專(zhuān)利名稱(chēng)：高溫煤氣海綿鐵生產(chǎn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)還原生產(chǎn)海棉鐵的方法，屬鋼鐵技術(shù)領(lǐng)域。
目前生產(chǎn)海棉鐵大都采用裂解天然氣為還原劑，并配以還原裝置的方法，但對(duì)于缺少天然氣資源的地區(qū)不能適用；也有以煤作還原劑的大型轉(zhuǎn)爐，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建廠投資大，生產(chǎn)成本高，還有遂道窯生產(chǎn)方法，尚存在著還原時(shí)間長(zhǎng)，能耗高等缺點(diǎn)，難以被人們采納。
本發(fā)明的目的是提供一種還原時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，在還原過(guò)程中無(wú)粉化、再氧化和懸料故障，既節(jié)能又無(wú)環(huán)境污染的海棉鐵生產(chǎn)方法及裝置。
本發(fā)明主要由煤粉制備段、高溫煤粉氣化爐和還原段構(gòu)成的海棉鐵生產(chǎn)系統(tǒng)。其技術(shù)方案如下1、煤粉制備段，該段是利用還原段因冷卻球團(tuán)而升溫的N2對(duì)球磨后的煤粉進(jìn)行干燥、輸送、分離和儲(chǔ)存。利用參預(yù)還原后并經(jīng)凈化的煤氣與煤粉混合后，向高溫煤粉氣化爐輸送煤粉。2、高溫煤粉氣化爐，該爐采用蒸氣、氧氣在氧煤槍中與煤氣、煤粉混合后噴入產(chǎn)氣室，在1600℃高溫下連續(xù)氣化，并采用鎖氣排渣的方法，生產(chǎn)出一定組分和壓力的高溫、高壓煤氣。3、還原段，該段是采用造球后濕球團(tuán)直接加入反應(yīng)器內(nèi)使球團(tuán)在靜止的狀態(tài)下連續(xù)地干燥、預(yù)熱、還原和冷卻的方法。其原理是，由來(lái)自氣化爐的高溫、高壓煤氣，經(jīng)進(jìn)一步氧化增溫后，使其溫度達(dá)到1300℃以上，利用該煤氣的高溫把還原室中的含炭球團(tuán)加熱至1150～1200℃，在此溫度下，球團(tuán)內(nèi)部的炭粉和高溫高壓的煤氣與氧化鐵粉產(chǎn)生強(qiáng)烈的還原反應(yīng)，在15分鐘之內(nèi)即可使鐵礦粉由Fe3O4還原為MFe。高溫煤氣參與還原后，進(jìn)入下序反應(yīng)器對(duì)球團(tuán)進(jìn)行預(yù)熱干燥，最后輸入凈化系統(tǒng)，凈化后作為煤氣的驅(qū)動(dòng)氣體循環(huán)利用。上述所有運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程都是在密閉的管道及容器中運(yùn)行，無(wú)任何有害氣體和液體排放。
本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)1、由于采用煤氣輸送煤粉和配氧高溫造氣的方法，可適用任何煤種制粉與造氣。
2、由于采用工業(yè)氧氣、蒸氣、高溫高壓氣化煤粉和鎖氣排渣的造氣方法，使氣化和分解速度加快，產(chǎn)氣率提高。
3、由于采用高溫高壓產(chǎn)氣法，其煤氣壓力即為輸送煤氣的驅(qū)動(dòng)力，從而省去了高溫驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，有減少投資和減化操作程序的益處。
4、由于采用爐內(nèi)爐渣浸水、碎渣機(jī)碎渣、螺旋排渣機(jī)鎖氣排渣的方法使排渣暢通，無(wú)污染，并保證了產(chǎn)氣壓力。
5、由于余熱鍋爐對(duì)產(chǎn)氣室熱輻射和爐渣浸水熱量的回收和還原氣體對(duì)下序反應(yīng)器的預(yù)熱、干燥以及N2冷卻高溫球團(tuán)熱量的利用，均有益節(jié)省能源。
6、由于采用1150～1200℃的還原溫度和高溫高壓煤氣對(duì)還原反應(yīng)的促進(jìn)作用，使還原時(shí)間在達(dá)到溫度后10-15分鐘之內(nèi)即可完成95％以上的金屬化率，與轉(zhuǎn)窯相比較，可提高還原速度20倍，與隧道窯相比較，可提高還原速度100倍。
