一种还原竖炉生产海绵铁的炉顶气利用系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种还原竖炉生产海绵铁的炉顶气利用系统。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，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，预热罐的预热气体入口连接炉顶气出口；冷却气输入管和冷却气排出管设于还原竖炉的下部冷却段并与冷却段内部连通；冷却气输入管的入口连接脱碳系统的冷却气出口；预还原罐设于还原竖炉的外部，预还原罐的预还原气体入口与冷却气排出管的出口连接。本实用新型专利技术可充分利用高温炉顶气所含热能对矿石进行预热，能够利用冷却后的炉顶气的热能以及煤气中CO、H2还原气体对预热后的矿石进行预还原，降低了竖炉能耗，实现了竖炉炼铁技术的低碳和环保。

A production of sponge iron furnace top gas utilization system

The utility model relates to a top gas utilization system for producing sponge iron in a reduction shaft furnace. The system comprises a preheating tank, washing tower, dewatering device, decarbonization system and cooling gas inlet pipe, cooling gas discharge tube and pre reduction tank, a preheating tank, washing tower, dehydration and decarbonization system is connected on the external furnace, preheating gas entrance preheating tank connection top gas outlet; cooling gas inlet pipe and cooling the gas discharge tube is arranged on the lower part of the reduction shaft furnace cooling section and cooling section connected inside; cooling gas inlet pipe entrance decarbonization system of cooling gas outlet; pre reduction tank is arranged on the reduction shaft outside of the gas inlet and the cooling pipe is connected to the outlet of exhaust gas pre reduction tank pre reduction. The utility model can make full use of high temperature blast furnace gas heat energy for preheating ore, using blast furnace gas cooled heat and gas CO, H2 reduction of gas preheating of prereducing ore, reducing the energy consumption of shaft furnace, the furnace ironmaking technology of low carbon and environmental protection.

【技术实现步骤摘要】
一种还原竖炉生产海绵铁的炉顶气利用系统
本技术属于还原竖炉领域，具体涉及一种还原竖炉生产海绵铁的炉顶气利用系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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。本技术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。本技术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，本技术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。本技术可充分利用高温炉顶气所含热能对矿石进行预热，并且能够利用冷却后的炉顶气的热能以及煤气中的CO、H2还原气体对预热后的矿石进行进一步预还原。使预还原后的球团进入竖炉的竖炉热装球团工艺可极大降低竖炉能耗，实现了竖炉炼铁技术的低碳和环保生产。本技术进一步采用天然气或焦炉煤气在竖炉内的水蒸气重整技术，可避免外部转化炉的投资和Ni基等贵重金属催化剂的消耗费用，极大地降低了生产成本。本技术利用炉顶气的各工艺步骤衔接合理，充分考虑以天然气、焦炉煤气为原料气重整制取还原气生产海绵铁的特点，使得炉顶气与天然气、焦炉煤气结合起来，各部分协同作用，取得极佳的低能耗、环保节能的效果。附图说明图1为本技术实施例的竖炉炉顶煤气利用工艺系统流程示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本技术的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本技术的限制。如图1所示，本技术提出一种还原竖炉生产海绵铁的炉顶气利用工艺，主要工艺为：从竖炉1出来的炉顶气直接通入炉料预热罐2，出炉料预热罐2的炉顶气则经过降温除尘、脱水、脱碳后与部分焦炉煤气或天然气混合通入竖炉冷却段，从冷却段出口排出的高温冷却气通入炉料预还原罐3对铁矿石进行还原，之后经过处理与焦炉煤气混合作为重整气通入炉内进行重整、还原、渗碳反应。本技术提出的还原竖炉生产海绵铁的炉顶气利用系统主要包括预热罐2、洗涤塔4、脱水器5、脱碳系统6、冷却气输入管、冷却气排出管和预还原罐3。所述预热罐2、洗涤塔4、脱水器5和脱碳系统6依次相连设于还原竖炉1的外部，所述预热罐2的预热气体入口连接所述还原竖炉1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1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6的冷却气出口。所述预还原罐3设于所述还原竖炉1的外部，所述预还原罐3的预还原气体入口与所述冷却气排出管的出口连接。本技术对还原竖炉1炉顶气的处理工艺流程具体实施如下所述。竖炉炉顶气由炉顶排出后直接进入炉料预热罐2，对罐内冷态球团进行干燥和预热。经过炉料预热罐2排出的炉顶气进入洗涤塔4进行降温除尘。在所述脱水器5和脱碳系统6之间还连接有压缩机7。经过降温除尘后的煤气进入脱水器5进行脱水，随后经过压缩机6加压后进入脱碳系统6脱碳，脱碳后的脱碳气中CO2的体积含量≤1％，H2O的体积含量≤2％。所述冷却气输入管与所述脱碳系统6之间连接有加压系统8，所述加压系统还连接焦炉煤气或天然气管道。经过脱碳后的炉顶煤气作为冷却气，经加压系统8加压到满足冷却段入口压力范围内，与适量焦炉煤气或天然气混合直接通入炉内，冷却高温海绵铁。从冷却段排出的高温冷却气直接通入预热后铁矿所在的罐内(预还原罐3)，对铁矿石进行预还原。所述系统还包括依次相连的热交换器9、脱水设备10、第二压缩机11、CO2脱除器12和加热器13，所述热交换器9与所述预还原罐3的煤气出口相连；所述加热器13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13的混合气输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种还原竖炉生产海绵铁的炉顶气利用系统，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种还原竖炉生产海绵铁的炉顶气利用系统，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的炉顶气利用系统，其特征在于，在所述脱水器和...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴道洪，员晓，范志辉，刘亮，曹志成，
申请(专利权)人：江苏省冶金设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32