CN213086020U - 一种回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，包括煤气主管路，煤气主管路包括通过管道连通的闪速冶金设备、余热锅炉、除尘组件、储气调压设备、煤气重整设备，煤气重整设备的还原煤气出口与闪速冶金设备的还原气进口通过管道连接，煤气主管路上还设有脱硫设备和风机，脱硫设备和所述风机位于除尘组件和储气调压设备之间。本实用新型所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统使得闪速熔炼工艺的出炉煤气得到合理利用，系统的综合能耗低、碳排放量小。

Description

一种回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统
技术领域
本实用新型属于闪速熔炼工艺出炉烟气处理领域，尤其是涉及一种回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统。
背景技术
闪速冶金传统上只应用于冶炼金属硫化矿，目前正拓展应用于金属氧化矿的冶炼，如铁矿、红土镍矿等。
氧化矿闪速冶炼的基本原理是把高温高浓度的还原气体(主要含CO和H2)，导入一个专门用于还原金属氧化矿的空间，实现金属氧化物在高温空间的气相还原，空间熔炼的产物落入熔池，在熔池中用固碳还原剩余的金属氧化物。由于金属氧化矿中通常都含有FeO，为有效还原FeO，要求空间的还原性气体的有效成分(CO+H2)的浓度比较高，即过剩系数高，这就导致了还原反应所消耗的还原气体比例很低，也即出炉烟气中含有大量的还原气体。
氧化矿闪速冶金设备的出炉烟气大部分来源于还原空间还原反应后产生的气体，还有部分来源于熔池碳还原后生成的CO和CO2，由于冶炼采用的是高富氧或纯氧，出炉烟气的主要成分为CO、CO2、H2、H2O，其中未被利用的有效还原气(CO+H2)的含量高达40％以上。常规的尾气处理方法是利用燃气锅炉烧掉出炉烟气中的CO和H2进行余热发电，该方法需要经过化学能-热能-机械能-电能的多次能量转换，而每次的能源转换效率不高，烟气中最终得以回收的能量不到40％；而另一方面，在原料供应端，又需要耗费大量的能源重新生产高浓度的CO和H2，以实现金属氧化矿在氧化矿闪速冶金设备中的还原。此外，烧掉的尾气也会造成大量的碳排放，可能会大于传统冶炼工艺的碳排放。因而，燃烧尾气中的CO和H2进行余热发电的处理方法是不可取的。
综上，目前氧化矿闪速熔炼工艺由于未能使出炉煤气得到合理利用，导致整个工艺的综合能耗高、碳排放量大。
发明内容
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，以解决闪速冶金设备冶炼氧化矿产生的高温尾气能源回收利用率低、碳排放量大的问题。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，包括煤气主管路，所述煤气主管路包括通过管道连通的闪速冶金设备、余热锅炉、除尘组件、储气调压设备、煤气重整设备，所述煤气重整设备的还原煤气出口与所述闪速冶金设备的还原气进口通过管道连接，所述煤气主管路上还设有脱硫设备和风机，所述脱硫设备和所述风机位于所述除尘组件和所述储气调压设备之间。
需要说明的是：煤气主管路常用的构建方案有以下两种：
1)包括通过管道依次连通的闪速冶金设备尾气出口、余热锅炉、除尘组件、风机、脱硫设备、储气调压设备、煤气重整设备及闪速冶金设备的还原气进口。
2)包括通过管道依次连通的闪速冶金设备尾气出口、余热锅炉、除尘组件、脱硫设备、风机、储气调压设备、煤气重整设备及闪速冶金设备的还原气进口。
闪速冶金设备为一切采用闪速冶金原理构建的冶金设备，包括但不限于闪速熔炼炉、闪速吹炼炉、天闪炉、基夫赛特炉、铜合成炉。
余热锅炉(也可称为废热锅炉)用于回收尾气的物理热，生产水蒸气或热水，使烟气温度从1000℃以上降至需要的温度，同时除去烟气中的大颗粒烟尘。所述余热锅炉为管壳式余热锅炉、烟道式余热锅炉、燃气锅炉、外媒余热锅炉中的一种。
除尘组件的作用是去除烟气中绝大部分烟尘。若除尘组件中采用了湿法除尘设备，由于烟尘中含有大量熔剂CaO，CaO溶于除尘用水中会形成碱性溶液，可以吸收烟气中的酸性气体，因而有些湿法除尘设备也有一定的脱硫功效。
脱硫设备采用的脱硫方法是干法脱硫、湿法脱硫、半干法脱硫中的一种，其中，湿法脱硫包括氨洗中和法、改良ADA法、MSQ法、KCS法以及栲胶法等脱硫技术，优选为栲胶法脱硫。需要说明的是：若采用湿法脱硫设备，一般在烟气出口端会自带电除雾等气水分离装置，若湿法脱硫设备本身不含脱水装置，则需在脱硫设备后端另行安装脱水装置，该脱水装置应视为所述脱硫设备的一个组成部分。
在实际应用中，也可以把除尘组件和脱硫设备合二为一，即同一个设备既可除尘，也可起到脱硫作用，这类设备包括但不限于水膜脱硫除尘器、冲击水浴脱硫除尘器、动力波洗涤器。
风机的作用为抽风克服烟气传输的系统阻力，为烟气流动提供动力，使闪速冶金设备内部形成微负压的冶炼环境。需要说明的是在煤气主管路上沿烟气流动的方向，风机可设置于脱硫设备之前，也可设置于脱硫设备之后。
