CN207130284U - 一种用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统 - Google Patents
一种用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开一种用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，包括依次连接的用于制备高温煤制气的煤气发生炉、对高温煤制气净化除尘的重力除尘器、对净化后的高温煤制气进行热量回收的余热锅炉、对换热后的煤制气进行脱硫的脱硫装置、对煤制气进行加压的煤气加压站、用于储存高压煤制气的储气罐、与煤粉仓连接并利用高压煤制气喷吹煤粉的煤粉喷吹罐、以及用于将混合的煤粉和高压煤制气均匀分配吹喷至高炉风口的分配器。本实用新型的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，混合喷吹洁净的煤制气与煤粉，不仅提高了高炉的效率，还解决了能源失衡的问题，降低了高炉炼铁所用成本，解决了高炉喷吹煤粉燃烧效率低的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合配吹系统，属于高炉炼铁工艺领域。
背景技术
高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，也是钢铁生产中的重要环节，高炉喷吹技术是将气体、液体或固体燃料通过专门的设备从风口喷入高炉，以取代高炉炉料中部分焦炭的一种高炉强化冶炼技术，它可改善高炉操作，提高生铁产量，降低生铁成本，喷吹燃料已成为当代高炉降低焦比的主要措施，国内外喷吹燃料工艺主要有三大类：喷吹天然气、喷吹重油和喷吹煤粉，我国天然气资源匮乏，因此喷吹成本过高，国外只有前苏联因天然气资源丰富在高炉上大量喷吹天然气，而喷吹重油需要配套相应的喷吹设备，如果雾化不良，重油在高温下会形成大量烟炭，影响重油的利用，甚至影响高炉操作，我国煤炭资源丰富，因此高炉以喷吹煤粉为主，而且高炉喷煤应用较早，技术也很成熟，但所需设备较复杂，对煤粉制备要求很高，不仅需要达到一定的粒度，还要保证煤粉的各项指标，制备和喷吹过程还需要采取安全保护措施，现有技术中煤粉喷吹对高炉正常冶炼影响很大，煤粉结焦性能大，燃烧时会在风口前结焦堵塞风口，喷吹煤粉燃烧率低，未燃煤分过多，造成炉况不顺，除尘灰中C含量上升，造成浪费，喷吹煤粉固定碳低，置换的焦炭相对减少，经济性大打折扣。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型针对现有技术中煤粉利用率低，使用煤种受限于高炉喷吹要求的缺陷，提供一种用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统。
技术方案：本实用新型所述的一种用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，包括依次连接的用于制备高温煤制气的煤气发生炉、用于对高温煤制气净化除尘的重力除尘器、用于对净化后的高温煤制气进行热量回收的余热锅炉、用于对换热后的煤制气进行脱硫的脱硫装置、用于对煤制气进行加压的煤气加压站、用于储存高压煤制气的储气罐、与煤粉仓连接并利用高压煤制气喷吹煤粉的煤粉喷吹罐、以及用于将混合的煤粉和高压煤制气均匀分配吹喷至高炉风口的分配器。
其中，煤粉喷吹罐设有进料口和进气口，其进料口与煤粉仓连接，进气口与储气罐的出气口连接。
煤粉喷吹罐可为一个或多个，每个煤粉喷吹罐的进料口与煤粉仓之间设有开闭阀门，其进气口与储气罐的出气口之间设有开闭阀门。当煤粉喷吹罐为两个及以上时，可轮流工作，便于连续喷吹。
优选的，将余热锅炉与煤气发生炉连接，将冷却煤制气产生的过热蒸汽用作高温煤制气制备过程的热源。从而可有效利用高温煤制气的余热，提高系统整体的能源利用率。
进一步的，余热锅炉包括高温段和低温段，高温煤制气在高温段冷却至800℃以下，在低温段冷却至250℃以下。余热锅炉中两步冷却产生的过热蒸汽的量可满足煤气发生炉中煤制气发生反应所需的蒸汽用量，无需再建蒸汽锅炉，等量置换。
