專利名稱：原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種原燃料熱裝、全熱氧氣高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前世界生鐵產(chǎn)量的90%以上由傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝生產(chǎn)，傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝通過(guò)熱風(fēng)爐向高爐鼓入溫度在1000-1300°C的熱風(fēng)，鼓風(fēng)富氧率在10%以下，熱風(fēng)與風(fēng)口回旋區(qū)內(nèi)的焦炭和噴吹的煤粉燃燒，產(chǎn)生煤氣向上運(yùn)動(dòng)，與下行的礦石進(jìn)行復(fù)雜的熱量交換和還原反應(yīng)，得到生鐵。焦比通常為300-400Kg/tHM，噴煤比約100-200Kg/tHM。焦炭的生產(chǎn)需要優(yōu)質(zhì)的煉焦煤，且焦炭的生產(chǎn)本身也是一個(gè)高能耗，高CO2排放放量的生產(chǎn)過(guò)程，加之目前全球焦煤資源匱乏，焦炭和高爐煉鐵的高能耗和高CO2排放量在當(dāng)今全球節(jié)能減排的大 環(huán)境下成為制約高爐發(fā)展的重要因素。氧氣高爐是一種采用超高富氧鼓風(fēng)(富氧率>40%)或全氧鼓風(fēng)的一種冶煉方式。由于采用全氧鼓風(fēng)，加快了噴吹煤粉的燃燒速度，煤粉燃燒充分，同時(shí)為了維持適宜的理論燃燒溫度還需要增加煤粉噴吹量，在保持高置換比的情況下，全熱氧鼓風(fēng)冶煉可將噴煤率提高到300Kg/tHM以上，使高爐焦比大大降低，噴煤量顯著提高，成為高爐冶煉的主要能源，改變了高爐煉鐵的能源結(jié)構(gòu)。然而制約全氧高爐發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題在于高爐全氧燃燒，爐腹煤氣量少，爐身熱量不足，爐料預(yù)還原性差，因此很多學(xué)者研究了爐頂煤氣循環(huán)利用的問(wèn)題，爐頂煤氣經(jīng)脫除CO2后從爐身部位循環(huán)噴入高爐爐內(nèi)。循環(huán)利用高爐煤氣需將其加熱到一定溫度，否則大量冷煤氣吹人氧氣高爐，破壞了爐內(nèi)的熱平衡，能耗反而升高。高爐熱風(fēng)加熱技術(shù)已經(jīng)很成熟，但煤氣加熱要比熱風(fēng)加熱困難得多。一方面由于氧氣高爐循環(huán)煤氣中CO含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于H2，所以煤氣加熱過(guò)程中CO會(huì)析碳，不但降低了有效煤氣量，而且會(huì)影響煤氣加熱效率；另一方面煤氣加熱存在安全隱患，加熱過(guò)程中容易發(fā)生爆炸和煤氣泄漏等事故。Midrex和HYL的煤氣加熱技術(shù)比較成熟，但主要加熱富氫氣體，基本沒(méi)有析碳的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提出一種原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使得大量高爐煤氣得到了合理的利用，節(jié)能、減排。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，它包括高爐和氣基豎爐；其特征在于高爐的爐頂?shù)母郀t煤氣出口由第一高爐煤氣管與換熱器的高爐煤氣輸入口相連通，換熱器的空氣輸出口由助燃空氣管與加熱器的助燃空氣輸入口相連通，換熱器的高爐煤氣輸出口由第二高爐煤氣管與脫除CO2設(shè)備的輸入口相連通；脫除CO2設(shè)備的第一輸出口由第一 CO氣管與混合加壓器的第二輸入口相連通，脫除CO2設(shè)備的第二輸出口由第二 CO氣管與水煤氣變換設(shè)備的輸入口相連通，水煤氣變換設(shè)備的輸出口由氫氣管與混合加壓器的第一輸入口相連通；混合加壓器的輸出口由第一混合氣管與加熱器的混合氣體輸入口相連通，加熱器的混合氣體輸出口由第二混合氣管與氣基豎爐的混合氣體輸入口相連通。加熱器上設(shè)有燃料輸入口。原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)工藝，高爐爐料熱裝{燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、焦炭的裝入溫度為600-800°C裝入高爐，這里所指的熱裝主要想強(qiáng)調(diào)裝入高爐的爐料是高溫的}，采用全熱氧燃燒(全熱氧表示助燃?xì)怏w全部采用加熱后的氧氣)，熱氧溫度> 6500C，爐頂煤氣主要為C0、H2、C02和H2O,高爐的爐頂煤氣(或稱高爐煤氣)經(jīng)換熱并脫除CO2后經(jīng)過(guò)水煤氣變換(C0+H20=C02+H2)產(chǎn)生H2，按H2/C0的體積比=1-2 1的比例混合部分脫除CO2的高爐煤氣，加壓到0. 