储气调压设备的主要作用是存储煤气，作为一个煤气缓冲设备，使烟气系统拥有弹性。储气调压设备的贮气温度通常约为0℃～70℃。在储气调压设备的输出端可以设置调压装置，如增压风机之类，调整输出煤气的压强，使其能以合适的气压输送至后续设备，进而影响最终输入闪速冶金设备的煤气压；当然，在煤气进入储气调压设备前，也可能需要经调压装置调整至合适的压强，以便存入储气调压设备。另外，当煤气的温度超过储气调压设备的存储温度范围，需要先经过冷却降温装置(如换热器、冷凝器等)进行降温。需要说明的是：在储气调压设备的输入或输出端设置的调压装置应视为储气调压设备的一部分；若需要为煤气降温以便存入储气调压设备，则附带的冷却降温装置也应视为储气调压设备的一部分。
煤气重整设备的作用是把煤气中大部分CO2转换为CO，使煤气中CO2的体积浓度降低到5％以下。煤气重整设备的煤气重整温度需要达到900℃以上，因而需要导入燃料燃烧以加热煤气重整单元。煤气重整设备的燃料来源有多种，如煤、天然气、重油等，也可引入其它煤气系统的可燃煤气。需要说明的是，煤气重整设备设置有互相连通的待重整煤气进口和还原煤气出口，还设有互相连通的助燃剂进口、燃气进口及尾气出口，而这两套管路系统相互隔绝，互不连通。
进一步的，所述储气调压设备和所述煤气重整设备的待重整煤气进口端的管道间设置有预热设备，所述预热设备对所述储气调压设备输出的待重整煤气进行预加热；所述煤气重整设备的尾气出口端与所述预热设备连接，所述预热设备以所述煤气重整设备燃烧排出的高温尾气作为热源。
进一步的，还包括煤气分流管路；所述煤气分流管路的进口端与所述储气调压设备连接，所述煤气分流管路穿过所述预热设备后，其出口端与所述煤气重整设备的燃料进口端连接。
煤气分流管路进口端与储气调压设备通过带有流量控制的阀门进行连接。该阀门可以控制分配进入煤气分流管路的煤气的量。
进一步的，还包括助燃剂气体供应管路，所述助燃剂气体供应管路包括通过管道依次连通的助燃剂气体供应设备、所述预热设备的助燃剂气体流道及所述煤气重整设备的助燃剂气体进口端。
预热设备充分利用煤气重整设备排出的高温烟气的余热，是一种用于提高煤气重整设备的热交换性能、降低能量消耗的设备。预热设备一般分为板式、回转式和管式三种。通过预热设备对煤气主管路提供的煤气或/和由煤气分流管路提供的作为燃料的煤气或/和由助燃剂气体供应管路提供的含氧气体进行预热，使它们升高到一定的温度再进入煤气重整设备。需要说明的是：含氧气体为空气、富氧空气或纯氧中的一种，优选为空气，通过鼓风机鼓入。
以煤气分流管路提供的煤气为燃料，以通过鼓风机鼓入的含氧气体为助燃剂，燃烧加热煤气重整设备，为重整反应提供适宜的温度环境和热量。
进一步的，所述储气调压设备上设有可与外界煤气系统连接的阀门接口。
当阀门打开，通过该接口可以向其它煤气系统输出煤气；当燃料不足时，通过该接口也可以接收其它煤气系统输入的煤气；在出现煤气系统故障等异常情况下，还可通过该接口连通放散系统进行应急处理。
进一步的，还包括预还原设备，所述预还原设备设于所述煤气主管路上，位于所述余热锅炉和所述除尘组件之间。
预还原设备的主要功能是利用闪速冶金设备的还原性尾气对将进入闪速冶金设备的矿粉进行预还原，以减轻闪速冶金设备还原矿粉的压力并降低系统的综合能耗。预还原设备工作的基本原理是引入闪速冶金设备还原性尾气(一般含40％以上的CO和H2)，与设备内固态的矿粉充分接触，利用矿粉颗粒与气体接触的比表面积大、反应速度快的特点，实现对固态金属氧化矿粉快速的直接还原(非熔融还原)，还原率一般可达30％以上。预还原设备除了设有煤气进口和煤气出口，还有粉料进口和排料口。为防止矿粉在预还原设备内出现粘结现象，通常需要控制预还原设备煤气进口烟气温度，使其低于850℃。由于粉料在换热升温的过程中可能会有部分集聚成团状，通常需要在预还原设备的排料口后连接粉料打散装置，如鼠笼打散机。此外，预还原设备对矿粉也有一定的干燥作用，在某些应用中，即可对矿粉进行还原，还可以干燥矿粉，比较适合闪速冶金工艺对原料预处理的要求。
预还原设备包括但不限于：回转窑、竖炉、流化床、转底炉，优选为回转窑。
进一步的，还包括煤气脱水设备，所述煤气脱水设备设于所述煤气主管路上，位于所述脱硫设备和所述储气调压设备之间。
所述煤气脱水设备为冷却脱水设备、吸收脱水设备、吸附脱水设备、膜分离技术脱水设备中的一种或多种的组合，优选以三甘醇(TEG)作为脱水剂的吸收脱水设备。
闪速冶金设备冶炼排出的尾气中含有一定比例的水蒸气，且若再经过湿式除尘或湿法脱硫后，煤气中不仅含有饱和水蒸气，还会夹带一定量的的小液滴，为了降低后续流程的设备被腐蚀的概率，同时提高煤气中有效还原气(CO+H2)的浓度，需要采用煤气脱水设备脱除煤气中气态和液态的水分。
进一步的，还包括矿粉干燥设备，所述矿粉干燥设备设于所述煤气主管路上，位于所述除尘组件和所述脱硫设备之间。
矿粉干燥设备利用闪速冶金设备尾气的余热干燥待冶炼的金属氧化矿粉，使矿粉的含水量低于0.3％。矿粉干燥设备类似于间壁式换热器，烟气和粉料分别有各自的流道，不直接接触，逆向而行，通过导热壁面进行换热。矿粉干燥设备包括但不限于：流态式烘干机、立式烘干机、回转式烘干机、悬浮式烘干机。
进一步的，所述除尘组件为沉尘室、沉降室、静电除尘器、布袋收尘器、旋风除尘器、湿式除尘器、脱硫除尘器中的一种或多种的组合；优选为沉尘室和布袋除尘器的组合。
进一步的，所述煤气重整设备为采用甲烷二氧化碳重整法，CH4-H2O-CO2催化重整法，以碳为原料、氧和二氧化碳为气化剂的重整法的煤气重整设备中的一种。
