專利名稱：：一種煤粉純氧高爐煉鐵工藝及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種冶煉工藝及其設(shè)備，特別是涉及一種煤粉純氧高爐煉鐵工藝及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
：預(yù)計在今后ioo年內(nèi)，高爐煉鐵仍將是鐵礦還原主要手段。研究最大限度用煤粉代替焦炭、用純氧代替空氣鼓風(fēng)高爐煉鐵工藝，一直是近一個世紀(jì)國內(nèi)外冶金科學(xué)家研發(fā)的重大課題，并在二十世紀(jì)八十年代后，陸續(xù)取得一些重大科研成果。在20世紀(jì)80年代相繼提出的各種高富氧(全氧)高爐技術(shù)方案都是采用爐身噴吹預(yù)熱的煤氣來解決"上涼"的問題，風(fēng)口區(qū)溫度過高則可用由風(fēng)口噴煤氣或水蒸汽給以平衡(見表1)。在這類方案中我國提出的FOBF—I工藝能充分實現(xiàn)完善的高爐反應(yīng)條件。而比利時的Poos提出的全氧高爐工藝在有焦?fàn)t煤氣供應(yīng)的條件下還能簡化設(shè)備。1986年日本鋼管公司(NKK)在3.9MS的高爐上進(jìn)行了全氧高爐的小型工業(yè)實驗。第一次實驗證明高爐全氧冶煉技術(shù)上完全可行并擁有巨大優(yōu)越性。高爐產(chǎn)量成倍增加、噴煤高達(dá)320kg/t，生鐵含硅量明顯下降，而高爐操作十分順利。NKK全氧高爐的特點是在爐身上部噴吹燃燒的爐頂煤氣，這能起加熱爐料作用而改善爐身下部鐵礦石的間接還原，如果用間接加熱的不脫除C02的煤氣自爐身下部噴吹可在加熱作用之外加強(qiáng)還原作用，會有更好的指標(biāo)。理論計算表明后一種方案能比前一方案降低燃料比4060kg/t。免除煤氣脫除及爐身循環(huán)的高富氧(全氧)技術(shù)，簡化了工藝流程及設(shè)備，降低了基建投資，更有利于高富氧(全氧)技術(shù)的開發(fā)。因此，20世紀(jì)90年代開展了簡化高富氧(全氧)工藝的研究。英、意、荷三國在歐洲經(jīng)濟(jì)共同體的資助下1991年在英國Scunthorpe600M3高爐上成功進(jìn)行了高富氧大量噴煤的工業(yè)實驗。在富氧濃度3540%條件下達(dá)到最大噴煤率300kg/t，并且實現(xiàn)了高爐半煤半焦(噴煤270kg/t，焦比270kg/t)煉鐵的作業(yè)水平。這標(biāo)志著40%富氧的高富氧(全氧)高爐工藝已進(jìn)入工業(yè)化階段。Edstrom及馬積棠在利用瑞典的優(yōu)越原料制造一種理想爐料以降低爐身加熱煤氣量的條件下提出了BOBF工藝，使用4090%的富氧，噴煤370kg/t，焦比200kg/t。這一工藝在其他國家原料條件下是難于實現(xiàn)的。比利時的Poos提出簡化高富氧(全氧)高爐工藝是以超量噴煤來達(dá)到爐身加熱煤氣平衡的，而用風(fēng)口加噴水蒸汽的條件下，高爐上下部平衡得以保持。氧煤噴槍技術(shù)有重大突破后可以期望這一預(yù)想工藝的實現(xiàn)，但是目前實施這一工藝尚有困難。上述高富氧(或全氧)噴煤粉高爐共同點都是通過向爐身噴吹大量預(yù)熱煤氣，來調(diào)整煤氣水當(dāng)量，補(bǔ)充爐身熱量，降低燃料比，提高煤粉噴入量。由于工業(yè)化應(yīng)用尚不成熟，世界各國將上述工藝方法投入工業(yè)化應(yīng)用還未見有報導(dǎo)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是提供一種煤粉純氧高爐煉鐵工藝系統(tǒng)。