一种并联蓄热式气基竖炉及生产直接还原铁方法技术

本发明专利技术提供一种并联蓄热式气基竖炉及生产直接还原铁方法，并联蓄热式气基竖炉采用两个竖炉，两个竖炉的炉顶煤气、高温还原气、中间煤气和冷却煤气相连；生产直接还原铁方法：含铁球团或块矿连续加入两个竖炉，高温还原气定期在换向阀组的切换下进入竖炉，按照气流方向，在两个竖炉内同时并流加热和逆流蓄热并发生还原反应，生成直接还原铁和炉顶煤气；炉顶煤气自一侧竖炉上部排出，经除尘、净化、脱湿和加压后作为加热炉燃料、循环还原气和循环冷却煤气使用；本发明专利技术采用连通的双竖炉构造，增加了煤气行程，提高了煤气利用率，降低了炉顶煤气温度；煤气流在线切换，有利于实现双竖炉温度场同步与统一，解决双竖炉同步稳定运行问题。

【技术实现步骤摘要】
一种并联蓄热式气基竖炉及生产直接还原铁方法
本专利技术属于直接还原
，具体涉及一种并联蓄热式气基竖炉及生产直接还原铁方法。
技术介绍
为了摆脱焦煤资源短缺对冶金工业发展的羁绊，适应环境保护的要求，进一步地降低炼铁工序能耗，以直接还原为主要发展方向之一的非高炉炼铁技术，日益成为了钢铁行业发展和关注的热点。直接还原技术作为一种新的炼铁技术，有气基直接还原和煤基直接还原两种。其中气基竖炉工艺因单位容积利用率高、生产效率高等优点而成为了现有直接还原工艺的主流技术，典型如MIDREX法和HYL法。现有气基直接还原装置依然存在有待进一步完善的工艺环节，如(1)因气流行程较短，炉顶煤气温度一般为400～500℃，比传统高炉工艺的炉顶煤气温度高250～300℃，因此热效率利用上较高炉工艺有一定的差距；(2)因炉顶温度较高，含尘量大，大多采用湿法除尘工艺，通过洗涤对高温还原气同时进行降温和除尘，因此炉顶煤气的显热损耗较大，除尘过程中需要消耗新水并产生污泥，没有传统高炉的干法除尘工艺环保效果好和运行成本低；(3)因煤气温度高，独立循环的炉顶煤气和冷却煤气需要各配置一套冷却设施和加压设施，被冷媒介带走的热量较多，设备的台套数增加，控制环节增多；(4)炉顶煤气一次利用率较低，含有的H2和CO的比例较高，总量依然有50～70％。围绕现有气基直接还原装置炉顶煤气和冷却煤气温度较高以及炉顶煤气二次利用的问题，现有改进措施主要集中体现在通过双竖炉或多竖炉联产方式加以解决。在双竖炉联产方式方面，如专利CN103276132A提出的将装有高含铁矿石还原竖炉的炉顶煤气经过洗涤、加热后送入装有低含铁矿石还原竖炉内，同时将高含铁矿石还原竖炉的冷却煤气送入低含铁矿石还原竖炉内，以此达到解决炉顶煤气温度高、炉顶煤气二次利用以及冷却煤气热量回收的问题；以及专利CN107513593A针对钒钛磁铁矿直接还原与铁精矿直接还原的工艺要求不同，而提出的将装有钒钛磁铁矿竖炉的炉顶煤气经换热、脱水和余压发电后送入装有铁精矿竖炉的下部，以此达到解决炉顶煤气温度高、炉顶煤气二次利用的问题。在多竖炉联产方式方面，早起的HYL反应罐法提出了4个串联的反应罐形式，采取炉料按照装料—预热—预还原—终还原轮流制度操作，而煤气则按照卸料—冷却—终还原—初还原的轮流操作制度，中间过程中需要反复的干燥和加热。尽管上述方法可以在一定程度上解决了炉顶煤气和冷却煤气的热量回收问题以及二次利用炉顶煤气的有效成分问题，但仍然无法保证两个竖炉同步稳定、高效运行，势必会以牺牲另一组或几组竖炉的产量、还原效率和还原质量作为代价。
技术实现思路
对于现有技术中存在的不足，借鉴于高炉热风炉的并流蓄热和逆流换热的工作原理，本专利技术提出了一种并联蓄热式气基竖炉及生产直接还原铁方法，通过采用连通的竖炉构造，利用外部高温还原气来回在第一竖炉和第二竖炉内同时进行并流加热和逆流蓄热，实现对含铁球团或块矿的直接还原，并生成直接还原铁和炉顶煤气；炉顶煤气经处理后，作为加热炉的燃料、循环还原气和循环冷却煤气使用；采用连通的双竖炉构造，增加了煤气行程，解决了传统竖炉气流行程短的问题，使得一次还原气的利用率提高、高温还原气和冷却煤气的显热利用充分、综合热效率提高以及炉顶煤气排放温度更低；同时，煤气流的定期在线切换，有利于实现了两个竖炉温度场的同步与统一，也解决了双竖炉同步稳定、高效运行的问题。本专利技术的技术方案为：一种并联蓄热式气基竖炉，包括：第一竖炉、第二竖炉，其特征在于：所述第一竖炉设有第一进料口、第一炉顶煤气溢出口、第一高温还原气环道和与之连通的第一高温还原气喷口、第一煤气环形通道、第一冷却煤气进气口以及第一排料口；所述第二竖炉设有第二进料口、第二炉顶煤气溢出口、第二高温还原气环道和与之连通的第二高温还原气喷口、第二煤气环形通道、第二冷却煤气进气口以及第二排料口；所述第一竖炉与第二竖炉镜像对称布置，从上到下依次设有相同的空料段、预热段、还原段、等压段和冷却段；其中还原段腔体直径小于等压段腔体直径，还原段的末端插入等压段腔体内，分别形成第一煤气环形通道和第二煤气环形通道；所述的中间煤气通道与第一煤气环形通道和第二煤气环形通道连通；所述的第一进料口、第二进料口、第一炉顶煤气溢出口和第二炉顶煤气溢出口分别布置于两个竖炉的空料段顶部，所述的第一高温还原气环道、第二高温还原气环道、第一高温还原气喷口和第二高温还原气喷口分别布置于两个竖炉预热段和还原段的交界处，所述的第一冷却煤气进气口和第二冷却煤气进气口分别布置于两个竖炉的冷却段上，所述的第一排料口、第二排料口分别位于两个竖炉冷却段的下方；所述第一煤气溢出口与第二煤气溢出口通过管路连通，中间设置有换向阀组，换向阀组的出口通过管道依次与除尘装置、煤气净化装置、煤气脱湿装置连接；所述第一高温还原气环道与第二高温还原气环道通过管路连通，中间设置有高温还原气换向阀组，高温还原气换向阀组的进气口通过管道依次与氧气管道、加热炉、外部煤气管道连接；所述第一冷却煤气进气口与第二冷却煤气进气口通过管路连通，中间设置有冷却煤气阀组，冷却煤气阀组的进气口通过管道依次与煤气加压装置连接。