專利名稱:海綿鐵生產工藝的制作方法
本發(fā)明涉及在回轉爐中用固體碳素還原劑直接還原含氧化鐵的物質生產海綿鐵的工藝，在該工藝中，從回轉爐卸出的爐料被分為海綿鐵和含剩余碳的物質，含碳物質在有循環(huán)流化床的流化床反應器中燃燒，燃燒產生的熱除散失外用于發(fā)電。
在回轉爐中用固體碳素還原劑直接還原氧化鐵生產海綿鐵的過程中，僅僅只有還原劑中固定碳份(FC)能夠用于還原氧化鐵。在大多數(shù)情況下，還原劑中易燃的揮發(fā)性成分只有一部分用于預熱加熱區(qū)中的爐料。其結果是，排氣中仍然含有易燃的氣態(tài)成分，并夾帶著由部分易燃還原劑組成的爐塵。排氣中易燃揮發(fā)性成分的含量比較高，如果使用含有高揮發(fā)成分的煤，例如褐煤，則更是如此。為此，如果除了顯熱以外，還要回收易燃熱量，就必須使排氣進行二次燃燒。為了避免海綿鐵再次氧化，必須控制生產過程，使從回轉爐卸出的爐料，根據(jù)用作還原劑的煤的反應性而含有較多或較少的剩余碳。除了剩余碳以外，卸出的爐料還含有已經形成了的灰渣和結合成硫化鈣(Ca s)形式的硫，硫是從海綿鐵中分離出來的。
眾所周知，根據(jù)已公開的3300867德國申請，在補充燃燒室內二次燃燒回轉爐的排氣、把排氣的熱量用于生產蒸汽，并把蒸汽用于發(fā)電。為了避免過熱和結痂，必須以多級形式和澆水冷卻控制溫度的情況下，對排氣進行二次燃燒。汽化潛熱無法用于生產蒸汽。在這種工藝情況下，排氣中所含的細顆粒固體沒有完全燃燒。從回轉爐卸料中的海綿鐵里分離出來的非磁性材料，在循環(huán)流化床中燃燒。燃燒產生的熱通過蒸汽發(fā)生器用于發(fā)電。排氣中的易燃成分僅僅只利用了一部分，包含在排氣中并構成污染物的二氧化硫是不排放的。本發(fā)明的目的是使回轉爐中無法用于還原氧化鐵的全部多余能量獲得最佳利用，使由二氧化硫(so2)、×氧化氮(NOX)和硫化鈣(Ca s)造成的污染減至最小。
根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明中將回轉爐的含塵排氣供入流化床反應器并在那里進行二次燃燒，至少將大部分供入流化床反應器的含氧氣體，作為流態(tài)化氣體供入流化床反應器的下部，在超化學計算的氧量條件下，完成易燃組分的燃燒，將流化床反應器排氣所夾帶的固體再循環(huán)入流化床反應器。而每小時該循環(huán)固體的重量至少五倍于流化床反應器所含有固體的重量。
本發(fā)明使用的流化床不同于“傳統(tǒng)的”流化床，在本發(fā)明的流化床中，由于突然的密度變化，密相和表層氣體區(qū)分離開并形成沒有明確界限層的分布狀態(tài)。在密相和表層氣體區(qū)之間沒有突然的密度變化，但反應器中固體的濃度自底部到頂部連續(xù)減少。
操作條件定義用費路德(Froude)和阿基米德(Archimede)特征數(shù)表示，其結果如下0.1≤3/4×F2r× (ρg)/(ρX-ρg) ≤10且0.01≤Ar≤100式中Ar= (dk×g(ρk-ρg))/(ρg×V2)且Fr2= (u2)/(g×dk)
且 u＝有關氣體速度(米/秒)Ar＝阿基米德(Archimedes)數(shù)Fr＝弗路德(Froude)數(shù)ρg＝氣體密度(公斤/米3)ρk＝固體顆粒密度(公斤/米3)dk＝球形顆粒直徑(米)V＝動粘度(米2/秒)g＝萬有引力常數(shù)(米/秒2)在循環(huán)流化床中，固體碳素物質的燃燒過程基本上已在美國專利4，165，717和4，111，158中敘述。流化床反應器的橫截面可以是園環(huán)形或矩形。下部分可以換成園錐形;如果含氧流態(tài)化氣體的速度較低，將特別希望是上述形態(tài)。含塵排氣最好是在流態(tài)化氣體入口上方、反應器總高度的30%處引入，并且可以多級位供入。在二次氣體入口上方，反應器中的氣體速度在4到10米/秒范圍內。反應器中流化床材料的平均顆粒直徑在50到500微米范圍內。