CN218755849U - 一种气氛可调气基直接还原炼铁系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气氛可调气基直接还原炼铁系统，该系统包括竖炉、一级冷却装置、过滤装置、二级冷却装置、加压装置、燃烧用气混合装置、还原用气混合装置、预热炉及重整炉；燃烧用气混合装置和还原用气混合装置分别设置有多个气体入口通道；竖炉的炉顶煤气出口通过管路依次经由一级冷却装置、过滤装置、二级冷却装置、加压装置分别与燃烧用气混合装置和还原用气混合装置的一气体入口通道相连；还原用气混合装置的气体出口通道通过管路依次经由预热炉及重整炉与竖炉的气体入口相连；燃烧用气混合装置的气体出口通道通过管路与重整炉的燃烧器相连。该系统具有多元化、低成本、低能耗、低排放、气氛可调、稳定高效及绿色环保等优点。

Description

一种气氛可调气基直接还原炼铁系统

技术领域

本实用新型涉及一种气氛可调气基直接还原炼铁系统，属于钢铁冶炼技术领域。

背景技术

钢铁行业面临CO₂减排的巨大压力，开发新一代绿色低碳冶金技术成为钢铁企业可持续发展的必由之路。

减排CO₂的途径一是提高能源利用效率，二是寻求绿色能源替代。前者研究主要集中在能量高效回收利用和突破反应器内能源一次利用率低的化学限制上；而对于能源替代，当前最具前途的是氢能。氢气还原具有反应速率快、产物无污染的特点，可有效降低CO₂排放。气基直接还原(用气体作还原剂还原铁矿石的直接还原炼铁法)是目前氢还原的主要载体。

目前氢冶金主要通过氢气和CO的混合气体将铁矿石在气基竖炉内进行还原后得到直接还原铁(Direct Reduced Iron，简称DRI)，以作为下一道工序电弧炉炼钢的原料。近几年，从市场需求及绿色低碳实施情况看，直接还原铁产量仍将保持增长趋势。国际上氢直接还原项目有瑞典HYBRIT和MIDREX H2等，世界钢铁发达国家均在加速推进以氢冶金为突破的低碳冶金战略。随着“碳达峰、碳中和”战略的实施，直接还原是氢冶金最主要的应用之一。因此，在现有工艺及生产实践的基础上，不断完善发展工艺技术及装备，开发多元化、低成本、低能耗、低排放、稳定高效、绿色环保的氢冶金冶炼技术将是未来发展趋势。

以下简单介绍几项与本实用新型所请保护技术方案相关的现有技术。

与本实用新型相关的现有技术一：

现有技术一的技术方案：

MIDREX工艺所采用的还原气是用天然气经催化裂化制取的，裂化剂采用炉顶煤气。炉顶煤气含有约70％的CO和H₂，炉顶煤气加压后送入混合室与当量天然气混合均匀。所得混合气首先进入一个换热器进行预热，换热器热源是转化炉尾气。预热后的混合气送入转化炉中的镍质催化反应管组，进行催化裂化反应，转化成还原气。还原气中CO和H₂的含量共95％左右，温度为850-900℃。

剩余的炉顶煤气作为燃料与适量的天然气在混合室混合后，送入转化炉反应管外的燃烧空间。另，助燃用的空气也要在换热器中预热，以提高燃烧温度。

转化炉燃烧尾气含O₂小于1％。高温尾气首先排入一个换热器，依次对助燃空气和混合原料气进行预热。烟气排出换热器后，一部分经洗涤加压作为密封气送入炉顶和炉底的气封装置，其余部分通过一个排烟机排入大气。

现有技术一的缺点：

MIDREX工艺的气源仅适用于天然气，气源种类单一，气体比例受限。另一方面，MIDREX工艺采用湿法除尘，净化粉尘效果差，水处理系统复杂；所使用的湿式除尘器管道和设备容易腐蚀，产品报废也不利于副产品回收再利用；从除尘器里排出来的泥浆还可能出现二次污染；由于其具有一定耗水性能，严寒地区必须注意防冻，假如设备安装于室外，冬天有冻结的可能。

与本实用新型相关的现有技术二：

现有技术二的技术方案：

HYL工艺的基本原理是在固定床用还原气体来还原铁矿石，所使用的还原气碳氢化合物(天然气或焦炉煤气)是经过不完全燃烧及还原反应器内金属铁的催化作用在炉内重整而生成的。该工艺流程包括以下特点：还原气体的不完全燃烧；反应炉还原区域底部的煤气重整；反应气体成分可调。依据墨西哥HYL公司开发的HYL-ZR技术，即煤气自重整技术(煤气在气基竖炉内的高温条件下发生催化反应生成还原气的过程)，HYL法可以直接将煤用氧/水蒸汽为氧化剂制成的煤气为气源。

