CN213090445U - 一种充分利用烟气能量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充分利用烟气能量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、高温换热器的热介质流道、除尘组件、风机、脱碳设备、储气调压设备、高温换热器的冷介质流道，高温换热器的冷介质流道的出口端与闪速冶金设备的还原气进口通过管道连接。本实用新型所述的充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统使闪速冶金设备排出的高温尾气中的有效成分(H2+CO)得到有效的回收利用，并充分利用了尾气的余热加热经除尘脱碳后得到的凉煤气，减少了系统的综合能耗。
Description
技术领域
本实用新型属于闪速熔炼工艺出炉煤气利用技术领域，尤其是涉及一种充分利用烟气能量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)的含量可达40％以上，常规的尾气处理方法是烧掉其中的CO和H2进行余热发电，但这种处理方法缺点是:余热利用的能源转换效率低，尾气中大量的有效还原气体(CO+H2)被烧掉，而在原料端又需要花费较大代价重新制气。与此同时，烧掉的尾气产生的碳排放可能大于传统冶炼工艺的碳排放。
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充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统，以解决闪速冶金设备冶炼氧化矿的高温尾气中的余热及有效还原气体(CO+H2)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：
一种充分利用烟气能量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依次连通的闪速冶金设备、高温换热器的热介质流道、除尘组件、风机、脱碳设备、储气调压设备、高温换热器的冷介质流道，所述高温换热器的冷介质流道的出口端与所述闪速冶金设备的还原气进口通过管道连接。
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。
高温换热器可以实现在高达1000℃以上高温的烟气与低温气体之间的换热，并能长期稳定工作，高温换热器可以实现两种介质之间的换热，也可以实现三种或三种以上的介质之间的换热。高温换热器为陶瓷换热器、碳化硅陶瓷换热器、蓄能式回转式换热器、超高温空气列管换热器、耐高温金属换热器中的一种或多种组合。
除尘组件的作用是去除烟气中绝大部分烟尘，除尘组件可为沉尘室、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。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。
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。
脱碳设备的作用是除去烟气中的CO2、H2S等酸性气体成分，脱碳设备包括但不限于变压吸附法、MDEA法、NHD法、碳丙法、低温甲醇洗、苯菲尔法、MEA法、DEA法、改良热钾碱法脱碳设备中的一种或多种的组合。优选低温甲醇洗法，脱碳设备不仅能脱除烟气中的绝大部分CO2，还可以脱除烟气中的含硫酸性气体。
需要说明的是：1)由于脱碳操作通常需要高压，在煤气进入脱碳设备根据特定设备要求的入口压强对烟气进行增压，该增压设备应视为所述脱碳装置的一部分。2)若采用NHD法、低温甲醇洗等湿法脱碳装置，还可以脱除煤气中的绝大部分水蒸气和小液滴；也有部分湿法脱碳工艺无法脱除煤气中的水蒸气和水雾，但在烟气出口端会自带气水分离设备，若该工艺本身不含脱水装置，则需在后端另行安装脱水设备，该脱水设备应视为所述脱碳装置的一个组成部分。3)脱碳装置要求的入口烟气的温度一般都在常温附近，若实际烟气温度大于脱碳装置的工作范围，还应在其前端增加烟气降温设备，该降温设备也应视为所述脱碳装置的一部分。
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，当煤气的温度超出了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。
进一步的，所述风机和所述脱碳设备之间的煤气主管路的管道上设有可与外界煤气系统连接的阀门接口。
通过该阀门接口可向其它煤气系统输送煤气，也可接收其它煤气系统输入煤气；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，还包括脱硫设备，所述脱硫设备设于所述煤气主管路上，位于所述除尘组件和所述脱碳设备之间。在煤气主管路上，沿烟气流动的方向，脱硫设备可以位于风机之前，也可以位于风机之后。
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，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。
进一步的，还包括矿粉预还原设备，所述矿粉预还原设备设于所述煤气主管路上，位于所述高温换热器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。
矿粉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所述脱碳设备之间。
