鐵水制造設(shè)備及鐵水制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵水制造設(shè)備及鐵水制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種利用介質(zhì)循環(huán)工藝來(lái)處理煙氣的鐵水制造設(shè)備及鐵水制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力生產(chǎn)主要依賴化石燃料，尤其是利用煤炭燃燒產(chǎn)生的熱進(jìn)行發(fā)電始于19世紀(jì)末英國(guó)的帕森斯發(fā)明的現(xiàn)代蒸汽輪機(jī)。
[0003]蒸汽輪機(jī)通過(guò)將煤炭、空氣或者蒸汽在鍋爐反應(yīng)器內(nèi)燃燒而產(chǎn)生熱量，并通過(guò)將熱量回收轉(zhuǎn)換成蒸汽來(lái)產(chǎn)生電力。然而，盡管蒸汽輪機(jī)在電力生產(chǎn)方式中占絕大多數(shù)但效率較低，因此，利用蒸汽輪機(jī)的發(fā)電被開(kāi)發(fā)成復(fù)合發(fā)電，該復(fù)合發(fā)電將經(jīng)煤炭氣而去除掉例如灰份(ash)的污染物的高溫凈化氣依次用于燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)。
[0004]在這種情況下，為了更高的熱效率及下游工藝設(shè)備的長(zhǎng)期使用，要求穿過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)的氣體保持未含灰份及有害物質(zhì)的1100°c以上的高溫狀態(tài)。對(duì)于這種通過(guò)煤炭氣來(lái)發(fā)電的方式，為了減少生產(chǎn)電力時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳的排放，需要二氧化碳收集設(shè)備或用于從空氣分離氧氣的設(shè)備。
[0005]近來(lái)，為了解決這些問(wèn)題，已開(kāi)發(fā)出化學(xué)鏈燃燒工藝(Chemical LoopingCombust1n Process)。尤其，專利文獻(xiàn)(美國(guó)專利 US6572761、USS7404942、US7767191、US2010/0050654)提出了一種直接使用例如煤炭或者生物質(zhì)(b1mass)的固體燃料通過(guò)分離二氧化碳或者生產(chǎn)氫氣來(lái)有效地進(jìn)行電力生產(chǎn)的方法。
[0006]介質(zhì)循環(huán)工藝是在1950年代初為了得到純二氧化碳而發(fā)明的方法(美國(guó)專利US2665971)，其目的是在二氧化碳中不含氮?dú)獾那闆r下減少工藝中的熱消耗。
[0007]介質(zhì)循環(huán)工藝?yán)迷趦蓚€(gè)反應(yīng)器之間循環(huán)的固體氧化物載氧體顆粒，在還原反應(yīng)器中，化石燃料從固體氧化物接收供氧以進(jìn)行完全氧化反應(yīng)，由此產(chǎn)生純二氧化碳。另外，在氧化反應(yīng)器中，缺氧的循環(huán)固體氧化物從空氣接收供氧而被氧化，并回到還原反應(yīng)器起供熱的作用。
[0008]此時(shí)，為固體氧化物的載氧體顆粒由具有支撐體的鎳(Ni)鐵(Fe)基金屬顆粒組成，而可以以低成本使用的鐵(Fe)基金屬氧化物是優(yōu)選的。這是因?yàn)檫M(jìn)行重復(fù)的氧化及還原反應(yīng)時(shí)循環(huán)的載氧體顆粒的活性由于雜質(zhì)而降低，因而應(yīng)當(dāng)定期更換載氧體顆粒。