现有技术二的缺点：

一方面，HYL工艺是将天然气与水蒸气湿重整制取还原气，若采用煤气自重整技术，还原气中有效组分比例低，还原效率差；另一方面，HYL工艺采用湿法除尘，净化粉尘效果差；所使用的湿式除尘器管道和设备容易腐蚀，产品报废也不利于副产品回收再利用；从除尘器里排出来的泥浆还可能出现二次污染；由于其具有一定耗水性能，严寒地区必须注意防冻，假如设备安装于室外，冬天有冻结的可能。

因此，提供一种新型的气氛可调气基直接还原炼铁系统已经成为本领域亟需解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述的缺点和不足，本实用新型的一个目的在于提供一种气氛可调气基直接还原炼铁系统。

本实用新型的另一个目的还在于提供一种气氛可调气基直接还原炼铁方法。

为了实现以上目的，一方面，本实用新型提供了一种气氛可调气基直接还原炼铁系统，其中，所述气氛可调气基直接还原炼铁系统包括：

竖炉、一级冷却装置、过滤装置、二级冷却装置、加压装置、燃烧用气混合装置、还原用气混合装置、预热炉及重整炉；所述燃烧用气混合装置和所述还原用气混合装置分别设置有多个气体入口通道；

其中，所述竖炉的炉顶煤气出口通过管路依次经由一级冷却装置、过滤装置、二级冷却装置、加压装置分别与所述燃烧用气混合装置和所述还原用气混合装置的一气体入口通道相连；所述还原用气混合装置的气体出口通道通过管路依次经由预热炉及重整炉与所述竖炉的气体入口相连；

所述燃烧用气混合装置的气体出口通道通过管路与所述重整炉的燃烧器相连。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁系统的一具体实施方式，其中，所述系统还包括还原气混合装置及补充还原气源，所述重整炉的气体出口通过管路经由还原气混合装置与所述竖炉的气体入口相连，所述补充还原气源通过管路与所述还原气混合装置的补充还原气入口相连。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁系统的一具体实施方式，其中，所述竖炉的炉顶煤气出口还通过管路依次经由一级冷却装置、过滤装置、二级冷却装置、加压装置与所述还原气混合装置相连，以对还原气混合装置内的混合气进行冷却降温。此时可以根据需要选择关闭降温冷却装置和/或加热装置，而仅采用部分净化、加压后的炉顶煤气对还原气混合装置内的混合气进行冷却降温。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁系统的一具体实施方式，其中，所述系统还包括降温冷却装置和/或加热装置，重整炉的气体出口或者还原气混合装置的出口通过管路经由降温冷却装置和/或加热装置与所述竖炉的气体入口相连。其中，于竖炉入口设置降温冷却装置和/或加热装置，可用于调整进入竖炉内的气体的温度，从而匹配不同气源对应的竖炉内还原反应环境。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁系统的一具体实施方式，其中，所述重整炉的燃烧器的高温烟气出口通过管路与所述预热炉的预热介质气入口相连，以用于对进入所述预热炉内的目标气体进行预热。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁系统的一具体实施方式，其中，所述系统还包括烟囱，所述预热炉的预热介质气出口通过管路与烟囱相连。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁系统的一具体实施方式，其中，所述系统还包括风机，用于向所述重整炉中鼓入空气。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁系统的一具体实施方式，其中，所述过滤装置为干法除尘器。其中，干法除尘器是将从待处理的含尘气体，如烟气或者煤气等中除下来的灰以干态排出的除尘器。干法除尘器通过滤袋过滤，利用滤袋的过滤作用对含尘气体进行过滤，当含尘气体进入滤袋后，颗粒大、比重大的粉尘由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，而含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，从而使含尘气体得到净化。当滤袋表面的粉尘不断增加，程控仪开始工作，逐个开启脉冲阀，使压缩空气通过喷口对滤袋进行喷吹清灰，使滤袋突然膨胀，在反向气流的作用下，附着于滤袋表面的粉尘迅速脱离滤袋落入灰仓，粉尘再由灰仓底部的卸灰阀排出。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁系统的一具体实施方式，其中，所述系统还包括多台煤气调压柜，所述燃烧用气混合装置的多个气体入口通道、所述还原用气混合装置的多个气体入口通道以及还原气混合装置的补充还原气入口分别与所述煤气调压柜相连。

本实用新型中，采用不同气源，生成的还原气中的CO和H₂的占比不同，相应地，竖炉炉内的直接还原反应环境不同。因此，本实用新型所提供的系统中，所述燃烧用气混合装置和所述还原用气混合装置分别设置有多个气体入口通道；该些气体入口通道可以根据不同气源的热值、流量、压力等参数进行。

