專利名稱：原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種原燃料熱裝、全熱氧氣高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)工藝。
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)生煤氣向上運動，與下行的礦石進行復(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)本身也是一個高能耗，高CO2排放放量的生產(chǎn)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(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；另一方面煤氣加熱存在安全隱患，加熱過程中容易發(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，基本沒有析碳的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是針對現(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)工藝，原料熱裝解決了全氧高爐爐腹煤氣量少，爐身熱量不足和爐料預(yù)還原性差的問題，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。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)工藝，其特征在于高爐爐料熱裝，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)，熱氧溫度彡650°C，爐頂煤氣主要為CO、H2, CO2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)。實現(xiàn)上述工藝的原燃料熱裝、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的輸入口相連通高爐產(chǎn)生的爐頂煤氣(或稱高爐煤氣)經(jīng)換熱后，全部進入脫除CO2設(shè)備6脫除COJ ;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。
本發(fā)明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的純氧高爐煤氣會導(dǎo)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(fā)明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的爐身熱量不足和爐料預(yù)還原性差的問題。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，使聞爐有可能采用反應(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，經(jīng)換熱并脫除0)2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(jīng)水煤氣變換生成的H2，按比列混合加壓到O. 6-0. 7MPa，加熱到800-900°C后送入還原豎爐生產(chǎn)海綿鐵。本發(fā)明的有益效果是高爐爐料熱裝，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(yù)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(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(chǎn)品結(jié)構(gòu)范圍，優(yōu)質(zhì)DRI可用于開發(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、實現(xiàn)超低二氧化碳排放。


圖I為本發(fā)明原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)工藝的流程圖。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)。
具體實施例方式下面通過圖I對本發(fā)明的生產(chǎn)步驟做進一步的說明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。實施例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
1)原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)的準備
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，全部進入脫除CO2設(shè)備6脫除C02;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 ；
2)高爐爐料熱裝{燒結(jié)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(diào)裝入高爐的爐料是高溫的}，將熱態(tài)燒結(jié)礦、熱態(tài)球團礦和熱態(tài)焦炭(焦炭、燒結(jié)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(jīng)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(chǎn)生H2 (C0+H20=C02+H2)，部分與產(chǎn)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(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)理論計算，IOOOm3高爐使用球團礦和燒結(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)指標如下氧氣消耗量320Nm3/tHM，
焦比180Kg/tHM，
煤比350Kg/tHM，
爐頂煤氣量850NmVtHM，
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(chǎn)量320000t/a。實施例2
與實施例I基本相同，不同之處在于
焦炭、燒結(jié)礦、球團礦熱裝溫度分別為600°C、700°C和800°C。經(jīng)理論計算，3000m3高爐使用球團礦和燒結(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)指標如下
氧氣消耗量300NmVtHM，
焦比150Kg/tHM，
煤比370Kg/tHM，
爐頂煤氣量840NmVtHM，
爐頂煤氣量840NmVtHM，
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(chǎn)量750000t/a。實施例3
與實施例I基本相同，不同之處在于
焦炭、燒結(jié)礦、球團礦熱裝溫度分別為800°C、600°C和700°C。經(jīng)理論計算，5000m3高爐使用球團礦和燒結(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)指標如下
氧氣消耗量290Nm3/tHM，
焦比140Kg/tHM，
煤比400Kg/tHM,
爐頂煤氣量820NmVtHM，
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(chǎn)量1200000t/a。實施例4
與實施例I基本相同，不同之處在于
焦炭、燒結(jié)礦、球團礦熱裝溫度分別為800°C、600°C和700°C。經(jīng)理論計算，3000m3高爐使用球團礦和燒結(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)指標如下
氧氣消耗量260 NmVtHM,
焦比140Kg/tHM，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%, H2 O :9. 1%，其他 2. 65%,豎爐燃料(體積)H2/C0:2:1，
豎爐產(chǎn)量750000 t/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)工藝，其特征在于高爐爐料熱裝，采用全熱氧燃燒，熱氧溫度> 650°C，高爐的爐頂煤氣經(jīng)換熱并脫除CO2后經(jīng)過水煤氣變換產(chǎn)生H2,按仏/CO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。
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)工藝，其特征在于高爐爐料熱裝為燒結(jié)礦、球團礦、焦炭的裝入溫度為600-800°C裝入高爐。
3.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)工藝，其特征在于所述熱氧溫度為650°C — 1300°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種原燃料熱裝、全熱氧氣高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)工藝。原燃料熱裝、全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)工藝，其特征在于高爐爐料熱裝，采用全熱氧燃燒，熱氧溫度≥650℃，高爐的爐頂煤氣經(jīng)換熱并脫除CO2后經(jīng)過水煤氣變換產(chǎn)生H2，按H2/CO的體積比=1-21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℃，供氣基豎爐生產(chǎn)海綿鐵。原料熱裝解決了全氧高爐爐腹煤氣量少，爐身熱量不足和爐料預(yù)還原性差的問題，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、實現(xiàn)超低二氧化碳排放。
文檔編號C21B13/14GK102758048SQ20121026686
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)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(shù)有限公司