專(zhuān)利名稱(chēng)：利用紅焦加熱直接還原鐵中還原氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用鐵礦煤球團(tuán)生產(chǎn)直接還原鐵的方法，特別是涉及一種 利用鐵礦煤球團(tuán)自產(chǎn)還原氣生產(chǎn)直接還原鐵中的自產(chǎn)還原氣加熱方法。本發(fā)明 將自產(chǎn)還原氣用于干熄焦冷卻紅焦，同時(shí)加熱還原氣。
背景技術(shù)：
200610012837號(hào)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了 一種鐵礦煤球團(tuán)自產(chǎn)還原氣生產(chǎn)直接還原 鐵的方法，該方法是在開(kāi)爐前準(zhǔn)備N(xiāo)2、焦?fàn)t氣、煤制氣、天然氣、煤層氣中的 一種或數(shù)種氣體混合做為啟動(dòng)氣源，將啟動(dòng)氣源加熱至115(TC,通入還原豎爐 中加熱鐵礦煤球團(tuán)，使球團(tuán)中的一部分煤熱解產(chǎn)生含CO、 H2、 CH4的熱解氣，一 部分煤作為還原劑用于還原鐵礦石，產(chǎn)生出含有C02和H20的還原尾氣；產(chǎn)生的 煤熱解氣與還原尾氣由爐頂排出還原豎爐，經(jīng)凈化除塵、脫除焦油、硫以及H20、 C02等雜質(zhì)氣體后，成為還原氣。以加熱的還原氣逐步替代高溫啟動(dòng)氣源，直至 完全替代高溫啟動(dòng)氣源通入還原豎爐中，以加熱新的鐵礦煤球團(tuán)，產(chǎn)生新的熱 解氣和還原尾氣，在還原氣直接還原鐵礦煤球團(tuán)中鐵精礦粉的同時(shí)，形成自產(chǎn) 還原氣的循環(huán)生產(chǎn)與使用。如此反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)直接還原鐵的連續(xù)生產(chǎn)。
以上工藝中，N2不僅可以作為開(kāi)爐時(shí)的啟動(dòng)氣源，也可以作為關(guān)閉還原爐時(shí) 的保護(hù)氣源，還可以作為熱風(fēng)爐換爐時(shí)還原氣氛過(guò)渡到氧化氣氛，氧化氣氛過(guò) 渡到還原氣氛的過(guò)渡氣源，借助N2可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷安全作業(yè)。
直接還原鐵礦煤球團(tuán)過(guò)程中產(chǎn)生的還原氣雖然已經(jīng)經(jīng)過(guò)加熱，但在其溫度 不足以達(dá)到可以用于還原鐵礦煤球團(tuán)的1000 115(TC時(shí)，還需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一 步的加熱處理。200610012837號(hào)發(fā)明專(zhuān)利加熱還原氣的方法是釆用蓄熱式或連 續(xù)式高爐熱風(fēng)爐作為還原氣加熱爐，以高爐煤氣、煤炭地下氣化氣、煤礦瓦斯 氣、發(fā)生爐煤氣、熔融還原尾氣等低熱值煤氣作為加熱還原氣的熱源，將還原 氣加熱到600 - 90(TC后，再施加02使與還原氣燃燒產(chǎn)生熱量，使入爐還原氣升溫至1100~1150°C，氧化度控制在<20%后送入還原豎爐。
干熄焦生產(chǎn)技術(shù)是一種在煉焦過(guò)程中回收紅焦顯熱并加以利用的工藝技 術(shù)，該技術(shù)釆用N2作為干熄焦的冷卻傳熱介質(zhì)，使N2吸收紅焦顯熱，在干熄焦 爐出口處被加熱到800 - 96(TC后，通入鍋爐中用于加熱水，以產(chǎn)生水蒸汽，再 由水蒸汽推動(dòng)氣輪機(jī)發(fā)電。
