[发明专利]一种基于高炉渣余热利用的直接还原炼铁装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源回收利用领域，具体涉及一种基于高炉渣余热利用的直接还原炼铁装置与方法。

背景技术

为摆脱焦煤资源短缺对发展的羁绊、适应日益提高的环境保护要求、降低钢铁生产能耗，现代钢铁工业开发了以非结焦煤为基础能源的非高炉炼铁技术，其中的直接还原法是铁氧化物在不熔化、不造渣且在固态下还原生成金属铁产品，是一种清洁的生产方式。然而，由于缺少合理的热源，制成制约其工业化大规模生产的瓶颈。

高炉渣是钢铁生产过程的主要副产品，含热量丰富，每生产1吨生铁要副产0.3～0.6吨炉渣，每吨渣约含有（1.26～1.88）×10⁶kJ的显热。炉渣所含有的余热量高但其品味较低，目前，还没有找到有效的回收与利用途径。高炉渣所具有的温度和热量，恰好满足直接还原炼铁工艺的要求，为其提供“免费”能源，有效解决直接还原铁生产成本高制约其产业化的难题。

专利“高炉渣余热回收与直接还原联合生产系统及方法”（申请号201510531284.1）公开了一种高炉渣显热回收与利用的装置和方法，该方法是利用炉渣的显热进行煤粉的气化，并将煤粉气化产生的富含H₂和CO的气体通入到还原竖炉当中进行直接还原铁的生产。该方法实质是将已经成熟的熔渣粒化技术、煤气化技术和煤制气直接还原炼铁技术进行集成，使高温熔渣的热量固化到煤气中，再采用煤制气作为炼铁还原剂，与传统的直接还原炼铁技术相比，在还原剂选用与制备上没有创新，且存在以下问题：

(1) 由于煤气化所需温度较高，因此该方法需要采用二次冷却系统对粒化炉渣进行进一步冷却，在二次冷却系统中，粒化渣与空气进行换热，但是炉渣表面附着了煤粉气化残留的灰分，影响其换热效果；

(2) 还原竖炉对还原气组分要求严格，煤气化气体产物组分通常不能满足要求，需要额外增加加氢装置，增加了设备投资和运行成本；

(3) 系统所需反应装置较多，而且设备复杂，控制困难，流程较长，炉渣需要进行二次冷却，会导致显热浪费多，热回收效率不高、动力消耗大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于高炉渣余热利用的直接还原炼铁装置和方法，将液态高炉渣制成高温炉渣颗粒，并负载还原剂，作为热载体与铁矿粉直接接触实现高效热质传递，使铁矿粉发生还原反应生产直接还原炼铁。本发明采用高炉渣余热作为铁矿粉直接还原热源，既实现了高炉渣余热的高效回收利用，又实现了直接还原铁低成本、高效的生产。为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

本发明提供一种基于高炉渣余热利用的直接还原炼铁装置，其特征在于：该装置包括粒化装置和移动床还原装置；

所述粒化装置包括内层粒化区和外层铁矿粉预热区，粒化装置顶部开有液态高炉渣进口，内层粒化区上部设有还原剂喷洒器，中部设有粒化盘，底部设有粒化炉渣出口；外层铁矿粉预热区上部开有铁矿粉进口，与螺旋给料器相连，下部开有预热铁矿粉出口与移动床还原反应装置的预热铁矿粉进口相连；

所述移动床还原反应装置，上部为预混区，下部为还原区；所述预混区顶部分别设有粒化炉渣进口和还原尾气出口；所述还原区为3~10个“椭圆球形”还原室相连接的结构；

所述移动床还原反应装置的粒化炉渣进口与粒化装置的粒化炉渣出口之间，预热铁矿粉出口与预热铁矿粉进口之间均通过星形给料器相连；还原铁产品与粒化炉渣由炉渣与还原铁产物出口排出。

利用上述装置进行基于高炉渣余热利用的直接还原炼铁生产，包括以下步骤：

(1) 由高炉排出的液态高炉渣进入粒化器进行粒化，粒化过程中向炉渣表面喷淋还原剂，使炉渣颗粒表面负载还原剂后，排出粒化器；

(2) 负载还原剂的所述炉渣颗粒进入移动床还原反应装置内，作为热载体与预热后的铁矿粉均匀混合，还原剂在炉渣颗粒热载体的作用下和铁氧化物发生还原反应，生成直接还原铁产品。

进一步的，所述粒化后炉渣温度为1000~1200℃。

进一步的，所述粒化后炉渣粒径控制在2mm以下。

进一步的，所述还原剂为液态，如煤焦油、城市生活垃圾裂解焦油、污泥和秸秆类生物质裂解焦油、塑料和轮胎裂解油等。

进一步的，所述还原剂喷淋量为炉渣质量的60%~100%。

进一步的，所述高炉渣与铁矿粉输入质量比为1~2:1。

相比传统的直接还原炼铁方法与装置，本发明有如下优势：