一种矿粉快速还原反应系统技术方案

本发明专利技术属于冶金技术领域，具体涉及一种矿粉快速还原反应系统。该系统包括：快速还原反应器、加热系统和还原气系统，所述还原气系统包括尾气处理装置、加热装置和还原气储罐，其中，所述尾气处理装置分别与所述快速还原反应器的还原尾气出口和所述还原气储罐连接，所述还原气储罐的第一入口与尾气处理装置连接，第一出口经加热装置与还原段相连，第二出口与冷却段底端连接。由此，该系统还原后的还原尾气经过洗涤除尘冷却、气体压缩、脱碳处理后，得到未反应的还原气，用于再次通入反应器中进行还原处理，由此，实现了还原尾气的循环再利用，避免浪费未反应的还原性气体，减少还原尾气的排放量，更绿色环保。

Quick reduction reaction system for mineral powder

The invention belongs to the technical field of metallurgy, in particular to a quick reduction reaction system for mineral powder. The system includes: a fast reduction reactor, heating system and gas system, the system includes a reducing gas exhaust gas treatment device, heating device and reducing gas tank, wherein, the exhaust gas treatment device is respectively connected with the rapid reduction reactor reduction exhaust gas outlet and the gas storage tank is connected with the first reduction, entrance and exhaust the processing means reduction of gas storage tank connected by the heating device is connected with the first outlet reduction section and the cooling section, second export bottom ends. Thus, the reduction of exhaust system restore after washing dedusting cooling, gas compression, decarburization, reduction of unreacted gas, used again into a reactor is reduced, thereby, achieve reduction exhaust gas recycling, reducing waste gas to avoid the unreacted, reduce emissions reduction of exhaust gas the more green.

