[发明专利]一种氢气喷吹炼铁竖炉装置及实现氢气炼铁低能耗的方法

说明书

本发明涉及一种氢气喷吹炼铁竖炉装置，所述装置包括炼铁竖炉、微波加热装置、氢气加热炉、余热回收和冷凝装置以及氢气存储罐，所述余热回收和冷凝装置的一端连接氢气加热炉，另一端连接炼铁竖炉，所述氢气加热炉设置在氢气存储罐和炼铁竖炉之间，所述微波加热装置设置在炼铁竖炉内；该技术方案实现氢气炼铁竖炉最低极限能耗的目的，该方法通过一种两段式氢气喷吹的炼铁竖炉工艺流程来实现，该工艺采用氢气作为还原剂在竖炉内还原铁矿石，分别在竖炉的中部和底部设置了一个氢气喷吹入口。

技术领域

本发明涉及一种炼铁装置，具体涉及一种氢气喷吹炼铁竖炉装置，属于炼铁和能源环保技术领域。

背景技术

我国是世界上最大的发展中国家，随着各行各业的迅速发展，对能源的需求将越来越多。能源的生产和使用是造成空气污染和温室气体排放的最大来源，全国90%的SO₂排放量、70%的烟尘排放量、70%的CO₂排放量来自于煤。长期以来，我国煤炭消费占比始终在70%左右，这种以煤炭为主的能源消费结构，造成了大量的环境问题。钢铁工业是我国国民经济的重要基础，也是能源密集型行业，消耗大量的碳基燃料，整个行业的CO₂排放量约占全国CO₂排放总量的17%，是重要的碳排放源之一。

中国节能协会冶金工业节能专业委员会发布的《中国钢铁工业节能低碳发展报告(2018)》指出，目前中国钢铁工业存在能源结构偏重和传统节能技术遇到瓶颈等问题。在我国，约90%的钢铁由高炉-转炉系统生产，其中高炉炼铁的能耗占钢铁工业总能耗的50%左右，且高炉炼铁的能源以碳基燃料为主。因此，钢铁工业的减排重点工作应放在炼铁工艺，炼铁行业的相关研究者需要大胆创新，开发具有新能源结构的炼铁工艺，研究高效、绿色、可循环的新一代炼铁流程。

氢气炼铁是目前被认为具有取代传统炼铁工艺潜力的技术之一，与高炉炼铁工艺相比，将使整个钢铁流程减少30%-40%的CO₂排放。从热力学角度来讲，在温度大于810℃时，H₂还原曲线位于CO的下方，此时H₂的还原能力高于CO，作为还原剂更有优势；从传热角度来讲，相同温度下，H₂的导热系数大于CO，与铁矿石的对流换热会更快，不仅加速了还原反应的进行，还有利于余热回收。综上所述，无论从热力学角度还是从动力学角度分析，富氢或纯氢炼铁都具有很大的优势。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种氢气喷吹炼铁竖炉装置以及通过该装置实现低能耗的方法，该技术方案实现氢气炼铁竖炉最低极限能耗的目的，该方法通过一种两段式氢气喷吹的炼铁竖炉工艺流程来实现，该工艺采用氢气作为还原剂在竖炉内还原铁矿石，分别在竖炉的中部和底部设置了一个氢气喷吹入口。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种氢气喷吹炼铁竖炉装置，其特征在于，所述装置包括炼铁竖炉、微波加热装置、氢气加热炉、余热回收和冷凝装置以及氢气存储罐，所述余热回收和冷凝装置的一端连接氢气加热炉，另一端连接炼铁竖炉，所述氢气加热炉设置在氢气存储罐和炼铁竖炉之间，所述微波加热装置设置在炼铁竖炉内。

作为本发明的一种改进，竖炉的中部设置有高温氢气喷入口，在竖炉的底部设置有低温氢气喷入口，实现氢气的两段式喷吹。

作为本发明的一种改进，所述炼铁竖炉的顶部通过管道连接余热回收和冷凝装置，来回收未反应的氢气，实现未反应氢气的全部循环而不需要考虑氢气的利用率。

一种利用所述装置实现氢气炼铁低能耗的方法，所述方法包括以下步骤：上部铁矿石预热（气体显热利用）、中部氢气还原、下部海绵铁冷却、顶部气体显热回收、两段式氢气喷吹和竖炉中部热量补充。

作为本发明的一种改进，把铁矿石从竖炉的顶部加入，经过炉内还原后生成海绵铁从竖炉底部排出。