采用的技術(shù)方案是煤粉純氧高爐系統(tǒng)，包括制氧機(jī)、空氣壓縮機(jī)、臥式熱風(fēng)爐、氣流床煤氣發(fā)生器、高溫煤氣復(fù)合除塵器和煉鐵高爐。氣流床煤氣發(fā)生器，由噴煤粉裝置和煤氣發(fā)生器兩部分組成。噴煤粉裝置頂部有煤粉入口。噴煤粉裝置的下部通過管道與葉輪給料機(jī)入料口連接，葉輪給料機(jī)的出料口通過管路與螺旋給煤機(jī)的入料口連接，螺旋給煤機(jī)的出料口與煤氣發(fā)生器的進(jìn)煤口連接。在螺旋給煤機(jī)殼體上有一個水蒸汽入口，分別通過管路與水蒸汽源連接，經(jīng)螺旋給煤機(jī)內(nèi)的水蒸汽通道向煤氣發(fā)生器內(nèi)送入水蒸汽和煤粉。高溫煤氣復(fù)合除塵器，由氣灰分離室、灰沉降室、集灰室組成，氣灰分離室的中部設(shè)有煤氣輸入口，在氣灰分離室頂部設(shè)有煤氣輸出口，在氣灰分離室上部設(shè)有多層耐火管式擋灰層?；页两凳遗c集灰室通過管道連接，管道上設(shè)有閥門。集灰室下部設(shè)有卸灰通道。集灰室上部設(shè)有噴槍，將200-40(TC蒸汽適量噴入氣灰分離室，使灰冷卻到60(TC左右，可回收灰渣中的部分物理熱，特別有利于提高高灰分、低熱值的煤的熱效率。由制氧機(jī)制備純氧，空壓機(jī)制備壓縮空氣，廢熱鍋爐制備水蒸汽，三種氣體混合后通過管路與熱風(fēng)爐入氣口連接，熱風(fēng)爐出氣口通過管路與煤氣發(fā)生器下端氣體入口連接。煤氣發(fā)生器上側(cè)壁上設(shè)有煤氣出口，該煤氣出氣口通過管路與高溫煤氣復(fù)合除塵器的煤氣入口連接。高溫煤氣復(fù)合除塵器的凈化煤氣出口通過管路與高爐下部煤粉入口連接。煤粉純氧高爐煉鐵工藝，采用的設(shè)備是本發(fā)明的煤粉純氧高爐系統(tǒng)，其具體工藝流程為利用制氧機(jī)制備純氧，利用空氣壓縮機(jī)制備壓縮空氣，利用廢熱鍋爐制備水蒸汽，氧氣同壓縮空氣、水蒸汽混合后通過臥式熱風(fēng)爐預(yù)熱到900-150(TC，氣體的混合比例視選擇的煤種、煤的化學(xué)成分和冶煉高爐焦比而定，預(yù)熱后的混合氣體從煤氣發(fā)生器底部進(jìn)入煤氣發(fā)生器，同時，煤粉通過臥式熱風(fēng)爐產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行干燥和預(yù)熱，然后通過噴煤裝置噴入氣流床煤粉氣化發(fā)生器的料倉內(nèi)，并進(jìn)入中轉(zhuǎn)罐內(nèi)，稱重后由葉輪給料機(jī)和螺旋給煤機(jī)送入氣流床煤氣發(fā)生器的煤氣發(fā)生器內(nèi)，煤粉同富氧空氣及水蒸氣混合物進(jìn)行氣化反應(yīng)，反應(yīng)后生成的煤氣從煤氣發(fā)生器頂部經(jīng)管道進(jìn)入高溫煤氣復(fù)合除塵器內(nèi)，氣體在高溫煤氣復(fù)合除塵器中除塵后，可以除去煤氣中90-95%的灰分，得到純度更高的煤氣，除塵后的煤氣通過管道進(jìn)入高爐爐身下部直接參加煉鐵反應(yīng)。高爐爐料以酸性球團(tuán)礦為主，適當(dāng)配加部分高堿度燒結(jié)礦，每噸鐵鼓入1200m3-1750m3高溫煤氣，鼓入80-120m3氧氣/T。在煉鐵過程中產(chǎn)生的高爐煤氣余壓在0.3-0.45MPa之間，可用于余壓發(fā)電，每噸鐵約可用TRT發(fā)電60-80KWh/T鐵。