为实现相关基础功能，本实用新型所提供的气氛可调气基直接还原炼铁系统还可包括供配电系统、控制系统及检测系统等主要设施。

本实用新型所述的气氛可调气基直接还原炼铁系统可以适用于多种不同的方法进行气氛可调气基直接还原炼铁，为了进一步对本实用新型的气氛可调气基直接还原炼铁系统进行说明，本实用新型还提供了应用本实用新型的气氛可调气基直接还原炼铁系统进行气氛可调气基直接还原炼铁的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

(1)竖炉炉顶煤气经冷却、净化、加压后，一部分作为还原用气进入还原用气混合装置并与一种或者多种还原气源混合，混合后的还原用气进入预热炉进行预热，另一部分作为燃料气进入燃烧用气混合装置并与一种或者多种燃料气源混合，混合后的燃料气进入重整炉的燃烧器以为重整炉提供热能；

(2)预热后的还原用气进入重整炉，并在重整催化剂的催化作用下进行催化重整，得到还原气，并将所述还原气直接送入竖炉还原冶炼铁矿石，生成直接还原铁；

或者当所述重整炉内不添加重整催化剂时，预热后的还原用气进入重整炉进行再预热，再预热后的混合气体进入竖炉，并在竖炉炉内进行自重整反应，生成直接还原铁。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁方法的一具体实施方式，其中，所述方法还包括：

将所述重整炉的气体出口排出的还原气体与补充还原气源在还原气混合装置内进行混合，再将所得混合气直接送入竖炉还原冶炼铁矿石，生成直接还原铁。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁方法的一具体实施方式，其中，所述补充还原气源为氢气。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁方法的一具体实施方式，其中，所述方法还包括：

将部分净化、加压后的炉顶煤气送入还原气混合装置，以对还原气混合装置内的混合气进行冷却降温。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁方法的一具体实施方式，其中，所述方法还包括：

利用降温冷却装置和/或加热装置调整通过竖炉的气体入口进入竖炉的气体(可为重整炉反应后得到的还原气、重整炉反应后得到的还原气和补充还原气源的混合气以及经重整炉再预热的混合气体)的温度。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁方法的一具体实施方式，其中，所述方法还包括：

利用所述重整炉的燃烧器内燃烧产生的高温烟气对进入所述预热炉内的目标气体进行预热。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁方法的一具体实施方式，其中，所述还原气源和所述燃料气源分别包括煤层气、天然气、焦炉煤气、重整后的气体及氢气中的一种或者几种的组合；其中，所述重整后的气体包括重整后的富CO、H₂及CH₄中的一种或者几种的气体。

本实用新型中，所述还原气源和所述燃烧料气源可相同，也可以不同。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁方法的一具体实施方式，其中，混合后的还原用气中，H₂、CO和CH₄的体积和占混合后的还原用气总体积的比例不低于70％；

优选地，当所述方法使用补充还原气源时，混合后的还原用气和补充还原气源中H₂(此时的H₂可为混合后的还原用气中的H₂和补充还原气源中的H₂，也可仅为补充还原气源中的H₂)、CO和CH₄的体积和占混合后的还原用气和补充还原气源总体积的比例不低于70％。

作为本实用新型以上所述气氛可调气基直接还原炼铁方法的一具体实施方式，其中，所述重整炉的炉温为1000-1100℃。

本实用新型中，重整炉的炉温与气源的成分、热值等参数有关，不同气源需要的热能不同，对应的重整炉炉温也不同。

本实用新型提供的以上所述气氛可调气基直接还原炼铁方法步骤(1)中，一部分净化、加压后的炉顶煤气作为还原用气进入还原用气混合装置并与一种或者多种还原气源混合，混合后的还原用气进入预热炉进行预热。其中，根据还原气源的种类调整净化、加压后的炉顶煤气和还原气源这两种气体的混合比例，即混合后的还原用气比例需与还原气源匹配，不同气源的调配比例不同，生成的还原剂中的CO和H₂的占比也不相同。

本实用新型提供的以上所述气氛可调气基直接还原炼铁方法步骤(1)中，另一部分净化、加压后的炉顶煤气作为燃料气进入燃烧用气混合装置并与一种或者多种燃料气源混合，混合后的燃料气进入重整炉的燃烧器以为重整炉提供热能。其中，根据燃料气源的性质及参数匹配净化、加压后的炉顶煤气和燃料气源的混合比例，即净化、加压后的炉顶煤气和燃料气源这两种气体混合时，混合后所得燃烧用气的比例需与气源匹配，不同气源对应催化反应所需热能不同。