7、由于采用濕球團(tuán)直接加入反應(yīng)器的方法，不但省去球團(tuán)預(yù)先干燥的工序，而且因濕球團(tuán)強(qiáng)度較高，在運(yùn)輸及裝罐時(shí)不會(huì)破碎。裝入反應(yīng)器的球團(tuán)是在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行反應(yīng)，不會(huì)有球團(tuán)粉化現(xiàn)象發(fā)生。由上述原因，在造球時(shí)可采用有機(jī)物粘結(jié)劑，并可減少用量。因有機(jī)物在高溫下被炭化，而炭化后的有機(jī)物又可參與還原反應(yīng)，因此又可減少炭粉的加入量，從而起到了降低球團(tuán)成本和減少雜質(zhì)攝入的雙重效果。
8、由于采用多向多孔向還原室供應(yīng)超高溫煤氣的方法，可使還原溫度上下平衡，解決了由溫差所造成的還原偏析問(wèn)題。
9、由于采用高還原氣分下還原、脫水N2進(jìn)行成品球團(tuán)冷卻的方法，在生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)再氧化因素存在。
10、由于采用機(jī)械強(qiáng)制排料的方法，無(wú)懸料的顧慮。
11、由于整個(gè)生產(chǎn)裝置中，除制氧設(shè)備外，其它設(shè)備都比較簡(jiǎn)單，容易制造，與回轉(zhuǎn)窯相比較，可節(jié)省大量資金投入。
下面通過(guò)附圖結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施方案作一詳細(xì)說(shuō)明。
附

圖1為本發(fā)明煤粉制備段示意圖。
附圖2為本發(fā)明高溫煤粉氣化爐剖視圖。
附圖3為本發(fā)明還原段剖視及示意圖。
參見(jiàn)附圖1、造氣原煤(1)由皮帶運(yùn)輸機(jī)向制粉裝置輸送，經(jīng)給料器(3)進(jìn)入球磨機(jī)(6)內(nèi)制粉。用N2儲(chǔ)罐(5)所提供的高溫N2，經(jīng)加壓風(fēng)機(jī)(4)加壓后，進(jìn)入球磨機(jī)，用其攜帶的高溫，對(duì)煤粉進(jìn)行干燥，然后攜干燥后的煤粉，經(jīng)出料口(7)送入粗粉分離器(8)，分離出來(lái)的粗煤粉返回球磨機(jī)再磨，細(xì)粉經(jīng)二次風(fēng)機(jī)(13)加壓后，進(jìn)入一級(jí)氣粉分離器(9)、二級(jí)氣粉分離器(10)、袋式氣粉分離器(11)。分離后的N2經(jīng)加壓風(fēng)機(jī)(14)送至N2處理裝置(16)，N2在該裝置中脫水和清除殘余煤粉后，儲(chǔ)備待用。(15)是袋式氣粉分離器的二次風(fēng)機(jī)。與N2分離后的煤粉，落入密封煤粉儲(chǔ)蒼(12)，在葉輪給料機(jī)(17)和元盤(pán)給料機(jī)(18)的相互配合下，把煤粉均勻地向氣粉混合器(20)輸送。由來(lái)自還原段的凈化煤氣，經(jīng)高壓煤氣風(fēng)機(jī)(19)加壓后，進(jìn)入氣粉混合器(20)，與煤粉混合后，向高溫煤粉氣化爐輸送。
參見(jiàn)附圖2，爐體中部是該爐的第1氣化室(9)，該氣化室的外部設(shè)有上下兩組氣粉混合噴槍(1、2、3、4)，該噴槍是由煤氣、煤粉混合供應(yīng)管(5、6)提供的煤氣、煤粉，氧氣供應(yīng)管(7、8)提供的工業(yè)氧氣、余熱鍋爐(24)提供的蒸氣作為產(chǎn)氣介質(zhì)，噴入產(chǎn)氣室，經(jīng)高溫分解制造煤氣。在生產(chǎn)過(guò)程中，上組噴槍(1、4)的配氧系數(shù)α＝0.3，下組噴槍(2、3)的配氧系數(shù)α＝0.8～1，而且下組噴槍不供蒸氣，其目的是下組噴槍是以產(chǎn)生高溫為主，使上組噴槍所噴入的產(chǎn)氣物質(zhì)在1600℃高溫下迅速氣化。由于噴槍采用高壓噴射，使所產(chǎn)煤氣壓力較高，該壓力即是向還原段供氣的動(dòng)力。由第一氣化室(9)產(chǎn)生的粗煤氣流向第二氣化室(30)，未氣化的煤粉和未分解的蒸氣在這里繼續(xù)氣化。最終產(chǎn)生1000℃以上的高溫煤氣，經(jīng)設(shè)有耐火層(27)，保溫層(28)、鋼板保護(hù)層(29)的煤氣出口(31)由管道進(jìn)入一級(jí)除塵器(32)和二級(jí)除塵器(33)，除塵后向還原段供應(yīng)高溫煤氣。