所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统工艺包括如下流程：
1、温度达1200-1600℃的高温烟气从闪速冶金设备的尾气出口进入煤气主管路；
2、高温烟气经余热锅炉降温除尘后，烟气温度降至200℃以下；
3、将降温后的烟气引入除尘组件，使粉尘含量低于25mg/m3；
4、将除尘后的烟气引入脱硫设备，脱硫设备除去煤气中绝大部分含硫化合物，使含S化合物含量低于80mg/m3；
5、将脱硫后的煤气通过风机送入储气调压设备进行存储；
6、将储气调压设备中的一部分煤气在调至需要的压强后送入煤气重整设备；
7、含氧气体和燃料燃烧为煤气重整设备提供热量，同时向煤气重整设备内导入天然气(如有必要，还可导入部分水蒸气)，在高温环境下使煤气中的CO2与CH4进行催化重整。最后再把重整后的还原煤气(CO2的体积含量≤5％，温度达1200℃以上)输入闪速冶金设备中。
8、闪速熔炼：
1)将待冶炼的干燥金属氧化矿粉、熔剂、氧气和燃料加入充满高温还原气体的闪速冶金设备的还原空间中。还原空间中需要的煤气可以完全来源于尾气重整后返回的煤气，也可以是部分由闪速冶金设备内置的煤气化空间或外配的煤气化设备生产的煤气，部分由尾气重整后返回补充的煤气，两部分煤气在还原空间混合。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气可以从还原空间顶部喷入，也可分为多股，从还原空间侧壁以一定的角度喷入闪速冶金设备，从而形成旋流效果，使矿粉和还原气体得到充分的混合接触。
2)金属氧化矿粉进入还原空间后，通过与还原气体间的传热、传质和化学反应，迅速完成矿粉中待冶炼金属氧化物的还原和熔化。
3)反应后的熔体以小滴状落入熔池，在熔池中通过侧吹喷入煤粉和氧气为熔池提供热量和还原剂，还原剩余的金属氧化物。矿粉中的脉石成分和熔剂在熔池中发生造渣反应，熔融的渣和金属熔体由于密度的差异从上至下形成渣层和金属层。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气也可以替代煤粉侧吹喷入熔池，一方面作为还原剂，同时与氧气反应为熔池提供热量。
4)步骤3)形成的金属熔体从熔池金属放出口排出，得到粗金属或粗钢，熔渣从排渣口排出，烟气进入上升烟道，经尾气出口排出。
9、重复步骤1-8。
相对于现有技术，本实用新型所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统具有以下优势：
1)既回收利用了闪速冶金设备排出的高温尾(烟)气中蕴含的物理热，又循环利用了高温尾(烟)气中的化学热，使高温尾(烟)气的余能得以吃干榨尽，降低了系统的能耗。
2)通过煤气重整设备使闪速冶金设备排出的高温尾(烟)气中的CO2转化为CO，使尾(烟)气得到循环回收利用，降低了生产成本，大大地减少碳排放。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例1所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的简单示意图；
图2为本实用新型实施例2所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的简单示意图；
图3为本实用新型实施例3所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的简单示意图；
图4为本实用新型实施例4所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的简单示意图；
图5为本实用新型实施例5所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的简单示意图；
图6为本实用新型实施例6所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的简单示意图；
图7为本实用新型实施例7所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的简单示意图。
附图标记说明：
1-闪速冶金设备；2-余热锅炉；3-除尘组件；4-储气调压设备；5-煤气重整设备；6-脱硫设备；7-风机；8-预热设备；9-煤气分流管路；10-助燃剂气体供应管路；11-助燃剂气体供应设备；12-预还原设备；13-煤气脱水设备；14-矿粉干燥设备。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
实施例1
如图1所示，一种回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，包括煤气主管路，煤气主管路包括通过管道依次连通的闪速冶金设备1、余热锅炉2、除尘组件3、脱硫设备6、风机7、储气调压设备4、煤气重整设备5，煤气重整设备5的还原煤气出口与闪速冶金设备1的还原气进口通过管道连接；储气调压设备4上设有可与外界煤气系统连接的阀门接口。
本实施例所述回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的工作过程为：
