原燃料热装、全热氧高炉与竖炉联合生产系统技术方案

本发明专利技术涉及一种原燃料热装、全热氧气高炉与竖炉联合生产系统。其特征在于高炉的炉顶的高炉煤气出口由第一高炉煤气管与换热器的高炉煤气输入口相连通，换热器的高炉煤气输出口由第二高炉煤气管与脱除CO2设备的输入口相连通；脱除CO2设备的第一输出口由第一CO气管与混合加压器的第二输入口相连通，脱除CO2设备的第二输出口由第二CO气管与水煤气变换设备的输入口相连通，水煤气变换设备的输出口由氢气管与混合加压器的第一输入口相连通；混合加压器的输出口由第一混合气管与加热器的混合气体输入口相连通，加热器的混合气体输出口由第二混合气管与气基竖炉的混合气体输入口相连通。该系统可使得大量高炉煤气得到了合理的利用，节能、减排。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种原燃料热装、全热氧气高炉与竖炉联合生产系统。
技术介绍
目前世界生铁产量的90%以上由传统高炉炼铁エ艺生产，传统高炉炼铁エ艺通过热风炉向高炉鼓入温度在1000-1300°C的 热风，鼓风富氧率在10%以下，热风与风ロ回旋区内的焦炭和喷吹的煤粉燃烧，产生煤气向上运动，与下行的矿石进行复杂的热量交换和还原反应，得到生铁。焦比通常为300-400Kg/tHM，喷煤比约100-200Kg/tHM。焦炭的生产需要优质的炼焦煤，且焦炭的生产本身也是ー个高能耗，高CO2排放放量的生产过程，加之目前全球焦煤资源匮乏，焦炭和高炉炼铁的高能耗和高CO2排放量在当今全球节能减排的大环境下成为制约高炉发展的重要因素。氧气高炉是ー种采用超高富氧鼓风(富氧率>40%)或全氧鼓风的一种冶炼方式。由于采用全氧鼓风，加快了喷吹煤粉的燃烧速度，煤粉燃烧充分，同时为了維持适宜的理论燃烧温度还需要増加煤粉喷吹量，在保持高置換比的情况下，全热氧鼓风冶炼可将喷煤率提高到300Kg/tHM以上，使高炉焦比大大降低，喷煤量显著提高，成为高炉冶炼的主要能源，改变了高炉炼铁的能源结构。然而制约全氧高炉发展的关键问题在于高炉全氧燃烧，炉腹煤气量少，炉身热量不足，炉料预还原性差，因此很多学者研究了炉顶煤气循环利用的问题，炉顶煤气经脱除CO2后从炉身部位循环喷入高炉炉内。循环利用高炉煤气需将其加热到一定温度，否则大量冷煤气吹人氧气高炉，破坏了炉内的热平衡，能耗反而升高。高炉热风加热技术已经很成熟，但煤气加热要比热风加热困难得多。一方面由于氧气高炉循环煤气中CO含量远远高于H2，所以煤气加热过程中CO会析碳，不但降低了有效煤气量，而且会影响煤气加热效率；另ー方面煤气加热存在安全隐患，加热过程中容易发生爆炸和煤气泄漏等事故。Midrex和HYL的煤气加热技术比较成熟，但主要加热富氢气体，基本没有析碳的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是针对现有技术提出ー种原燃料热装、全热氧高炉与竖炉联合生产系统，该系统可使得大量高炉煤气得到了合理的利用，节能、减排。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案是原燃料热装、全热氧高炉与竖炉联合生产系统，它包括高炉和气基竖炉；其特征在于高炉的炉顶的高炉煤气出口由第一高炉煤气管与换热器的高炉煤气输入口相连通，换热器的空气输出ロ由助燃空气管与加热器的助燃空气输入口相连通，换热器的高炉煤气输出口由第二高炉煤气管与脱除CO2设备的输入口相连通；脱除CO2设备的第一输出ロ由第一 CO气管与混合加压器的第二输入口相连通，脱除CO2设备的第二输出ロ由第二 CO气管与水煤气变换设备的输入口相连通，水煤气变换设备的输出ロ由氢气管与混合加压器的第一输入口相连通；混合加压器的输出ロ由第一混合气管与加热器的混合气体输入口相连通，加热器的混合气体输出ロ由第二混合气管与气基竖炉的混合气体输入口相连通。加热器上设有燃料输入ロ。原燃料热装、全热氧高炉与竖炉联合生产エ艺，高炉炉料热装{烧结矿、球团矿、焦炭的装入温度为600-800°C装入高炉，这里所指的热装主要想强调装入高炉的炉料是高温的}，采用全热氧燃烧(全热氧表示助燃气体全部采用加热后的氧气)，热氧温度> 6500C，炉顶煤气主要为C0、H2、C02和H2O,高炉的炉顶煤气(或称高炉煤气)经换热并脱除CO2后经过水煤气变换(C0+H20=C02+H2)产生H2，按H2/C0的体积比=1-2 1的比例混合部分脱除CO2的高炉煤气，加压到0. 5-0. 7MPa后加热到800-900°C，供气基竖炉生产海绵铁。所述热氧温度为650°C— 1300°C (最佳为 650°C— 850°C)。