本實用新型涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種還原氣和氫氣分別通入氣基還原豎爐還原氧化球團的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

直接還原鐵又稱海綿鐵，是一種重要的可代替廢鋼且優(yōu)于廢鋼的煉鋼原料，可稀釋廢鋼中的雜質(zhì)元素成分，為電爐煉鋼提供必不可少的純凈鐵原料。鋼鐵企業(yè)發(fā)展直接還原鐵技術(shù)，能更好地適應(yīng)時代對企業(yè)向緊湊化、高效化、潔凈化方向發(fā)展的要求。

2014年，全世界直接還原鐵產(chǎn)量為7455萬噸。其中，由氣基豎爐法生產(chǎn)的約占80％?，F(xiàn)有技術(shù)中，由氣基還原豎爐制備海綿鐵的過程存在下述問題：①一氧化碳氣體作為還原氣還原氧化球團時，會發(fā)生歧化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的碳粉，阻礙還原氣進入豎爐中，影響反應(yīng)的進行。②冷卻氣在氣基還原豎爐冷卻段使用后，排出氣基還原豎爐進行降溫、除塵、加壓處理后，回用到氣基還原豎爐中再次作為冷卻氣使用，其配套設(shè)備相對復(fù)雜，且換熱后的高溫冷卻氣熱量被浪費，沒有得到有效的利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在提供一種利用氣基還原豎爐還原氧化球團的系統(tǒng)。本實用新型的系統(tǒng)可將還原氣和氫氣分別通入氣基還原豎爐中，可使氣體和溫度分布更加均勻，充分還原氧化球團。

本實用新型提出了一種利用氣基還原豎爐還原氧化球團的系統(tǒng)，包括氣基還原豎爐、降溫除塵裝置、提氫裝置、預(yù)熱裝置、加熱裝置、燃燒裝置；

所述氣基還原豎爐具有還原氣入口、氫氣入口、氧化球團入口、產(chǎn)物出口、爐頂氣出口；其中，所述氫氣入口位于所述還原氣入口的下方；

所述降溫除塵裝置具有爐頂氣入口、降溫爐頂氣出口；所述爐頂氣入口與所述氣基還原豎爐的爐頂氣出口連接；

所述提氫裝置具有降溫爐頂氣入口、氫氣出口、富一氧化碳氣體出口；所述降溫爐頂氣入口與所述降溫除塵裝置的降溫爐頂氣出口連接；

所述預(yù)熱裝置具有氫氣入口、混合氣入口、水蒸氣入口、預(yù)熱氫氣出口、氣體1出口。所述氫氣入口與所述提氫裝置的氫氣出口連接。

所述加熱裝置具有預(yù)熱氫氣入口、氣體1入口、升溫氫氣出口、氣體2出口。所述預(yù)熱氫氣入口與所述預(yù)熱裝置的預(yù)熱氫氣出口連接，所述升溫氫氣出口與所述氣基還原豎爐的氫氣入口連接。