上述煤气发生炉包括供煤粉通入的进料口以及供气化剂通入的进气口，高温煤制气为煤粉与气化剂的分解氧化还原反应产物。
其中，气化剂为氧气与水蒸气在温度400℃以上混合加压至2.0MPa以上形成的混合气。
进一步的，煤气发生炉中通有还原性气氛CO气体，高温煤制气为还原性气氛中、煤粉与气化剂在温度1000℃以上、压力0.5MPa以下进行分解氧化还原反应的产物。
上述脱硫装置内的脱硫剂为石灰水，脱硫后的煤制气含硫量小于或等于100mg/m3。
上述喷吹入高炉风口的煤粉和高压煤制气的压力比高炉内压力至少高0.1MPa。
工作原理：氧气与水蒸汽在高温中混合生成气化剂进入煤气发生炉，气化剂在煤气发生炉内与煤粉发生分解氧化还原反应生成高温煤制气；然后对高温煤制气中的粉尘进行净化分离处理，净化后的高温煤制气进入余热锅炉回收热量，煤制气换热后进行脱硫处理；然脱硫后的煤制气经加压压缩存储在储气罐中，储气罐中的高压煤制气通过管道联接煤粉喷吹罐底部，高压煤制气输送煤粉经由分配器均匀分配通向各个高炉风口喷吹进入高炉。煤制气还可同时从高炉炉腹部位设置喷吹孔进行喷吹，喷吹压力高于高炉内压力0.1MPa。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点在于：(1)本实用新型的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，首先通过煤粉发生反应生成煤制气，然后利用煤制气作为载体输送煤粉，将混合后的煤制气和煤粉加以利用进行高炉喷吹，混合喷吹洁净的煤制气与煤粉不仅提高了高炉的效率，还解决了能源失衡的问题，降低了高炉炼铁所用成本，解决了高炉喷吹煤粉燃烧效率低的问题，解决了高炉喷吹天然气成本过高的问题，可有效提高煤粉燃烧率和置换比，同时喷吹煤制气后，增加炉腹煤气量，有利于高炉冶炼；而且，煤制气的制造过程燃烧清洁，有效缓解了能源污染，且制备过程简单高效，可操作性强，制得的煤制气纯度高污染小；(2)与单独喷吹煤粉给高炉冶炼相比，通过煤制气混合煤粉进行喷吹，简化了高炉冶炼过程，也使得降低高炉焦比极限成为可能，正常情况下，炼铁工序约41％的碳以CO2形式排放，高炉大喷煤后，CO2排放量还要增加，加重环境负担，采用本实用新型的混合喷吹系统进行生产时，单位生铁的总热耗小于传统的喷煤高炉，而且，～150℃的煤气混合煤粉喷吹进高炉，对煤粉有预热作用，提高煤粉燃烧率，带入的物理热比例增加；同时，喷入的煤气和煤粉混合物在风口燃烧放热，一部分煤气炉身部位发生间接还原反应，两者结合能得到更低的焦比，可强化炉内还原气氛、冶炼强度高、能耗低、实现高炉绿色节能生产。
附图说明
图1为本实用新型的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
如图1，本实用新型的一种用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，包括包括依次连接的煤气发生炉1、重力除尘器2、余热锅炉3、脱硫装置4、煤气加压站5、储气罐6、煤粉喷吹罐7、以及分配器8。
其中，煤气发生炉1用于制备高温煤制气，高温煤制气为煤粉与气化剂的分解氧化还原反应产物。煤气发生炉1可包括供煤粉通入的进料口以及供气化剂通入的进气口，其中，气化剂为氧气与水蒸气在温度400℃以上混合加压至2.0MPa以上形成的混合气；煤气发生炉1中通有还原性气氛CO气体，煤粉与气化剂的分解氧化还原反应在还原性气氛中进行，反应温度不低于1000℃，最高压力为0.5MPa。
煤气发生炉1制得的高温煤制气进入重力除尘器2中，重力除尘器2对高温煤制气中的粉尘进行净化分离处理；净化后的高温煤制气进入余热锅炉3回收热量。
余热锅炉3可与煤气发生炉1连接，将冷却煤制气产生的过热蒸汽用作高温煤制气制备过程的热源，从而可有效利用高温煤制气的余热，提高系统整体的能源利用率。余热锅炉3可包括高温段和低温段，高温煤制气在高温段冷却至800℃以下，在低温段冷却至250℃以下，两步冷却产生的过热蒸汽的量可满足煤气发生炉1中煤制气发生反应所需的蒸汽用量，无需再建蒸汽锅炉，等量置换。
煤制气换热后进入脱硫装置4进行脱硫处理，脱硫装置4可为脱硫塔，脱硫剂可为石灰水，将煤制气通入脱硫塔，塔内喷洒的石灰水与煤气接触生成石膏，脱硫后的煤制气含硫量不高于100mg/m3。
