專利名稱：全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，以焦炭為主要原料的傳統(tǒng)高爐煉鐵技術(shù)在生產(chǎn)效率、能量利用等方面已經(jīng)得到了較大的發(fā)展。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(yùn)動，與下行的礦石進(jìn)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。但在全球焦煤資源匱乏和環(huán)境惡化等壓力下，需要開發(fā)以煤為主要能源的新的煉鐵工藝。以粉煤和純氧為主要原料氧氣鼓風(fēng)高爐煉鐵技術(shù)是最具規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用的煤氧煉鐵新工藝之一。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。高爐全氧鼓風(fēng)操作具有高生產(chǎn)率，高噴煤率，低焦比，爐頂煤氣不含氮?dú)獾葍?yōu)點(diǎn)。目前全氧高爐通常采用常溫純氧代替熱風(fēng)，與煤粉一起從爐缸風(fēng)口鼓入，噴吹煤粉量在300Kg/tHM，進(jìn)一步提高噴煤量時，由于煤粉在風(fēng)口區(qū)燃燒不充分，大量未然煤粉被煤氣帶走，未然煤粉在上升過程中堵塞煤氣流通道，導(dǎo)致高爐懸料。氣基豎爐直接還原具有生產(chǎn)規(guī)模大、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)操作方便靈活、環(huán)境友好等特點(diǎn)，在南美、北美、中東、東南亞、印度等天然氣資源比較豐富的國家被廣泛采用。我國由于煤炭資源比較豐富，為發(fā)展高爐鐵煉鋼的長流程提供了碳資源，從而形成我國單一的鋼鐵冶金長流程的生產(chǎn)模式，造成我國鋼鐵行業(yè)成本高，耗能高，二氧化碳排放量高的局面。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的問題是針對現(xiàn)有技術(shù)提出一種全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提高高爐煤氣的利用價值，煤氣循環(huán)使用，CO2排放量顯著降低。本實用新型解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，它包括高爐和氣基豎爐；其特征在于高爐的爐頂?shù)母郀t煤氣出口由第一高爐煤氣管與脫除CO2設(shè)備的輸入口相連通；脫除CO2設(shè)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(shè)備的第二輸出口由第二 CO氣管與水煤氣變換設(shè)備的輸入口相連通，水煤氣變換設(shè)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。一種全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)工藝，高爐采用全熱氧燃燒(全熱氧表示助燃?xì)怏w全部采用加熱后的氧氣)，熱氧溫度彡650°c，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)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。[0007]所述熱氧溫度為650°C— 1300°C (最佳為 650°C— 850°C)。本實用新型的原理是高爐全氧鼓風(fēng)，使高爐爐缸中冶煉單位生鐵的煤氣量銳減，在保持高爐順行的條件下，冶煉強(qiáng)度大幅度提高。采用全熱氧鼓風(fēng)，熱氧溫度在650°C以上，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450Kg/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高，高溫區(qū)產(chǎn)生的CO2量減小，焦炭的熔損減少，使高爐有可能采用反應(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,不含氮?dú)?，脫除CO2后(或采用經(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0. 6-0. 7MPa，加熱到800-900°C后送入還原豎爐生產(chǎn)海綿鐵。 本實用新型的有益效果是全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)的高爐采用全熱氧燃燒，焦比降低到200Kg/tHM以下，噴煤量提高到450Kg/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(kuò)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，以長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。改變目前鋼鐵企業(yè)單一生產(chǎn)方式，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)低耗，低成本，節(jié)能減排和超低二氧化碳排放生產(chǎn)。

圖I為本實用新型全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖中1-高爐，2-第一高爐煤氣管，3-脫除CO2設(shè)備，4-第一 CO氣管，5-第二 CO氣管,6-水煤氣變換設(shè)備,7-氫氣管,8-混合加壓器,9-第一混合氣管，10-加熱器,11-第二混合氣管，12-氣基豎爐(或稱豎爐)。
具體實施方式
