[发明专利]一种基于生物质的直接还原炼铁装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于炼铁技术领域，尤其涉及一种基于生物质的直接还原炼铁装置及方法。

背景技术

钢铁工业是国民经济发展的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志。现代炼钢原料主要来源于高炉炼铁、少量的废钢和直接还原铁。在世界钢铁工业中，炼钢生铁的供应60%左右来自高炉，而我国几乎90%来自高炉炼铁。我国高炉炼铁技术在现代钢铁工业中遭遇到了二大矛盾：一是高炉炼铁工艺强烈依赖的优质炼焦与煤源储量日益匮乏之间的矛盾；二是越来越高的环保要求与传统高炉炼铁技术的严重的环境污染之间的矛盾。上述两大矛盾严重影响了我国钢铁工业的可持续发展，并迫使人们寻求新的燃料来代替冶金焦。因此，新型炼铁燃料的开发与相应炼铁工艺的研究对国民经济发展具有非常重要的战略意义。

国内外目前替代冶金焦炼铁的新燃料主要为煤粉、天然气，研究的炼铁新工艺主要有直接还原和熔融还原等非高炉炼铁技术。

直接还原法则是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿石(或含铁团块)软化温度以下进行还原得到金属铁的方法。其产品呈多孔低密度海绵状结构，被称为直接还原铁或海绵铁。直接还原根据主体能源的不同，可将流程划分为煤基直接还原、气基直接还原和电热直接还原三大类。当前，以气基直接还原为主，占85%左右，它是将天然气转化成所需的还原剂，然后在竖炉中还原块矿或球团矿。

目前，气基直接还原炼铁方法存在有下述缺点：

（1）必需采用丰富的天然气资源作为保障；

（2）反应温度低，反应速度较慢，炉料在还原带停留时间较长；

（3）以纯氢气为还原剂，虽可提高整个流程的生产效率，但运行成本较高；

（4）对铁矿石粒度和品位要求高；

综上所述，非高炉炼铁的技术发展的目的是为了不使用焦煤，而使用煤或天然气，能源结构并没有发生根本性的变化，仍然离不开化石能源，对环境污染尤其是碳减排没有根本改善。同时，它们的能源消耗量比高炉炼铁高，品质离高炉炼铁还有相当的距离，其综合效益并没有优势，研究与应用进展缓慢。

发明内容

针对现有技术中炼铁技术离不开化石能源的不足和缺陷，本发明提供了一种基于生物质的直接还原炼铁装置和方法，本发明以生物质粉末和铁矿石粉混合制取生球团，以生物质催化气化生成的富含氢气和一氧化碳的合成气作为还原剂的直接还原炼铁。本发明投资小、成本低，生产效率高，获得的产品品质高。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种基于生物质的直接还原炼铁装置，它包括风机、风粉预混管、生物质进料器和燃烧室，所述生物质进料器与风粉预混管连通，所述风粉预混管一端与风机相连，另一端为与所述燃烧室下部的生物质粉体与助燃空气进口连接，所述燃烧室底部设有排渣口，顶部设有烟气出口，燃烧室中间部位设有用于直接还原炼铁的反应器，所述反应器顶部设有还原废气出气口，反应器底部与生物质合成气进气管相连。

对技术方案的进一步改进：在所述反应器底部生物质合成气进气管上部设有生物质合成气分布板。

对技术方案的进一步改进：在所述反应器中间部位设有热电偶。

对技术方案的进一步改进：所述生物质与助燃空气进口沿燃烧室下部切线方向与燃烧室连接。

对技术方案的进一步改进：所述燃烧室呈圆柱形。

本发明还提供了一种基于生物质的直接还原炼铁方法，所述方法包括以下步骤：

(1) 生球团制备，按铁精矿粉70-85%、生物质粉末10-15%、白云石5-10%、粘结剂3-5%和水5-10%混合制成生球团；

(2) 预热，将所述生球团放置于窑炉内进行预热，预热温度控制在600~800℃，所述反应器以燃烧生物质粉体作为外加热源； 

(3) 直接还原，预热完成后，增加窑炉温度使其达到800~1000℃后，向窑炉内通入由生物质催化气化制备的生物质合成气作为还原剂，持续通入1-2h，即得到直接还原铁或纯净生铁，未反应完全的合成气及还原反应产生的废气进入燃烧室燃烧，以补偿还原反应所需的热量。

对技术方案的进一步改进：所述生球团预热及还原过程所需外加热源由生物质燃烧提供。

对技术方案的进一步改进：所述粘结剂为膨润土或有机粘结剂中任意一种或一种以上的粘结剂组成的混合物，优选为膨润土。

对技术方案的进一步改进：所述生球团的形状为球形、方形、圆柱形，优选为圆柱形或球形。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：