本实用新型所提供的方法中，不同气源需通入燃烧用气混合装置和还原用气混合装置对应的气体入口通道，同时匹配与气源对应的燃气混合比例、加热温度、重整催化剂量及粒度，从而控制生成还原气中的CO和H₂的占比。

在本实用新型一些较为优选的实施例中，重整催化剂需选择具有高活性、高选择性、耐高温、抗积碳的镍基催化剂，该镍基催化剂可以将煤层气等气体中的甲烷和二氧化碳重整为含有一定比例的氢气和一氧化碳的还原气体，满足氢基竖炉还原铁的要求。另，重整催化剂还需兼顾考虑选用气阻小、压降低的催化剂，以保证还原气出口压力满足氢基竖炉入口要求。此外，重整催化剂的粒度需根据重整炉的高度和直径进行选择。例如，所使用的重整催化剂的粒度范围：直径13mm，10-20mm可调。

本实用新型所使用的重整催化剂为本领域使用的常规催化剂，可通过商购获得，也可于实验室自制获得。

与现有技术相比，本实用新型提供的气氛可调气基直接还原炼铁系统及方法所能达成的有益技术效果包括：

(1)本实用新型所提供的系统中，于所述竖炉的气体入口处设置降温冷却装置和/或加热装置，用于调整进入竖炉的气体的温度，以便调节不同热值的气源对应的竖炉炉内反应温度；同时还可以保护竖炉设备，避免入炉气体温度过高影响竖炉寿命，从而实现了该系统及方法适用于多种气源的设计理念。

(2)本实用新型针对竖炉的炉顶煤气采用双重冷却+干法除尘工艺，其中采用双重冷却，降低了高压除尘的设备配置，从而降低了成本，而采用干法除尘，避免了湿法除尘造成的环境污染，节能环保。

(3)本实用新型所提供的系统及方法是一种适用于多种气源、气氛可调、绿色环保的气基直接还原炼铁系统及方法。该气基直接还原炼铁系统及方法根据气源种类，通过调整重整催化剂的使用，可以控制生成还原气中CO和H₂的占比，即控制生成还原气的H/C比，可以适用于多种气源，生成的还原气比例可调，解决了气源单一及气体比例受限的问题；并且当重整炉内不添加重整催化剂时，于竖炉炉内自重整，当重整炉内添加重整催化剂时，在竖炉炉外，即重整炉炉内进行重整。

(4)本实用新型将竖炉的炉顶煤气经过双重冷却、干法除尘及加压处理后可循环再利用，即将CO₂有效循环再利用，进一步实现了节能和环保的目的。

综上所述，本实用新型践行绿色、低碳、环保等理念，提供了一种多元化、低成本、低能耗、低排放、气氛可调、稳定高效及绿色环保的气基直接还原炼铁系统及方法。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的气氛可调气基直接还原炼铁系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例2提供的气氛可调气基直接还原炼铁系统的结构示意图。

图3为本实用新型实施例3提供的气氛可调气基直接还原炼铁系统的结构示意图。

图4为本实用新型实施例4提供的气氛可调气基直接还原炼铁系统的结构示意图。

主要附图标号说明：

1、竖炉，2、一级冷却装置，3、过滤装置，4、二级冷却装置，5、加压装置，6、燃烧用气混合装置，7、还原用气混合装置，8、预热炉，9、重整炉，10、还原气混合装置，11、降温冷却装置，12、加热装置，13、风机，100、煤气调压柜，200、第一煤气调压柜，300、第二煤气调压柜。

具体实施方式

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法/工艺、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法/工艺、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实用新型中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中”、“顶”及“底”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。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型所公开的“范围”以下限和上限的形式给出。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定的范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有以这种方式进行限定的范围是可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是可以预料到的。此外，如果列出的最小范围值为1和2，列出的最大范围值为3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。

在本实用新型中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本实用新型中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本实用新型所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本实用新型所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附表、附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本实施例提供了一种气氛可调气基直接还原炼铁系统，其结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，所述气氛可调气基直接还原炼铁系统包括：

竖炉1、一级冷却装置2、过滤装置3、二级冷却装置4、加压装置5、燃烧用气混合装置6、还原用气混合装置7、预热炉8、重整炉9及多台煤气调压柜，分别记为第一煤气调压柜、第二煤气调压柜……、第m煤气调压柜及第n煤气调压柜；

所述燃烧用气混合装置6和所述还原用气混合装置7分别设置有多个气体入口通道；

其中，所述竖炉1的炉顶煤气出口通过管路依次经由一级冷却装置2、过滤装置3、二级冷却装置4、加压装置5分别与所述燃烧用气混合装置6和所述还原用气混合装置7的一气体入口通道相连；所述还原用气混合装置7的气体出口通道通过管路依次经由预热炉8及重整炉9与所述竖炉1的气体入口相连；