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％。在矿粉干燥设备中，烟气和粉料分别有各自的流道和出入口，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，所述高温换热器为三介质复合换热器，还设有与其冷介质流道不连通的第二条冷介质流道；所述闪速循环熔炼系统还包括CO2重整管路，所述CO2重整管路包括通过管道依次连通的所述脱碳设备的CO2排出口、CO2气柜、所述高温换热器的第二条冷介质流道、CO2重整设备、闪速冶金设备的还原气进口。
CO2气柜用于存储脱碳设备解析再生得到的高浓度的CO2气体，存储于CO2气柜中的高浓度的CO2气体通过带有流量控制的阀门流出，再增压输送至高温换热器。
高温换热器为三介质复合换热器，实现了一种高温介质与两种冷却介质之间的高效换热，即闪速冶金设备出炉的高温烟气与凉煤气及凉的高浓度CO2气体之间的换热。
CO2重整设备用于把高浓度的CO2气体变换重整为CO，CO2重整设备包括但不限于: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CO2重整设备中的一种。
进一步的，所述CO2气柜上还设有与外界CO2气体系统连接的阀门接口。其他系统产生的高浓度CO2废气可通过该接口引入系统进行重整，以变废为宝，并实现CO2的净零排放。
进一步的，还包括煤气加热设备，所述煤气加热设备设于所述煤气主管路上，位于所述高温换热器冷介质流道的出口和所述闪速冶金设备的还原气进口之间。
煤气加热设备的作用是使主管路提供的还原煤气的温度进一步提升，达到1300℃以上，进而将该高温还原煤气导入到闪速冶金设备中。煤气加热设备可用的燃料有很多种，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，煤气加热设备设置有互相连通的还原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，还包括煤气分流管路，所述煤气分流管路的进口端与所述风机和所述脱碳设备之间的煤气主管路的管道连接，所述煤气分流管路的出口端与所述煤气加热设备的燃气进口端连接。
煤气分流管路进口端与煤气主管路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，所述煤气分流管路上设有预热设备，所述预热设备对所述煤气分流管路分流出的作为燃气的煤气进行预加热；所述煤气加热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加热设备燃烧排出的高温尾气作为热源；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预热流道及所述煤气加热设备的助燃剂进口端。
预热设备充分利用煤气加热设备排出的高温烟气的余热，是一种用于提高煤气加热设备的热交换性能、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加热设备。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，在煤气加热设备中进一步加热还原煤气。
所述的充分利用烟气能量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、高温烟气经高温换热器换热降温后，温度降至180℃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、将除尘后的煤气通过风机送入脱碳设备；
5、脱碳设备除去煤气中绝大部分含硫化合物和CO2，使煤气中的S化合物含量低于80mg/m3，并使煤气中CO2的体积含量低于5％；
6、将脱碳后的还原煤气送入储气调压设备进行存储；
7、将储气调压设备存储的还原煤气调至需要的压强后送入高温换热器，与热烟气逆向而行，还原煤气换热后升温至1000℃以上输入闪速冶金设备；
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提纯后返回的煤气，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，部分由尾气提纯后返回补充的煤气，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，本实用新型所述的充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统具有以下优势：
1)充分利用了出炉烟气蕴含的余热加热经净化提纯后得到的凉煤气，减少了系统的综合能耗。
2)通过脱碳设备脱除了闪速冶金设备排出的高温尾(烟)气中的CO2、含S气体、H2O等对还原冶炼有害的气体，使尾(烟)气中有效成分(H2+CO)得以循环回收利用，大大减少了系统的综合能耗，降低了生产成本。
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所述的充分利用烟气能量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所述的充分利用烟气能量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所述的充分利用烟气能量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所述的充分利用烟气能量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所述的充分利用烟气能量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所述的充分利用烟气能量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-高温换热器；3-除尘组件；4-风机；5-脱碳设备；6-储气调压设备；7-脱硫设备；8-矿粉预还原设备；9-矿粉干燥设备；10-CO2重整管路；11-CO2气柜；12-CO2重整设备；13-煤气加热设备；14-煤气分流管路；15-预热设备；16-助燃剂气体供应管路；17-助燃剂气体供应设备。