干熄焦生產(chǎn)工藝流程主要由干熄焦?fàn)t、裝入裝置、排焦裝置、提升機(jī)、電 機(jī)車(chē)、焦罐臺(tái)車(chē)、焦罐、 一次除塵器、二次除塵器、干熄焦鍋爐單元、循環(huán)風(fēng) 機(jī)、除塵地面站、水處理裝置、自動(dòng)控制部分、發(fā)電部分等組成。從焦?fàn)t碳化 室推出的紅焦由焦罐臺(tái)車(chē)上的焦罐提升至井架頂部，提升機(jī)桂著焦罐向干熄焦 爐中心平移的過(guò)程中，與裝入裝置連為一體的爐蓋由電動(dòng)缸自動(dòng)打開(kāi)，裝焦料 斗自動(dòng)放到干熄焦?fàn)t上部，提升機(jī)放下的焦罐由裝入裝置的焦罐臺(tái)接受，在提 升機(jī)下降的過(guò)程中，焦罐底閘門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，開(kāi)始裝入紅焦。裝完紅焦后，提升 機(jī)自動(dòng)提起，將焦罐送往提升井架底部的空焦罐臺(tái)車(chē)上，在此期間裝入裝置自 動(dòng)運(yùn)行將爐蓋關(guān)閉。裝入干熄焦?fàn)t的紅焦在預(yù)存段預(yù)存一段時(shí)間后，隨著排焦 的進(jìn)行逐漸下降到冷卻段，通過(guò)與循環(huán)氣體N2進(jìn)行熱交換而冷卻，再經(jīng)震動(dòng)給 料器、旋轉(zhuǎn)密封閥、溜槽排出，然后由專(zhuān)用皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鐵礦煤球團(tuán)生產(chǎn)直接還原鐵中加熱還原氣的方 法，該方法利用還原氣回收干熄焦過(guò)程中的紅焦顯熱，再由加熱的還原氣加熱 鐵礦煤球團(tuán)生產(chǎn)直接還原鐵，以合理利用能源，節(jié)省資源。
本發(fā)明的鐵礦煤球團(tuán)生產(chǎn)直接還原鐵中加熱還原氣的方法是以干熄焦?fàn)t代 替鐵礦煤球團(tuán)生產(chǎn)直接還原鐵工藝中的蓄熱式還原氣加熱爐，由還原氣代替N2 作為冷卻紅焦的傳熱介質(zhì)，還原氣在通入干熄焦?fàn)t冷卻紅焦的過(guò)程中吸收紅焦 顯熱，被升溫至650 ~ 960°C,再向排出干熄焦?fàn)t的還原氣中施加02,使其與還 原氣燃燒產(chǎn)生熱量，將還原氣加熱到11Q0 115(TC，氧化度控制在<20%后送入還原豎爐，為鐵礦煤球團(tuán)還原鐵提供熱量。
本發(fā)明利用紅焦加熱鐵礦煤球團(tuán)生產(chǎn)直接還原鐵中的還原氣的具體過(guò)程
為
罐裝的紅焦經(jīng)氮?dú)饷芊饪诨蜻^(guò)渡室裝入干熄焦?fàn)t，在干熄焦?fàn)t內(nèi)下降的過(guò) 程中，由預(yù)熱還原氣進(jìn)行冷卻，經(jīng)氮?dú)饷芊獾某隹诨蜻^(guò)渡室從干熄焦?fàn)t中排出 冷卻的焦炭。
鐵礦煤球團(tuán)經(jīng)氮?dú)饷芊饪谘b入直接還原豎爐，在豎爐內(nèi)下降的過(guò)程中被 1100 115(TC的入爐還原氣加熱并被直接還原成鐵，直接還原鐵經(jīng)過(guò)還原豎爐 底部氮?dú)饷芊饪谂懦鲋苯舆€原豎爐。
直接還原豎爐爐頂氣經(jīng)換熱器釋放出熱量降溫后成為冷爐頂氣；冷爐頂氣 經(jīng)一級(jí)凈化器除去粉塵、水、焦油等固液態(tài)物質(zhì)，再經(jīng)二級(jí)凈化器除去C02和含
硫化合物，成為用于循環(huán)的還原氣并進(jìn)入還原氣柜；循環(huán)風(fēng)機(jī)從還原氣柜中抽
出還原氣形成加壓還原氣，經(jīng)換熱器吸收爐頂氣熱量后成為預(yù)熱還原氣，通入
干熄焦?fàn)t中吸收紅焦顯熱成為熱還原氣；經(jīng)除塵處理后，向熱還原氣中施加適
量02，使其與還原氣燃燒產(chǎn)生熱量，將還原氣升溫至1100 115(TC成為入爐還
原氣，通入直接還原豎爐中為鐵礦煤球團(tuán)還原成鐵提供熱量，并與直接還原反 應(yīng)和煤干餾后形成的氣體一同從還原豎爐頂部排出成為爐頂氣。
