[实用新型]一种还原竖炉生产海绵铁的炉顶气利用系统

说明书

技术领域

本实用新型属于还原竖炉领域，具体涉及一种还原竖炉生产海绵铁的炉顶气利用系统。

背景技术

我国是钢铁生产大国，2015年我国大陆粗钢产量为8.04亿吨，占全球总产量49.5％。但是钢铁产业结构不合理，铁钢比高、电炉钢比例小，部分特殊的钢材品种还需进口，炼钢工艺以高炉炼铁-转炉炼钢的长流程为主，能源资源消耗大、生产成本高，经济效益差。气基竖炉直接还原技术作为主要的非高炉炼铁技术在国外已得到成熟应用，具有能耗低，无需高炉炼铁涉及到的烧结、焦化两个高耗能、高污染工序，具有流程短、节能减排效果明显的优势，是改善钢铁产品结构，提高钢铁产品质量，实现清洁冶炼的重要生产技术。

气基竖炉主要有Midrex和HYL工艺，主要采用天然气重整方法制取还原气，进而还原铁矿石。Midrex炉顶气冷却工艺是将净炉顶煤气作为竖炉下部海绵铁冷却气，完成冷却过程后的炉顶煤气再作为重整剂与天然气混合，预热后则通入转化炉制取还原气，再进入竖炉内对铁矿石进行还原。部分炉顶煤气与适量天然气混合后作为转化炉燃料。但工艺采用外部转化炉，增加投资，需要消耗大量Ni基等贵金属催化剂，运行费用较高。

HYL-ZR(Energiron)工艺取消天然气重整炉，以经过洗涤净化后的炉顶气为重整剂与天然气混合入炉，由炉内的海绵铁为催化剂重整生成还原气。针对天然气资源贫乏地区，同时开发了以焦炉煤气制取还原气生产海绵铁技术，其炉顶气利用方式与传统MIDREX及HYL-ZR工艺类 似。竖炉还原过程耗气量大，还原铁矿石后的炉顶气温度大约为400℃左右，富含大量显热还未有效利用，同时炉顶气中CO+H₂含量仍然较高，具有一定还原能力。因此，研究炉顶煤气如何高效利用的工艺，对竖炉炼铁工艺流程降低能耗有着极为重要的意义。

因此，针对现有技术竖炉生产海绵铁时炉顶气热能回收率偏低，只能回收部分热能及副产中压蒸汽，及炉顶煤气处理过程复杂，处理工艺只适用于熔炼制气炉-竖炉工艺，并不适用于以天然气、焦炉煤气为原料气重整制取还原气生产海绵铁工艺的问题，有必要提出一种新的炉顶气利用技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种还原竖炉生产海绵铁的炉顶气利用系统，主要为了提高炉顶气热能回收率，简化炉顶煤气处理过程，并适用于以天然气、焦炉煤气为原料气重整制取还原气生产海绵铁的工艺。

本实用新型提供了一种还原竖炉生产海绵铁的炉顶气利用系统，所述系统包括预热罐、洗涤塔、脱水器、脱碳系统、冷却气输入管、冷却气排出管和预还原罐，其中，所述预热罐、洗涤塔、脱水器和脱碳系统依次相连设于还原竖炉的外部，所述预热罐的预热气体入口连接所述还原竖炉的炉顶气出口；所述冷却气输入管和冷却气排出管从下到上依次设于所述还原竖炉的下部冷却段并与所述冷却段内部相连通；所述冷却气输入管的入口连接所述脱碳系统的冷却气出口；所述预还原罐设于所述还原竖炉的外部，所述预还原罐的预还原气体入口与所述冷却气排出管的出口连接。

上述的炉顶气利用系统，在所述脱水器和脱碳系统之间还连接有压缩机。

上述的炉顶气利用系统，所述冷却气输入管与所述脱碳系统之间连接有加压系统，所述加压系统还连接焦炉煤气或天然气管道。

进一步地，所述系统还包括依次相连的热交换器、脱水设备、第二压缩机、CO₂脱除器和加热器，所述热交换器与所述预还原罐的煤气出口相连；所述加热器的气体入口还连接加压焦炉煤气或天然气管道；所述加热器的混合气输出管道与氧气管道相交连通后与所述还原竖炉的还原气入口相连。

进一步地，所述加热器的燃料入口连接所述脱水设备的煤气出口。

本实用新型利用高温炉顶气的显热对铁矿石进行干燥和预热，预热完成后的炉顶气经过降温除尘、脱水后加压进入脱碳系统脱除CO₂，随后作为高温海绵铁的冷却气，通入还原竖炉冷却段，完成冷却过程的高温炉顶气再用来对预热后的铁矿石进行预还原。

进一步地，本实用新型将还原完成后的炉顶气作为重整剂与天然气或焦炉煤气混合预热后通入竖炉，依靠还原后的海绵铁作催化剂进行自重整生成CO和H₂，进而还原竖炉内铁矿石。