[发明专利]一种竖炉生产直接还原铁的系统及其方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及生产直接还原铁领域，具体涉及一种竖炉生产直接还原铁的系统及其方法。

背景技术

目前，冶金工业中直接还原铁的生产工艺主要有煤基法和气基竖炉法两种。通过气基竖炉生产的直接还原铁是代替废钢并优于废钢的炼钢原料，是稀释废钢中的错杂元素、发展电炉炼钢必不可少的纯净铁原料。由于气基竖炉生产技术污染小、能耗低，被认为是钢铁工业发展中最有可能替代高炉的冶金技术。而我国“缺油、少气、富煤”的资源结构，限制了国外通用的以天然气为还原气源的竖炉直接还原技术在国内的推广应用。因此，开发推广以煤制气为气源的气基竖炉直接还原技术在国内具有广阔的发展空间。

气基竖炉直接还原技术对入炉的还原气体成分的要求较为严格，例如，Midrex工艺要求还原气中(CO+H₂)>90％，H₂/CO≈1.6，而HYLⅢ工艺要求还原气中(CO+H₂)>90％，H₂/CO≈3.6。还原气体为富氢气体具有以下优势：(1)在高于815℃的温度下，氢气还原速度是CO的5-6倍；(2)CO还原过程中，球团易产生膨胀、碎裂等现象，而用氢还原时这些现象几乎不会出现；(3)在升降温过程中，能够有效地避免严重析碳的发生。

但是，现有的煤制气技术产生的气体中H₂/CO大部分都小于1.5。只有鲁奇移动床加压气化技术产生的气体中H₂/CO为1.6，但是有效气体成分(CO+H₂)只有65％左右。为了满足气基竖炉直接还原工艺对还原气组成成分的要求，煤制气技术必须增加煤气转换装置，通过水煤气反应，增加还原气体中H₂的含量，而此方法将直接导致生产工序的增加和能耗的提高。

综上所述，开发出一种能够提高还原气体中H₂/CO比值和有效气体成分(CO+H₂)含量的技术，成为煤制气—气基竖炉直接还原技术工业化应用的关键所在。

转炉炼钢在吹炼期间产生大量煤气，其温度达1400-1600℃，煤气中CO含量达到60-85％，其发热值达7MJ/m³以上。由于煤气温度和CO含量高，出炉口后遇到空气就立即燃烧。近年来国内外对煤气处理主要包括：(1)将煤气随意燃烧后经降温、除尘后放散，其不足为污染环境且浪费大量资源；(2)煤气回收利用。煤气回收利用存在的主要问题在于：转炉烟气中的物理显热在汽化冷却的过程中全部被浪费，由于转炉的烟气量很大，因此，此种浪费是惊人的；同时氧和煤气反应不充分时，存在剩余的氧和剩余的煤气共存的情形，存在安全隐患。汽化冷却不仅浪费了转炉烟气的大量显热，而且还要消耗大量的水，可回收的煤气量少，即吨钢回收煤气只有70m³，单位发热值只有5MJ/m³左右。

发明内容

本发明的目的在于提供一种竖炉生产直接还原铁的系统及其方法。该系统及其方法充分利用转炉煤气热解低阶煤，获取热解气，也能够利用转炉煤气显热，节约能源。热解气经转炉煤气稀释后，甲烷含量明显降低，省却煤制气重整流程，节省设备投资，降低生产成本。

本发明提供了一种竖炉生产直接还原铁的系统，其中，所述系统包括制备竖炉还原气的子系统和气基竖炉，所述制备竖炉还原气的子系统包括转炉、热解炉、除尘器、脱硫塔、气体混合器和加热炉。所述转炉包括转炉煤气出口；所述热解炉包括第一气体入口、低阶煤入口和第二气体出口；所述除尘器包括第二气体入口和第三气体出口，所述脱硫塔包括第三气体入口和第四气体出口；所述气体混合器包括第四气体入口、氢气入口和还原气出口；所述加热炉包括所述还原气入口、加热炉燃料气入口和热还原气出口；所述气基竖炉包括热还原气入口、矿料入口和设置在竖炉顶部的竖炉炉顶气出口。所述转炉的转炉煤气出口连接所述热解炉的第一气体入口，所述热解炉的第二气体出口连接所述除尘器的第二气体入口，所述除尘器的第三气体出口连接所述脱硫塔的第三气体入口，所述脱硫塔的第四气体出口连接所述气体混合器的第四气体入口，所述气体混合器的还原气出口连接所述加热炉的还原气入口，所述加热炉的热还原气出口连接所述气基竖炉的热还原气入口。

优选地，根据上述的竖炉生产直接还原铁的系统，其中，所述制备竖炉还原气的子系统还包括提氢装置，所述提氢装置包括精脱焦炉煤气入口、氢气出口和第五气体出口，所述氢气出口连接所述气体混合器的氢气入口。