本专利技术的原理是高炉全氧鼓风，炉腹煤气量少，炉身热量不足，炉料预还原性差，成为制约全氧高炉发展的关键问题，采用炉顶煤气脱除CO2后从炉身部位循环喷入高炉的技术在思路上可行，但是循环利用高炉煤气需将其加热到一定温度，否则大量冷煤气吹人氧气高炉，破坏了炉内的热平衡，能耗反而升高。而加热富含CO的纯氧高炉煤气会导致加热过程中析碳，降低有效煤气量，且煤气加热存在安全隐患，因此本专利技术提出采用高炉炉料热装技术解决全氧高炉炉腹煤气量少带来的炉身热量不足和炉料预还原性差的问题。高炉采用全氧鼓风，加快了喷吹煤粉的燃烧速度，煤粉燃烧充分，同时为了維持适宜的理论燃烧温度还需要増加煤粉喷吹量，在保持高置換比的情况下，全热氧鼓风冶炼可将喷煤率提高到300Kg/tHM以上，使高炉焦比大大降低，喷煤量显著提高，成为高炉冶炼的主要能源，改变高炉炼铁的能源结构。采用全热氧鼓风后炉内煤气主要由CO和H2组成，炉内煤气无N2，还原性气体浓度由普通高炉的40%左右提高到接近100%，炉身的还原条件与还原竖炉相似，铁矿石的间接还原度大幅度提闻，闻温区广生的CO2量减小，焦炭的溶损减少，使闻炉有可能采用反应性高的焦炭或型焦。采用全氧燃烧，炉顶煤气主要是CO，H2, CO2和H2O,不含氮气，经换热并脱除CO2后，可用作优质的还原气。部分经脱除CO2的煤气经过水煤气变换，生成H2，供竖炉还原生产海绵鉄。H2还原氧化铁的速度是CO的6-10倍，增加还原煤气中H2的比例有利于还原，但CO还原铁矿石是放热反应，H2还原铁矿石是吸热反应，过多的H2还 原会事炉料温度降低而阻碍还原，因此将脱除CO2的高炉煤气与经水煤气变换生成的H2,按比列混合加压到0. 6-0. 7MPa，加热到800-900°C后送入还原竖炉生产海绵铁。高炉炉料热装，解决了全氧高炉炉腹煤气量少带来的炉身热量不足和炉料预还原性差的问题。高炉采用全热氧燃烧，焦比降低到200Kg/tHM以下，喷煤量提高到300Kg/tHM以上，成为高炉冶炼的主要能源，改变了传统高炉炼铁的能源结构；采用全氧燃烧技术，高炉炉顶煤气无N2,炉顶煤气品质好；全氧高炉与竖炉联合生产，形成钢铁企业长流程与短流程并存模式，消除了部分长流程弊端，如CO2排放量高，能耗高等，扩大了产品结构范围，优质DRI可用于开发生产高品质钢，以常流程的煤气作为短流程的还原气，提高了高炉煤气的利用价值，煤气循环使用，CO2排放量显著降低；高炉煤气经换热后热量用于加热竖炉还原气，提高了燃料利用率。全氧高炉与气基竖炉联合生产使得大量高炉煤气得到了合理的利用，节能、减排、实现超低ニ氧化碳排放。本专利技术的有益效果是该系统可使得大量高炉煤气得到了合理的利用，节能、减排。附图说明图I为本专利技术原燃料热装、全热氧高炉与竖炉联合生产系统的结构示意框图。图中1_高炉，2-第一高炉煤气管，3-换热器，4-助燃空气管，5-第二高炉煤气管，6-脱除CO2设备，7-第一 CO气管，8-第二 CO气管，9-水煤气变换设备，10-氢气管，11-混合加压器，12-第一混合气管，13-加热器，14-第二混合气管，15-气基竖炉(或称竖炉)。具体实施例方式下面通过图I对本专利技术的生产步骤做进ー步的说明，但不构成对本专利技术的限制。如图I所示，原燃料热装、全热氧高炉与竖炉联合生产系统，它包括高炉I和气基竖炉15 ;高炉I的炉顶的高炉煤气出ロ由第一高炉煤气管2与换热器3的高炉煤气输入口 相连通，换热器3(换热器3以空气作为换热介质，从换热器3出来的热空气经助燃空气管4到加热器13，本文档来自技高网...

【技术保护点】
原燃料热装、全热氧高炉与竖炉联合生产系统，它包括高炉（1）和气基竖炉（15）；其特征在于高炉（1）的炉顶的高炉煤气出口由第一高炉煤气管（2）与换热器（3）的高炉煤气输入口相连通，换热器（3）的空气输出口由助燃空气管（4）与加热器（13）的助燃空气输入口相连通，换热器（3）的高炉煤气输出口由第二高炉煤气管（5）与脱除CO2设备（6）的输入口相连通；脱除CO2设备（6）的第一输出口由第一CO气管（7）与混合加压器（11）的第二输入口相连通，脱除CO2设备（6）的第二输出口由第二CO气管（8）与水煤气变换设备（9）的输入口相连通，水煤气变换设备（9）的输出口由氢气管（10）与混合加压器（11）的第一输入口相连通；混合加压器（11）的输出口由第一混合气管（12）与加热器（13）的混合气体输入口相连通，加热器（13）的混合气体输出口由第二混合气管（14）与气基竖炉（15）的混合气体输入口相连通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李菊艳，唐恩，周强，喻道明，范小刚，刘行波，王小伟，
申请(专利权)人：中冶南方工程技术有限公司，
类型：发明
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