本工藝是在高爐噴煤基礎(chǔ)上，將煤粉通過氣流床高溫煤氣發(fā)生器制成高溫煤氣(〉1200°C)經(jīng)過復(fù)式粗除塵后(溫降《50'C)再噴入高爐爐身下部，再配加80M^120MS氧氣/T鐵，130-180kg焦炭/T鐵，含鐵原料是85%酸性球團(tuán)礦，其余為高堿度燒結(jié)礦或石灰等熔劑。本工藝煤氣制作用煤，可以用低熱值煙煤、無煙煤，低位發(fā)熱值大于16MJ/kg即可，臥式熱風(fēng)爐產(chǎn)生的廢氣溫度《30(TC，用于煤粉加工過程中干燥和預(yù)熱，使入爐前煤粉含水量《0.5%,煤粉溫度大于10(TC、小于150'C。用于加熱富氧空氣和蒸汽的煤氣取自高爐自產(chǎn)煤氣，自產(chǎn)煤氣熱值4.8-5.5MJ/M3,該工藝生產(chǎn)低硅、低硫、低磷、低碳、鐵7K，鐵水出爐前溫度可控制大于1470°C。本工藝具有如下幾大優(yōu)點-1、節(jié)能效果好，煉鐵工序能耗，可以達(dá)到420kgce/T鐵水平，比目前現(xiàn)狀降低25.4%。由于大量用煤代焦，并且用水蒸汽參與反應(yīng)，煤氣氫含量占還原氣體量40%。另外，由于粗除塵減少煤氣帶入灰份95%左右，使石灰配入量減少100kg/T左右，二氧化碳減排量可以達(dá)到40%以上。2、大幅度降低噴煤成本，由于可大量使用低熱值煤，使噴煤成本每噸鐵降低300元，若以煤置換焦炭計算，每噸鐵約降低600元/T鐵左右，具體節(jié)約價值視當(dāng)時當(dāng)?shù)孛航共少弮r格而定。3、使現(xiàn)有高爐單位容積產(chǎn)能提高50%以上，其利用系數(shù)可以達(dá)到6T/(M3晝夜)左右。4、高溫煤氣入高爐經(jīng)粗除塵脫S后減少鐵水脫硫負(fù)擔(dān)。5、由于可冶煉低硅優(yōu)質(zhì)鐵水，使煉鋼氧氣消耗有較大幅度降低，有利于實現(xiàn)少渣煉鋼新技術(shù)。圖1是煤粉純氧高爐系統(tǒng)示意圖。圖2是氣流床煤氣發(fā)生器煤結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是高溫煤氣復(fù)合除塵器結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施例方式煤粉純氧高爐系統(tǒng)，包括臥式熱風(fēng)爐l、氣流床煤氣發(fā)生器2、高溫煤氣復(fù)合除塵器3和冶煉用高爐4。氣流床煤氣發(fā)生器2，由噴煤裝置和煤氣發(fā)生器28組成。噴煤裝置包括料倉5、第一中轉(zhuǎn)罐6、第二中轉(zhuǎn)罐7、電子秤8、葉輪給料機(jī)9、螺旋給煤機(jī)IO。料倉5上部設(shè)有煤粉輸入口11，料倉5下部與第一中轉(zhuǎn)罐6通過管路連接，該管路上設(shè)有閥門12。第一中轉(zhuǎn)罐6通過管路與第二中轉(zhuǎn)罐7連接，在第一和第二中轉(zhuǎn)罐之間的連接管路上設(shè)置有閥門13。第二中轉(zhuǎn)罐7中設(shè)有電子秤8。第二中轉(zhuǎn)罐7下部通過管道與葉輪給料機(jī)9的進(jìn)料口連接。葉輪給料機(jī)9出料口與螺旋給煤機(jī)10通過管道連接，該管路上設(shè)有閘板閥14，螺旋給煤機(jī)10的出料口與煤氣發(fā)生器的進(jìn)煤口15連接。在螺旋給煤機(jī)10底壁上設(shè)有一個高溫蒸氣輸入口16，通過管路與蒸氣源連接，以便向煤氣發(fā)生器通入水蒸汽。煤氣發(fā)生器上部有煤氣出口17，該煤氣出口17通過管路與高溫煤氣復(fù)合除塵器3中部的氣灰分離室18的煤氣入口連接。高溫煤氣復(fù)合除塵器3，由氣灰分離室18、灰沉降室19和集灰室20依次連接構(gòu)成，在氣灰分離室頂部設(shè)有煤氣輸出口22，氣灰分離室18上部設(shè)有多層耐火管式擋灰層23。