进一步的，煤气脱湿装置出口与加热炉的煤气烧嘴和煤气加压装置入口连通；炉顶煤气加压装置的出口与外部煤气管道和冷却煤气阀组连通。进一步的，除尘装置优选为干法布袋除尘器；所述的煤气净化装置具有脱除CO2和H2S的功能。另外，本专利技术还公开了采用上述并联蓄热式气基竖炉生产直接还原铁方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)连续进料：含铁球团或块矿经第一竖炉和第二竖炉的进料口被连续加入，炉料自上而下运行；(2)并流还原：温度为600～750℃的外部煤气和炉顶煤气的混合气，自加热炉出口排出，经兑入部分氧气后，温度升至900～1050℃；通过高温还原气换向阀组，自第一高温还原气环道和第一高温还原气喷口进入第一竖炉，与物料在第一竖炉的还原段向下并行，过程中发生铁氧化物的还原反应；(3)逆流蓄热一：第一竖炉还原段下行的高温还原气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉后，向上逆行，依次穿过第二竖炉的等压段、还原段和预热段，并冷却至≤200℃，后经炉顶煤气换向阀组进入除尘装置中；(4)逆流蓄热二：冷却煤气通过冷却煤气阀组同时进入第一竖炉和第二竖炉的冷却段，冷却煤气逆行过程中，带走高温物料的显热；第一竖炉冷却段的冷却煤气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉等压段，第二竖炉冷却段的冷却煤气直接进入第二竖炉等压段；冷却煤气向上逆行，依次经过第二竖炉的等压段、还原段和预热段，并冷却至≤200℃，后经炉顶煤气换向阀组进入除尘装置中；(5)煤气净化：炉顶煤气自第二竖炉煤气溢出口排出，依次进入除尘装置、煤气净化装置、煤气脱湿装置中，进行除尘、脱除CO2、脱除H2S和除湿；处理后的炉顶煤气温度将至25～50℃；(6)煤气循环：①净化的炉顶煤气经加压后循环利用，一部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并联蓄热式气基竖炉，包括：第一竖炉、第二竖炉，其特征在于，/n所述第一竖炉设有第一进料口、第一炉顶煤气溢出口、第一高温还原气环道和与之连通的第一高温还原气喷口、第一煤气环形通道、第一冷却煤气进气口以及第一排料口；/n所述第二竖炉设有第二进料口、第二炉顶煤气溢出口、第二高温还原气环道和与之连通的第二高温还原气喷口、第二煤气环形通道、第二冷却煤气进气口以及第二排料口；/n所述第一竖炉与第二竖炉镜像对称布置，从上到下依次设有相同的空料段、预热段、还原段、等压段和冷却段；其中还原段腔体直径小于等压段腔体直径，还原段的末端插入等压段腔体内，分别形成第一煤气环形通道和第二煤气环形通道；所述的中间煤气通道与第一煤气环形通道和第二煤气环形通道连通；/n所述的第一进料口、第二进料口、第一炉顶煤气溢出口和第二炉顶煤气溢出口分别布置于两个竖炉的空料段顶部，所述的第一高温还原气环道、第二高温还原气环道、第一高温还原气喷口和第二高温还原气喷口分别布置于两个竖炉预热段和还原段的交界处，所述的第一冷却煤气进气口和第二冷却煤气进气口分别布置于两个竖炉的冷却段上，所述的第一排料口、第二排料口分别位于两个竖炉冷却段的下方；/n所述第一煤气溢出口与第二煤气溢出口通过管路连通，中间设置有换向阀组，换向阀组的出口通过管道依次与除尘装置、煤气净化装置、煤气脱湿装置连接；/n所述第一高温还原气环道与第二高温还原气环道通过管路连通，中间设置有高温还原气换向阀组，高温还原气换向阀组的进气口通过管道依次与氧气管道、加热炉、外部煤气管道连接；/n所述第一冷却煤气进气口与第二冷却煤气进气口通过管路连通，中间设置有冷却煤气阀组，冷却煤气阀组的进气口通过管道依次与煤气加压装置连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种并联蓄热式气基竖炉，包括：第一竖炉、第二竖炉，其特征在于，
所述第一竖炉设有第一进料口、第一炉顶煤气溢出口、第一高温还原气环道和与之连通的第一高温还原气喷口、第一煤气环形通道、第一冷却煤气进气口以及第一排料口；
所述第二竖炉设有第二进料口、第二炉顶煤气溢出口、第二高温还原气环道和与之连通的第二高温还原气喷口、第二煤气环形通道、第二冷却煤气进气口以及第二排料口；
所述第一竖炉与第二竖炉镜像对称布置，从上到下依次设有相同的空料段、预热段、还原段、等压段和冷却段；其中还原段腔体直径小于等压段腔体直径，还原段的末端插入等压段腔体内，分别形成第一煤气环形通道和第二煤气环形通道；所述的中间煤气通道与第一煤气环形通道和第二煤气环形通道连通；
所述的第一进料口、第二进料口、第一炉顶煤气溢出口和第二炉顶煤气溢出口分别布置于两个竖炉的空料段顶部，所述的第一高温还原气环道、第二高温还原气环道、第一高温还原气喷口和第二高温还原气喷口分别布置于两个竖炉预热段和还原段的交界处，所述的第一冷却煤气进气口和第二冷却煤气进气口分别布置于两个竖炉的冷却段上，所述的第一排料口、第二排料口分别位于两个竖炉冷却段的下方；
所述第一煤气溢出口与第二煤气溢出口通过管路连通，中间设置有换向阀组，换向阀组的出口通过管道依次与除尘装置、煤气净化装置、煤气脱湿装置连接；
所述第一高温还原气环道与第二高温还原气环道通过管路连通，中间设置有高温还原气换向阀组，高温还原气换向阀组的进气口通过管道依次与氧气管道、加热炉、外部煤气管道连接；
所述第一冷却煤气进气口与第二冷却煤气进气口通过管路连通，中间设置有冷却煤气阀组，冷却煤气阀组的进气口通过管道依次与煤气加压装置连接。