煤粉產(chǎn)氣后所產(chǎn)爐渣成液態(tài)狀或融落入水封浸渣池(11)使?fàn)t渣固化，經(jīng)對(duì)輥碎渣機(jī)(10)破碎后落入錐形儲(chǔ)渣池(12)，再經(jīng)螺旋排渣機(jī)(13)把爐渣排入鎖氣排渣罐(15)并分別開(kāi)關(guān)上排渣閥(14)下排渣(16)，在密封狀態(tài)下把爐渣排出，以達(dá)到鎖氣排渣的目的。設(shè)在水封浸渣池外部的余熱鍋爐(24)是通過(guò)熱交換器(17)受熱裂管(18)上循環(huán)水管(20)下循環(huán)水管(19)對(duì)爐渣浸水時(shí)所施放出的熱量加以回收，并加熱余熱鍋爐所需要的軟化水，通過(guò)給水泵(21)向熱交換器中的裂管供水，經(jīng)進(jìn)水口(22)向余熱鍋爐供應(yīng)已被加熱較高溫度的軟化水。余熱鍋爐在產(chǎn)氣室的熱輻射下增溫、產(chǎn)生水蒸氣，再經(jīng)氣水分離器(25、26)，向煤粉噴槍提供蒸氣。水封循環(huán)水補(bǔ)水泵(23)的作用是向水封系統(tǒng)補(bǔ)充水量。
參見(jiàn)附圖3，該段是由圖中所示的12個(gè)相同形狀的反應(yīng)器構(gòu)成的還原系統(tǒng)，反應(yīng)器之間，通過(guò)采取特殊保溫措施的管道和水壓控制的高溫閥門(mén)相互連通和分離，使反應(yīng)器之間可任意組合或分離。其生產(chǎn)方案是，先把12個(gè)反應(yīng)器編為1～12號(hào)，當(dāng)1號(hào)進(jìn)入還原工序時(shí)，2、3號(hào)進(jìn)入預(yù)熱工序，4、5號(hào)進(jìn)入干燥工序，6、7、8、9號(hào)進(jìn)入排料和裝料工序，10、11、12號(hào)進(jìn)入氮?dú)饫鋮s工序，如此循環(huán)進(jìn)行。按上述方案對(duì)生產(chǎn)程序描述如下由高溫煤粉氣化爐輸出的高溫煤氣，在煤氣本身壓力的驅(qū)動(dòng)下，由高溫煤氣主供氣管道(1)提供的高溫煤氣，通過(guò)高溫煤氣控制閥(2)經(jīng)高溫煤氣管道(3)進(jìn)入燒咀(4)同時(shí)由氧氣控制閥(5)供應(yīng)限量工業(yè)氧氣，使少量煤氣在增溫器(6)中氧化燃燒，使煤氣增溫至1300℃以上，再經(jīng)多向超高溫供氣管道(7)，分氣管道(8)通氣夾層(9)，斜式進(jìn)氣孔(10)進(jìn)入還原室(11)。因?yàn)檫€原室的球團(tuán)此時(shí)已被預(yù)熱到800℃以上，在1300℃的高溫煤氣的加熱下，使球團(tuán)很快達(dá)到1150～1200℃的熱平衡。在此高溫下，含炭球團(tuán)在內(nèi)配還原劑炭粉和高溫煤氣的雙重還原作用下，經(jīng)10～15分鐘即可達(dá)到95％以上金屬化率而完成還原工序。通過(guò)上述工序的高溫煤氣，通過(guò)煤氣輸出管(12)，進(jìn)入下個(gè)反應(yīng)器對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱和干燥，最后排出的低溫煤氣，經(jīng)煤氣返回支線(xiàn)閥(17)。進(jìn)入負(fù)壓煤氣返回主管道(18)，在負(fù)壓風(fēng)機(jī)(19)的引力下進(jìn)入煤氣處理裝置(20)。在該裝置中，煤氣中H2O、焦油、CO2等雜質(zhì)被脫除后，供制粉段作為煤粉輸送氣體運(yùn)用。已完成還原工序的反應(yīng)器，由M2主供氣管道(13)所供應(yīng)的冷卻N2，經(jīng)N2支線(xiàn)閥(14)向進(jìn)入冷卻工序的三個(gè)反應(yīng)器中輸送冷卻N2。因N2對(duì)高溫球團(tuán)冷卻，使N2溫度增高，高溫N2由N2返回閥(15)輸入N2排出管道(16)進(jìn)入制粉段的高溫N2儲(chǔ)罐，以備煤粉干燥和輸送之用。冷卻至常溫的反應(yīng)器，關(guān)閉全部閥門(mén)，打開(kāi)排料封蓋(23)的加緊裝置，利用排料頭(26)將封蓋頂住，收縮液壓缸，把帶有軌道輪(24)的封蓋，平穩(wěn)的放到軌道(25)上，并向車(chē)一樣推開(kāi)。