在灰沉降室19與集灰室20連接管道上裝設(shè)有閥門24。集灰室20下部設(shè)有卸灰通道21。集灰室上部設(shè)有噴槍25，該噴槍與有壓冷水管連接，向灰沉降室19內(nèi)噴冷水，對灰進(jìn)行冷卻。氣灰分離室18下部設(shè)有水冷腔26，通入循環(huán)冷卻水。氣灰分離室18上部的煤氣輸出口22通過管道與高爐4的煤氣輸入口連接。由制氧、空壓機(jī)等制備的純氧或富氧30通過管路27與臥式熱風(fēng)爐1的進(jìn)氣口連接，臥式熱風(fēng)爐l為已知產(chǎn)品，臥式熱風(fēng)爐1的出氣口通過管路29與煤氣發(fā)生器28的本體底部氣體入口31連接。煤氣發(fā)生器28的上部煤氣出口通過管路與氣灰分離室18中部的煤氣入口連接。一種煤粉純氧高爐煉鐵方法，包括下述工藝過程由制氧機(jī)制備的純氧、利用空壓機(jī)制備的壓縮空氣30和廢熱鍋爐制備的水蒸汽經(jīng)臥式熱風(fēng)爐1預(yù)熱至1350—1450'C,預(yù)熱后的混合氣體經(jīng)管路29，從氣流床煤氣發(fā)生器28本體底部的氣體入口31進(jìn)入煤氣發(fā)生器28，同時，煤粉被臥式熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱廢氣進(jìn)行千燥和預(yù)熱，煤粉含水量《0.5%，煤粉溫度為100—15(TC，經(jīng)煤粉輸口11進(jìn)入噴煤裝置的料倉5內(nèi)，再由料倉5進(jìn)入第一中轉(zhuǎn)罐6和第二中轉(zhuǎn)罐7，進(jìn)入第二中轉(zhuǎn)罐7內(nèi)的煤粉經(jīng)上部設(shè)置的電子秤8稱量出設(shè)計要求的煤粉量后，閥門13關(guān)閉，煤粉由葉輪給料機(jī)9喂入螺旋給煤機(jī)10的入料口，由螺旋給煤機(jī)10推進(jìn)，在水蒸汽的推動下，由煤氣發(fā)生器的進(jìn)煤口15進(jìn)入煤氣發(fā)生器28內(nèi)與己被預(yù)熱至1350—145(TC的純氧或富氧氣體與水蒸汽的混合氣體混合，進(jìn)行氣化反應(yīng)，反應(yīng)后生成的煤氣從煤氣發(fā)生器28的頂部煤氣出口17經(jīng)管路進(jìn)入高溫煤氣復(fù)合除塵器3的氣灰分離室18內(nèi)，經(jīng)過濾除塵和多層耐火管式擋灰層23還原，除去煤氣中的90—95%的灰分。由煤氣輸出口22經(jīng)輸送管路進(jìn)入高爐下部直接參與煉鐵反應(yīng)。入爐前煤氣降溫至55(TC。氣灰分離室18分離出的渣子進(jìn)入灰沉降室19，按要求打開閥門24，灰進(jìn)入集灰室20，經(jīng)由噴槍25噴淋冷水冷卻后由卸灰通道21排出。以4501V^高爐為例，技術(shù)參數(shù)如下一、原燃材料條件1.1球團(tuán)礦U.l化學(xué)成份表1球團(tuán)礦化學(xué)成份<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>l丄2球團(tuán)礦粒度5mm-10mm1.2石灰CaOSi(32灼減》85%《2%《5%1.3焦炭固定碳C83.83%灰份13.6%1.4以雞西2#中煤作為造氣用煤，其成份如表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>1.5氣體成份、純度壓力氧氣純度99.9%壓力>0.5MPa空氣壓力》0.5MPa蒸汽壓力》1.2MPa二、生鐵成份、溫度、產(chǎn)能2.1生鐵成份=0.2%[S]《0.03%[C]《3.7%[Mn!h0.16。