所述燃烧用气混合装置6的气体出口通道通过管路与所述重整炉9的燃烧器相连。

本实施例中，当所述重整炉9装填重整催化剂时，所述系统还可包括还原气混合装置10及补充还原气源，所述重整炉9的气体出口通过管路经由还原气混合装置10与所述竖炉1的气体入口相连，所述补充还原气源通过管路与所述还原气混合装置10的补充还原气入口相连。

本实施例中，所述系统还包括降温冷却装置11和/或加热装置12，重整炉9的气体出口或者还原气混合装置10的出口通过管路经由加热装置12和/或降温冷却装置11与所述竖炉1的气体入口相连。

本实施例中，所述重整炉9的燃烧器的高温烟气出口通过管路与所述预热炉8的预热介质气入口相连，以用于对进入所述预热炉8内的目标气体进行预热。

本实施例中，所述系统还包括烟囱，所述预热炉8的预热介质气出口通过管路与烟囱相连。

本实施例中，所述系统还包括风机13，用于向所述重整炉9中鼓入空气。

本实施例中，所述过滤装置3为干法除尘器。

本实施例中，所述燃烧用气混合装置6的多个气体入口通道、所述还原用气混合装置7的多个气体入口通道以及还原气混合装置10的补充还原气入口分别与第一煤气调压柜、第二煤气调压柜……、第m煤气调压柜及第n煤气调压柜对应相连。

实施例2

本实施例提供了一种气氛可调气基直接还原炼铁系统，其结构示意图如图2所示，从图2中可以看出，所述气氛可调气基直接还原炼铁系统包括：

竖炉1、一级冷却装置2、过滤装置3、二级冷却装置4、加压装置5、燃烧用气混合装置6、还原用气混合装置7、预热炉8、重整炉9、降温冷却装置11、加热装置12及一台煤气调压柜100；

所述燃烧用气混合装置6和所述还原用气混合装置7分别设置有多个气体入口通道；

其中，所述竖炉1的炉顶煤气出口通过管路依次经由一级冷却装置2、过滤装置3、二级冷却装置4、加压装置5分别与所述燃烧用气混合装置6和所述还原用气混合装置7的一气体入口通道相连；所述还原用气混合装置7的气体出口通道通过管路依次经由预热炉8、重整炉9、加热装置12及降温冷却装置11与所述竖炉1的气体入口相连；

所述燃烧用气混合装置6的气体出口通道通过管路与所述重整炉9的燃烧器相连。

本实施例中，所述重整炉9的燃烧器的高温烟气出口通过管路与所述预热炉8的预热介质气入口相连，以用于对进入所述预热炉8内的目标气体进行预热。

本实施例中，所述系统还包括烟囱，所述预热炉8的预热介质气出口通过管路与烟囱相连。

本实施例中，所述系统还包括风机13，用于向所述重整炉9中鼓入空气。

本实施例中，所述过滤装置3为干法除尘器。

本实施例中，所述燃烧用气混合装置6的多个气体入口通道中的一个气体入口通道及所述还原用气混合装置7的多个气体入口通道中的一个气体入口通道分别通过管路与煤气调压柜100相连，所述煤气调压柜与外界气源相连。

为了更清楚地说明本实用新型实施例2所提供的气氛可调气基直接还原炼铁系统，现详细介绍利用所述气氛可调气基直接还原炼铁系统进行气氛可调气基直接还原炼铁方法，其中，所述方法具体包括以下步骤：

(1)竖炉产生的炉顶煤气(过程气)经一级冷却装置进行一级冷却至将其温度降为过滤装置不产生结露的温度后，进入过滤装置进行净化除尘，以大大降低高压除尘设备的性能参数和成本，净化除尘后的煤气再依次进入二级冷却装置和加压装置依次进行二级冷却及加压，得到净化、加压后的炉顶煤气，一部分净化、加压后的炉顶煤气作为还原用气进入还原用气混合装置并与煤层气(补充气)在还原用气混合装置中混合后送入预热炉进行预热，另一部分净化、加压后的炉顶煤气作为燃料气进入燃烧用气混合装置并与煤层气(补充气)在燃烧用气混合装置中混合，混合后的燃料气进入重整炉的燃烧器以为重整炉提供热能，以使重整炉的炉温，即催化重整反应温度达到1000-1100℃；