然后由排料頭(26)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(27)、液壓缸(28)、液壓馬達(dá)(29)所構(gòu)成的強(qiáng)制排料裝置，將反應(yīng)室中的成品海棉鐵排出。最后封閉底部排料封蓋，由進(jìn)料口(22)裝入新的球團(tuán)……。另外根據(jù)材料性能，反應(yīng)室的進(jìn)料通道(22)應(yīng)由耐熱鋼制作，反應(yīng)室通氣夾層的內(nèi)外壁(30、32)應(yīng)由炭化硅材料制作，外層鋼板(31)需由鍋爐鋼板按壓力容器的要求制作，保溫層(33)應(yīng)采用保溫性能好，耐高溫的保溫材料。
權(quán)利要求
1.高溫煤氣海棉鐵生產(chǎn)方法及裝置，與已有技術(shù)固定床還原法(HYL)法的相近之處有如下三點(diǎn)1、都采用形狀相近的罐狀反應(yīng)器并相互連通、逐個(gè)還原冷卻法；2、都采用部分燃?xì)庋趸郎胤ǎ?、都采用上口裝料和下口機(jī)械強(qiáng)制排料法；但本發(fā)明與HYL法有較多區(qū)別，其特征是HYL是以裂解天然氣為還原劑，屬天然氣裂解還原法，其還原溫度在900℃以下，該還原溫度全部依靠燃燒還原氣體所得；本發(fā)明是以含炭球團(tuán)內(nèi)所配備的炭粉為主要還原劑，高溫煤粉氣化爐所產(chǎn)生的高溫高壓煤氣為球團(tuán)的加熱源和還原促進(jìn)劑，其還原溫度為1150～1200℃，并采用了造球后濕球團(tuán)不經(jīng)干燥直接加入反應(yīng)器內(nèi)干燥、預(yù)熱和還原的綜合還原法。
2.按著權(quán)利要求1、所述的高溫煤粉氣化爐所需要的煤粉是由制粉段提供，其特征是該段球磨機(jī)(6)所采用的干燥和煤粉輸送氣體是利用還原段冷卻還原球團(tuán)而增溫的N2，并可循環(huán)利用。氣粉混合器(20)采用的輸送氣體是利用還原段參與還原、預(yù)熱、干燥過(guò)程后并經(jīng)過(guò)凈化處理的煤氣，并可循環(huán)利用。
3.按權(quán)利要求1所述的高溫煤粉氣化爐，其特征是由氣化室(9、30)構(gòu)成的兩級(jí)氣化室，設(shè)在氣化室兩端的氣粉混合噴槍(1、2、3、4)，其上端噴槍的配氧系數(shù)α＝0.3，下端噴槍的配氧系數(shù)是α＝0.8～1。余熱鍋爐(24)是由熱交換器(17)加熱產(chǎn)氣用水。造氣所產(chǎn)爐渣是由水封浸渣池(11)對(duì)輥碎渣機(jī)(10)、錐形儲(chǔ)渣室(12)螺旋排渣機(jī)(13)，經(jīng)鎖氣排渣罐(15)排出爐外。
4.按著權(quán)利要求1所述的還原反應(yīng)是在反應(yīng)器中進(jìn)行，其特征是增溫器(6)輸出的超高溫煤氣是由多向超高溫供氣管(7)經(jīng)分氣管(8)、通氣夾層(9)和斜式進(jìn)氣孔(10)輸入還原室(11)的，該反應(yīng)器的排料封蓋(23)是由排料頭(26)的接應(yīng)，在軌道(25)上移開(kāi)而實(shí)施旋轉(zhuǎn)排料和封口的。
5.按著權(quán)利要求1所述的還原后的高溫海棉鐵，是由N2輸入閥(14)輸入的N2進(jìn)行冷卻的。
全文摘要
本發(fā)明是采用高溫高壓煤氣加熱配有還原劑的鐵精粉球團(tuán),生產(chǎn)海綿鐵的一種方法及裝置。主要由煤粉制備裝置、高溫煤粉氣化爐和還原裝置構(gòu)成的海綿鐵生產(chǎn)系統(tǒng)。采用該方法及裝置可使經(jīng)高溫煤氣加溫至1150～1200℃的含炭球團(tuán),在15分鐘之內(nèi)達(dá)到95%以上的金屬化率。解決了還原時(shí)間長(zhǎng)、球團(tuán)粉化、再氧化、懸料和產(chǎn)品雜質(zhì)含量高的技術(shù)問(wèn)題,并具有節(jié)省能源、無(wú)環(huán)境污染和相對(duì)投資較少的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C21B13/00GK1338523SQ0112222
公開(kāi)日2002年3月6日 申請(qǐng)日期2001年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月16日
發(fā)明者王云龍 申請(qǐng)人:王云龍