專利名稱：高爐爐頂煤氣富化利用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于高爐煉生鐵，尤其涉及高爐生產(chǎn)中爐頂煤氣使用裝置及方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今高爐冶煉生產(chǎn)仍是最主要的煉鐵方式。高爐煉鐵能源消耗很大，煉鐵焦比 300 500kg/tFe。在煉鐵過程中同時(shí)產(chǎn)生大量的高溫、高壓、含塵的爐頂煤氣(下簡稱煤氣)，溫度180-250°C，壓力150-250kpa,含塵15_20g/Nm3。煤氣中含有約25%的CO和25% 的的C02。為了提高能源的利用率，減少環(huán)境污染，煉鐵工程師們做了很多有益的工作，并且取得了一定的效果。當(dāng)前，采用的高爐爐頂煤氣利用裝置，是由煤氣經(jīng)重力除塵和旋風(fēng)除塵，經(jīng)三通與放散閥、煤氣凈化器管道連接，煤氣凈化器凈化煤氣，放散閥直接排放煤氣；余壓發(fā)電裝置與煤氣凈化裝置管道連接，利用煤氣的壓力發(fā)電；余壓發(fā)電裝置經(jīng)三通分別與熱風(fēng)爐、電廠或其它爐窯管道連接，煤氣用作熱風(fēng)爐、電廠或其它爐窯的燃料。其方法是由煤氣收集器收集爐頂煤氣，送入煤氣凈化器進(jìn)行除塵凈化、降溫，溫度降為80°C，再送入余壓發(fā)電裝置，利用煤氣壓力進(jìn)行余壓發(fā)電，壓力變?yōu)槌?；最后送入熱風(fēng)爐、電廠或其它爐窯，作為燃料。在煤氣多余及特殊情況下，煤氣通過放散閥直接排放，以確保高爐穩(wěn)定順行， 安全生產(chǎn)。存在的缺陷是煤氣熱值低，使用時(shí)必須配合其它燃料，或者富氧燃燒，才能用于發(fā)電、烘烤冶金爐窯，回收利用成本高，收益低；高爐生產(chǎn)波動對煤氣成份和流量影響大，影響煤氣利用裝置的運(yùn)行；煤氣常通過放散閥直接排放，，煤氣放散多，利用率低，還污染環(huán)
^Mi ο

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種高爐爐頂煤氣富化利用裝置及方法，提高高爐煤氣熱值，提高間接還原率，降低高爐大型化對焦炭強(qiáng)度和反應(yīng)性的苛刻要求，降低高爐焦比、減少高爐渣量和(X)2的排放量，確保高爐生產(chǎn)安全，穩(wěn)定地進(jìn)行。高爐爐頂煤氣富化利用裝置，由煤氣初除塵系統(tǒng)、煤氣凈化除塵系統(tǒng)、余壓發(fā)電裝置、熱風(fēng)爐和火力發(fā)電裝置經(jīng)管道、閥門連接構(gòu)成，其特點(diǎn)是煤氣凈化除塵系統(tǒng)與余壓發(fā)電裝置之間的管道上設(shè)置三通，一路由煤氣加壓裝置、氣化爐和高爐設(shè)的煤氣回噴孔經(jīng)管道、閥門連接，氣化爐設(shè)有供氧管路和配煤裝置，煤氣加壓后進(jìn)入氣化爐與加壓氣化爐內(nèi)的氧、煤粉進(jìn)行氣化反應(yīng)，反應(yīng)生成物由高爐設(shè)的回噴孔噴入高爐煉鐵；另一路由余壓發(fā)電裝置經(jīng)氣體分配器分別與熱風(fēng)爐、電廠鍋爐(或其它爐窯)管道、閥門連接，利用煤氣壓力進(jìn)行發(fā)電，發(fā)電后用作燃燒熱風(fēng)爐、電廠鍋爐及其它爐窯的燃料，熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱風(fēng)由風(fēng)口送入高爐中。本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)，所述的煤氣初除塵系統(tǒng)由重力除塵器+旋風(fēng)除塵器構(gòu)成，較傳統(tǒng)工藝增加了一個(gè)旋風(fēng)除塵器，進(jìn)行初步除塵以防止輸送管道的堵塞。