所述燃燒裝置具有氣體2入口、氧氣入口、還原氣出口。所述氣體2入口與所述加熱裝置的氣體2出口連接，所述還原氣出口與所述氣基還原豎爐的還原氣入口連接。

優(yōu)選的，所述氣基還原豎爐上的還原氣入口的數(shù)量為8～12個。

優(yōu)選的，所述氣基還原豎爐上的氫氣入口的數(shù)量為8～12個。

進一步的，上述的系統(tǒng)中還包括脫碳裝置，用于接收由所述降溫除塵裝置排出的降溫爐頂氣進行脫碳處理；所述脫碳裝置與所述降溫除塵裝置和所述提氫裝置連接。

進一步的，所述降溫除塵裝置設(shè)置有燃料氣出口。所述加熱裝置設(shè)置有燃料氣入口、煙氣出口。所述預(yù)熱裝置設(shè)置有煙氣入口。

所述降溫除塵裝置的燃料氣出口與所述加熱裝置的燃料氣入口連接。所述加熱裝置的煙氣出口與所述預(yù)熱裝置的煙氣入口連接。

本實用新型的系統(tǒng)中，將氫氣入口和還原氣入口的數(shù)量均設(shè)置為多個，可使其中的氣體和溫度分布更加均勻，使得氧化球團的還原更加充分。并且，將氫氣入口設(shè)置在還原氣入口的下方。氫氣還原氧化球團過程產(chǎn)生的高溫水蒸氣可以將還原氣入口處的積碳消除，避免積碳過多造成氣流不暢。

利用本實用新型的系統(tǒng)，可將氫氣直接送入氣基還原豎爐中對氧化球團進行還原，還原反應(yīng)吸熱，可有效利用熱態(tài)產(chǎn)物的顯熱，得到的還原產(chǎn)物不易粘結(jié)，反應(yīng)過程無污染，不會堵塞氫氣入口。

附圖說明

圖1為本實用新型利用氣基還原豎爐還原氧化球團的系統(tǒng)示意圖。

圖2為本實用新型中氣基還原豎爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型利用圖1所示的系統(tǒng)還原氧化球團的方法流程示意圖。

附圖中的附圖標記如下：

1、氣基還原豎爐；2、降溫除塵裝置；3、脫碳裝置；4、提氫裝置；5、預(yù)熱裝置；6、加熱裝置；7、燃燒裝置。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案以及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。

本實用新型首先提供了一種利用氣基還原豎爐還原氧化球團的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的示意圖如圖1所示，包括氣基還原豎爐1、降溫除塵裝置2、提氫裝置4、預(yù)熱裝置5、加熱裝置6、燃燒裝置7。

由圖2，為氣基還原豎爐1的結(jié)構(gòu)示意圖。氣基還原豎爐1具有還原氣入口、氫氣入口、氧化球團入口、產(chǎn)物出口、爐頂氣出口。

由圖2所示，氫氣入口位于還原氣入口的下方。本實用新型中，氫氣入口和還原氣入口的數(shù)量均設(shè)定為8～12個。實用新型人經(jīng)過大量實驗驗證，發(fā)現(xiàn)將氫氣入口設(shè)置在還原氣入口下方的0.3～0.6m處，具有較佳的反應(yīng)效率。

本實用新型中，多個氫氣入口可位于還原氣入口的正下方，也可不在正下方，可將每個還原氣入口和氫氣入口的角度設(shè)定為5°～10°。因為，通入氣基還原豎爐1中的氫氣和還原氣的壓力為0.1～0.2MPa。并且，氫氣與還原氣在通入氣基還原豎爐1之前，氣體壓力比氣基還原豎爐1內(nèi)的壓力要大，以保證還原氣和氫氣可以順利進入氣基還原豎爐1中。由于氣體壓力大，且還原氣入口和氫氣入口密布在氣基還原豎爐1的環(huán)管上，導(dǎo)致還原氣和氫氣在進入氣基還原豎爐1后，擴散速度較快。因此，本實用新型中的8～12個氫氣入口和8～12個還原氣入口，不需要上下嚴格正對位置。在本實用新型的不同實施例中，保證氫氣入口設(shè)置在還原氣入口的下方即可。

降溫除塵裝置2具有爐頂氣入口、降溫爐頂氣出口。其中，爐頂氣入口與氣基還原豎爐1的爐頂氣出口連接。

提氫裝置4具有降溫爐頂氣入口、氫氣出口、富一氧化碳氣體出口。其中，降溫爐頂氣入口與降溫除塵裝置2的降溫爐頂氣出口連接。

預(yù)熱裝置5具有氫氣入口、混合氣入口、水蒸氣入口、煙氣入口、預(yù)熱氫氣出口、氣體1出口。混合氣入口用于向預(yù)熱裝置5中送入天然氣和富一氧化碳氣體的混合氣。其中，氫氣入口與提氫裝置4的氫氣出口連接。