/。其余為鐵Fe95.49%2.2溫度》1500°C出鐵口處溫度。2.3設(shè)計產(chǎn)能設(shè)備利用系數(shù)-6T/M3晝夜產(chǎn)能=270017天=112.5T/h年產(chǎn)75萬噸/年三、高爐尾氣成份和溫度壓力3.1尾氣溫度200°C3.2尾氣成份表3冶煉每噸生鐵產(chǎn)生高爐尾氣體積和百分含量<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>尾氣脫水后熱值qg=6.52MJ/M:四、爐渣成份和渣量4.1爐渣成份表4-l冶煉每噸生鐵產(chǎn)生爐渣成份<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>五、生鐵消耗指標(biāo)表5-1450M3氧氣煤粉高爐消耗指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>六、工序能耗ZQ=701.8xl6MJ+180x7x4.18+3.6xl20MJ-60x3.6MJ-6503.51MJ=10.208GJ=348.88kgce/T鐵與常規(guī)高爐相比10.208GJ/T+14.63GJ/T=70.0%則節(jié)能30%七、二氧化碳減排7.1常規(guī)高爐全部用焦炭計算14.63xlOOOMJ+(7980x4.18+1000)^438.60kg碳應(yīng)生成二氧化碳量438.6x(44+12)=1608,2kg二氧化碳7.2改進(jìn)后生成二氧化碳量由煤變氣占能源消耗總量10.208GJ-(180kgx7000x4.18+1000)MJ=4941.2MJ折算煤氣量4941.2MJ+[4.18x(3.021x47.44%+2.580x29.04%)]=541,65M3，其中CO量541.65x0.4744=256.96M3用尾氣計算尾氣CO產(chǎn)323.11M3用尾氣預(yù)熱蒸汽和氧、壓縮空氣485.66M3x0.333=161.72M3貝U:C02總量323.11+16L72=484.83M3=952.35kg則二氧化碳減排量在高爐冶煉工序中，可計算如下1608.2kg-952.4kg=655,85kg減排比例655.85+1608.2=40.78%其中減少石灰用量150kg/T，少排二氧化碳和焦炭減少、節(jié)能、球團(tuán)比例增加燒結(jié)節(jié)能、減排二氧化碳未計算在內(nèi)按每年300萬噸鋼計算，每年可減排二氧化碳196萬噸。權(quán)利要求1、一種煤粉純氧高爐煉鐵工藝方法，其特征在于所述的高爐噴煤粉工藝基礎(chǔ)上，將富氧空氣或者氧氣、蒸汽混合氣經(jīng)蓄熱式熱風(fēng)爐預(yù)熱900-1500℃左右，將煤粉噴入高溫煤氣發(fā)生器或煤氣發(fā)生器中，同時噴入高溫混預(yù)熱的上述氣體，在高溫氣流床煤氣發(fā)生器或煤氣發(fā)生器中產(chǎn)生氣化反應(yīng)，高溫煤氣經(jīng)過高溫復(fù)合除塵器除去90-95％灰塵，高溫煤氣直接噴入高爐爐身下部參與煉鐵反應(yīng)，高爐爐料以酸性球團(tuán)礦為主，適當(dāng)配加部分高堿度燒結(jié)礦，每噸鐵鼓入1200m3-1750m3高溫煤氣，鼓入80-120m3氧氣/T煉鐵。