反應器中的溫度被調節(jié)在800到1000℃范圍內。一般采用空氣作為含氧流態(tài)化氣體。從反應器底部或底部以上反應器總高度的10%處供入流態(tài)化氣體。如果僅僅是用控制過量的空氣來控制反應器溫度，那么由燃燒產生的全部熱量，將在一個廢熱鍋爐中通過排氣的熱交換而被利用。如果在過量空氣低于約80%的情況下實現(xiàn)燃燒，就可以獲得更有效的熱利用和較低的裝置與操作成本，而燃燒產生的部分熱量通過流化床反應器備有的冷卻表面散失，并且(或者)反應器排出的固體流在反應器中循環(huán)通過并在流化床冷卻器中冷卻，將流化床冷卻器排出的空氣供入流化床反應器。如果循環(huán)流被冷卻，則從流化床冷卻器中排出的空氣，將不僅供入反應器下部，還供入反應器高度約10%到30%的區(qū)域內，從下部測量上述被排出的空氣，至少有占總量60%的含氧氣體被供入下部區(qū)域?；剞D爐可以在固體爐料和氣體氣氛之間的接觸為對流或順流的方式下操作。
在最佳實例中，在20到80%過量空氣的條件下實現(xiàn)超化學計算的燃燒，在流化床冷卻器中，間接冷卻從流化床反應器排出的固體流，并將其再循環(huán)入流化床反應器，而來自流化床冷卻器已加熱了的流態(tài)化氣體，作為二次氣體被供入流化床反應器，并且(或者)通過流化床反應器備有的冷卻表面散失熱量，將加熱了的冷卻液用于發(fā)電。如果過量空氣的范圍在20到80%內，尤其是在30到60%時，硫化鈣(Ca S)可以很好地氧化成硫酸鈣(CaSO4)，而且二氧化硫(SO2)和氧化鈣(Ca O)將能充分反應形成硫酸鈣(CaSO4)，同樣全部可燃燒組分都可完全燃燒，而由燃燒產生的熱量也可以得到經濟的利用。如果使用有問題的固體，由此引起的弄臟冷卻表面的危險是在流化床冷卻器的下部，此時尤其要采取循環(huán)固體冷卻方式來散失熱量。
在最佳實例中，在流態(tài)化氣體入口上方處，將含有剩余碳的物質和回轉爐含塵排氣供入流化床反應器。這種布置將導致下部氣體壓力下降，盡管如此，還是要保證足夠的停留時間以使上述剩余碳物質和含塵排氣完全燃燒。
在最佳實例中，還向流化床反應器補充供入新碳素材料。這一措施使得有可能額外發(fā)電并以簡單方法補償波動。
在最佳實例中，回轉爐排氣入口上方處，流化床反應器中懸浮物平均密度調節(jié)在5到50公斤/米3范圍內。如果在流化床中冷卻循環(huán)固體，則懸浮物密度最好為5到20公斤/米3;如果通過反應器備有的冷卻表面來完成冷卻，則懸浮物密度最好為15到30公斤/米3，而以較高的速度供入新煤的情況下，若屬第一種情況，則懸浮物密度最好為15到30公斤/米3;若屬第二種情況，則懸浮物密度最好為20到50公斤/米3。這些數(shù)值能使每一種情況下，通過相應的熱量散失，使流化床反應器內得到很好的溫度控制。
在最佳實例中，將在電站內可以獲得的爐塵供入流化床反應器。爐塵在電站內是可以獲得的，也就是作為運輸途中轉運站內煤的碎裂及房間內收集灰塵的結果。這種爐塵容易用上述方式除去，而且它們所含的可燃成分在該情況下可以得到利用。
在最佳實例中，將硫化物供入流化床反應器。如果從回轉爐卸出的固體中，鈣與硫的摩爾比低于1.2到1.5的范圍，則將該硫化物供入反應器。這一措施保證流化床反應器排氣中二氧化硫的含量將低于200毫克/標準米3。
通過一個實例并參照附圖對本發(fā)明作更詳細的說明。