加熱裝置6具有預(yù)熱氫氣入口、氣體1入口、燃料氣入口、升溫氫氣出口、氣體2出口、煙氣出口。其中，預(yù)熱氫氣入口與預(yù)熱裝置5的預(yù)熱氫氣出口連接。升溫氫氣出口與氣基還原豎爐1的氫氣入口連接。煙氣出口與預(yù)熱裝置5的煙氣入口連接。

燃燒裝置7具有氣體2入口、氧氣入口、還原氣出口。其中，氣體2入口與加熱裝置6的氣體2出口連接。還原氣出口與氣基還原豎爐1的還原氣入口連接。

在本實用新型的不同實施例中，還包括脫碳裝置3。脫碳裝置3用于接收由降溫除塵裝置2排出的降溫爐頂氣進行脫碳處理。并且，脫碳裝置3與降溫除塵裝置2以及提氫裝置4連接。

降溫除塵裝置2設(shè)置有燃料氣出口。該燃料氣出口與加熱裝置6的燃料氣入口連接。

根據(jù)圖1所示的系統(tǒng)，本實用新型還提供了一種利用氣基還原豎爐還原氧化球團的方法。該方法的流程示意圖見圖3，包括如下步驟：

(1)將氧化球團送入氣基還原豎爐1中。本實用新型中的氧化球團由紅土鎳礦、鐵精礦等含鐵氧化球團制備。

(2)將氣基還原豎爐1排出的爐頂氣送入降溫除塵裝置2中進行降溫除塵處理，得到的降溫爐頂氣送入提氫裝置4中，分別得到氫氣和富一氧化碳氣體。

在本實用新型的不同實施例中，降溫除塵裝置2中排出的降溫爐頂氣，一部分繼續(xù)送入脫碳裝置3中進行脫碳處理，另一部分作為燃料氣送入加熱裝置6中。經(jīng)脫碳處理的降溫爐頂氣，進一步送至提氫裝置4中。加熱裝置6中，燃料氣燃燒產(chǎn)生的煙氣通入預(yù)熱裝置5中作為預(yù)熱氣，然后排放。

本實用新型的爐頂氣中，CO和H₂的體積占所述爐頂氣總體積的百分數(shù)＞70％。

(3)氫氣經(jīng)預(yù)熱、加熱后，溫度為750～950℃。然后，將加熱后的氫氣經(jīng)由氫氣入口送入氣基還原豎爐1中。

(4)富一氧化碳氣體和天然氣混合，得到混合氣體。將混合氣體和水蒸汽分別通入預(yù)熱裝置5中預(yù)熱，混合氣體預(yù)熱，并與經(jīng)預(yù)熱的水蒸汽混合，得到氣體1。氣體1經(jīng)加熱，得到氣體2。將氣體2送入燃燒裝置7中，并向燃燒裝置7中通入氧氣。氣體2與氧氣在燃燒裝置7中發(fā)生部分氧化和預(yù)重整反應(yīng)，得到還原氣。其中，還原氣的溫度為850～950℃。然后，將還原氣經(jīng)由還原氣入口送入氣基還原豎爐1中。

該步驟得到的還原氣中，CO和H₂的體積占還原氣總體積的百分數(shù)＞90％。并且，還原氣中H₂與CO的體積比為：H₂/CO＝1.0～3.0。

(5)還原氣和氫氣通入氣基還原豎爐1中還原氧化球團，得到產(chǎn)物和爐頂氣。本實用新型中，控制氣基還原豎爐1中的操作壓力為0.1～0.2MPa。

本實用新型中，將氫氣入口設(shè)定為位于還原氣入口的下方。當氫氣進入氣基還原豎爐1之后，可將還原氣未完全還原的氧化球團還原。同時，氫氣還原氧化球團時，會產(chǎn)生高溫水蒸汽。高溫水蒸汽可以與還原氣入口處的積碳反應(yīng)，避免因積碳過多造成還原氣入口堵塞，引起氣流不暢，影響整個反應(yīng)的正常運轉(zhuǎn)。