5-0. 7MPa后加熱到800-900°C，供氣基豎爐生產(chǎn)海綿鐵。所述熱氧溫度為650°C— 1300°C (最佳為 650°C— 850°C)。本實(shí)用新型的原理是高爐全氧鼓風(fēng)，爐腹煤氣量少，爐身熱量不足，爐料預(yù)還原 性差，成為制約全氧高爐發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，采用爐頂煤氣脫除CO2后從爐身部位循環(huán)噴入高爐的技術(shù)在思路上可行，但是循環(huán)利用高爐煤氣需將其加熱到一定溫度，否則大量冷煤氣吹人氧氣高爐，破壞了爐內(nèi)的熱平衡，能耗反而升高。而加熱富含CO的純氧高爐煤氣會(huì)導(dǎo)致加熱過(guò)程中析碳，降低有效煤氣量，且煤氣加熱存在安全隱患，因此本實(shí)用新型提出采用高爐爐料熱裝技術(shù)解決全氧高爐爐腹煤氣量少帶來(lái)的爐身熱量不足和爐料預(yù)還原性差的問(wèn)題。高爐采用全氧鼓風(fēng)，加快了噴吹煤粉的燃燒速度，煤粉燃燒充分，同時(shí)為了維持適宜的理論燃燒溫度還需要增加煤粉噴吹量，在保持高置換比的情況下，全熱氧鼓風(fēng)冶煉可將噴煤率提高到300Kg/tHM以上，使高爐焦比大大降低，噴煤量顯著提高，成為高爐冶煉的主要能源，改變高爐煉鐵的能源結(jié)構(gòu)。采用全熱氧鼓風(fēng)后爐內(nèi)煤氣主要由CO和H2組成，爐內(nèi)煤氣無(wú)N2,還原性氣體濃度由普通高爐的40%左右提高到接近100%，爐身的還原條件與還原豎爐相似，鐵礦石的間接還原度大幅度提聞，聞溫區(qū)廣生的CO2量減小，焦炭的溶損減少，使高爐有可能采用反應(yīng)性高的焦炭或型焦。采用全氧燃燒，爐頂煤氣主要是CO，H2, CO2和H2O,不含氮?dú)?，?jīng)換熱并脫除CO2后，可用作優(yōu)質(zhì)的還原氣。部分經(jīng)脫除CO2的煤氣經(jīng)過(guò)水煤氣變換，生成H2,供豎爐還原生產(chǎn)海綿鐵。H2還原氧化鐵的速度是CO的6-10倍，增加還原煤氣中H2的比例有利于還原，但CO還原鐵礦石是放熱反應(yīng)，H2還原鐵礦石是吸熱反應(yīng)，過(guò)多的H2還原會(huì)事?tīng)t料溫度降低而阻礙還原，因此將脫除CO2的高爐煤氣與經(jīng)水煤氣變換生成的H2，按比列混合加壓到0. 6-0. 7MPa，加熱到800-900°C后送入還原豎爐生產(chǎn)海綿鐵。高爐爐料熱裝，解決了全氧高爐爐腹煤氣量少帶來(lái)的爐身熱量不足和爐料預(yù)還原性差的問(wèn)題。高爐采用全熱氧燃燒，焦比降低到200Kg/tHM以下，噴煤量提高到300Kg/tHM以上，成為高爐冶煉的主要能源，改變了傳統(tǒng)高爐煉鐵的能源結(jié)構(gòu)；采用全氧燃燒技術(shù)，高爐爐頂煤氣無(wú)N2,爐頂煤氣品質(zhì)好；全氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)，形成鋼鐵企業(yè)長(zhǎng)流程與短流程并存模式，消除了部分長(zhǎng)流程弊端，如CO2排放量高，能耗高等，擴(kuò)大了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)范圍，優(yōu)質(zhì)DRI可用于開(kāi)發(fā)生產(chǎn)高品質(zhì)鋼，以常流程的煤氣作為短流程的還原氣，提高了高爐煤氣的利用價(jià)值，煤氣循環(huán)使用，CO2排放量顯著降低；高爐煤氣經(jīng)換熱后熱量用于加熱豎爐還原氣，提高了燃料利用率。全氧高爐與氣基豎爐聯(lián)合生產(chǎn)使得大量高爐煤氣得到了合理的利用，節(jié)能、減排、實(shí)現(xiàn)超低二氧化碳排放。本實(shí)用新型的有益效果是該系統(tǒng)可使得大量高爐煤氣得到了合理的利用，節(jié)能、減排。
圖I為本實(shí)用新型原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖中1_高爐，2-第一高爐煤氣管，3-換熱器，4-助燃空氣管，5-第二高爐煤氣管，6-脫除CO2設(shè)備，7-第一 CO氣管，8-第二 CO氣管，9-水煤氣變換設(shè)備，10-氫氣管，11-混合加壓器，12-第一混合氣管，13-加熱器，14-第二混合氣管，15-氣基豎爐(或稱豎爐)。