其中，本实施例中使用的炉顶煤气和煤层气，以及燃烧用气混合装置和还原用气混合装置中的配气比例等数据参见如下表1所示。

表1

(2)预热后的还原用气进入重整炉，重整炉内设有耐高温辐射管，管内填充重整催化剂，同时用于流通预热后的还原用气，燃烧器燃烧产生的热能经耐高温辐射管传递给管内还原用气(混合煤气)，混合煤气受热升温，并在重整催化剂的催化作用下CO₂与CH₄在重整炉内发生催化重整吸热反应，使CH₄转化为CO+H₂>90v％、H₂/(CO+H₂)>50v％、煤气氧化度不超过5％；催化重整后生成高温还原气，即还原煤气，并将重整炉的燃烧器内燃烧产生的高温烟气排出后先进入预热炉，对进入重整炉前的还原用气进行预热后，再排放；

再通过竖炉入口的降温冷却装置和加热装置，调整竖炉内直接还原反应所需的匹配温度，即调整高温还原气的温度，并将调整后的入炉温度为950-1050℃的高温还原气直接送入竖炉还原冶炼铁矿石(或球团矿)，生成直接还原铁，可实现直接还原的转化率>70％。

实施例3

本实施例提供了一种气氛可调气基直接还原炼铁系统，其结构示意图如图3所示，从图3中可以看出，所述气氛可调气基直接还原炼铁系统包括：

竖炉1、一级冷却装置2、过滤装置3、二级冷却装置4、加压装置5、燃烧用气混合装置6、还原用气混合装置7、预热炉8、重整炉9、还原气混合装置10、降温冷却装置11、加热装置12及两台煤气调压柜，分别记为第一煤气调压柜200、第二煤气调压柜300；补充H₂气源通过管路经由第二煤气调压柜300与所述还原气混合装置10的补充还原气入口相连；

所述燃烧用气混合装置6和所述还原用气混合装置7分别设置有多个气体入口通道；

其中，所述竖炉1的炉顶煤气出口通过管路依次经由一级冷却装置2、过滤装置3、二级冷却装置4、加压装置5分别与所述燃烧用气混合装置6和所述还原用气混合装置7的一气体入口通道相连；所述还原用气混合装置7的气体出口通道通过管路依次经由预热炉8、重整炉9、还原气混合装置10、加热装置12及降温冷却装置11与所述竖炉1的气体入口相连；

所述燃烧用气混合装置6的气体出口通道通过管路与所述重整炉9的燃烧器相连。

本实施例中，所述重整炉9的燃烧器的高温烟气出口通过管路与所述预热炉8的预热介质气入口相连，以用于对进入所述预热炉8内的目标气体进行预热。

本实施例中，所述系统还包括烟囱，所述预热炉8的预热介质气出口通过管路与烟囱相连。

本实施例中，所述系统还包括风机13，用于向所述重整炉9中鼓入空气。

本实施例中，所述过滤装置3为干法除尘器。

本实施例中，所述燃烧用气混合装置6的多个气体入口通道中的一个气体入口通道和所述还原用气混合装置7的多个气体入口通道中的一个气体入口通道分别通过管路与第一煤气调压柜200相连，所述第一煤气调压柜200与外界气源相连。

为了更清楚地说明本实用新型实施例3所提供的气氛可调气基直接还原炼铁系统，现详细介绍利用所述气氛可调气基直接还原炼铁系统进行气氛可调气基直接还原炼铁方法，其中，所述方法具体包括以下步骤：

(1)竖炉产生的炉顶煤气(过程气)经一级冷却、净化、二级冷却及加压后，一部分净化、加压后的炉顶煤气作为还原用气进入还原用气混合装置并与煤层气(补充气)在还原用气混合装置中混合后送入预热炉进行预热，另一部分净化、加压后的炉顶煤气作为燃料气进入燃烧用气混合装置并与煤层气(补充气)在燃烧用气混合装置中混合，混合后的燃料气进入重整炉的燃烧器以为重整炉提供热能，以使重整炉的炉温，即催化重整反应温度达到1000-1100℃；

(2)预热后的还原用气进入重整炉，重整炉内设有耐高温辐射管，管内填充重整催化剂，同时用于流通预热后的还原用气，燃烧器燃烧产生的热能经耐高温辐射管传递给管内还原用气(混合煤气)，混合煤气受热升温，并在重整催化剂的催化作用下CO₂与CH₄在重整炉内发生催化重整吸热反应，使CH₄转化为CO+H₂>90v％、H₂/(CO+H₂)>50v％、煤气氧化度不超过5％；催化重整后生成高温还原气，即还原煤气，该高温还原气含95％左右的CO和H₂，将重整炉的燃烧器内燃烧产生的高温烟气排出后先进入预热炉，对进入重整炉前的还原用气进行预热后，再排放；