[0007]本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)，所述的煤氣加壓裝置由氣體增壓泵構(gòu)成，由管道、閥門分別與凈化除塵器、氣化爐連接，將高爐煤氣從低壓增加到IMPa左右，以利于高爐煤氣能夠進(jìn)入氣化爐。本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)，所述的氣化爐分別設(shè)氧氣噴口和煤粉的噴口，將700。C 左右的氧氣，加壓后的高爐煤氣、煤粉通過不同的噴口噴入氣化爐進(jìn)行氣化。本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)，所述的煤氣回噴孔設(shè)在爐腹下部、風(fēng)口上方。其原因是， 首先避免了該部分煤氣在風(fēng)口的燃燒；其次該部分氣體可以在爐腹的軟熔帶加快熱交換， 能夠?qū)崿F(xiàn)控制軟熔帶的目的；最后高溫氣體的CO和H2增加有利于提高間接還原率，吸收熱量，使得高爐的高溫區(qū)下移。高爐爐頂煤氣富化利用方法，應(yīng)用上述裝置按以下步驟進(jìn)行1、爐頂煤氣初除塵系統(tǒng)由高爐爐頂排出的煤氣(溫度180°C -250°c，壓力 150-250 KPa，含塵15_20g/Nm3)經(jīng)重力除塵和旋風(fēng)除塵將大顆粒粉塵，大部分粉塵去除，以便于煤氣的管道輸送，減少加壓站的堵塞。2、煤氣凈化除塵系統(tǒng)將含塵煤氣經(jīng)文氏管或布袋凈化除塵，使得煤氣溫度降至 80°C，壓力120 Kpa，含塵量降低至符合余壓發(fā)電的含塵要求，以減輕對余壓透平發(fā)電機(jī)的損壞，更便于發(fā)電機(jī)的后續(xù)用戶使用；3、煤氣富化回噴a)、加壓將150-250 KPa的煤氣的一部分引入加壓裝置中加壓至IMpa ；b)、煤氣富化將680_750°C的氧氣、加壓的高爐煤氣和煤粉通過各自的噴口噴入氣化爐內(nèi)，進(jìn)行氣化反應(yīng)，反應(yīng)如下(1)揮發(fā)份的完全分解反應(yīng)CHx0y=(l-y)C+yC0+ I H2 -17. 4 kj/mol(2)揮發(fā)份的部分解反應(yīng)CHx0y =(l_y- | )C+yC0+ 7 H2+ | CH4 -8. 1 kj/mol
ο4 ο(3) Boudouard 反應(yīng)C+C02=2C0 -162 kj/mol(4) C 的水煤氣反應(yīng)C+H20=C0+H2 -119 kj/mol(5) C 的完全燃燒反應(yīng)C+02=0)2 +409 kj/mol(6)C 的不完全燃燒反應(yīng)2C+02=2C0 +123 kj/mol(7)C 的甲烷化反應(yīng)C+2H2=CH4 +87 kj/mol(8) H2 的燃燒反應(yīng)2&+02=2H20 +242 kj/mol(9) CO 的燃燒反應(yīng)2CO+02=20)2 +283. 2 kj/mol(10)0)與水的反應(yīng)0)+!120=0)2+!12 +42 kj/mol(11)甲烷的水煤氣反應(yīng)CH4+H20 =C0+3H2 -206 kj/mol在上述反應(yīng)中，(1)-(4)以及(11)均為吸熱反應(yīng)，所需熱量均來自反應(yīng)(5)-(10)。 氣化反應(yīng)產(chǎn)物中CCHH2占70%以上，其中H2占10-30%，氣體溫度850_900°C，壓力由閥門進(jìn)