【技术实现步骤摘要】
一种矿粉快速还原反应系统
本专利技术属于冶金
，具体涉及一种矿粉快速直接还原系统及方法。
技术介绍
众所周知，直接还原炼铁技术是钢铁工业发展的前沿技术，是钢铁工业发展摆脱焦煤资源的羁绊、降低能耗、减少CO2排放、改善钢铁产品结构、提高钢铁产品质量的重要发展方向。直接还原铁是优质废钢的替代品，是生产高品质纯净钢的不可短缺的铁源原料，是转炉炼钢的优质冷却剂。现在，达到工业生产水平或仍在继续试验的直接还原方法主要分为两类：使用气体还原剂的直接还原法和使用固体还原剂的直接还原法。其中，使用气体还原剂的直接还原法按工艺设备来分又可分为三类，包括竖炉法、反应罐法和流态化法。竖炉法是一种指炉料与煤气在炉内逆向运动、使得下降的炉料逐步被煤气加热和还原的方法。该法以Midrex法为代表，是当前发展最快、应用最广的直接还原炼铁法。Midrex法的具体工作过程为：作为原料的氧化球团矿自炉顶加入竖炉后，依次经过预热、还原及冷却三个阶段，还原所得的海绵铁，所述海绵铁冷却到50℃后排出炉外，以防再氧化；其中，还原煤气用天然气及竖炉本身的一部分煤气制造，先加热到760-900℃，在竖炉还原段下部通入，而后，炉顶煤气回收后分别用于煤气再生、转化炉加热和竖炉冷却。因此，此法的传热传质效率高，每吨产品能耗可低达2.56×106千卡，产品质量好，金属化率达92％。专利文献CN201110282924.1公开了一种气基还原竖炉生产直接还原铁的方法及装置，采用煤制还原气和焦炉煤气结合供给竖炉生产直接还原铁。但是，该工艺存在一些缺陷：只能处理块状物料，不能直接处理粉状铁矿石。处理粉状铁矿石时需要造块，该工序繁琐且耗能耗水，经济性差。墨西哥的HyL法是唯一的工业化反应罐法，其具体的工作过程如下：炉料在反应罐中固定不动，通入热还原煤气依次进行预热、还原和冷却，最后定期停气，把炉料排出罐外。此外，为了克服常规的固定床还原煤气利用不良的缺点，HyL法采用了4个反应罐串联操作，还原煤气用天然气制造，先在换热式转化炉中不充分转化，并且经过每一个反应罐反应后都进行脱水、二次转化和提温，煤气在1100℃的高温下进行还原；而且，在停止通气下，HyL法使用排料杆强制排料。因此，该方法具有以下优点：不怕炉料粘结，操作温度较高，虽系间断作业，生产率并不低。但是，该方法仍存在以下缺点：煤气利用差，热耗大，产品质量不均。流态化法是在流化床中用煤气还原铁矿粉的方法。在流态化法还原中，具体的工作过程如下：细粒矿石料层被穿过的气流流态化并依次被加热、还原和冷却，得到还原产品冷却后压块保存；其中，煤气除用作还原剂及热载体外，还用作散料层的流化介质。因此，该方法具有以下优点：流态化还原有直接使用矿粉省去造块的优点，并且由于矿石粒度小而能加速还原。但是，该方法仍存在以下缺点：细粒矿粉甚易粘结，一般在600-700℃不高的温度下操作，不仅还原速度不大，而且极易促成CO的析碳反应；碳素沉析过多，则妨碍正常操作。因此，如何设计出一种降低能耗、提高还原气利用率的矿粉快速还原反应系统，成为目前亟需解决的难题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述难题，本专利技术提供了一种矿粉快速还原反应系统，针对粉状矿石生产直接还原铁；还原后的还原尾气经过洗涤除尘冷却、气体压缩、脱碳处理后，得到未反应的还原气，然后送入还原气储罐与还原气混合后进行储存，用于再次通入反应器中进行还原处理，由此，实现了还原尾气的循环再利用，避免浪费未反应的还原性气体，减少还原尾气的排放量，更绿色环保；还原气进气系统分为两股还原气分别进入反应器的冷却段和还原段，其中，进入冷却段的还原气与还原产物实现逆向热交换，有效提高系统热利用率，同时降低还原产物被氧化的风险；进入还原段的热态还原气使得反应器内部气体分布更加均匀，同时也补充了向上运动的还原气量；还原气进气系统分为两股还原气分别进行预加热处理后得到热态还原气进入反应器的还原段，可以直接与尚未反应完全的矿粉继续发生还原反应，有利于提高还原产物中的金属化率，增强还原效果。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供了一种矿粉快速还原反应系统，包括：快速还原反应器、加热系统和还原气系统，其中，所述快速还原反应器包括自上至下依次设置的进料段、还原段和冷却段，所述还原段中设有加热系统，用于产生使反应器中矿粉和还原气体进行还原反应的热量；所述还原气系统，包括尾气处理装置、加热装置和还原气储罐，其中，所述尾气处理装置分别与所述快速还原反应器的还原尾气出口和所述还原气储罐连接，用于对反应器排出的还原尾气进行处理，得到未反应的还原气体；所述还原气储罐的第一入口与所述尾气处理装置连接，第二入口与和还原气源连接，在最开始生产时，由还原气气源供给还原气体以还原矿粉，在反应器排出的还原尾气进行处理得到未反应的还原气体后，还原气储罐用于将未反应的还原气体与新的还原气体一起通入所述还原气储罐进行混合；所述还原气储罐的第一出口经所述加热装置与所述还原段侧壁上设置的多个还原气二次进风口相连，用于将一部分混合还原气体预热后通入所述还原段，所述还原气储罐的第二出口与所述冷却段底端连接，用于将另一部分混合还原气体通入所述冷却段底部，与冷却段的热态还原产物进行热量交换。专利技术人发现，本专利技术提供了一种矿粉快速还原反应系统，针对粉状矿石生产直接还原铁；还原后的还原尾气经过洗涤除尘冷却、气体压缩、脱碳处理后，得到未反应的还原气，然后送入还原气储罐与还原气混合后进行储存，用于再次通入反应器中进行还原处理，由此，实现了还原尾气的循环再利用，避免浪费未反应的还原性气体，减少还原尾气的排放量，更绿色环保；还原气进气系统分为两股还原气分别进入反应器的冷却段和还原段，其中，进入冷却段的还原气与还原产物实现逆向热交换，有效提高系统热利用率，同时降低还原产物被氧化的风险；进入还原段的热态还原气使得反应器内部气体分布更加均匀，同时也补充了向上运动的还原气量；还原气进气系统分为两股还原气分别进行预加热处理后得到热态还原气进入反应器的还原段，可以直接与尚未反应完全的矿粉继续发生还原反应，有利于提高还原产物中的金属化率，增强还原效果。根据本专利技术的具体实施例，所述加热系统包括多个蓄热式辐射管，每个蓄热式辐射管沿竖直方向并排设置在所述还原段内；所述还原段的侧壁上设有与所述蓄热式辐射管相连通的燃气入口、空气入口和烟气出口。根据本专利技术的具体实施例，所述反应器还原段侧壁上设置的还原气二次进风口为一层或多层，所述多层还原气二次进风口沿所述反应器高度方向间隔分布在所述反应器的侧壁上且位于所述还原段的底部；各层的所述还原气二次进风口设有多个长短不同的喷嘴，所述喷嘴沿所述反应器的侧壁圆周交替环布，用于控制还原气在所述反应器内腔中径向上的分布；所述冷却段的底部设有布风板，所述布风板与所述还原气储罐的第二出口连接，用于将另一部分混合还原气体均匀分布到所述冷却段。根据本专利技术的具体实施例，所述还原气系统还包括还原气进气阀门，所述还原气进气阀门的入口与所述还原气储罐的出口连接，出口分别与所述加热装置和所述布风板连接，用于控制混合还原气体分成两部分通入到所述还原段和所述冷却段中。根据本专利技术的具体实施例，所述还原气系统还包括风机，所述风机的进气口与所述还原气进气阀门连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿粉快速还原反应系统，其特征在于，包括：快速还原反应器、加热系统和还原气系统，其中，所述快速还原反应器包括自上至下依次设置的进料段、还原段和冷却段，所述还原段中设有加热系统，用于产生使反应器中矿粉和还原气体进行还原反应的热量；所述还原气系统，包括尾气处理装置、加热装置和还原气储罐，其中，所述尾气处理装置分别与所述快速还原反应器的还原尾气出口和所述还原气储罐连接，用于对反应器排出的还原尾气进行处理，得到未反应的还原气体；所述还原气储罐的第一入口与所述尾气处理装置连接，第二入口与和还原气源连接；所述还原气储罐的第一出口经所述加热装置与所述还原段侧壁上设置的多个还原气二次进风口相连，用于将一部分还原气体预热后通入所述还原段，所述还原气储罐的第二出口与所述冷却段底端连接，用于将另一部分还原气体通入所述冷却段底部，与冷却段的热态还原产物进行热量交换。