實施例1

天然氣與提氫裝置分離出的富一氧化碳氣體混合，進入預(yù)熱器預(yù)熱，并與經(jīng)預(yù)熱的水蒸汽混合，得到氣體1。氣體1進入加熱器加熱，得到溫度為750℃的氣體2。氣體2進入燃燒室與少量氧氣發(fā)生部分氧化及預(yù)重整反應(yīng)，得到溫度為940℃的還原氣。還原氣中，H₂/CO＝1.8。

從提氫裝置分離出的氫氣經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱，加熱器加熱，溫度為750℃，然后經(jīng)由氫氣入口送入氣基還原豎爐。

還原氣由氫氣入口正上方0.4m處的還原氣入口進入氣基還原豎爐中，并與從上到下運動的氧化球團形成對流并充分接觸，發(fā)生還原滲碳反應(yīng)，得到表面滲碳的海綿鐵和爐頂氣，并可能在還原氣入口產(chǎn)生少量積碳。還原氣中的甲烷與二氧化碳或水蒸汽被海綿鐵中的金屬催化重整，生成CO和H₂，能夠還原氧化球團。氫氣將未充分還原的氧化球團還原，還原產(chǎn)生的水蒸汽與還原氣入口處的積碳反應(yīng)，生成CO和H₂，能夠繼續(xù)將氧化球團還原。

氣基還原豎爐中發(fā)生還原反應(yīng)后排出的爐頂氣，經(jīng)降溫除塵、壓縮后，分為兩部分：60％體積的爐頂氣經(jīng)過脫碳后進入提氫裝置，40％體積的爐頂氣作為加熱器的燃料氣。加熱器中燃燒產(chǎn)生的煙氣作為預(yù)熱器的熱源后排放。

在氣基還原豎爐底部直接得到熱態(tài)海綿鐵。

實施例2

天然氣與提氫裝置分離得到的富一氧化碳氣體混合，進入預(yù)熱器預(yù)熱，并與經(jīng)預(yù)熱的水蒸汽混合，得到氣體1。氣體1進入加熱器加熱，得到溫度為780℃的氣體2。氣體2進入燃燒室與少量氧氣發(fā)生部分氧化及預(yù)重整反應(yīng)，得到溫度為950℃的還原氣。還原氣中，H₂/CO＝1.6。

從提氫裝置分離出的氫氣經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱，加熱器加熱，溫度為780℃，然后經(jīng)由氫氣入口送入氣基還原豎爐。

還原氣由氫氣入口正上方0.5m處的還原氣入口進入氣基還原豎爐中，并與從上到下運動的氧化球團形成對流并充分接觸，發(fā)生還原滲碳反應(yīng)，得到表面滲碳的海綿鐵和爐頂氣，并可能在還原氣入口產(chǎn)生少量積碳。還原氣中的甲烷與二氧化碳或水蒸汽被海綿鐵中的金屬催化重整，生成CO和H₂，能夠還原氧化球團。氫氣將未充分還原的氧化球團還原，還原產(chǎn)生的水蒸汽與還原氣入口處的積碳反應(yīng)，生成CO和H₂，能夠繼續(xù)將氧化球團還原。

氣基還原豎爐中發(fā)生還原反應(yīng)后排出的爐頂氣，經(jīng)降溫除塵、壓縮后，分為兩部分：50％體積的爐頂氣經(jīng)過脫碳后進入提氫裝置，50％體積的爐頂氣作為加熱器的燃料氣。加熱器中燃燒產(chǎn)生的煙氣作為預(yù)熱器的熱源后排放。