將由鐵礦石、煤和助溶劑組成的爐料(2)在回轉爐(1)的裝料端供入回轉爐。卸出的爐料(3)在分離段(4)被分為海綿鐵(5)和非磁性材料(6)。非磁性材料(6)包括剩余碳、灰渣和脫硫劑。將排氣(7)供入除塵室(8)。將流態(tài)化氣體(10)供入流化床反應器(9)的下部。將非磁性材料(6)通過管道(11)供入流化床反應器(9)的下部區(qū)域。將除塵室(8)的排氣在連接管道(11)的入口上方處通過管道(12)供入流化床反應器(9)。氣體-固體懸浮物在流化床反應器(9)中形成，并充滿整個流化床反應器。通過管道(13)將懸浮物從反應器頂部供入循環(huán)旋風分離器(14)，在旋風分離器(14)中分開氣體和固體。通過管道(15)將已分離的固體再循環(huán)入流化床反應器。通過管道(16)將凈化氣體供入蒸汽發(fā)生器(17)，并在那里用冷卻液(18)進行間接熱交換冷卻凈化氣體，因而冷卻液(18)被轉變成過熱蒸汽，通過管道(19)將過熱蒸汽供入電站(20)用于發(fā)電。通過電線(21)向用戶輸送電力。通過管道(22)將離開蒸汽發(fā)生器(17)的氣體供入旋風分離器(23)，并從分離器(23)通過管道(24)進入靜電氣體凈化器(25)，從凈化器(25)通過管道(26)排入大氣。通過管道(30)把在蒸汽發(fā)生器(17)、旋風分離器(23)和靜電氣體凈化器(25)中所收集的爐塵(27)、(28)、(29)再循環(huán)入流化床反應器。通過管道(31)將一部分固體從流化床反應器(9)的下部區(qū)域供入流化床冷卻器(32)，并在間接冷卻后，通過管道(33)再循環(huán)入流化床反應器(9)。通過管道(34)將該固體的一部分排入渣坑。流化床冷卻器(32)由兩段組成，并從下部供入流態(tài)化空氣(35)。從冷卻器頂部排出已加熱的廢空氣，通過管道(33)將其作為二次空氣供入流化床反應器(9)。在流化床冷卻器(32)中，用冷凝水(37)進行間接熱交換冷卻固體，從蒸汽發(fā)生器(17)的蒸汽集管供入冷凝水(37)。通過管道(38)排出由于熱交換而產生的飽和蒸汽，并將其供入蒸汽發(fā)生器(17)。通過管道(39)，將在除塵室(8)內收集的爐塵供入流化床反應器(9)。通過管道(40)，向流化床反應器(9)供入爐塵，該爐塵由于轉動站內煤的碎裂和房間內所收集的灰塵是可以獲得的。在海綿鐵進一步生產期間或鄰近電站中可以獲得的爐塵，也可以被供入流化床反應器。通過管道(41)可以向流化床反應器(9)供入新煤。反應器(9)包括與蒸汽發(fā)生器(17)相連接的冷卻表面(42)。
實例用直徑為8到16毫米的過燒球團礦供入回轉爐。該球團礦具有以下重量百分比的化學成分鐵(總量)(Fe總) 6.7兩價鐵離子(Fe++) 0.8氧化鈣(CaO) 0.6氧化鎂(MgO) 0.3二氧化硅(SiO2) 2.0三氧化二鋁(Al2O3) 0.9其它 0.5還原劑由含15%水份的褐煤塊組成，該煤塊是一種大小不到40毫米的顆粒。它們具有以下干組份重量百分比的成份。
固定碳(FC) 44易揮發(fā)性組分 51灰渣 5硫(S) 0.5回轉爐以37，050公斤/時的裝料速度裝填球團礦，以21，900公斤/時的裝料速度裝填褐煤。全部裝料含有4，240公斤/時的水以75，000標準米3/時的送氣速度引入空氣。從回轉爐卸出的爐料由卸料速度為26，350公斤/時的海綿鐵和卸料速度為1120公斤/時的非磁性材料組成。非磁性材料包含卸料速度為240公斤/時的固定碳。以101，300標準米3/時的速度排出氣體，且排氣含有排放速度為2，020公斤/時的爐塵。該爐塵含有排放速度為750公斤/時的固定碳。排氣具有以下體積百分比的成份一氧化碳(CO) 6.5二氧化碳(CO2) 18.1氫氣 (H2) 3.2水 (H2O) 14.8氮氣 (N2) 57.4排出氣體的溫度為850℃。
以34，000標準米3/時的送氣速度向流化床反應器吹入流態(tài)化空氣。固體以216，000公斤/時的速度從流化床反應器進入流化床冷卻器。以220公斤/時的速度從流化床冷卻器排出固體，并且在400℃下將剩余物再循環(huán)入流化床反應器。以14，000標準米3/時的速度向流化床冷卻器供入流態(tài)化空氣，并在500℃下將其作為二次空氣供入流化床反應器。冷卻液體由冷凝水組成，該冷凝水以67，500公斤/時的速度從蒸汽發(fā)生器的蒸汽集管被供入流化床冷卻器，并作為飽和蒸汽再循環(huán)入過熱器。