高爐渣余熱回收與直接還原聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金領域，具體涉及一種高爐渣余熱回收與直接還原聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]高爐渣是鐵水冶煉過程中的主要副產(chǎn)品，每冶煉It生鐵大約產(chǎn)生300?350kg的高爐渣，按照我國年生鐵年產(chǎn)量56316萬t計算，產(chǎn)渣量達19710萬t。高爐渣出渣溫度約1450°C，每噸渣含有相當于60kg標準煤的熱量。做好高爐渣的處理并有效回收熔渣余熱，是鋼鐵行業(yè)節(jié)能降耗的有效途徑。目前國內(nèi)外常見的處理高爐渣的方法主要是水沖渣法。盡管沖渣工藝在不斷的發(fā)展，但其技術的核心還是對高爐熔渣進行噴水水淬，冷卻、粒化成水渣，然后進行水渣分離，沖渣的水經(jīng)過沉淀過濾后再循環(huán)使用。水沖渣法無法從根本上改變?；乃墓に囂攸c，爐渣物理熱基本全部散失，沖渣過程中S02、H2S等污染物的排放不但影響作業(yè)環(huán)境而且對空氣造成污染。在高爐渣余熱回收方面，僅限于高爐沖渣水余熱供暖，余熱回收率低，僅為10%左右。如何在不影響高溫熔渣后續(xù)使用價值的條件下有效回收高溫熔渣余熱，同時降低處理過程中的資源消耗，減少對環(huán)境的污染，成為一個亟待解決的問題。
[0003]我國是一個多煤少氣的國家，能源結構特點導致國內(nèi)環(huán)境污染問題日益嚴重，而煤氣化所獲得的一氧化碳、氫等氣體不僅可作為潔凈燃料氣使用，也可作為冶金還原氣，將金屬氧化物還原為金屬單質(zhì)。
[0004]氣基豎爐是當今世界直接還原鐵生產(chǎn)的主流技術。但由于我國天然氣資源短缺和價格昂貴，加之供給直接還原鐵生產(chǎn)用的高品位球團的生產(chǎn)基地尚未形成，因此，我國至今還沒有建成一座氣基豎爐生產(chǎn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種高爐渣余熱回收與直接還原聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)及方法，在不影響高爐渣后續(xù)使用的基礎上利用高爐渣顯熱進行煤粉氣化，實現(xiàn)高爐渣的余熱高效利用，促進鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排，降本增效。
[0006]為達到上述目的，采用技術方案如下:
[0007]高爐渣余熱回收與直接還原聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，包括熔渣?；到y(tǒng)，一次冷卻系統(tǒng)，二次冷卻系統(tǒng)，還原氣控制系統(tǒng)；
[0008]熔渣?；到y(tǒng)由熔渣溜槽、轉杯?；?、粒渣收集器、煤粉噴槍組成；若干個煤粉噴槍沿粒渣收集器圓周方向均勻設置，噴槍噴射角度與中心線成90?45° ;
[0009]粒渣一次冷卻系統(tǒng)由煤粉噴槍、載氣儲罐及一次冷卻器組成；若干個煤粉噴槍沿一次冷卻器圓周方向均勻設置，噴槍噴射角度與中心線成90?45°，粒渣一次冷卻系統(tǒng)的入渣口與熔渣?；到y(tǒng)的出渣口連通；
[0010]還原氣控制系統(tǒng)包括脫濕裝置、加氫裝置、加氧裝置；其與熔渣?；到y(tǒng)的上部相通，反應得到的氣體依次通過脫濕裝置、加氫裝置、加氧裝置，然后進入豎爐還原煉鐵；
[0011]二次冷卻系統(tǒng)由裝渣器、二次冷卻器、鼓風裝置、熱空氣除塵器、余熱鍋爐組成；裝渣器上下兩端分別與一次冷卻器和二次冷卻器相通，鼓風裝置送入冷空氣與從裝渣器進入二次冷卻器中的熔渣相遇，冷空氣被加熱后進入熱空氣除塵器除塵，通過余熱鍋爐產(chǎn)生水蒸氣。
[0012]利用上述裝置的高爐渣余熱回收與直接還原聯(lián)合生產(chǎn)方法，包括以下步驟:
[0013]高溫熔渣經(jīng)過熔渣溜槽進入轉杯?；鬟M行?；?，形成直徑小于5mm的高溫渣粒；
[0014]在甩出轉杯的飛落過程中，渣粒與渣粒收集器上設置的煤粉噴槍噴入的煤粉相遇，形成被煤粉包裹的高溫渣粒；煤粉以氣化劑為載氣；
[0015]被煤粉包裹的高溫渣粒落入一次冷卻系統(tǒng)，煤粉和氣化劑被高溫渣粒加熱發(fā)生氣化反應；反應過程吸熱高溫渣粒被快速冷卻形成玻璃渣，控制玻璃渣溫度800-900°C排出一次冷卻系統(tǒng)；
[0016]產(chǎn)生的還原氣經(jīng)煤氣脫水裝置后進入還原氣加氫、加氧裝置，最后進入豎爐還原煉鐵；
[0017]所述玻璃渣排出一次冷卻系統(tǒng)進入二次冷卻系統(tǒng)，在二次冷卻系統(tǒng)內(nèi)，玻璃渣被鼓入的冷空氣進一步冷卻，冷空氣被加熱經(jīng)熱空氣除塵器后進入余熱鍋爐產(chǎn)生水蒸汽，粒渣被冷卻至50 °C以下排出。
[0018]按上述方案，所述煤氣化劑為水蒸氣；
[0019]按上述方案，所述余熱鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣直接作為煤粉的載氣。
[0020]本發(fā)明的原理主要是利用煤粉在氣化過程中大量吸熱將高溫熔渣的熱量固化到煤氣中，同時煤氣化吸熱過程將高溫熔渣快速冷卻，防止渣粒結晶，形成玻璃渣。在豎爐內(nèi)鐵礦石發(fā)生氧化還原反應，得到含鐵DRI，其反應方程如下:
[0021 ] Fe203+3C0 = 2Fe+3C02
[0022]Fe203+3H2= 2Fe+3H 20
[0023]從傳熱的角度分析，高爐渣首先被粒化成直徑小于5mm的顆粒渣，渣粒表面溫度與中心溫度相差近300°C，形成了較大的溫差，增大了傳熱面積，為熔渣快冷提供了有利條件；同時，煤氣化反應過程是一個大量吸熱的過程，其反應方程如下:
[0024]C+H20 = H2+C0 131KJ/mole
[0025]煤氣化反應的大量吸熱使高溫粒渣溫度迅速降低，阻礙渣粒內(nèi)晶體的形成，利于形成玻璃渣，解決了爐渣本身熱傳導性能差，干式冷卻很難快冷的問題。同時，在渣粒收集器上設置煤粉噴槍，轉杯?；蟮母郀t粒渣被煤粉包裹，有效解決了渣粒在落入一次冷卻器后產(chǎn)生粘結的問題。從爐渣結晶動力學的角度分析，高爐熔渣冷卻過程可分為三個溫區(qū)，1350 0C以上的液相區(qū)，900-1350 °C結晶區(qū)，900 °C以下的固相區(qū)。因此，需在爐渣結晶溫度區(qū)(900-1350°C )內(nèi)快速冷卻，控制爐渣結晶，形成玻璃渣。從化學反應的角度分析，煤氣化反應的開始溫度在900°C以上，而高溫粒渣溫度為1350°C左右，保證了煤氣化反應的有效進行。
[0026]從豎爐還原氣參數(shù)控制上分析，還原氣CO與H2比例為豎爐還原的重要參數(shù)，要求該比例為I?2，從煤氣出口排出的煤氣化氣比與CO體積比約為1:1，當需要提高還原氣氫氣比例時，通過還原氣控制系統(tǒng)中的加氫裝置調(diào)整；在還原氣溫度要求方面，煤制氣出口溫度達900°C以上，當進行加氫操作后，煤氣溫度有所降低時，通過還原氣控制系統(tǒng)中的加氧裝置對還原氣進行加熱操作。
[0027]本發(fā)明的有益效果如下在于為企業(yè)帶來巨大的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，對鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排目標具有重大意義。
【附圖說明】
[0028]圖1:高爐渣余熱回收與直接還原聯(lián)合生產(chǎn)裝置；
[0029]1-熔渣溜槽；2_轉杯?；鳎?_煤粉噴槍；4_渣粒收集器；5_煤氣出口 ；6_脫濕裝置；7_加氫裝置；8_加氧裝置；9_ 一次冷卻器；10_裝渣器；11-二次冷卻器；12-鼓風裝置；13-熱空氣除塵器；14_余熱鍋爐。
【具體實施方式】
[0030]以下實施例進一步闡釋本