行調(diào)整。C)、富化氣體回噴富化后的煤氣由回噴孔噴入高爐爐腹中，可以避開風(fēng)口回旋區(qū)的強(qiáng)氧性氣氛，同時(shí)，在軟熔帶底層通入富氫的高溫還原性氣體可以大幅度地提高間接還原率，理論研究表明提高間接還原有利于高爐節(jié)能，可以降低噸鐵能耗，減少CO2排放，同時(shí)該氣體在軟熔帶的流動和間接還原反應(yīng)可以調(diào)整軟熔帶寬度，改變高爐內(nèi)部溫度場，合理的減薄軟熔帶寬度，在高爐中心區(qū)域，軟熔帶較寬，相應(yīng)的高溫區(qū)寬，間接還原反應(yīng)發(fā)生較多，吸熱較多，減薄的幅度較大；在高爐邊緣，軟熔帶較薄，通過調(diào)整壓力和流量，吸熱較少，減薄的幅度較小，故該氣體通入方式可以合理的減薄軟熔帶的寬度，有效的避免因原燃料條件的變化對高爐爐況造成的波動，保證高爐的長期順行。4、余壓發(fā)電凈化后的另一部分高爐煤氣經(jīng)余壓透平發(fā)電裝置發(fā)電，煤氣壓力下降為常壓煤氣。5、用作燃料常壓煤氣直接作為熱風(fēng)爐和電廠或者其它爐窯的燃料，熱風(fēng)爐生成的熱風(fēng)(空氣)由風(fēng)口送入高爐中。不用加入其它燃料，減少部分設(shè)備的投資和維護(hù)成本，便于熱風(fēng)爐和電廠鍋爐的操作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)思新穎，工藝流程簡單，容易實(shí)施，操作安全可靠；煤氣熱值提高，回噴煉鐵，提高還原率，降低焦比，減少高爐渣量和(X)2排放，調(diào)控高爐軟熔帶寬度，保障高爐長期順行，避免煤放散，節(jié)約能源，有利于環(huán)境保護(hù)。

下面對照附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。圖1是高爐爐頂煤氣富化利用裝置示意圖。
具體實(shí)施方式
由圖1可以看出高爐爐頂煤氣富化利用裝置，其煤氣初除塵系統(tǒng)2、煤氣凈化除塵系統(tǒng)3、余壓透平發(fā)電裝置7經(jīng)管道、閥門連接，煤氣凈化除塵與余壓發(fā)電裝置之間的管道設(shè)三通4。一路與加壓裝置5、氣化爐6連接，氣化爐設(shè)氧氣噴口和煤粉噴口(圖中均未標(biāo)注)，與配煤粉裝置10、供氧裝置11管道、閥門連接；高爐爐腹下部、風(fēng)口 14上方設(shè)煤氣回噴孔13，氣化爐與煤氣回噴孔管道、閥門連接，富化后的煤氣由回噴孔噴入高爐1中；另一路與余壓透平發(fā)電裝置連接，余壓透平發(fā)電裝置7與電廠鍋爐9 (或其它爐窯)、熱風(fēng)爐12之間設(shè)氣體分配器8，并以管道、閥門連接，煤氣余壓發(fā)電后變?yōu)槌海晒艿浪椭翢犸L(fēng)爐、火力電廠作為燃料。熱風(fēng)爐生成的熱風(fēng)，由風(fēng)口 14入高爐內(nèi)。本實(shí)用新型在2500m3高爐煉鐵過程中煤氣富化利用方法如下1、煤氣收集器收集爐頂煤氣，溫度200°C，壓力210 kPa，煤氣含N2 48. 5%, CO2 24. 25%, CO 24. 25%, H2O 3%，含塵 15_20g/Nm3 ；2、煤氣凈化器除塵、降溫，根據(jù)除塵方式不同，煤氣溫度降至80_150°C，壓力 120-200 kPa ；3、煤氣富化回噴a)、加壓弓丨出46Nm3/tFe凈化的煤氣進(jìn)入加壓裝置中，壓力增加至1 MPa ；b)、煤氣富化氣化爐中噴入53Kg/ti^e的煤粉和32 NmVtFe的氧氣，制得900°C 的富化煤氣，其氣體成份(按體積百分比％) CO 50. 91%, H220. 85%, N2 13. 24%,其他15%。C)、富化氣體回噴將富化氣體由回噴孔噴入高爐內(nèi)，噴入150 Nm7tFe，可降低焦比 50 Kg/tFe。4、其余凈化煤氣經(jīng)余壓發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電，降為常壓煤氣。[0043] 5、用作燃料常壓煤氣經(jīng)氣體分配器輸送至熱風(fēng)爐、火力電廠鍋爐及其爐窯，用作燃料，熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱風(fēng)由風(fēng)口送入高爐中。