在氣基還原豎爐底部直接得到熱態(tài)海綿鐵。

實施例3

天然氣與提氫裝置分離得到的富一氧化碳氣體混合，進入預(yù)熱器預(yù)熱，并與經(jīng)預(yù)熱的水蒸汽混合，得到氣體1。氣體1進入加熱器加熱，得到溫度為810℃的氣體2。氣體2進入燃燒室與少量氧氣發(fā)生部分氧化及預(yù)重整反應(yīng)，得到溫度為850℃的還原氣。還原氣中，H₂/CO＝1.0。

從提氫裝置分離出的氫氣經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱，加熱器加熱，溫度為810℃，然后經(jīng)由氫氣入口送入氣基還原豎爐。

還原氣由氫氣入口正上方0.3m處的還原氣入口進入氣基還原豎爐中，并與從上到下運動的氧化球團形成對流并充分接觸，發(fā)生還原滲碳反應(yīng)，得到表面滲碳的海綿鐵和爐頂氣，并可能在還原氣入口產(chǎn)生少量積碳。還原氣中的甲烷與二氧化碳或水蒸汽被海綿鐵中的金屬催化重整，生成CO和H₂，能夠還原氧化球團。氫氣將未充分還原的氧化球團還原，還原產(chǎn)生的水蒸汽與還原氣入口處的積碳反應(yīng)，生成CO和H₂，能夠繼續(xù)將氧化球團還原。

氣基還原豎爐中發(fā)生還原反應(yīng)后排出的爐頂氣，經(jīng)降溫除塵、壓縮后，分為兩部分：50％體積的爐頂氣經(jīng)過脫碳后進入提氫裝置，50％體積的爐頂氣作為加熱器的燃料氣。加熱器中燃燒產(chǎn)生的煙氣作為預(yù)熱器的熱源后排放。

在氣基還原豎爐底部直接得到熱態(tài)海綿鐵。

實施例4

天然氣與提氫裝置分離得到的富一氧化碳氣體混合，進入預(yù)熱器預(yù)熱，并與經(jīng)預(yù)熱的水蒸汽混合，得到氣體1。氣體1進入加熱器加熱，得到溫度為910℃的氣體2。氣體2進入燃燒室與少量氧氣發(fā)生部分氧化及預(yù)重整反應(yīng)，得到溫度為950℃的還原氣。還原氣中，H₂/CO＝3.0。

從提氫裝置分離出的氫氣經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱，加熱器加熱，溫度為910℃，然后經(jīng)由氫氣入口送入氣基還原豎爐。

還原氣由氫氣入口正上方0.6m處的還原氣入口進入氣基還原豎爐中，并與從上到下運動的氧化球團形成對流并充分接觸，發(fā)生還原滲碳反應(yīng)，得到表面滲碳的海綿鐵和爐頂氣，并可能在還原氣入口產(chǎn)生少量積碳。還原氣中的甲烷與二氧化碳或水蒸汽被海綿鐵中的金屬催化重整，生成CO和H₂，能夠還原氧化球團。氫氣將未充分還原的氧化球團還原，還原產(chǎn)生的水蒸汽與還原氣入口處的積碳反應(yīng)，生成CO和H₂，能夠繼續(xù)將氧化球團還原。

氣基還原豎爐中發(fā)生還原反應(yīng)后排出的爐頂氣，經(jīng)降溫除塵、壓縮后，分為兩部分：60％體積的爐頂氣經(jīng)過脫碳后進入提氫裝置，40％體積的爐頂氣作為加熱器的燃料氣。加熱器中燃燒產(chǎn)生的煙氣作為預(yù)熱器的熱源后排放。

在氣基還原豎爐底部直接得到熱態(tài)海綿鐵。

本實用新型實施例中的氧化球團由紅土鎳礦、鐵精礦等制備。上述各實施例中，還原氣入口和氫氣入口的數(shù)量相等，且為8～12中的任一整數(shù)。

最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。