[0009]這種介質(zhì)循環(huán)工藝已發(fā)展為化學(xué)鏈燃燒工藝(Chemical Looping Combust1nProcess)，該化學(xué)鏈燃燒工藝以載氧體顆粒為介質(zhì)通過(guò)在還原反應(yīng)器中對(duì)甲烷氣體進(jìn)行變換而生成不含氮?dú)獾募兌趸迹⒂猛ㄟ^(guò)在氧化反應(yīng)器中通入含水分的空氣而生成的高溫凈化氣來(lái)生產(chǎn)電力(美國(guó)專利5447024)。
[0010]此時(shí)，所生成的二氧化碳優(yōu)選為高壓的無(wú)污染物質(zhì)的高濃縮二氧化碳，以便輸送及封存到地下。因此，基于化學(xué)鏈燃燒工藝的發(fā)電，在工藝中不需要氧氣分離裝置，而且排氣自然地分離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠從在鐵水生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣有效地去除二氧化碳，生產(chǎn)電力，并去除工藝中產(chǎn)生的粉塵的鐵水制造裝置和鐵水制造方法。
[0012]技術(shù)方案
[0013]本發(fā)明的示例性實(shí)施方式提供了一種鐵水制造設(shè)備，包括:鐵礦石還原爐，該鐵礦石還原爐通過(guò)裝入鐵礦石并通入還原氣體以生產(chǎn)還原鐵；熔煉氣化爐，該熔煉氣化爐通過(guò)填充煤炭并通過(guò)裝入在所述鐵礦石還原爐被還原后排出的還原鐵，以生產(chǎn)鐵水和要提供到所述鐵礦石還原爐的還原氣體；氣體凈化過(guò)濾器型還原爐，該氣體凈化過(guò)濾器型還原爐通過(guò)裝入燒結(jié)礦并通入在所述鐵礦石還原爐對(duì)鐵礦石進(jìn)行還原后排出的工藝氣體，以對(duì)燒結(jié)礦進(jìn)行還原；微細(xì)粉塵去除裝置，所述微細(xì)粉塵去除裝置從所述氣體凈化過(guò)濾器型還原爐中被還原后排出的已還原的燒結(jié)礦去除粉塵；以及氧化燃燒爐，所述氧化燃燒爐通過(guò)裝入去除粉塵的已還原的燒結(jié)礦并使燒結(jié)礦與空氣一起燃燒，以使已還原的燒結(jié)礦氧化。
[0014]所述氧化燃燒爐中可安裝有用于將被氧化的燒結(jié)礦供應(yīng)到所述氣體凈化過(guò)濾器型還原爐的氧化燒結(jié)礦供應(yīng)管線。
[0015]所述氣體凈化過(guò)濾器型還原爐中可安裝有第一還原燒結(jié)礦供應(yīng)管線和第二還原燒結(jié)礦供應(yīng)管線，第一還原燒結(jié)礦供應(yīng)管線將排出的已還原的燒結(jié)礦的一部分供應(yīng)到所述熔煉氣化爐；第二還原燒結(jié)礦供應(yīng)管線將已還原的燒結(jié)礦的其余部分供應(yīng)到所述微細(xì)粉塵去除裝置。
[0016]所述燒結(jié)礦可為混合自然狀態(tài)的鐵礦石粉末、石灰石及煤炭，以900°C?1400°C的溫度進(jìn)行加熱、再結(jié)晶或者燒制至半熔融狀態(tài)之后，粉碎成Imm?1mm的礦石。
[0017]所述已還原的燒結(jié)礦的其余部分可包括在氣體凈化過(guò)濾器型還原爐中給一氧化碳和氫氣供氧后排出的FeO或者Fe的燒結(jié)礦、從所述工藝氣體分離出的粉塵以及在重復(fù)的介質(zhì)循環(huán)法的氧化及還原反應(yīng)中產(chǎn)生的燒結(jié)礦。
[0018]可向所述氧化燃燒爐額外供應(yīng)新的燒結(jié)礦，以補(bǔ)充供應(yīng)到所述熔煉氣化爐的已還原的燒結(jié)礦的量并促進(jìn)已還原的燒結(jié)礦的活性。
[0019]該鐵水制造設(shè)備還可包括:換熱裝置，換熱裝置通過(guò)借助于對(duì)所述氣體凈化過(guò)濾器型還原爐排出的煙氣進(jìn)行換熱使煙氣中的水蒸氣轉(zhuǎn)變成水來(lái)分離出二氧化碳并生產(chǎn)高溫蒸汽；以及蒸汽輪機(jī)，蒸汽輪機(jī)由通過(guò)所述換熱裝置生成的蒸汽來(lái)生產(chǎn)電力。