具體實(shí)施方式
·[0014]下面通過(guò)圖I對(duì)本實(shí)用新型的生產(chǎn)步驟做進(jìn)一步的說(shuō)明，但不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。如圖I所示，原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，它包括高爐I和氣基豎爐15 ;高爐I的爐頂?shù)母郀t煤氣出口由第一高爐煤氣管2與換熱器3的高爐煤氣輸入口相連通，換熱器3(換熱器3以空氣作為換熱介質(zhì)，從換熱器3出來(lái)的熱空氣經(jīng)助燃空氣管4到加熱器13，作為助燃空氣，助燃空氣管4走的是換熱后的助燃空氣)的空氣輸出口由助燃空氣管4與加熱器13的助燃空氣輸入口相連通，換熱器3的高爐煤氣輸出口由第二高爐煤氣管5與脫除CO2設(shè)備6的輸入口相連通高爐產(chǎn)生的爐頂煤氣(或稱高爐煤氣)經(jīng)換熱后，全部進(jìn)入脫除CO2設(shè)備6脫除CO2;脫除CO2設(shè)備6的第一輸出口由第一 CO氣管7與混合加壓器11的第二輸入口相連通(脫除CO2設(shè)備6的第一輸出口、第二輸出口均輸出CO氣+H2),脫除CO2設(shè)備6的第二輸出口由第二 CO氣管8與水煤氣變換設(shè)備9的輸入口相連通，水煤氣變換設(shè)備9的輸出口由氫氣管10與混合加壓器11的第一輸入口相連通(水煤氣變換設(shè)備9的輸出口輸出H2);混合加壓器11的輸出口由第一混合氣管12與加熱器13的混合氣體輸入口相連通，加熱器13的混合氣體輸出口由第二混合氣管14與氣基豎爐15的混合氣體輸入口相連通；加熱器13上設(shè)有燃料輸入口。應(yīng)用實(shí)施例I原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)工藝，步驟為I)原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)的準(zhǔn)備；2)高爐爐料熱裝{燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、焦炭的裝入溫度為600°C裝入高爐，這里所指的熱裝主要想強(qiáng)調(diào)裝入高爐的爐料是高溫的}，將熱態(tài)燒結(jié)礦、熱態(tài)球團(tuán)礦和熱態(tài)焦炭(焦炭、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦熱裝溫度均為600°C)分批次從爐頂加入高爐，其中噸鐵焦炭消耗量在200Kg/tHM 以下；3)向高爐中鼓入氧氣(體積純度為80%以上)，氧氣溫度為650°C，氧氣用量為250-350Nm3/tHM ；4)爐頂煤氣(或稱高爐煤氣)經(jīng)換熱并脫除CO2后(爐頂煤氣主要為CO、H2, CO2和H2O),部分用于水煤氣變換產(chǎn)生H2(C0+H20=C02+H2)，部分與產(chǎn)生的H2,按H2/C0的體積比=1 I的比例混合，作為豎爐還原氣，還原氣經(jīng)加壓到0. 5-0. 7MPa，并加熱到800-900°C后，送入
氣基豎爐生產(chǎn)海綿鐵。經(jīng)理論計(jì)算，IOOOm3高爐使用球團(tuán)礦和燒結(jié)礦作為原料，并從風(fēng)口鼓入650°C純氧(體積純度為80%以上)，其生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)如下[0023]氧氣消耗量320Nm3/tHM，焦比180Kg/tHM，煤比350Kg/tHM，爐頂煤氣量850Nm3/tHM，爐頂煤氣成分(體積):CO :47. 28%, CO2:36. 75%, H2:5. 35%, H2O :6. 1%，其他:4. 52%豎爐燃料(體積比)H2/C0 1:1,豎爐產(chǎn)量320000t/a。應(yīng)用實(shí)施例2與應(yīng)用實(shí)施例I基本相同，不同之處在于焦炭、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦熱裝溫度分別為600°C、700°C和800°C。經(jīng)理論計(jì)算，3000m3高爐使用球團(tuán)礦和燒結(jié)礦作為原料，并從風(fēng)口鼓入750°C純氧(體積純度為80%以上)，其生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)如下氧氣消耗量300Nm3/tHM，焦比150Kg/tHM，煤比370Kg/tHM，爐頂煤氣量840Nm3/tHM，爐頂煤氣量840NmVtHM，爐頂煤氣成分(體積):CO:45. 