脱硫后的煤制气经煤气加压站5加压，得到高压煤制气，一般地，喷出的煤制气压力比高炉风口的压力高至少0.1MPa；加压后的煤制气进入储气罐6，保证后续喷吹压力的稳定。
煤粉喷吹罐7设有进料口和进气口，其进料口与煤粉仓9连接，喷吹用煤粉经由煤粉仓9加入煤粉喷吹罐7中；其进气口与储气罐6的出气口连接，储气罐6内的高压煤制气进入煤粉喷吹罐7中，可作为载体，输送煤粉，经由分配器8均匀分配通向各个高炉风口喷吹进入高炉。煤制气还可同时从高炉炉腹部位设置喷吹孔进行喷吹，喷吹压力高于高炉内压力至少0.1MPa。
其中，煤粉喷吹罐7可为一个或多个，每个煤粉喷吹罐7的进料口与煤粉仓9之间可设有开闭阀门，其进气口与储气罐6的出气口之间设有开闭阀门。当煤粉喷吹罐7为两个及以上时，可打开或中断其中某个或某几个煤粉喷吹罐与煤粉仓或储气罐的连接，从而可使得多个煤粉喷吹罐轮流工作，便于连续喷吹。
单独喷吹煤粉给高炉冶炼带来许多不利影响，煤粉在高炉炉内加热、分解、燃烧、造渣等一系列物理、化学变化，使炉内反应复杂，未燃煤粉增多，炉料透气性变差、阻力增加，软熔带扩大，焦炭破损严重，这些问题给高炉操作带来了极大地困难。
本实用新型的混合喷吹系统通过煤制气混合煤粉进行喷吹，简化了高炉冶炼过程，也使得降低高炉焦比极限成为可能。正常情况下，炼铁工序约41％的碳以CO2形式排放，高炉大喷煤后，CO2排放量还要增加，加重环境负担。煤气在间接还原时和煤气在风口区燃烧时的热耗均小于传统高炉冶炼的热耗，可见，采用新工艺进行生产时，单位生铁的总热耗小于传统的喷煤高炉。同时，～150℃的煤气混合煤粉喷吹进高炉，对煤粉有预热作用，提高煤粉燃烧率，带入的物理热比例增加。喷入的煤气和煤粉混合物在风口燃烧放热，一部分煤气炉身部位发生间接还原反应，两者结合才能得到更低的焦比。而且，混合喷吹可强化炉内还原气氛、冶炼强度高、能耗低、实现高炉绿色节能生产。
实施例
如图1，采用本发明的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统进行高炉喷吹，具体工艺过程如下：
氧气与水蒸汽混合加压至2.45MPa，温度为500℃，形成气化剂进入煤气发生炉1中。煤粉通过输送设备送入煤气发生炉1，煤粉与煤气发生炉1中的气化剂发生分解氧化还原反应生成高温煤制气，煤气发生炉1炉内为还原性气氛CO，反应温度为1000℃，最高压力为0.5MPa。生成的高温煤制气进入重力除尘器2对浮尘进行净化处理，处理后的高温煤制气温度为900℃，高温煤制气进入余热锅炉3进行余热回收，余热锅炉3包括高温段和低温段，高温段将高温煤制气温度冷却至750℃，低温段将高温煤制气冷却至240℃，两部分共产生2.45MPa、400℃的过热蒸汽，该回收的过热蒸汽输送回煤气发生炉1，可满足煤气发生炉1所需的蒸汽用量，无需再建蒸汽锅炉，等量置换。
240℃的煤制气进入脱硫装置4，被冷却至150℃，脱硫工艺可采用石膏法，将含硫煤制气通入脱硫塔，并与塔内喷洒的石灰水接触反应，石灰水与硫反应生成石膏即硫酸钙，脱硫后的煤气含硫量≤100mg/m3。经过脱硫处理后，再经过煤气加压站5提高煤制气压力，一般地，喷出的煤制气压力比高炉风口的压力高0.1MPa；加压后的煤制气进入储气罐6，保证后续喷吹压力的稳定。
喷吹用煤粉经由煤粉仓9加入煤粉喷吹罐7，煤粉喷吹罐7一般设置两套及以上，轮流工作，便于连续喷吹。当喷吹罐A清空后，先关闭储气罐6与喷吹罐A之间的阀门，打开喷吹罐A与煤粉仓9之间的阀门，开始加煤粉；同时关闭喷吹罐B与煤粉仓9之间的阀门，再打开储气罐6与喷吹罐B的阀门，进行喷吹作业。
以高压煤制气作为载体，输送煤粉，混合的煤粉和煤制气，经由分配器8均匀分配吹喷至高炉风口，分配器8的喷吹压力大于高炉的内压力，且分配器8设置有气体切断装置保证安全，储气罐6连接分配器8的喷吹总管，由总管分成若干支管对应高炉风口，并设置若干气体切断及安全措施，煤气发生炉1连通有排灰机，积存于煤气发生炉1底部的灰渣通过排灰机定期排出，重力除尘器2设有储灰仓，定期排出收集到的灰尘。