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设备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，充分利用烟气能量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、高温换热器2的热介质流道、除尘组件3、风机4、脱碳设备5、储气调压设备6、高温换热器2的冷介质流道，高温换热器2的冷介质流道的出口端与闪速冶金设备1的还原气进口通过管道连接；风机4和脱碳设备5之间的煤气主管路的管道上设有可与外界煤气系统连接的阀门接口。
本实施例所述充分利用烟气能量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、高温烟气经高温换热器换热降温后，温度降至180℃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、将除尘后的煤气通过风机送入脱碳设备；
5、脱碳设备除去煤气中绝大部分含硫化合物和CO2，使煤气中的S化合物含量低于80mg/m3，并使煤气中CO2的体积含量低于5％；
6、将脱碳后的还原煤气送入储气调压设备进行存储；
7、将储气调压设备存储的还原煤气调至需要的压强后送入高温换热器，与热烟气逆向而行，还原煤气换热后升温至1000℃以上输入闪速冶金设备；
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提纯后返回的煤气，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，部分由尾气提纯后返回补充的煤气，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，位于除尘组件3和脱碳设备5之间设有脱硫设备7，煤气脱硫后，能够降低相关设备被含硫酸性物质腐蚀的概率。
本实施例所述充分利用烟气能量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、高温烟气经高温换热器换热降温后，温度降至180℃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、脱硫设备除去烟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脱碳设备；
6、脱碳设备除去煤气中绝大部分CO2，并可进一步脱除煤气中残存的S化合物；
7、将脱碳后的还原煤气送入储气调压设备进行存储；
8、将储气调压设备存储的还原煤气调至需要的压强后送入高温换热器，与热烟气逆向而行，还原煤气换热后升温至1000℃以上输入闪速冶金设备；
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提纯后返回的煤气，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，部分由尾气提纯后返回补充的煤气，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3
如图3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，位于高温换热器2和除尘组件3之间设有矿粉预还原设备8。在本实施例中，在煤气主管路上，在除尘组件3和脱碳设备5之间，还可以同时增加脱硫设备7。矿粉预还原设备8利用闪速冶金设备1尾气中含有的还原性气体(CO、H2)，与固态的金属氧化矿粉充分接触，从而实现对固态金属氧化矿粉的部分还原，以减轻闪速冶金设备1的还原矿粉的压力并降低系统的综合能耗。
本实施例所述充分利用烟气能量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、高温烟气经高温换热器换热降温后，温度降至800℃以下；
3、含有还原性气体(CO和H2)的烟气进入预还原设备，对矿粉进行预还原，出口烟气温度降至350℃以下，而矿粉的还原率可达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、将除尘后的煤气通过风机送入脱碳设备；
6、脱碳设备除去煤气中绝大部分含硫化合物和CO2，使煤气中的S化合物含量低于80mg/m3，并使煤气中CO2的体积含量低于5％；
7、将脱碳后的还原煤气送入储气调压设备进行存储；
8、将储气调压设备存储的还原煤气调至需要的压强后送入高温换热器，与热烟气逆向而行，还原煤气换热后升温至1000℃以上输入闪速冶金设备；
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提纯后返回的煤气，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，部分由尾气提纯后返回补充的煤气，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1的基础上，与实施例1不同的是在煤气主管路上，位于除尘组件3和脱碳设备5之间设有矿粉干燥设备9，矿粉干燥设备9用于干燥矿粉。另外，在矿粉干燥设备9和脱碳设备5之间的管路上，还可以同时增加脱硫设备7。
本实施例所述充分利用烟气能量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、高温烟气经高温换热器换热降温后，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150℃以下，经干燥后，矿粉的含水量降到小于0.3％；