[0020]在所述氧化燃燒爐中已還原的燒結(jié)礦與空氣中的氧氣一起燃燒而產(chǎn)生的熱量可以被供給新的燒結(jié)礦、空氣以及從所述微細(xì)粉塵去除裝置供應(yīng)的已還原的燒結(jié)礦。
[0021]所述該鐵水制造設(shè)備還可包括:燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)在氧化燃燒爐中向新的燒結(jié)礦和已還原的燒結(jié)礦供應(yīng)燃燒用氧氣后排出的缺氧空氣來(lái)生產(chǎn)電力；或者蒸汽輪機(jī)，蒸汽輪機(jī)通過(guò)對(duì)所述缺氧空氣進(jìn)行換熱來(lái)生產(chǎn)蒸汽并利用所生產(chǎn)的蒸汽來(lái)生產(chǎn)電力。
[0022]所述該鐵水制造設(shè)備還可包括二氧化碳去除裝置，二氧化碳去除裝置連接至氣體凈化過(guò)濾器型還原爐以從由所述氣體凈化過(guò)濾器型還原爐排出的煙氣去除二氧化碳。
[0023]所述氣體凈化過(guò)濾器型還原爐排出的煙氣可通過(guò)換熱生產(chǎn)蒸汽，用所生產(chǎn)的蒸汽轉(zhuǎn)動(dòng)蒸汽輪機(jī)來(lái)生產(chǎn)電力，去水之后供應(yīng)到所述二氧化碳去除裝置。
[0024]所述二氧化碳去除裝置中可安裝用于將去除二氧化碳的氣體凈化過(guò)濾器型還原爐煙氣再次通入氣體凈化過(guò)濾器型還原爐的再循環(huán)氣體供應(yīng)管線。
[0025]所述二氧化碳去除裝置可包括水煤氣變換反應(yīng)器(water -gas shift reactor 和氫氣變壓吸附裝置(pressure swing adsorpt1n)。
[0026]氣體凈化過(guò)濾器型還原爐的前端處可以安裝有用于從所述鐵礦石還原爐排出的工藝氣體中去除粉塵的的氣體凈化裝置。
[0027]所述氣體凈化裝置可為選自旋風(fēng)分離器、陶瓷管式過(guò)濾器、金屬過(guò)濾器及洗滌器中的至少一種。
[0028]氧化燃燒爐的前端處可以安裝有用于加熱通入所述氧化燃燒爐的空氣的換熱裝置。
[0029]本發(fā)明的另一實(shí)施方式提供了一種鐵水制造設(shè)備，包括:鐵礦石還原爐，鐵礦石還原爐通過(guò)裝入鐵礦石并通入還原氣體，以生產(chǎn)還原鐵；熔煉氣化爐，該熔煉氣化爐通過(guò)填充煤炭并通過(guò)裝入在所述鐵礦石還原爐中被還原后排出的還原鐵，以生產(chǎn)鐵水和要提供到所述鐵礦石還原爐的還原氣體；氣體凈化過(guò)濾器型還原爐，該氣體凈化過(guò)濾器型還原爐通過(guò)裝入焙燒球團(tuán)并通入在鐵礦石還原爐對(duì)鐵礦石進(jìn)行還原后排出的工藝氣體，以對(duì)焙燒球團(tuán)進(jìn)行還原；微細(xì)粉塵去除裝置，該微細(xì)粉塵去除裝置從氣體凈化過(guò)濾器型還原爐中被還原并排出的已還原的焙燒球團(tuán)去除粉塵；以及氧化燃燒爐，該氧化燃燒爐通過(guò)裝入去除粉塵的已還原的焙燒球團(tuán)并使焙燒球團(tuán)與空氣一起燃燒，以使已還原的焙燒球團(tuán)氧化。
[0030]所述焙燒球團(tuán)可以是通過(guò)將粒度為100 μπι以下的超細(xì)粉鐵礦、膨潤(rùn)土、石灰石、白云石、橄欖石與水一起裝入旋轉(zhuǎn)式滾筒中制成尺寸為3mm?8mm的球團(tuán)后，在800°C?900°C被預(yù)熱，以及在1200°C?1400°C燒制而成的。
[0031]所述鐵礦石還原爐或者氣體凈化過(guò)濾器型還原爐中可加入作為添加劑的CaO或者 CaCO30
[0032]本發(fā)明的又一實(shí)施