1、温度达1200-1600℃的高温烟气从闪速冶金设备的尾气出口进入煤气主管路；
2、高温烟气经余热锅炉降温除尘后，烟气温度降至200℃以下；
3、将降温后的烟气引入除尘组件，使粉尘含量低于25mg/m3；
4、将除尘后的烟气引入脱硫设备，脱硫设备除去煤气中绝大部分含硫化合物，使含S化合物含量低于80mg/m3；
5、将脱硫后的煤气通过风机送入储气调压设备进行存储；
6、将储气调压设备中的部分煤气在调至需要的压强后送入煤气重整设备；
7、含氧气体和燃料燃烧为煤气重整设备提供热量，同时向煤气重整设备内导入天然气(如有必要，还可导入部分水蒸气)，在高温环境下使煤气中的CO2与CH4进行催化重整。最后再把重整后的还原煤气(CO2的体积含量≤5％，温度达1200℃以上)输入闪速冶金设备中。
8、闪速熔炼：
1)将待冶炼的干燥金属氧化矿粉、熔剂、氧气和燃料加入充满高温还原气体的闪速冶金设备的还原空间中。还原空间中需要的煤气可以完全来源于尾气重整后返回的煤气，也可以是部分由闪速冶金设备内置的煤气化空间或外配的煤气化设备生产的煤气，部分由尾气重整后返回补充的煤气，两部分煤气在还原空间混合。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气可以从还原空间顶部喷入，也可分为多股，从还原空间侧壁以一定的角度喷入闪速冶金设备，从而形成旋流效果，使矿粉和还原气体得到充分的混合接触。
2)金属氧化矿粉进入还原空间后，通过与还原气体间的传热、传质和化学反应，迅速完成矿粉中待冶炼金属氧化物的还原和熔化。
3)反应后的熔体以小滴状落入熔池，在熔池中通过侧吹喷入煤粉和氧气为熔池提供热量和还原剂，还原剩余的金属氧化物。矿粉中的脉石成分和熔剂在熔池中发生造渣反应，熔融的渣和金属熔体由于密度的差异从上至下形成渣层和金属层。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气也可以替代煤粉侧吹喷入熔池，一方面作为还原剂，同时与氧气反应为熔池提供热量。
4)步骤3)形成的金属熔体从熔池金属放出口排出，得到粗金属或粗钢，熔渣从排渣口排出，烟气进入上升烟道，经尾气出口排出。
9、重复步骤1-8。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上，与实施例1不同的是在煤气主管路上，在储气调压设备4和煤气重整设备5之间设置有预热设备8。预热设备8对储气调压设备4输出的待重整煤气进行预加热；煤气重整设备5的尾气出口端与预热设备8连接，预热设备8以煤气重整设备5内燃料燃烧排出的高温尾气作为热源。
本实施例所述回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的工作过程为：
1、温度达1200-1600℃的高温烟气从闪速冶金设备的尾气出口进入煤气主管路；
2、高温烟气经余热锅炉降温除尘后，烟气温度降至200℃以下；
3、将降温后的烟气引入除尘组件，使粉尘含量低于25mg/m3；
4、将除尘后的烟气引入脱硫设备，脱硫设备除去煤气中绝大部分含硫化合物，使含S化合物含量低于80mg/m3；
5、将脱硫后的煤气通过风机送入储气调压设备进行存储；
6、将储气调压设备存储的煤气调至需要的压强后导入预热设备，利用煤气重整设备排出的高温尾气的余热对其继续加热；
7、再将预热后的煤气导入煤气重整设备，在煤气重整设备内，含氧气体和燃料燃烧为煤气重整设备提供热量，同时向煤气重整设备内导入天然气(如有必要，还可导入部分水蒸气)，在高温环境下使煤气中的CO2与CH4进行催化重整。最后再把重整后的还原煤气(CO2的体积含量≤5％，温度达1200℃以上)输入闪速冶金设备中。
8、闪速熔炼：
1)将待冶炼的干燥金属氧化矿粉、熔剂、氧气和燃料加入充满高温还原气体的闪速冶金设备的还原空间中。还原空间中需要的煤气可以完全来源于尾气重整后返回的煤气，也可以是部分由闪速冶金设备内置的煤气化空间或外配的煤气化设备生产的煤气，部分由尾气重整后返回补充的煤气，两部分煤气在还原空间混合。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气可以从还原空间顶部喷入，也可分为多股，从还原空间侧壁以一定的角度喷入闪速冶金设备，从而形成旋流效果，使矿粉和还原气体得到充分的混合接触。
2)金属氧化矿粉进入还原空间后，通过与还原气体间的传热、传质和化学反应，迅速完成矿粉中待冶炼金属氧化物的还原和熔化。
3)反应后的熔体以小滴状落入熔池，在熔池中通过侧吹喷入煤粉和氧气为熔池提供热量和还原剂，还原剩余的金属氧化物。矿粉中的脉石成分和熔剂在熔池中发生造渣反应，熔融的渣和金属熔体由于密度的差异从上至下形成渣层和金属层。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气也可以替代煤粉侧吹喷入熔池，一方面作为还原剂，同时与氧气反应为熔池提供热量。
4)步骤3)形成的金属熔体从熔池金属放出口排出，得到粗金属或粗钢，熔渣从排渣口排出，烟气进入上升烟道，经尾气出口排出。
9、重复步骤1-8。
实施例3