传统喷吹煤粉的高炉冶炼一吨生铁的热耗为5250350KJ/tFe，焦比在350kg/t；当混合喷吹的时候，煤粉在风口区燃烧放热，煤气则分为两部分，风口燃烧和炉内间接还原。单独计算时：煤气在高炉炉内间接还原时冶炼一吨生铁的总热耗为1506850KJ/tFe，焦比为238.8kg/t；煤气在高炉风口区域燃烧提供热量时，高炉冶炼一吨生铁的总热耗为1873112KJ/tFe，焦比为258.9kg/t。由此可见，两者结合后单位生铁额总热耗都小于传统的喷煤高炉。
Claims (10)
1.一种用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，其特征在于，包括依次连接的用于制备高温煤制气的煤气发生炉(1)、用于对高温煤制气净化除尘的重力除尘器(2)、用于对净化后的高温煤制气进行热量回收的余热锅炉(3)、用于对换热后的煤制气进行脱硫的脱硫装置(4)、用于对煤制气进行加压的煤气加压站(5)、用于储存高压煤制气的储气罐(6)、与煤粉仓连接并利用高压煤制气喷吹煤粉的煤粉喷吹罐(7)、以及用于将混合的煤粉和高压煤制气均匀分配吹喷至高炉风口的分配器(8)。
2.根据权利要求1所述的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，其特征在于，所述煤粉喷吹罐(7)设有进料口和进气口，其进料口与煤粉仓连接，进气口与储气罐(6)的出气口连接。
3.根据权利要求2所述的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，其特征在于，所述煤粉喷吹罐(7)为一个或多个，每个煤粉喷吹罐(7)的进料口与煤粉仓之间设有开闭阀门，其进气口与储气罐(6)的出气口之间设有开闭阀门。
4.根据权利要求1所述的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，其特征在于，所述余热锅炉(3)与煤气发生炉(1)连接，将冷却煤制气产生的过热蒸汽用作高温煤制气制备过程的热源。
5.根据权利要求1或4所述的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，其特征在于，所述余热锅炉(3)包括高温段和低温段，高温煤制气在高温段冷却至800℃以下，在低温段冷却至250℃以下。
6.根据权利要求1所述的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，其特征在于，所述煤气发生炉(1)包括供煤粉通入的进料口以及供气化剂通入的进气口，所述高温煤制气为煤粉与气化剂的分解氧化还原反应产物。
7.根据权利要求6所述的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，其特征在于，所述气化剂为氧气与水蒸气在温度400℃以上混合加压至2.0MPa以上形成的混合气。
8.根据权利要求6所述的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，其特征在于，所述煤气发生炉(1)中通有还原性气氛CO气体，所述高温煤制气为还原性气氛中、煤粉与气化剂在温度1000℃以上、压力0.5MPa以下进行分解氧化还原反应的产物。
9.根据权利要求1所述的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，其特征在于，所述脱硫装置(4)内的脱硫剂为石灰水，脱硫后的煤制气含硫量小于或等于100mg/m3。
10.根据权利要求1所述的用于高炉炼铁的低阶煤制气与煤粉混合喷吹系统，其特征在于，喷吹入高炉内的煤粉和高压煤制气的压力比高炉内压力至少高0.1MPa。
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2017
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| CN116518405B (zh) * | 2023-07-03 | 2023-11-07 | 山西潞安环保能源开发股份有限公司 | 一种可自动添加、混合添加剂的喷吹煤粉燃烧装置及方法 |
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