2.根据权利要求1所述的并联蓄热式气基竖炉，其特征在于，所述的煤气脱湿装置出口与加热炉煤气烧嘴和煤气加压装置入口连通；煤气加压装置出口与外部煤气管道和冷却煤气阀组连通。


3.根据权利要求1所述的并联蓄热式气基竖炉，其特征在于，所述的除尘装置为干法布袋除尘器；所述的煤气净化装置具有脱除CO2和H2S的功能。


4.一种使用并联蓄热式气基竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)连续进料：含铁球团或块矿经第一竖炉和第二竖炉的进料口被连续加入，炉料自上而下运行；
(2)并流还原：温度为600～750℃的外部煤气和炉顶煤气的混合气，自加热炉出口排出，经兑入部分氧气后，温度升至900～1050℃；通过高温还原气换向阀组，自第一高温还原气环道和第一高温还原气喷口进入第一竖炉，与物料在第一竖炉的还原段向下并行，过程中发生铁氧化物的还原反应；
(3)逆流蓄热一：第一竖炉还原段下行的高温还原气经第一煤气环形通道和中间煤气通道进入第二竖炉后，向上逆行，依次穿过第二竖炉的等压段、还原段和预热段，并冷却至≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪朋，周强，李森蓉，李建涛，唐恩，付邦豪，陈泉锋，
申请(专利权)人：武汉科思瑞迪科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42