其中，對(duì)于熱還原氣的除塵處理是先將還原氣通入帶有擋塵墻的通道中進(jìn) 行一次除塵，再通入一組陶瓷旋風(fēng)除塵器中進(jìn)行二次除塵。
在利用還原氣進(jìn)行干熄焦的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，這些粉塵的成分 主要是焦粉。通過(guò)帶有擋塵墻的通道進(jìn)行一次除塵，可以將還原氣中較大顆粒 的焦粉擋住。對(duì)于還原氣中較細(xì)粒度的粉塵，可以釆用一組陶瓷旋風(fēng)除塵器進(jìn) 行二次除塵，焦粉不會(huì)黏附在旋風(fēng)除塵器內(nèi)壁上。還有少量粉塵會(huì)與還原氣一 起進(jìn)入還原豎爐中，其中一部分與直接還原鐵一起排出豎爐， 一部分從爐頂與 爐頂氣一起排出豎爐，可在爐頂氣凈化過(guò)程中再次回收。本發(fā)明的特征之一是以干熄焦?fàn)t代替鐵礦煤球團(tuán)自產(chǎn)還原氣生產(chǎn)直接還原' 鐵工藝中的蓄熱式還原氣加熱爐，如高爐的熱風(fēng)爐。
高爐煉鐵的熱風(fēng)爐是將高爐煤氣燃燒的熱量積蓄在格子磚或耐火球內(nèi)，通 入常溫空氣，空氣吸收格子磚或耐火球中的熱量預(yù)熱后進(jìn)入高爐，在高爐風(fēng)口 處與焦炭燃燒產(chǎn)生高溫，為高爐煉鐵提供熱量。熱風(fēng)爐通?？梢詫⒅伎諝饧?br> 熱到800 ~ 1250°C,用以提高助燃空氣溫度，節(jié)約焦炭。
鐵礦煤球團(tuán)自產(chǎn)還原氣生產(chǎn)直接還原鐵工藝中也可以將高爐熱風(fēng)爐作為加 熱還原氣的設(shè)備，將高爐煤氣燃燒的熱量積蓄在格子磚或耐火球內(nèi)，再通入自 產(chǎn)還原氣，自產(chǎn)還原氣吸收格子磚或耐火球中的熱量后進(jìn)入直接還原豎爐。通 常可以將還原氣加熱到1100~115(TC,用來(lái)提供直接還原所需的熱量。
而本發(fā)明則是以干熄焦?fàn)t代替高爐熱風(fēng)爐，利用紅焦蓄積的顯熱加熱還原 氣，即將還原氣通入干熄焦?fàn)t中，還原氣吸收紅焦顯熱后，一般可被加熱到650 ~ 960°C。
本發(fā)明的特征之二是由自產(chǎn)還原氣代替N2作為冷卻紅焦的傳熱介質(zhì)。 自產(chǎn)還原氣的化學(xué)組成包括CO、 H2、 CH4、 N2等氣體，其中除H2在110(TC時(shí) 的焓為353. 3KJ/m3，略低于N21100°C時(shí)368. 3KJ/m3的焓外，其余氣體的焓都高 于N2,可以作為冷卻紅焦的傳熱介質(zhì)來(lái)使用。為確保使用還原氣作為冷卻紅焦 傳熱介質(zhì)的安全性，可以在裝入紅焦、排出冷焦時(shí)用&作為保護(hù)性氣體用以隔 絕空氣，在開(kāi)爐、停爐時(shí)釆用N2作為過(guò)渡氣體用以隔絕空氣。
本發(fā)明的特征之三是在還原氣進(jìn)入還原豎爐前補(bǔ)充02，提高還原氣的溫度 至1100 - 1150°C。
由于紅焦的溫度一般只有1000 ~ 1050°C，自產(chǎn)還原氣經(jīng)過(guò)干熄焦?fàn)t吸收紅 焦熱量后，出爐溫度只能達(dá)到650 ~ 960°C,低于還原氣進(jìn)入豎爐加熱鐵礦煤球 團(tuán)生產(chǎn)直接還原鐵所需1000 115(TC的溫度。為使還原氣體溫度達(dá)到1000 -1150°C，需用針氧供氧器向還原氣中適量供氧，或者使用一個(gè)加熱設(shè)備將部分還原氣與02燃燒，產(chǎn)生高溫氣體，用高溫氣體與還原氣混合，將自產(chǎn)還原氣加
熱到1000 - 115(TC送入還原豎爐。
本發(fā)明的特征之四是用紅焦顯熱加熱還原氣。
