一种竖炉生产直接还原铁的系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种竖炉生产直接还原铁的系统，该系统包括制备竖炉还原气的子系统和气基竖炉，制备竖炉还原气的子系统包括依次连接的转炉、热解炉、除尘器、脱硫塔、气体混合器和加热炉。加热炉与气基竖炉连接。该系统采用转炉炼钢、低阶煤热解与直接还原工艺设备进行耦合，既可经济有效地利用转炉煤气，又可降低热解设备、气基直接还原设备投资，降低直接还原铁生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种竖炉生产直接还原铁的系统
本技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种竖炉生产直接还原铁的系统。该系统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。本技术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。更优选地，根据上述的竖炉生产直接还原铁的系统，其中，所述气基竖炉还包括第五气体入口和加热后第五气体出口，所述第五气体入口连接所述提氢装置的第五气体出口，所述加热后第五气体出口与所述加热炉燃料气入口连接。再优选地，根据上述的竖炉生产直接还原铁的系统，其中，所述系统还包括竖炉炉顶气净化循环系统，其包括所述气基竖炉的竖炉炉顶气出口、设置在所述气体混合器的竖炉炉顶气入口、以及依次设置在所述竖炉炉顶气出口和所述竖炉炉顶气入口之间的洗涤塔和脱硫脱碳装置。具体地，所述洗涤塔用于对气基竖炉炉顶气洗涤得到洗涤后尾气；所述脱硫脱碳装置用于脱除所述洗涤后尾气中的CO和硫得到净化的炉顶气；所述净化的炉顶气进入所述气体混合器，成为所述还原气的一部分。本技术还提供了一种通过上述的竖炉生产直接还原铁的系统生产直接还原铁的方法，其中，所述方法包括：(1)低阶煤热解：从第一气体入口和低阶煤入口，分别向热解炉中通入转炉煤气和低阶煤，使所述低阶煤热解，并得到调质转炉煤气，其中，所述转炉煤气的温度为800～1100℃；(2)除尘和脱硫：所述调质转炉煤气经由第二气体入口通入除尘器中进行除尘处理，得到除尘后的调质转炉煤气，并从第三气体出口排出，所述除尘后的调质转炉煤气经由第三气体入口通入脱硫塔中进行脱硫处理，得到除尘脱硫后的调质转炉煤气，并从第四气体出口排出；(3)调氢：将所述除尘脱硫后的调质转炉煤气和氢气分别经由第四气体入口和氢气入口通入气体混合器进行混合，得到还原气；(4)加热：使所述还原气在加热炉中被加热至900-1000℃，得到热还原气；(5)直接还原：使所述热还原气在气基竖炉中与铁矿料接触，将所述铁矿料还原，得到直接还原铁，并将炉顶气经竖炉炉顶气出口排出。其中，步骤(1)中的转炉煤气的主要成分为CO62～68％、CO216～24％、N210～18％，低阶煤可以为低阶煤团或低阶煤颗粒，所述低阶煤球团的粒径为4～12mm，所述低阶煤颗粒的粒径为3～8mm。优选地，根据上述的生产直接还原铁的方法，其中，步骤(3)中所述还原气中H2/CO的摩尔比为1.5-5.0。优选地，根据上述的生产直接还原铁的方法，其中，所述方法还包括焦炉煤气氢气分离步骤：在提氢装置中，使焦炉煤气经变压吸附法分离，得到氢气和第五气体，所得到的氢气通入所述气体混合器中，用于步骤(3)中，与除尘脱硫后的调质转炉煤气混合。其中，氢气的纯度大于99体积％。其中，所述焦炉煤气为经除尘、脱硫、脱碳处理后的焦炉煤气。优选地，根据上述的生产直接还原铁的方法，步骤(2)中得到的所述调质转炉煤气中含有(CO+H2)的体积百分比为65-80％、CO210-20％，CH40.1-0.5％，N29-16％。优选地，根据上述的生产直接还原铁的方法，其中，所述方法还包括如下步骤：将所述提氢装置得到的第五气体送入所述气基竖炉中，对所述直接还原铁进行冷却，得到加热后的第五气体，并将所述加热后的第五气体，用作步骤(4)中所述加热炉的燃料气。具体地，所述第五气体从所述气基竖炉冷却段底部进入所述气基竖炉后，与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种竖炉生产直接还原铁的系统，其特征在于，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除第四气体入口、氢气入口和还原气出口；所述加热炉包括还原气入口、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。

【技术特征摘要】
1.一种竖炉生产直接还原铁的系统，其特征在于，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除第四气体入口、氢气入口和还原气出口；所述加热炉包括还原气入口、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...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯鲁兴，唐敬坤，韩志彪，邓君，曹志成，汪勤亚，吴道洪，
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