如图3所示，在实施例2的基础上，与实施例2不同的是还包括煤气分流管路9和助燃剂气体供应管路10；煤气分流管路9的进口端与储气调压设备4连接，煤气分流管9路穿过预热设备8后，其出口端与煤气重整设备5的燃料进口端连接；助燃剂气体供应管路10包括通过管道依次连通的助燃剂气体供应设备11、预热设备8的助燃剂气体流道及煤气重整装5置的助燃剂气体进口端；助燃剂气体供应设备11优选为鼓风机。
煤气分流管路9通过阀门从储气调压设备4中分流出一定比例煤气作为燃料，用以加热煤气重整设备5，同时，为提高煤气重整设备5的加热效率，减小系统的综合能耗，可以把由煤气分流管路9分流出的作为燃料的煤气和由助燃剂气体供应管路10提供的作为助燃剂的含氧气体引入预热设备8进行预热。
本实施例所述回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的工作过程为：
1、温度达1200-1600℃的高温烟气从闪速冶金设备的尾气出口进入煤气主管路；
2、高温烟气经余热锅炉降温除尘后，烟气温度降至200℃以下；
3、将降温后的烟气引入除尘组件，使粉尘含量低于25mg/m3；
4、将除尘后的烟气引入脱硫设备，脱硫设备除去煤气中绝大部分含硫化合物，使含S化合物含量低于80mg/m3；
5、将脱硫后的煤气通过引风机送入储气调压设备进行存储；
6、将储气调压设备中的煤气分流为二部分输出：
1)第一部分煤气用于重整生产还原气体(主要含CO和H2)，在调至需要的压强后送入煤气重整设备；
2)第二部分煤气分流进入煤气分流管路，作为燃料，用以加热煤气重整设备；
7、将煤气主管路上的待重整煤气(步骤6中的第一部分煤气)导入预热设备，利用煤气重整设备排出的高温尾气的余热对其继续加热，同时，把煤气分流管路提供的将进入煤气重整设备作为燃料的煤气(步骤6中的第二部分煤气)和助燃剂气体供应管路提供的作为助燃剂的含氧气体也先引入预热设备进行预热，以提高燃烧效率；
8、再将预热后的待重整煤气导入煤气重整设备，同时导入天然气或甲烷(如有必要，还可导入部分水蒸气)，由煤气分流管路提供的作为燃料的煤气与由助燃剂气体供应管路提供的作为助燃剂的含氧气体燃烧为煤气重整设备提供热量，在高温环境下，煤气中的CO2与CH4进行催化重整。最后再把重整后的还原煤气(CO2的体积含量≤5％，温度达1200℃以上)输入闪速冶金设备中。
9、闪速熔炼：
1)将待冶炼的干燥金属氧化矿粉、熔剂、氧气和燃料加入充满高温还原气体的闪速冶金设备的还原空间中。还原空间中需要的煤气可以完全来源于尾气重整后返回的煤气，也可以是部分由闪速冶金设备内置的煤气化空间或外配的煤气化设备生产的煤气，部分由尾气重整后返回补充的煤气，两部分煤气在还原空间混合。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气可以从还原空间顶部喷入，也可分为多股，从还原空间侧壁以一定的角度喷入闪速冶金设备，从而形成旋流效果，使矿粉和还原气体得到充分的混合接触。
2)金属氧化矿粉进入还原空间后，通过与还原气体间的传热、传质和化学反应，迅速完成矿粉中待冶炼金属氧化物的还原和熔化。
3)反应后的熔体以小滴状落入熔池，在熔池中通过侧吹喷入煤粉和氧气为熔池提供热量和还原剂，还原剩余的金属氧化物。矿粉中的脉石成分和熔剂在熔池中发生造渣反应，熔融的渣和金属熔体由于密度的差异从上至下形成渣层和金属层。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气也可以替代煤粉侧吹喷入熔池，一方面作为还原剂，同时与氧气反应为熔池提供热量。
4)步骤3)形成的金属熔体从熔池金属放出口排出，得到粗金属或粗钢，熔渣从排渣口排出，烟气进入上升烟道，经尾气出口排出。
10、重复步骤1-9。
实施例4
如图4所示，在实施例3的基础上，与实施例3不同的是在煤气主管路上，在余热锅炉2和除尘组件3之间设有预还原设备12。需要说明的是：在主管路上，沿烟气流动的方向，风机7可以位于脱硫设备6与除尘组件3之间，也可以位于脱硫设备6与储气调压设备4之间。
本实施例所述回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的工作过程为：
1、温度达1200-1600℃的高温烟气从闪速冶金设备的尾气出口进入煤气主管路；
2、高温烟气经余热锅炉降温除尘后，烟气温度降至800℃以下；
3、将烟气导入预还原设备，对其中的矿粉进行预还原，经热量交换后，烟气温度降至350℃以下，矿粉的还原率达到30-50％；
4、将降温后的烟气引入除尘组件，使粉尘含量低于25mg/m3；
5、将除尘后的烟气引入脱硫设备，脱硫设备除去煤气中绝大部分含硫化合物，使含S化合物含量低于80mg/m3；
6、将脱硫后的煤气通过引风机送入储气调压设备进行存储；
7、储气调压设备中的煤气分流为二部分输出：
1)第一部分煤气用于重整生产还原气体(主要含CO和H2)，在调至需要的压强后送入煤气重整设备；
2)第二部分煤气分流进入煤气分流管路，作为燃料，用以加热煤气重整设备；
8、将煤气主管路上的待重整煤气(步骤7中的第一部分煤气)导入预热设备，利用煤气重整设备排出的高温尾气的余热对其继续加热，同时，把煤气分流管路提供的将进入煤气重整设备作为燃料的煤气(步骤7中的第二部分煤气)和助燃剂气体供应管路提供的作为助燃剂的含氧气体也先引入预热设备进行预热，以提高燃烧效率；