其中，本实施例中使用的炉顶煤气和煤层气，以及燃烧用气混合装置和还原用气混合装置(包括还原气混合装置)中的配气比例等数据参见如下表2所示。

表2

/>

于还原气混合装置中将该高温还原气与H₂按比例混合，并通过竖炉入口的降温冷却装置和加热装置，调整竖炉内直接还原反应所需的匹配温度，即调整所得混合还原气的温度，并将调整后的入炉温度为950-1050℃的混合还原气直接送入竖炉还原冶炼铁矿石(或球团矿)，生成直接还原铁，可实现直接还原的转化率>70％。

实施例4

本实施例提供了一种气氛可调气基直接还原炼铁系统，其结构示意图如图4所示，从图4中可以看出，所述气氛可调气基直接还原炼铁系统包括：

竖炉1、一级冷却装置2、过滤装置3、二级冷却装置4、加压装置5、燃烧用气混合装置6、还原用气混合装置7、预热炉8、重整炉9、降温冷却装置11、加热装置12及两台煤气调压柜，分别记为第一煤气调压柜200、第二煤气调压柜300；

所述燃烧用气混合装置6和所述还原用气混合装置7分别设置有多个气体入口通道；

其中，所述竖炉1的炉顶煤气出口通过管路依次经由一级冷却装置2、过滤装置3、二级冷却装置4、加压装置5分别与所述燃烧用气混合装置6和所述还原用气混合装置7的一气体入口通道相连；所述还原用气混合装置7的气体出口通道通过管路依次经由预热炉8、重整炉9、加热装置12及降温冷却装置11与所述竖炉1的气体入口相连；

所述燃烧用气混合装置6的气体出口通道通过管路与所述重整炉9的燃烧器相连。

本实施例中，所述重整炉9的燃烧器的高温烟气出口通过管路与所述预热炉8的预热介质气入口相连，以用于对进入所述预热炉8内的目标气体进行预热。

本实施例中，所述系统还包括烟囱，所述预热炉8的预热介质气出口通过管路与烟囱相连。

本实施例中，所述系统还包括风机13，用于向所述重整炉9中鼓入空气。

本实施例中，所述过滤装置3为干法除尘器。

本实施例中，所述燃烧用气混合装置6的多个气体入口通道中的一个气体入口通道和所述还原用气混合装置7的多个气体入口通道中的一个气体入口通道分别通过管路与第一煤气调压柜200相连，所述第一煤气调压柜200与外界气源相连；

补充H₂气源通过管路经由第二煤气调压柜300与所述还原用气混合装置7的多个气体入口通道中的另一个气体入口通道相连。

为了更清楚地说明本实用新型实施例4所提供的气氛可调气基直接还原炼铁系统，现详细介绍利用所述气氛可调气基直接还原炼铁系统进行气氛可调气基直接还原炼铁方法，其中，所述方法具体包括以下步骤：

(1)竖炉产生的炉顶煤气(过程气)经一级冷却、净化、二级冷却及加压后，一部分净化、加压后的炉顶煤气作为还原用气进入还原用气混合装置并与煤层气(补充气)和H₂(补充气)在还原用气混合装置中混合后送入预热炉进行预热，其中，H₂占70-90v％，煤层气占30-10v％，另一部分净化、加压后的炉顶煤气作为燃料气进入燃烧用气混合装置并与煤层气(补充气)在燃烧用气混合装置中混合，混合后的燃料气进入重整炉的燃烧器以为重整炉提供热能，以使重整炉的炉温达到1000-1100℃；此实施例中，预热炉作为一级预热装置，重整炉作为二级预热装置，重整炉内不添加重整催化剂；

其中，本实施例中使用的炉顶煤气和煤层气，以及燃烧用气混合装置和还原用气混合装置中的配气比例等数据参见如下表3所示。

表3

(2)预热后的还原用气进入重整炉再预热，通过竖炉入口的降温冷却装置和加热装置，调整竖炉内直接还原反应所需的匹配温度，即调整再预热后所得混合气体的温度，并将调整后的入炉温度为850-950℃的混合煤气送入竖炉与铁矿石在竖炉炉内进行自重整反应生成直接还原铁；

其中，自重整反应过程中，使CH₄转化为CO+H₂>60v％、H₂/(CO+H₂)>40v％、煤气氧化度不超过5％。

实施例5

本实施例提供了一种气氛可调气基直接还原炼铁系统，其与实施例2提供的气氛可调气基直接还原炼铁系统的区别仅在于：

还包括还原气混合装置及补充还原气源，所述重整炉的气体出口通过管路依次经由还原气混合装置、加热装置及降温冷却装置与所述竖炉的气体入口相连，所述补充还原气源通过管路与所述还原气混合装置的补充还原气入口相连；

以及所述竖炉的炉顶煤气出口还通过管路依次经由一级冷却装置、过滤装置、二级冷却装置、加压装置与所述还原气混合装置相连。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的气氛可调气基直接还原炼铁系统及方法所能达成的有益技术效果包括：