【技术特征摘要】
1.一种矿粉快速还原反应系统，其特征在于，包括：快速还原反应器、加热系统和还原气系统，其中，所述快速还原反应器包括自上至下依次设置的进料段、还原段和冷却段，所述还原段中设有加热系统，用于产生使反应器中矿粉和还原气体进行还原反应的热量；所述还原气系统，包括尾气处理装置、加热装置和还原气储罐，其中，所述尾气处理装置分别与所述快速还原反应器的还原尾气出口和所述还原气储罐连接，用于对反应器排出的还原尾气进行处理，得到未反应的还原气体；所述还原气储罐的第一入口与所述尾气处理装置连接，第二入口与和还原气源连接；所述还原气储罐的第一出口经所述加热装置与所述还原段侧壁上设置的多个还原气二次进风口相连，用于将一部分还原气体预热后通入所述还原段，所述还原气储罐的第二出口与所述冷却段底端连接，用于将另一部分还原气体通入所述冷却段底部，与冷却段的热态还原产物进行热量交换。2.如权利要求1所述的一种矿粉快速还原反应系统，其特征在于，所述加热系统包括多个蓄热式辐射管，每个蓄热式辐射管沿竖直方向并排设置在所述还原段内；所述还原段的侧壁上设有与所述蓄热式辐射管相连通的燃气入口、空气入口和烟气出口。3.如权利要求1所述的一种矿粉快速还原反应系统，其特征在于，所述反应器还原段侧壁上设置的还原气二次进风口为一层或多层且沿反应器周向设置，所述多层还原气二次进风口沿所述反应器高度方向间隔分布在所述反应器的侧壁上且位于所述还原段的底部；所述冷却段的底部设有布风板，所述布风板与所述还原气储罐的第二出口连接，用于将另一部分还原气体均匀分布到所述冷却段。4.如权利要求3所述的一种矿粉快速还原反应系统，其特征在于，所述还原气系统还包括还原气进气阀门，所述还原气进气阀门的入口与所述还原气储罐的出口连接，出口分别与所述加热装置和所述布风板连接，用于控制混合还原气体分成两部分通入到所述还原段和所述冷却段中。5.如权利要求4所述的一种矿粉快速还原反应系统，其特征在于，所述还原气系统还包括风机，所述风机的进气口与所述还原气进气阀门连接，出气口与所述布风板连接；所述还原气系统还包括氮气进气阀门和氮气储罐，所述氮气进气阀门的进气口与所述氮气储罐连接，出气口与所述风机的进气口连接，用于控制氮气进入反应器进行空气置换，保证在还原气体进入反应器前整个系统处于非氧化气氛中。6.如权利要求1所述的一种矿粉快速还原反应系统，其特征在于，所述尾气处理装置包括洗涤冷却装置、压缩装置和脱碳装置，其中，所述洗涤冷却装置与还原尾气出口连接，用于对反应器排出的还原尾气进行洗涤、冷却处理；所述压缩装置与所述洗涤冷却装置连接，用于将对洗涤冷却装置排出的气体进行压缩处理；所述脱碳装置的进气口与所述压缩装置连接，第一出气口和所述还原气储罐连接，用于将压缩后的气体进行脱碳处理，将得到的未反应的还原气体通入到所述还原气储罐中。7.如权利要求1所述的一种矿粉快速还原反应系统，其特征在于，所述还原气系统还包括还原尾气储罐，所述还原尾气储罐与所述脱碳装置的第二出气口连接，用于将脱碳装置得到的富含CO2的还原尾气进行储存。8.如权利要求1所述的一种矿粉快速还原反应系统，其特征在于，还包括所述进出料系统，包括矿粉进料系统和还原产物出料系统，其中，所述矿粉进料系...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑倩倩，窦从从，王培伦，彭丽，田广胜，孟嘉乐，吴道洪，
申请(专利权)人：神雾科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11