9、再将预热后的待重整煤气导入煤气重整设备，同时导入天然气或甲烷(如有必要，还可导入部分水蒸气)，由煤气分流管路提供的作为燃料的煤气与由助燃剂气体供应管路提供的作为助燃剂的含氧气体燃烧为煤气重整设备提供热量，在高温环境下，煤气中的CO2与CH4进行催化重整。最后再把重整后的还原煤气(CO2的体积含量≤5％，温度达1200℃以上)输入闪速冶金设备中。
10、闪速熔炼：
1)将待冶炼的干燥金属氧化矿粉、熔剂、氧气和燃料加入充满高温还原气体的闪速冶金设备的还原空间中。还原空间中需要的煤气可以完全来源于尾气重整后返回的煤气，也可以是部分由闪速冶金设备内置的煤气化空间或外配的煤气化设备生产的煤气，部分由尾气重整后返回补充的煤气，两部分煤气在还原空间混合。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气可以从还原空间顶部喷入，也可分为多股，从还原空间侧壁以一定的角度喷入闪速冶金设备，从而形成旋流效果，使矿粉和还原气体得到充分的混合接触。
2)金属氧化矿粉进入还原空间后，通过与还原气体间的传热、传质和化学反应，迅速完成矿粉中待冶炼金属氧化物的还原和熔化。
3)反应后的熔体以小滴状落入熔池，在熔池中通过侧吹喷入煤粉和氧气为熔池提供热量和还原剂，还原剩余的金属氧化物。矿粉中的脉石成分和熔剂在熔池中发生造渣反应，熔融的渣和金属熔体由于密度的差异从上至下形成渣层和金属层。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气也可以替代煤粉侧吹喷入熔池，一方面作为还原剂，同时与氧气反应为熔池提供热量。
4)步骤3)形成的金属熔体从熔池金属放出口排出，得到粗金属或粗钢，熔渣从排渣口排出，烟气进入上升烟道，经尾气出口排出。
11、重复步骤1-10。
实施例5
如图5所示，在实施例3的基础上，与实施例3不同的是在煤气主管路上，在脱硫设备6和储气调压设备4之间设有煤气脱水设备13。在煤气主管路上，沿煤气流动的方向，煤气脱水设备13一般设于风机7之前，也可以设于风机7之后。
本实施例所述回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的工作过程为：
1、温度达1200-1600℃的高温烟气从闪速冶金设备的尾气出口进入煤气主管路；
2、高温烟气经余热锅炉降温除尘后，烟气温度降至200℃以下；
3、将降温后的烟气引入除尘组件，使粉尘含量低于25mg/m3；
4、将除尘后的烟气引入脱硫设备，脱硫设备除去煤气中绝大部分含硫化合物，使含S化合物含量低于80mg/m3；
5、将脱硫后的煤气通过风机引入煤气脱水设备，脱除煤气中的绝大部分水蒸气和水雾；
6、将脱水后的煤气送入储气调压设备进行存储；
7、储气调压设备中的煤气分流为二部分输出：
1)第一部分煤气用于重整生产还原气体(主要含CO和H2)，在调至需要的压强后送入煤气重整设备；
2)第二部分煤气分流进入煤气分流管路，作为燃料，用以加热煤气重整设备；
8、将煤气主管路上的待重整煤气(步骤7中的第一部分煤气)导入预热设备，利用煤气重整设备排出的高温尾气的余热对其继续加热，同时，把煤气分流管路提供的将进入煤气重整设备作为燃料的煤气(步骤7中的第二部分煤气)和助燃剂气体供应管路提供的作为助燃剂的含氧气体也先引入预热设备进行预热，以提高燃烧效率；
9、再将预热后的待重整煤气导入煤气重整设备，同时导入天然气或甲烷(如有必要，还可导入部分水蒸气)，由煤气分流管路提供的作为燃料的煤气与由助燃剂气体供应管路提供的作为助燃剂的含氧气体燃烧为煤气重整设备提供热量，在高温环境下，煤气中的CO2与CH4进行催化重整。最后再把重整后的还原煤气(CO2的体积含量≤5％，温度达1200℃以上)输入闪速冶金设备中。
10、闪速熔炼：
1)将待冶炼的干燥金属氧化矿粉、熔剂、氧气和燃料加入充满高温还原气体的闪速冶金设备的还原空间中。还原空间中需要的煤气可以完全来源于尾气重整后返回的煤气，也可以是部分由闪速冶金设备内置的煤气化空间或外配的煤气化设备生产的煤气，部分由尾气重整后返回补充的煤气，两部分煤气在还原空间混合。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气可以从还原空间顶部喷入，也可分为多股，从还原空间侧壁以一定的角度喷入闪速冶金设备，从而形成旋流效果，使矿粉和还原气体得到充分的混合接触。
2)金属氧化矿粉进入还原空间后，通过与还原气体间的传热、传质和化学反应，迅速完成矿粉中待冶炼金属氧化物的还原和熔化。
3)反应后的熔体以小滴状落入熔池，在熔池中通过侧吹喷入煤粉和氧气为熔池提供热量和还原剂，还原剩余的金属氧化物。矿粉中的脉石成分和熔剂在熔池中发生造渣反应，熔融的渣和金属熔体由于密度的差异从上至下形成渣层和金属层。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气也可以替代煤粉侧吹喷入熔池，一方面作为还原剂，同时与氧气反应为熔池提供热量。
4)步骤3)形成的金属熔体从熔池金属放出口排出，得到粗金属或粗钢，熔渣从排渣口排出，烟气进入上升烟道，经尾气出口排出。
11、重复步骤1-10。
实施例6