28%, CO2:35. 75%, H2:8. 35%, H2O :7. 1%，其他:3. 52%,豎爐燃料(體積)H2/C01. 2:1,豎爐產(chǎn)量750000t/a。應(yīng)用實(shí)施例3與應(yīng)用實(shí)施例I基本相同，不同之處在于焦炭、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦熱裝溫度分別為800°C、600°C和700°C。經(jīng)理論計(jì)算，5000m3高爐使用球團(tuán)礦和燒結(jié)礦作為原料，并從風(fēng)口鼓入850°C純氧(體積純度為80%以上)，其生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)如下氧氣消耗量290Nm3/tHM，焦比140Kg/tHM，煤比400Kg/tHM，爐頂煤氣量820Nm3/tHM，爐頂煤氣成分(體積)CO:46. 15%, CO2:33. 75%, H2:8. 35%, H2O :9. 1%，其他:2. 65%,[0051 ]豎爐燃料(體積)H2/C0 :1.1:1,豎爐產(chǎn)量1200000t/a。應(yīng)用實(shí)施例4與實(shí)施例I基本相同，不同之處在于焦炭、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦熱裝溫度分別為800°C、600°C和700°C。經(jīng)理論計(jì)算，3000m3高爐使用球團(tuán)礦和燒結(jié)礦作為原料，并從風(fēng)口鼓入1300°C純氧(體積純度為80%以上)，其生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)如下氧氣消耗量260NmVtHM,焦比140Kg/tHM，[0059]煤比400Kg/tHM，爐頂煤氣量800Nm3/tHM，爐頂煤氣成分(體積)CO:46.15%, CO2:33. 75%, H2:8. 35%, H2O :9. 1%，其他 2. 65%,豎爐燃料(體積)H2/C0 : 2:1， 豎爐產(chǎn)量750000t/a。
權(quán)利要求1.原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，它包括高爐(I)和氣基豎爐(15);其特征在于高爐(I)的爐頂?shù)母郀t煤氣出口由第一高爐煤氣管(2)與換熱器(3)的高爐煤氣輸入口相連通，換熱器(3)的空氣輸出口由助燃空氣管(4)與加熱器(13)的助燃空氣輸入口相連通，換熱器(3)的高爐煤氣輸出口由第二高爐煤氣管(5)與脫除CO2設(shè)備(6)的輸入口相連通；脫除CO2設(shè)備(6)的第一輸出口由第一 CO氣管(7)與混合加壓器(11)的第二輸入口相連通，脫除CO2設(shè)備(6)的第二輸出口由第二 CO氣管(8)與水煤氣變換設(shè)備(9)的輸入口相連通，水煤氣變換設(shè)備(9)的輸出口由氫氣管(10)與混合加壓器(11)的第一輸入口相連通；混合加壓器(11)的輸出口由第一混合氣管(12)與加熱器(13)的混合氣體輸入口相連通，加熱器(13)的混合氣體輸出口由第二混合氣管(14)與氣基豎爐(15)的混合氣體輸入口相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于加熱器(13 )上設(shè)有燃料輸入口。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種原燃料熱裝、全熱氧氣高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)。其特征在于高爐的爐頂?shù)母郀t煤氣出口由第一高爐煤氣管與換熱器的高爐煤氣輸入口相連通，換熱器的高爐煤氣輸出口由第二高爐煤氣管與脫除CO2設(shè)備的輸入口相連通；脫除CO2設(shè)備的第一輸出口由第一CO氣管與混合加壓器的第二輸入口相連通，脫除CO2設(shè)備的第二輸出口由第二CO氣管與水煤氣變換設(shè)備的輸入口相連通，水煤氣變換設(shè)備的輸出口由氫氣管與混合加壓器的第一輸入口相連通；混合加壓器的輸出口由第一混合氣管與加熱器的混合氣體輸入口相連通，加熱器的混合氣體輸出口由第二混合氣管與氣基豎爐的混合氣體輸入口相連通。該系統(tǒng)可使得大量高爐煤氣得到了合理的利用，節(jié)能、減排。
文檔編號(hào)C21B5/00GK202786284SQ20122037241
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者李菊艷, 唐恩, 周強(qiáng), 喻道明, 范小剛, 劉行波, 王小偉 申請(qǐng)人:中冶南方工程技術(shù)有限公司