5、将矿粉干燥设备排出的煤气通过风机送入脱碳设备；
6、脱碳设备除去煤气中绝大部分含硫化合物和CO2，使煤气中的S化合物含量低于80mg/m3，并使煤气中CO2的体积含量低于5％；
7、将脱碳后的还原煤气送入储气调压设备进行存储；
8、将储气调压设备存储的还原煤气调至需要的压强后送入高温换热器，与热烟气逆向而行，还原煤气换热后升温至1000℃以上输入闪速冶金设备；
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提纯后返回的煤气，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，部分由尾气提纯后返回补充的煤气，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5
如图5所示，在实施例1的基础上，与实施例1不同的是高温换热器2为三介质复合换热器，还设有与其冷介质流道不连通的第二条冷介质流道；闪速循环熔炼系统还包括CO2重整管路10，CO2重整管路10包括通过管道依次连通的脱碳设备5的CO2排出口、CO2气柜11、高温换热器2的第二条冷介质流道、CO2重整设备12、闪速冶金设备1的还原气进口；CO2气柜11上还设有与外界CO2气体系统连接的阀门接口。
本实施例所述充分利用烟气能量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、高温烟气经高温换热器换热降温后，温度降至150℃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、将除尘后的煤气通过风机送入脱碳设备；
5、煤气经脱碳设备后分为两部分：
1)第一部分：煤气主管路中主要含CO和H2的还原气，其中S化合物含量低于80mg/m3、CO2的体积含量低于5％；
2)第二部分：利用脱碳设备中的吸附剂或吸收剂捕捉吸收煤气中的CO2，再经过解吸、脱附或分解后，得到的高浓度的CO2气体(CO2体积含量大于92％)。
6、将脱碳后的还原煤气(步骤5中的第一部分煤气)送入储气调压设备进行存储；
7、将储气调压设备存储的还原煤气调至需要的压强后送入高温换热器，与热烟气逆向而行，还原煤气换热后升温至1000℃以上输入闪速冶金设备；
8、将解析再生得到高浓度的CO2气体(步骤5中的第二部分煤气)存储于CO2气柜中；
9、将存储于CO2气柜中的高浓度的CO2气体增压输送至高温换热器，换热升温至1000℃以上；
10、将1000℃以上的高浓度的CO2气体导入二氧化碳重整设备，重整后得到还原性的热煤气(CO2的体积含量≤5％，温度达1300℃以上)，最后再将该煤气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提纯后返回的煤气，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，部分由尾气提纯后返回补充的煤气，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。
实施例6
如图6所示，在实施例1的基础上，与实施例1不同的是还包括煤气加热设备13、煤气分流管路14、预热设备15、助燃剂气体供应管路16；煤气加热设备13设于煤气主管路上，位于高温换热器2冷介质流道的出口和闪速冶金设备1的还原气进口之间；煤气分流管路14的进口端与风机4和脱碳设备5之间的煤气主管路的管道连接，煤气分流管路14的出口端与煤气加热设备13的燃气进口端连接；预热设备15设于煤气分流管路14上，预热设备15对煤气分流管路14分流出的作为燃气的煤气进行预加热；煤气加热设备13的尾气出口端与预热设备15连接，预热设备15以煤气加热设备13燃烧排出的高温尾气作为热源；助燃剂气体供应管路16包括通过管道依次连通的助燃剂气体供应设备17、预热设备15的助燃剂气体预热流道及煤气加热设备13的助燃剂进口端，助燃剂气体供应设备17优选为鼓风机。
在煤气主管路上，在煤气进入脱碳设备之前，通过阀门由煤气分流管路分流出一定比例煤气作为燃料，用以加热煤气主管路上脱碳后预备输入闪速冶金设备的还原煤气。同时，为提高煤气加热设备的加热效率，减小系统的综合能耗，可以把由煤气分流管路分流出的将进入煤气加热设备作为燃料的煤气和由助燃剂气体供应管路提供的作为助燃剂的含氧气体引入预热设备进行预热。
本实施例所述充分利用烟气能量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、高温烟气经高温换热器换热降温后，温度降至180℃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、将除尘后的煤气通过风机送入后续工序；
5、在煤气进入脱碳设备之前，通过阀门由煤气分流管路分流出一定比例的煤气作为燃料，用以加热煤气主管路上脱碳后预备输入闪速冶金设备的还原煤气；
6、脱碳设备除去煤气中绝大部分含硫化合物和CO2，使煤气中的S化合物含量低于80mg/m3，并使煤气中CO2的体积含量低于5％；
7、将脱碳后的还原煤气送入储气调压设备进行存储；
8、将储气调压设备存储的还原煤气调至需要的压强后送入高温换热器，与热烟气逆向而行，还原煤气换热后升温至800℃以上；
9、将煤气分流管路提供的将进入煤气加热设备作为燃料的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引入预热设备进行预热，预热设备的热源来源于煤气加热设备排出的高温尾气的余热；
10、将煤气主管路上换热升温后的还原煤气送入煤气加热设备，同时，将预热后的含氧气体和作为燃料的煤气引入煤气加热设备，燃烧加热还原煤气；经煤气加热设备加热后，还原煤气升温至1300℃以上输入闪速冶金设备；