如图6所示，在实施例3的基础上，与实施例3不同的是在煤气主管路上，在除尘组件3和脱硫设备6之间设有矿粉干燥设备14，矿粉干燥设备14可用于干燥矿粉。需要说明的是：风机7的位置相对比较灵活，在煤气主管路上，可置于除尘组件3与矿粉干燥设备14之间，也可以置于矿粉干燥设备14与脱硫设备6之间，还可以置于脱硫设备6与储气调压设备4之间。
本实施例所述回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的工作过程为：
1、温度达1200-1600℃的高温烟气从闪速冶金设备的尾气出口进入煤气主管路；
2、高温烟气经余热锅炉降温除尘后，烟气温度降至400℃以下；
3、将降温后的烟气引入除尘组件，使粉尘含量低于25mg/m3；
4、将除尘后的煤气引入矿粉干燥设备，煤气经矿粉干燥设备后温度降至180℃以下；
5、脱硫设备除去煤气中绝大部分含硫化合物，使含S化合物含量低于80mg/m3；
6、将脱硫后的煤气通过引风机送入储气调压设备进行存储；
7、储气调压设备中的煤气分流为二部分输出：
1)第一部分煤气用于重整生产还原气体(主要含CO和H2)，在调至需要的压强后送入煤气重整设备；
2)第二部分煤气分流进入煤气分流管路，作为燃料，用以加热煤气重整设备；
8、将煤气主管路上的待重整煤气(步骤7中的第一部分煤气)导入预热设备，利用煤气重整设备排出的高温尾气的余热对其继续加热，同时，把煤气分流管路提供的将进入煤气重整设备作为燃料的煤气(步骤7中的第二部分煤气)和助燃剂气体供应管路提供的作为助燃剂的含氧气体也先引入预热设备进行预热，以提高燃烧效率；
9、再将预热后的待重整煤气导入煤气重整设备，同时导入天然气或甲烷(如有必要，还可导入部分水蒸气)，由煤气分流管路提供的作为燃料的煤气与由助燃剂气体供应管路提供的作为助燃剂的含氧气体燃烧为煤气重整设备提供热量，在高温环境下，煤气中的CO2与CH4进行催化重整。最后再把重整后的还原煤气(CO2的体积含量≤5％，温度达1200℃以上)输入闪速冶金设备中。
10、闪速熔炼：
1)将待冶炼的干燥金属氧化矿粉、熔剂、氧气和燃料加入充满高温还原气体的闪速冶金设备的还原空间中。还原空间中需要的煤气可以完全来源于尾气重整后返回的煤气，也可以是部分由闪速冶金设备内置的煤气化空间或外配的煤气化设备生产的煤气，部分由尾气重整后返回补充的煤气，两部分煤气在还原空间混合。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气可以从还原空间顶部喷入，也可分为多股，从还原空间侧壁以一定的角度喷入闪速冶金设备，从而形成旋流效果，使矿粉和还原气体得到充分的混合接触。
2)金属氧化矿粉进入还原空间后，通过与还原气体间的传热、传质和化学反应，迅速完成矿粉中待冶炼金属氧化物的还原和熔化。
3)反应后的熔体以小滴状落入熔池，在熔池中通过侧吹喷入煤粉和氧气为熔池提供热量和还原剂，还原剩余的金属氧化物。矿粉中的脉石成分和熔剂在熔池中发生造渣反应，熔融的渣和金属熔体由于密度的差异从上至下形成渣层和金属层。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气也可以替代煤粉侧吹喷入熔池，一方面作为还原剂，同时与氧气反应为熔池提供热量。
4)步骤3)形成的金属熔体从熔池金属放出口排出，得到粗金属或粗钢，熔渣从排渣口排出，烟气进入上升烟道，经尾气出口排出。
11、重复步骤1-10。
实施例7
如图7所示，在实施例6的基础上，与实施例6不同的是在煤气主管路上，位于余热锅炉2和除尘组件3之间设有预还原设备12。需要说明的是：风机7的位置相对比较灵活，在煤气主管路上，可以置于除尘组件3与矿粉干燥设备14之间，也可以置于矿粉干燥设备14与脱硫设备6之间，还可以置于脱硫设备6与储气调压设备4之间。
本实施例所述回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统的工作过程为：
1、温度达1200-1600℃的高温烟气从闪速冶金设备的尾气出口进入煤气主管路；
2、高温烟气经余热锅炉降温除尘后，烟气温度降至800℃以下；
3、将烟气导入预还原设备，对其中的矿粉进行预还原，经热量交换后，烟气温度降至400℃以下，矿粉的还原率达到30-50％；
4、将降温后的烟气引入除尘组件，使粉尘含量低于25mg/m3；
5、将除尘后的煤气引入矿粉干燥设备，煤气经矿粉干燥设备后温度降至180℃以下；
6、脱硫设备除去煤气中绝大部分含硫化合物，使含S化合物含量低于80mg/m3；
7、将脱硫后的煤气通过引风机送入储气调压设备进行存储；
8、储气调压设备中的煤气分流为二部分输出：
1)第一部分煤气用于重整生产还原气体(主要含CO和H2)，在调至需要的压强后送入煤气重整设备；
2)第二部分煤气分流进入煤气分流管路，作为燃料，用以加热煤气重整设备；
9、将煤气主管路上的待重整煤气(步骤8中的第一部分煤气)导入预热设备，利用煤气重整设备排出的高温尾气的余热对其继续加热，同时，把煤气分流管路提供的将进入煤气重整设备作为燃料的煤气(步骤8中的第二部分煤气)和助燃剂气体供应管路提供的作为助燃剂的含氧气体也先引入预热设备进行预热，以提高燃烧效率；