下面通過圖I對本實用新型做進(jìn)一步的說明，但不構(gòu)成對本實用新型的限制。如圖I所示，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12 ;高爐I的爐頂?shù)母郀t煤氣出口由第一高爐煤氣管2與脫除CO2設(shè)備3的輸入口相連通；脫除CO2設(shè)備3的第一輸出口由第一 CO氣管4與混合加壓器8的第二輸入口相連通(脫除CO2設(shè)備3的第一輸出口、第二輸出口均輸出CO氣+ H2),脫除CO2設(shè)備3的第二輸出口由第二⑶氣管5與水煤氣變換設(shè)備6的輸入口相連通，水煤氣變換設(shè)備6的輸出口由氫氣管7與混合加壓器8的第一輸入口相連通(水煤氣變換設(shè)備6的輸出口輸出H2);混合加壓器8的輸出口由第一混合氣管9與加熱器10的混合氣體輸入口相連通，加熱器10的混合氣體輸出口由第二混合氣管11與氣基豎爐12的混合氣體輸入口相連通。加熱器上設(shè)有燃料輸入口。應(yīng)用實施例I一種全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)工藝，步驟為I)全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)的準(zhǔn)備；2)將燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和焦炭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)向高爐中鼓入溫度在650°C以上的純熱氧(即高爐采用全熱氧燃燒，純熱氧表示溫度在650°C以上的純氧，純氧是指氧氣的體積純度> 80%,以下相同),氧氣用量為250-350Nm3/tHM ；4)爐頂煤氣(或稱高爐煤氣)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_2 1的比例混合，作為氣基豎爐還原氣，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(tuán)礦和燒結(jié)礦作為原料，并從風(fēng)口鼓入650°C純氧，其生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)如下氧氣消耗量320Nm3/tHM，焦比200Kg/tHM，煤比330Kg/tHM，爐頂煤氣量850NmVtHM，爐頂煤氣成分(體積):CO:47. 28%, CO2:36. 75%, H2:5. 35%, H2O :6. 1%，其他:4. 52%,豎爐燃料(體積)H2/C0 1:1,豎爐產(chǎn)量320000t/a。應(yīng)用實施例2與應(yīng)用實施例I基本相同，不同之處在于經(jīng)理論計算，3000m3高爐使用球團(tuán)礦和燒結(jié)礦作為原料，并從風(fēng)口鼓入750°C純氧，其生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)如下氧氣消耗量300Nm3/tHM，焦比170Kg/tHM，煤比350Kg/tHM，爐頂煤氣量840NmVtHM，爐頂煤氣量840NmVtHM，爐頂煤氣成分(體積):CO:45. 28%, CO2:35. 75%, H2:8. 35%, H2O :7. 1%，其他:3. 52%,豎爐燃料(體積)H2/C01. 2:1,豎爐產(chǎn)量750000t/a。應(yīng)用實施例3與應(yīng)用實施例I基本相同，不同之處在于經(jīng)理論計算，5000m3高爐使用球團(tuán)礦和燒結(jié)礦作為原料，并從風(fēng)口鼓入850°C純氧，其生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)如下[0042]氧氣消耗量290Nm3/tHM，焦比150Kg/tHM，煤比370Kg/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. I: I，豎爐產(chǎn)量1200000t/a。應(yīng)用實施例4·[0050]與實施例I基本相同，不同之處在于經(jīng)理論計算，3000m3高爐使用球團(tuán)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(biāo)如下氧氣消耗量260NmVtHM,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%, H2O :9. 1%，其他 2. 65%,豎爐燃料(體積)H2/C0 2:1,豎爐產(chǎn)量750000t/a。
權(quán)利要求1.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(12);其特征在于高爐⑴的爐頂?shù)母郀t煤氣出口由第一高爐煤氣管⑵與脫除CO2設(shè)備(3)的輸入口相連通；脫除CO2設(shè)備(3)的第一輸出口由第一 CO氣管(4)與混合加壓器(8)的第二輸入口相連通，脫除CO2設(shè)備(3)的第二輸出口由第二 CO氣管(5)與水煤氣變換設(shè)備(6)的輸入口相連通，水煤氣變換設(shè)備￠)的輸出口由氫氣管(7)與混合加壓器(8)的第一輸入口相連通；混合加壓器(8)的輸出口由第一混合氣管(9)與加熱器(10)的混合氣體輸入口相連通，力口熱器(10)的混合氣體輸出口由第二混合氣管(11)與氣基豎爐(12)的混合氣體輸入口相連通。
專利摘要本實用新型涉及一種全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)。全熱氧高爐與豎爐聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，它包括高爐和氣基豎爐；其特征在于高爐的爐頂?shù)母郀t煤氣出口由第一高爐煤氣管與脫除CO2設(shè)備的輸入口相連通；脫除CO2設(shè)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(shè)備的第二輸出口由第二CO氣管與水煤氣變換設(shè)備的輸入口相連通，水煤氣變換設(shè)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(tǒng)可提高高爐煤氣的利用價值，煤氣循環(huán)使用，CO2排放量顯著降低。
文檔編號C21B5/06GK202786280SQ20122037257
公開日2013年3月13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)明者唐恩, 李菊艷, 周強(qiáng), 喻道明, 范小剛, 劉行波, 王小偉 申請人:中冶南方工程技術(shù)有限公司