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤粉純氧高爐煉鐵工藝方法，其特征在于所述的流化床煤粉汽化爐，由噴煤系統(tǒng)和煤氣氣化系統(tǒng)組成，其中噴煤系統(tǒng)由料倉、中轉(zhuǎn)罐、閥門、電子秤、葉輪給料機(jī)和螺旋給煤機(jī)組成，料倉上部設(shè)有煤粉輸入口，料倉下部同中轉(zhuǎn)罐通過管道連接，管道上設(shè)有閥門，中轉(zhuǎn)罐通過管道同中轉(zhuǎn)罐連接，管道上設(shè)有閥門，中轉(zhuǎn)罐中設(shè)有電子秤，中轉(zhuǎn)罐下部通過管道與葉片給料機(jī)連接，葉片給料機(jī)下部與螺旋給料機(jī)通過管道連接，期間設(shè)有閥門，螺旋給料機(jī)的出口與煤氣發(fā)生器的進(jìn)煤口連接，煤氣氣化系統(tǒng)由發(fā)生爐本體和熱風(fēng)輸入口、煤粉輸入口及煤氣輸出口組成，其中熱風(fēng)輸入口設(shè)置在發(fā)生爐本體的底部，煤粉輸入口布置在發(fā)生爐本體的下部，煤氣輸出口設(shè)置在發(fā)生爐本體的上部。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煤粉純氧高爐煉鐵工藝方法，其特征在于所述的高溫煤氣復(fù)合除塵器，由氣灰分離室、灰沉降室、集灰室組成，氣灰分離室的中部設(shè)有煤氣輸入口，在氣灰分離室頂部設(shè)有煤氣輸出口，在氣灰分離室上部設(shè)有多層耐火管式擋灰層，擋灰層上的積灰定期利用脈沖氣流，震動清除，灰沉降室與集灰室通過管道連接，管道上設(shè)有閥門，集灰室下部設(shè)有卸灰通道。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤粉純氧高爐煉鐵工藝方法，其特征在于高溫煤氣制作，是用壓縮空氣或者富氧壓縮空氣加少量蒸汽預(yù)熱90(TC—1500°C，用于氣流床煤氣發(fā)生器或煤氣發(fā)生器生產(chǎn)適合鐵的氧化物還原用高溫煤氣工藝。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤粉純氧高爐煉鐵工藝方法，其特征是在高溫煤氣除塵器的氣灰分離室上部設(shè)有蒸汽噴射器，將200-40(TC蒸汽適量噴入氣灰分離室，使灰冷卻到60(TC左右，可回收灰渣中的部分物理熱，特別有利于提高高灰分、低熱值的煤的熱效率。全文摘要一種煤粉純氧高爐煉鐵工藝方法，高爐噴煤粉工藝基礎(chǔ)上，將富氧空氣或者氧氣、蒸汽混合氣經(jīng)蓄熱式熱風(fēng)爐預(yù)熱900-1500℃左右，將煤粉噴入高溫煤氣發(fā)生器或煤氣發(fā)生器中，同時噴入高溫混預(yù)熱的上述氣體，在高溫氣流床煤氣發(fā)生器或煤氣發(fā)生器中產(chǎn)生氣化反應(yīng)，高溫煤氣經(jīng)過高溫復(fù)合除塵器除去90-95％灰塵，高溫煤氣直接噴入高爐爐身下部參與煉鐵反應(yīng)，高爐爐料以酸性球團(tuán)礦為主，適當(dāng)配加部分高堿度燒結(jié)礦，每噸鐵鼓入1200m³-1750m³高溫煤氣，鼓入80-120m³氧氣/T煉鐵。本工藝節(jié)能效果好，可大幅度降低噴煤成本，使現(xiàn)有高爐單位容積產(chǎn)能提高50％以上，其利用系數(shù)可以達(dá)到6T/(M³晝夜)左右。由于可冶煉低硅優(yōu)質(zhì)鐵水，使煉鋼氧氣消耗有較大幅度降低，有利于實現(xiàn)少渣煉鋼新技術(shù)。文檔編號C21B5/00GK101413038SQ20081022929公開日2009年4月22日申請日期2008年12月4日優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日發(fā)明者周久樂申請人:沈陽東方鋼鐵有限公司