10、再将预热后的待重整煤气导入煤气重整设备，同时导入天然气或甲烷(如有必要，还可导入部分水蒸气)，由煤气分流管路提供的作为燃料的煤气与由助燃剂气体供应管路提供的作为助燃剂的含氧气体燃烧为煤气重整设备提供热量，在高温环境下，煤气中的CO2与CH4进行催化重整。最后再把重整后的还原煤气(CO2的体积含量≤5％，温度达1200℃以上)输入闪速冶金设备中。
11、闪速熔炼：
1)将待冶炼的干燥金属氧化矿粉、熔剂、氧气和燃料加入充满高温还原气体的闪速冶金设备的还原空间中。还原空间中需要的煤气可以完全来源于尾气重整后返回的煤气，也可以是部分由闪速冶金设备内置的煤气化空间或外配的煤气化设备生产的煤气，部分由尾气重整后返回补充的煤气，两部分煤气在还原空间混合。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气可以从还原空间顶部喷入，也可分为多股，从还原空间侧壁以一定的角度喷入闪速冶金设备，从而形成旋流效果，使矿粉和还原气体得到充分的混合接触。
2)金属氧化矿粉进入还原空间后，通过与还原气体间的传热、传质和化学反应，迅速完成矿粉中待冶炼金属氧化物的还原和熔化。
3)反应后的熔体以小滴状落入熔池，在熔池中通过侧吹喷入煤粉和氧气为熔池提供热量和还原剂，还原剩余的金属氧化物。矿粉中的脉石成分和熔剂在熔池中发生造渣反应，熔融的渣和金属熔体由于密度的差异从上至下形成渣层和金属层。需要说明的是：循环返回闪速冶金设备的还原煤气也可以替代煤粉侧吹喷入熔池，一方面作为还原剂，同时与氧气反应为熔池提供热量。
4)步骤3)形成的金属熔体从熔池金属放出口排出，得到粗金属或粗钢，熔渣从排渣口排出，烟气进入上升烟道，经尾气出口排出。
12、重复步骤1-11。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，其特征在于：包括煤气主管路，所述煤气主管路包括通过管道连通的闪速冶金设备(1)、余热锅炉(2)、除尘组件(3)、储气调压设备(4)、煤气重整设备(5)，所述煤气重整设备(5)的还原煤气出口与所述闪速冶金设备(1)的还原气进口通过管道连接，所述煤气主管路上还设有脱硫设备(6)和风机(7)，所述脱硫设备(6)和所述风机(7)位于所述除尘组件(3)和所述储气调压设备(4)之间。
2.根据权利要求1所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，其特征在于：所述储气调压设备(4)和所述煤气重整设备(5)的待重整煤气进口端的管道间设置有预热设备(8)，所述预热设备(8)对所述储气调压设备(4)输出的待重整煤气进行预加热；所述煤气重整设备(5)的尾气出口端与所述预热设备(8)连接，所述预热设备(8)以所述煤气重整设备(5)燃烧排出的高温尾气作为热源。
3.根据权利要求2所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，其特征在于：还包括煤气分流管路(9)；所述煤气分流管路(9)的进口端与所述储气调压设备(4)连接，所述煤气分流管路(9)穿过所述预热设备(8)后，其出口端与所述煤气重整设备(5)的燃料进口端连接。
4.根据权利要求3所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，其特征在于：还包括助燃剂气体供应管路(10)，所述助燃剂气体供应管路(10)包括通过管道依次连通的助燃剂气体供应设备(11)、所述预热设备(8)的助燃剂气体流道及所述煤气重整设备(5)的助燃剂气体进口端。
5.根据权利要求1所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，其特征在于：所述储气调压设备(4)上设有可与外界煤气系统连接的阀门接口。
6.根据权利要求1到5任一项所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，其特征在于：还包括预还原设备(12)，所述预还原设备(12)设于所述煤气主管路上，位于所述余热锅炉(2)和所述除尘组件(3)之间。
7.根据权利要求1到5任一项所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，其特征在于：还包括煤气脱水设备(13)，所述煤气脱水设备(13)设于所述煤气主管路上，位于所述脱硫设备(6)和所述储气调压设备(4)之间。
8.根据权利要求1到5任一项所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，其特征在于：还包括矿粉干燥设备(14)，所述矿粉干燥设备(14)设于所述煤气主管路上，位于所述除尘组件(3)和所述脱硫设备(6)之间。
9.根据权利要求6所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，其特征在于：还包括矿粉干燥设备(14)，所述矿粉干燥设备(14)设于所述煤气主管路上，位于所述除尘组件(3)和所述脱硫设备(6)之间。
10.根据权利要求1到5任一项所述的回收余热并重整煤气的闪速循环熔炼系统，其特征在于：所述煤气重整设备(5)为采用甲烷二氧化碳重整法，CH4-H2O-CO2催化重整法，以碳为原料、氧和二氧化碳为气化剂的重整法的煤气重整设备中的一种。
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