的装置，其特征在于，所述的煤气管道包括煤气导出管、煤气上升管、煤气下降管；煤气导出管连接SRV，煤气下降管连接旋风除尘器；煤气上升管与煤气下降管通过U型弯头连接。
12.如权利要求10所述的利用Hismelt炼铁煤气管道生产半焦的装置，其特征在于，煤粉喷枪设置在煤气导出管上或煤气上升管下部；煤气导出管中心线与水平线的夹角10-20°。所述的喷枪周向设置至少2只，优选的，喷枪周向设置3-8支。
13.如权利要求10所述的利用Hismelt炼铁煤气管道生产半焦的装置，其特征在于，所述的煤粉喷枪为组合件，包括煤粉喷枪水冷外套、煤粉喷枪内管、煤粉进口、冷却水进口、冷却水出口、法兰；所述的煤粉喷枪内管为耐磨材料。
14.如权利要求10所述的利用Hismelt炼铁煤气管道生产半焦的装置，其特征在于，所述的煤粉喷枪与煤气导出管或煤气上升管中心线的夹角为10～60°。
15.如权利要求10所述的利用Hismelt炼铁煤气管道生产半焦的装置，其特征在于，在煤气管道上设置氧气风口，氧气风口设置在煤气上升管上部或煤气下降管的进口处。
16.如权利要求15所述的利用Hismelt炼铁煤气管道生产半焦的装置，其特征在于，氧气风口为水冷结构，包括：氧枪水冷枪体、氧气进口、冷却水进口、冷却水出口，氧气风口与煤气下降管或煤气上升管中心线的夹角为60～90°。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410590122.4A CN118374293A (zh) | 2024-05-13 | 2024-05-13 | 一种在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410590122.4A CN118374293A (zh) | 2024-05-13 | 2024-05-13 | 一种在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118374293A true CN118374293A (zh) | 2024-07-23 |
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ID=91907010
Family Applications (1)
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| CN202410590122.4A Pending CN118374293A (zh) | 2024-05-13 | 2024-05-13 | 一种在Hismelt炼铁煤气管道中生产半焦的方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN118374293A (zh) |
-
2024
- 2024-05-13 CN CN202410590122.4A patent/CN118374293A/zh active Pending
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