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提纯后返回的煤气，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，部分由尾气提纯后返回补充的煤气，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)
1.一种充分利用烟气能量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依次连通的闪速冶金设备(1)、高温换热器(2)的热介质流道、除尘组件(3)、风机(4)、脱碳设备(5)、储气调压设备(6)、高温换热器(2)的冷介质流道，所述高温换热器(2)的冷介质流道的出口端与所述闪速冶金设备(1)的还原气进口通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统，其特征在于：所述风机(4)和所述脱碳设备(5)之间的煤气主管路的管道上设有可与外界煤气系统连接的阀门接口。
3.根据权利要求1到2任一项所述的充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统，其特征在于：还包括脱硫设备(7)，所述脱硫设备(7)设于所述煤气主管路上，位于所述除尘组件(3)和所述脱碳设备(5)之间。
4.根据权利要求1到2任一项所述的充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统，其特征在于：还包括矿粉预还原设备(8)，所述矿粉预还原设备(8)设于所述煤气主管路上，位于所述高温换热器(2)和所述除尘组件(3)之间。
5.根据权利要求1到2任一项所述的充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统，其特征在于：还包括矿粉干燥设备(9)，所述矿粉干燥设备(9)设于所述煤气主管路上，位于所述除尘组件(3)和所述脱碳设备(5)之间。
6.根据权利要求1到2任一项所述的充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统，其特征在于：所述高温换热器(2)为三介质复合换热器，还设有与其冷介质流道不连通的第二条冷介质流道；所述闪速循环熔炼系统还包括CO2重整管路(10)，所述CO2重整管路(10)包括通过管道依次连通的所述脱碳设备(5)的CO2排出口、CO2气柜(11)、所述高温换热器(2)的第二条冷介质流道、CO2重整设备(12)、闪速冶金设备(1)的还原气进口。
7.根据权利要求6所述的充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统，其特征在于：所述CO2气柜(11)上还设有与外界CO2气体系统连接的阀门接口。
8.根据权利要求1到2任一项所述的充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统，其特征在于：还包括煤气加热设备(13)，所述煤气加热设备(13)设于所述煤气主管路上，位于所述高温换热器(2)冷介质流道的出口和所述闪速冶金设备(1)的还原气进口之间。
9.根据权利要求8所述的充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统，其特征在于：还包括煤气分流管路(14)，所述煤气分流管路(14)的进口端与所述风机(4)和所述脱碳设备(5)之间的煤气主管路的管道连接，所述煤气分流管路(14)的出口端与所述煤气加热设备(13)的燃气进口端连接。
10.根据权利要求9所述的充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统，其特征在于：所述煤气分流管路(14)上设有预热设备(15)，所述预热设备(15)对所述煤气分流管路(14)分流出的作为燃气的煤气进行预加热；所述煤气加热设备(13)的尾气出口端与所述预热设备(15)连接，所述预热设备(15)以所述煤气加热设备(13)燃烧排出的高温尾气作为热源；还包括助燃剂气体供应管路(16)，所述助燃剂气体供应管路(16)包括通过管道依次连通的助燃剂气体供应设备(17)、所述预热设备(15)的助燃剂气体预热流道及所述煤气加热设备(13)的助燃剂进口端。
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|---|---|---|---|
| CN202021032436.6U CN213090445U (zh) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | 一种充分利用烟气能量的闪速循环熔炼系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114608019A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-06-10 | 厦门冉能环保科技有限公司 | 一种固废焚烧及其尾气净化系统 |
| CN115896380A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-04-04 | 天津闪速炼铁技术有限公司 | 一种制氢炼钢方法及系统 |
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2020
- 2020-06-08 CN CN202021032436.6U patent/CN213090445U/zh active Active
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