在鐵礦煤球團(tuán)自產(chǎn)還原氣生產(chǎn)直接還原鐵工藝中，還原氣分別起著傳遞熱 量、保持還原氣氛和還原鐵三個(gè)功能。由于鐵礦煤球團(tuán)自產(chǎn)還原氣生產(chǎn)直接還 原鐵存在加熱后的自還原特性，因此可以把還原氣的還原鐵功能部分分離，釆 用高爐媒氣、煤制氣、化工廠(chǎng)尾氣、煤礦瓦斯氣等作為加熱還原氣的熱源。同 樣，本發(fā)明也可以利用干熄焦工藝，使用紅焦顯熱加熱還原氣，以進(jìn)一步節(jié)省 高爐煤氣，減排高爐煤氣燃燒產(chǎn)生的C02。
本發(fā)明的特征之五是可以實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
本發(fā)明工藝中除塵回收的焦粉可以再利用，回收的其它固體物質(zhì)也可以再 利用，可實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的零排放。爐頂氣冷卻用水凈化后可以循環(huán)使用，爐 頂氣凈化回收的C02可以連同煉焦產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣、煉鋼用02分離產(chǎn)生的&作為 化工生產(chǎn)的原料。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)C02近零排放，并且沒(méi)有氣、液、固體廢棄物 排放，可以實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明利用紅焦加熱直接還原鐵中還原氣方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
罐裝的紅焦8經(jīng)氮?dú)饷芊饪诨蜻^(guò)渡室裝入干熄焦?fàn)t1中，在干熄焦?fàn)t1內(nèi) 的下降過(guò)程中，由通入干熄焦?fàn)tl內(nèi)的預(yù)熱的還原氣17進(jìn)行冷卻，經(jīng)氮?dú)饷芊?的出口或過(guò)渡室，從干熄焦?fàn)t1中排出冷卻的焦炭9。干熄焦?fàn)tl的裝焦溫度為 1000 ~ 1050°C，排焦溫度《20(TC。在干熄焦過(guò)程中，以^作為干熄焦?fàn)t裝入紅
焦，排出焦炭的保護(hù)性氣體。
以N2作為開(kāi)爐停爐時(shí)使用的保護(hù)性氣體，鐵礦煤球團(tuán)IO經(jīng)氮?dú)饷芊饪谘b入 直接還原豎爐2中，在直接還原豎爐2內(nèi)的下降過(guò)程中，被1100 115(TC的入爐還原氣21加熱，并被直接還原成鐵，直接還原鐵11經(jīng)直接還原豎爐2底部 氮?dú)饷芊饪谂懦鰻t外，裝入含有保護(hù)氣體N2的容器，送入煉鋼爐用于煉鋼。
直接還原豎爐2爐頂氣12通過(guò)換熱器3，釋放出熱量降溫后成為冷爐頂氣 13,冷爐頂氣13先經(jīng)過(guò)凈化器4除去粉塵、水、焦油等固液態(tài)物質(zhì)，再經(jīng)過(guò)凈 化器5除去C02和含硫化合物，成為用于循環(huán)的還原氣14并進(jìn)入還原氣柜6中 貯存。
在還原氣柜6的還原氣出口 15后設(shè)有循環(huán)風(fēng)機(jī)7，循環(huán)風(fēng)機(jī)7從還原氣柜 6中抽出還原氣形成加壓還原氣16，進(jìn)入換熱器3中吸收爐頂氣12的熱量后成 為預(yù)熱還原氣17，送入干熄焦?fàn)t1中。進(jìn)入干熄焦?fàn)t1的預(yù)熱還原氣溫度為常 溫 13(TC,在干熄焦?fàn)t1內(nèi)吸收紅焦顯熱后，成為900 96(TC的熱還原氣18 排出干熄焦?fàn)tl。
熱還原氣18再經(jīng)過(guò)除塵裝置19進(jìn)行除塵處理，除塵裝置19由一個(gè)帶有擋 塵墻的通道和一組陶瓷旋風(fēng)除塵器組成。
熱還原氣18經(jīng)過(guò)除塵裝置19除塵處理后，由針氧供氧器提供適量的氧氣 20進(jìn)行燃燒，使熱還原氣18升溫達(dá)到1100~1150°C,成為入爐還原氣21。入 爐還原氣21為直接還原豎爐2中的鐵礦煤球團(tuán)還原成鐵提供熱量后，與還原反 應(yīng)和煤干餾后形成的氣體一同從直接還原豎爐2頂部排出，成為爐頂氣12。