將含有150克/標準米3爐塵的氣體以144，400標準米3/時的速度，在850℃溫度下從分離旋流器供入蒸汽發(fā)生器。該氣體在隨后的分離旋流器中被凈化到含有10克/標準米3的爐塵，并在靜電氣體凈化器中進一步被凈化到含有約50毫克/標準米3的爐塵。在蒸汽發(fā)生器、旋風分離器和靜電氣體凈化器中，以20，200公斤/時的速度收集爐塵，并將其循環(huán)入流化床反應器。在蒸汽發(fā)生器中，以84，200公斤/時的速度產生100巴和500℃的蒸汽。從而凈電功率共計為25兆瓦。排氣含有低于200毫克/標準米3的二氧化硫(SO2)和低于200毫克/標準米3的X氧化氮(NOX)。硫事實上作為硫酸鈣(CaSO4)完全被清除在爐塵中。
本發(fā)明提供的優(yōu)點主要在于，在回轉爐中由于直接還原而可以獲得的全部廢熱，以高效率運行的單機組的經濟方式用于發(fā)電，也在于全部固體以一種它們能被排放的形式而可以獲得，還在于廢氣中諸如二氧化硫(SO2)和X氧化氮(NOX)的污染量被減至最小。生產的電力可以很好地適合各種需要，即如果需要減少則可以貯存固體碳素物質，如果需要增加則可以消耗所貯存的物質或供入補充新煤。甚至在回轉爐停閉期也可以滿足其它需要。
權利要求
1.在回轉爐中用固體碳素還原劑直接還原含有氧化鐵的物質生產海綿鐵的工藝流程，其中從回轉爐卸出的爐料被分為海綿鐵和含剩余碳的物質，在有循環(huán)流化床的流化床反應器中燃燒含碳物質，由燃燒產生的熱量除散失外用于發(fā)電，其特征在于，將來自回轉爐的含塵排氣供入流化床反應器，并在那里進行二次燃燒，至少將被供入流化床反應器的大部分含氧氣體，作為流態(tài)化氣體供入流化床反應器的下部，在超化學計算的氧量條件下，完成易燃組分的燃燒，將流化床反應器排出氣體所夾帶的固體再循環(huán)入流化床反應器。而每小時該循環(huán)固體的重量至少五倍于流化床反應器所含固體的重量。
2.根據(jù)權項1的工藝，其特征在于，在20到80%過量空氣的條件下，完成超化學計算的燃燒，從流化床反應器排出固體流，使其在流化床冷卻器中間接冷卻，并再循環(huán)入流化床反應器，將來自流化床冷卻器的已加熱的流態(tài)化氣體，作為二次氣體供入流化床反應器，并且(或者)通過流化床反應器備有的冷卻表面散失熱，將已加熱的冷卻液體用于發(fā)電。
3.根據(jù)權項1工藝，其特征在于，在流態(tài)化氣體入口上方處，向流化床反應器供入含有剩余碳物質和回轉爐的含塵排氣。
4.根據(jù)權項1的工藝，其特征在于，向流化床反應器補充供入新的碳素物質。
5.根據(jù)權項1的工藝，其特征在于，回轉爐排氣入口上方處，流化床反應器中懸浮物的平均密度被調節(jié)為5到50公斤/米3。
6.根據(jù)權項1的工藝，其特征在于，向流化床反應器供入可以獲得的爐塵。
7.根據(jù)權項1的工藝，其特征在于，通過除塵室，向流化床反應器供入回轉爐的排氣，并且將在除塵室內收集的爐塵分開供入流化床反應器。
8.根據(jù)權項1的工藝，其特征在于，向流化床反應器供入硫化物。
專利摘要
在轉爐中通過直接還原含氧化鐵的物質生產海綿鐵；回轉爐卸出的爐料分為海綿鐵和含剩余碳的物質，在流化床反應器中燃燒含碳物質，由燃燒產生的熱量除散失外用于發(fā)電。為確保利用回轉爐生產過程中的剩余能量，并把二氧化硫、×氧化氮和硫化鈣成分減至最小，將回轉爐含塵排氣供入流化床反應器進行二次燃燒，進入流化床反應器的大部分含氧氣體，在超化學計算的氧量條件下，完成易燃組分的燃燒，把流化床反應器排出氣體所夾帶的固體再循環(huán)入流化床反應器。
文檔編號F22B1/00GK85104824SQ85104824
公開日1986年12月17日 申請日期1985年6月22日
發(fā)明者喬治·達拉蒂莫斯, 馬丁·赫希, 沃爾弗羅姆·施內布爾 申請人:金屬股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan