專利名稱：原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯合生產系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種原燃料熱裝、全熱氧氣高爐與豎爐聯合生產系統。
背景技術：
目前世界生鐵產量的90%以上由傳統高爐煉鐵エ藝生產，傳統高爐煉鐵エ藝通過熱風爐向高爐鼓入溫度在1000-1300°C的 熱風，鼓風富氧率在10%以下，熱風與風ロ回旋區內的焦炭和噴吹的煤粉燃燒，產生煤氣向上運動，與下行的礦石進行復雜的熱量交換和還原反應，得到生鐵。焦比通常為300-400Kg/tHM，噴煤比約100-200Kg/tHM。焦炭的生產需要優質的煉焦煤，且焦炭的生產本身也是ー個高能耗，高CO2排放放量的生產過程，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排放量在當今全球節能減排的大環境下成為制約高爐發展的重要因素。氧氣高爐是ー種采用超高富氧鼓風(富氧率>40%)或全氧鼓風的一種冶煉方式。由于采用全氧鼓風，加快了噴吹煤粉的燃燒速度，煤粉燃燒充分，同時為了維持適宜的理論燃燒溫度還需要増加煤粉噴吹量，在保持高置換比的情況下，全熱氧鼓風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構。然而制約全氧高爐發展的關鍵問題在于高爐全氧燃燒，爐腹煤氣量少，爐身熱量不足，爐料預還原性差，因此很多學者研究了爐頂煤氣循環利用的問題，爐頂煤氣經脫除CO2后從爐身部位循環噴入高爐爐內。循環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，破壞了爐內的熱平衡，能耗反而升高。高爐熱風加熱技術已經很成熟，但煤氣加熱要比熱風加熱困難得多。一方面由于氧氣高爐循環煤氣中CO含量遠遠高于H2，所以煤氣加熱過程中CO會析碳，不但降低了有效煤氣量，而且會影響煤氣加熱效率；另ー方面煤氣加熱存在安全隱患，加熱過程中容易發生爆炸和煤氣泄漏等事故。Midrex和HYL的煤氣加熱技術比較成熟，但主要加熱富氫氣體，基本沒有析碳的問題。
發明內容
本發明所要解決的問題是針對現有技術提出ー種原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯合生產系統，該系統可使得大量高爐煤氣得到了合理的利用，節能、減排。本發明解決上述技術問題采用的技術方案是原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯合生產系統，它包括高爐和氣基豎爐；其特征在于高爐的爐頂的高爐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，換熱器的空氣輸出ロ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設備的輸入口相連通；脫除CO2設備的第一輸出ロ由第一 CO氣管與混合加壓器的第二輸入口相連通，脫除CO2設備的第二輸出ロ由第二 CO氣管與水煤氣變換設備的輸入口相連通，水煤氣變換設備的輸出ロ由氫氣管與混合加壓器的第一輸入口相連通；混合加壓器的輸出ロ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ロ由第二混合氣管與氣基豎爐的混合氣體輸入口相連通。加熱器上設有燃料輸入ロ。原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯合生產エ藝，高爐爐料熱裝{燒結礦、球團礦、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調裝入高爐的爐料是高溫的}，采用全熱氧燃燒(全熱氧表示助燃氣體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)經換熱并脫除CO2后經過水煤氣變換(C0+H20=C02+H2)產生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，供氣基豎爐生產海綿鐵。所述熱氧溫度為650°C— 1300°C (最佳為 650°C— 850°C)。本發明的原理是高爐全氧鼓風，爐腹煤氣量少，爐身熱量不足，爐料預還原性差，成為制約全氧高爐發展的關鍵問題，采用爐頂煤氣脫除CO2后從爐身部位循環噴入高爐的技術在思路上可行，但是循環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，破壞了爐內的熱平衡，能耗反而升高。而加熱富含CO的純氧高爐煤氣會導致加熱過程中析碳，降低有效煤氣量，且煤氣加熱存在安全隱患，因此本發明提出采用高爐爐料熱裝技術解決全氧高爐爐腹煤氣量少帶來的爐身熱量不足和爐料預還原性差的問題。高爐采用全氧鼓風，加快了噴吹煤粉的燃燒速度，煤粉燃燒充分，同時為了維持適宜的理論燃燒溫度還需要増加煤粉噴吹量，在保持高置換比的情況下，全熱氧鼓風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構。采用全熱氧鼓風后爐內煤氣主要由CO和H2組成，爐內煤氣無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，聞溫區廣生的CO2量減小，焦炭的溶損減少，使聞爐有可能采用反應性高的焦炭或型焦。采用全氧燃燒，爐頂煤氣主要是CO，H2, CO2和H2O,不含氮氣，經換熱并脫除CO2后，可用作優質的還原氣。部分經脫除CO2的煤氣經過水煤氣變換，生成H2，供豎爐還原生產海綿鉄。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，H2還原鐵礦石是吸熱反應，過多的H2還 原會事爐料溫度降低而阻礙還原，因此將脫除CO2的高爐煤氣與經水煤氣變換生成的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海綿鐵。高爐爐料熱裝，解決了全氧高爐爐腹煤氣量少帶來的爐身熱量不足和爐料預還原性差的問題。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，改變了傳統高爐煉鐵的能源結構；采用全氧燃燒技術，高爐爐頂煤氣無N2,爐頂煤氣品質好；全氧高爐與豎爐聯合生產，形成鋼鐵企業長流程與短流程并存模式，消除了部分長流程弊端，如CO2排放量高，能耗高等，擴大了產品結構范圍，優質DRI可用于開發生產高品質鋼，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值，煤氣循環使用，CO2排放量顯著降低；高爐煤氣經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合生產使得大量高爐煤氣得到了合理的利用，節能、減排、實現超低ニ氧化碳排放。本發明的有益效果是該系統可使得大量高爐煤氣得到了合理的利用，節能、減排。