(1)本实用新型实施例所提供的系统中，于所述竖炉的气体入口处设置降温冷却装置和/或加热装置，用于调整进入竖炉的气体的温度，以便调节不同热值的气源对应的竖炉炉内反应温度；同时还可以保护竖炉设备，避免入炉气体温度过高影响竖炉寿命，从而实现了该系统及方法适用于多种气源的设计理念。

(2)本实用新型实施例针对竖炉的炉顶煤气采用双重冷却+干法除尘工艺，其中采用双重冷却，降低了高压除尘的设备配置，从而降低了成本，而采用干法除尘，避免了湿法除尘造成的环境污染，节能环保。

(3)本实用新型实施例所提供的系统及方法是一种适用于多种气源、气氛可调、绿色环保的气基直接还原炼铁系统及方法。该气基直接还原炼铁系统及方法根据气源种类，通过调整重整催化剂的使用，可以控制生成还原气中CO和H2的占比，即控制生成还原气的H/C比，可以适用于多种气源，生成的还原气比例可调，解决了气源单一及气体比例受限的问题；并且当重整炉内不添加重整催化剂时，于竖炉炉内自重整，当重整炉内添加重整催化剂时，在竖炉炉外，即重整炉炉内进行重整。

(4)本实用新型将竖炉的炉顶煤气经过双重冷却、干法除尘及加压处理后可循环再利用，即将CO₂有效循环再利用，进一步实现了节能和环保的目的。

综上所述，本实用新型实施例践行绿色、低碳、环保等理念，提供了一种多元化、低成本、低能耗、低排放、气氛可调、稳定高效及绿色环保的气基直接还原炼铁系统及方法。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。

Claims (10)

1.一种气氛可调气基直接还原炼铁系统，其特征在于，所述气氛可调气基直接还原炼铁系统包括：竖炉、一级冷却装置、过滤装置、二级冷却装置、加压装置、燃烧用气混合装置、还原用气混合装置、预热炉及重整炉；所述燃烧用气混合装置和所述还原用气混合装置分别设置有多个气体入口通道；

其中，所述竖炉的炉顶煤气出口通过管路依次经由一级冷却装置、过滤装置、二级冷却装置、加压装置分别与所述燃烧用气混合装置和所述还原用气混合装置的一气体入口通道相连；所述还原用气混合装置的气体出口通道通过管路依次经由预热炉及重整炉与所述竖炉的气体入口相连；

所述燃烧用气混合装置的气体出口通道通过管路与所述重整炉的燃烧器相连。

2.根据权利要求1所述的气氛可调气基直接还原炼铁系统，其特征在于，所述系统还包括还原气混合装置及补充还原气源，所述重整炉的气体出口通过管路经由还原气混合装置与所述竖炉的气体入口相连，所述补充还原气源通过管路与所述还原气混合装置的补充还原气入口相连。

3.根据权利要求2所述的气氛可调气基直接还原炼铁系统，其特征在于，所述竖炉的炉顶煤气出口还通过管路依次经由一级冷却装置、过滤装置、二级冷却装置、加压装置与所述还原气混合装置相连。

4.根据权利要求1-3任一项所述的气氛可调气基直接还原炼铁系统，其特征在于，所述系统还包括降温冷却装置和/或加热装置，重整炉的气体出口或者还原气混合装置的出口通过管路经由降温冷却装置和/或加热装置与所述竖炉的气体入口相连。

5.根据权利要求1-3任一项所述的气氛可调气基直接还原炼铁系统，其特征在于，所述重整炉的燃烧器的高温烟气出口通过管路与所述预热炉的预热介质气入口相连，以用于对进入所述预热炉内的目标气体进行预热。

6.根据权利要求5所述的气氛可调气基直接还原炼铁系统，其特征在于，所述系统还包括烟囱，所述预热炉的预热介质气出口通过管路与烟囱相连。

7.根据权利要求1-3任一项所述的气氛可调气基直接还原炼铁系统，其特征在于，所述系统还包括风机，用于向所述重整炉中鼓入空气。

8.根据权利要求1-3任一项所述的气氛可调气基直接还原炼铁系统，其特征在于，所述过滤装置为干法除尘器。

9.根据权利要求1-3任一项所述的气氛可调气基直接还原炼铁系统，其特征在于，所述系统还包括多台煤气调压柜，所述燃烧用气混合装置的多个气体入口通道、所述还原用气混合装置的多个气体入口通道以及还原气混合装置的补充还原气入口分别与所述煤气调压柜相连。

10.根据权利要求1-3任一项所述的气氛可调气基直接还原炼铁系统，其特征在于，所述系统还包括供配电系统、控制系统及检测系统。

Images