爐頂氣12按照前述方法凈化后進(jìn)入還原氣柜6貯存。部分富余的含有N2 的還原氣還可以引出循環(huán)還原氣系統(tǒng)作為燃料使用。
權(quán)利要求
1、利用紅焦加熱直接還原鐵中還原氣的方法，是將直接還原鐵工藝中產(chǎn)生的還原氣作為冷卻紅焦的傳熱介質(zhì)通入干熄焦?fàn)t中，在冷卻紅焦的過(guò)程中吸收紅焦顯熱，被升溫至650～960℃排出干熄焦?fàn)t，再經(jīng)針氧供氧器適量供氧，加熱到1100～1150℃，成為為還原鐵提供熱量的還原氣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的利用紅焦加熱直接還原鐵中還原氣的方法，其特 征是加熱還原氣的具體過(guò)程為a) 、罐裝的紅焦經(jīng)氮?dú)饷芊饪诨蜻^(guò)渡室裝入干熄焦?fàn)t，在干熄焦?fàn)t內(nèi)下降 的過(guò)程中，由預(yù)熱還原氣進(jìn)行冷卻，經(jīng)氮?dú)饷芊獾某隹诨蜻^(guò)渡室從干熄焦?fàn)t中 排出冷卻的焦炭；b) 、鐵礦煤球團(tuán)經(jīng)氮?dú)饷芊饪谘b入直接還原豎爐，在豎爐內(nèi)下降的過(guò)程中 被1100 115(TC的入爐還原氣加熱并被直接還原成鐵，直接還原鐵經(jīng)過(guò)還原豎爐底部氮?dú)饷芊饪谂懦鲋苯舆€原豎爐；c) 、直接還原豎爐爐頂氣經(jīng)換熱器降溫后成為冷爐頂氣；冷爐頂氣經(jīng)兩級(jí) 凈化器處理，成為用于循環(huán)的還原氣并進(jìn)入還原氣柜；循環(huán)風(fēng)機(jī)從還原氣柜中 抽出還原氣形成加壓還原氣，經(jīng)換熱器吸收爐頂氣熱量后成為預(yù)熱還原氣，通 入干熄焦?fàn)t中吸收紅焦顯熱成為熱還原氣；經(jīng)除塵處理后，向熱還原氣中施加 適量02，使其與還原氣燃燒產(chǎn)生熱量，將還原氣升溫至1100 115(TC成為入爐 還原氣，通入直接還原豎爐中，為鐵礦煤球團(tuán)還原成鐵提供熱量，并與直接還 原反應(yīng)和煤干餾后形成的氣體一同從還原豎爐頂部排出成為爐頂氣。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的利用紅焦加熱直接還原鐵中還原氣的方法，其特 征是釆用針氧供氧器向還原氣中適量供氧。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的利用紅焦加熱直接還原鐵中還原氣的方法，其特 征是其中熱還原氣的除塵處理是先將還原氣通入帶有擋塵墻的通道中進(jìn)行一次 除塵，再通入一組陶瓷旋風(fēng)除塵器中進(jìn)行二次除塵。
全文摘要
一種利用紅焦加熱直接還原鐵中還原氣的方法，是以干熄焦?fàn)t代替鐵礦煤球團(tuán)生產(chǎn)直接還原鐵工藝中的還原氣加熱爐，由還原氣代替N₂作為冷卻紅焦的傳熱介質(zhì)，還原氣在通入干熄焦?fàn)t冷卻紅焦的過(guò)程中吸收紅焦顯熱，被升溫至650～960℃，再向排出干熄焦?fàn)t的還原氣中施加O₂，使其與還原氣燃燒產(chǎn)生熱量，將還原氣加熱到1100～1150℃，氧化度控制在＜20％后送入還原豎爐，為鐵礦煤球團(tuán)還原鐵提供熱量。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)CO₂近零排放，并且沒(méi)有氣、液、固體廢棄物排放，可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C21B13/00GK101307371SQ200810055399
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者杜英虎, 蘇亞杰, 蘇亞達(dá), 陳壽林 申請(qǐng)人:蘇亞杰