權(quán)利要求1.高爐爐頂煤氣富化利用裝置，由煤氣初除塵系統(tǒng)(2)、煤氣凈化除塵系統(tǒng)(3)、余壓透平發(fā)電裝置(7)、熱風(fēng)爐(12)和火力發(fā)電裝置(9)經(jīng)管道、閥門連接構(gòu)成，其特征在于煤氣凈化除塵系統(tǒng)(3)與余壓發(fā)電裝置(7)之間的管道上設(shè)置三通(4)，一路由煤氣加壓裝置 (5)、氣化爐(6)和高爐(1)設(shè)的煤氣回噴孔(13)經(jīng)管道、閥門連接，氣化爐設(shè)有供氧管路 (11)和配煤裝置(10)；另一路由余壓發(fā)電裝置(7)經(jīng)氣體分配器(8)分別與熱風(fēng)爐(12)、 電廠鍋爐(9)及其它爐窖管道、閥門連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐頂煤氣富化利用裝置，其特征在于所述的煤氣初除塵系統(tǒng)(2)由重力除塵器和旋風(fēng)除塵器管道連接構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐頂煤氣富化利用裝置，其特征在于所述的煤氣加壓裝置由氣體增壓泵構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐頂煤氣富化利用裝置，其特征在于所述的氣化爐(6) 分別設(shè)氧氣噴口和煤粉的噴口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐頂煤氣富化利用裝置，其特征在于所述的煤氣回噴孔 (13)設(shè)在爐腹下部、風(fēng)口(14)上方。
專利摘要高爐爐頂煤氣富化利用裝置屬于高爐煉生鐵,尤其涉及高爐生產(chǎn)中爐頂煤氣使用裝置。特點(diǎn)是煤氣凈化除塵系統(tǒng)與余壓發(fā)電裝置之間的管道上設(shè)置三通，一路由煤氣加壓裝置、氣化爐和高爐設(shè)的煤氣回噴孔經(jīng)管道、閥門連接，氣化爐設(shè)有供氧管路和配煤裝置，富化的煤氣加壓后進(jìn)入氣化爐與加壓氣化爐內(nèi)的氧、煤粉進(jìn)行氣化反應(yīng)，反應(yīng)生成物由高爐設(shè)的回噴孔噴入高爐煉鐵；另一路由余壓發(fā)電裝置經(jīng)氣體分配器分別與熱風(fēng)爐、電廠鍋爐管道、閥門連接，產(chǎn)生的熱風(fēng)由風(fēng)口送入高爐中。優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)思新穎，工藝流程簡單，容易實(shí)施，操作安全可靠；煤氣熱值提高，回噴煉鐵，提高間接還原率，降低焦比，減少高爐渣量和CO2排放，調(diào)控高爐軟熔帶寬度，保障高爐長期順行，避免爐頂煤氣放散，節(jié)約能源，有利于環(huán)境保護(hù)。
文檔編號C21B5/06GK202187012SQ20112019231
公開日2012年4月11日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者劉自民, 劉英才, 夏能偉, 宋燦陽, 張曉萍, 李令鋒, 李小靜, 王思維, 金俊, 陳東峰 申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司