圖I為本發明原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯合生產系統的結構示意框圖。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設備，7-第一 CO氣管，8-第二 CO氣管，9-水煤氣變換設備，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)。
具體實施例方式下面通過圖I對本發明的生產步驟做進ー步的說明，但不構成對本發明的限制。如圖I所示，原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯合生產系統，它包括高爐I和氣基豎爐15 ;高爐I的爐頂的高爐煤氣出ロ由第一高爐煤氣管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，從換熱器3出來的熱空氣經助燃空氣管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的高爐煤氣輸出ロ由第二高爐煤氣管5與脫除CO2設備6的輸入口相連通高爐產生的爐頂煤氣(或稱高爐煤氣)經換熱后，全部進入脫除CO2設備6脫除CO2;脫除CO2設備6的第一輸出ロ由第一 CO氣管7與混合加壓器11的第二輸入口相連通(脫除CO2設備6的第一輸出口、第二輸出口均輸出CO氣+H2),脫除CO2設備6的第二輸出ロ由第二 CO氣管8與水煤氣變換設備9的輸入口相連通，水煤氣變換設備9的輸出ロ由氫氣管10與混合加壓器11的第一輸入口相連通(水煤氣變換設備9的輸出ロ輸出H2);混合加壓器11的輸出ロ由第一混合氣管12與加熱器13的混合氣體輸入口相連通，加熱器13的混合氣體輸出ロ由第二混合氣管14與氣基豎爐15的混合氣體輸入口相連通；加熱器13上設有燃料輸入口。應用實施例I
原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯合生產エ藝，步驟為
1)原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯合生產系統的準備；
2)高爐爐料熱裝{燒結礦、球團礦、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調裝入高爐的爐料是高溫的}，將熱態燒結礦、熱態球團礦和熱態焦炭(焦炭、燒結礦、球團礦熱裝溫度均為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)經換熱并脫除CO2后(爐頂煤氣主要為C0、H2、C02和H2O),部分用于水煤氣變換產生H2 (C0+H20=C02+H2)，部分與產生的H2，按H2/C0的體積比=1 1的比例混合，作為豎爐還原氣，還原氣經加壓到0. 5-0. 7MPa，并加熱到800-900°C后，送入氣
基豎爐生產海綿鉄。經理論計算，IOOOm3高爐使用球團礦和燒結礦作為原料，并從風ロ鼓入650°C純氧(體積純度為80%以上)，其生產技術指標如下
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)C0:47. 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,
豎爐產量320000t/a。應用實施例2
與應用實施例I基本相同，不同之處在于
焦炭、燒結礦、球團礦熱裝溫度分別為600°C、700°C和800°C。經理論計算，3000m3高爐使用球團礦和燒結礦作為原料，并從風ロ鼓入750°C純氧(體積純度為80%以上)，其生產技術指標如下
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840Nm3/tHM，
爐頂煤氣成分(體積)C0:45. 28%, CO2:35. 75%, H2:8. 35%, H2O :7. 1%，其他:3. 52%,
豎爐燃料(體積)H2/C0 1.2:1，
豎爐產量750000t/a。應用實施例3
與應用實施例I基本相同，不同之處在于
焦炭、燒結礦、球團礦熱裝溫度分別為800°C、600°C和700°C。經理論計算，5000m3高爐使用球團礦和燒結礦作為原料，并從風ロ鼓入850°C純氧(體積純度為80%以上)，其生產技術指標如下
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%, 豎爐燃料(體積)H2/C0: 1.1:1，
豎爐產量1200000t/a。應用實施例4
與實施例I基本相同，不同之處在于
焦炭、燒結礦、球團礦熱裝溫度分別為800°C、600°C和700°C。經理論計算，3000m3高爐使用球團礦和燒結礦作為原料，并從風ロ鼓入1300°C純氧(體積純度為80%以上)，其生產技術指標如下
氧氣消耗量260 NmVtHM,
焦比140Kg/tHM，
煤比400Kg/tHM,
爐頂煤氣量800NmVtHM，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，
豎爐產量750000 t/a。·
權利要求
1.原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯合生產系統，它包括高爐(I)和氣基豎爐(15);其特征在于高爐(I)的爐頂的高爐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)的助燃空氣輸入ロ相連通，換熱器(3)的高爐煤氣輸出ロ由第二高爐煤氣管(5)與脫除CO2設備(6)的輸入ロ相連通；脫除CO2設備(6)的第一輸出ロ由第一 CO氣管(7)與混合加壓器(11)的第二輸入口相連通，脫除CO2設備(6)的第二輸出口由第二 CO氣管(8)與水煤氣變換設備(9)的輸入口相連通，水煤氣變換設備(9)的輸出口由氫氣管(10)與混合加壓器(11)的第一輸入ロ相連通；混合加壓器(11)的輸出口由第一混合氣管(12)與加熱器(13)的混合氣體輸入ロ相連通，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.根據權利要求I所述的原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯合生產系統，其特征在于加熱器(13 )上設有燃料輸入ロ。
全文摘要
本發明涉及一種原燃料熱裝、全熱氧氣高爐與豎爐聯合生產系統。其特征在于高爐的爐頂的高爐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設備的輸入口相連通；脫除CO2設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設備的第二輸出口由第二CO氣管與水煤氣變換設備的輸入口相連通，水煤氣變換設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。該系統可使得大量高爐煤氣得到了合理的利用，節能、減排。
文檔編號C21B5/00GK102758037SQ201210266608
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者劉行波, 周強, 唐恩, 喻道明, 李菊艷, 王小偉, 范小剛 申請人:中冶南方工程技術有限公司