用于气基竖炉直接还原系统的还原气的加热系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于气基竖炉直接还原系统的还原气的加热系统和方法，该系统包括依次相连的原料气管道、燃气加热炉和气基竖炉，其中燃气加热炉的中温还原气出口与气基竖炉的高温还原气入口通过还原气管道连通，还原气管道包括依次相连的中温还原气管段、电加热装置管段和高温还原气管段，电加热装置管段外部设置有电加热装置，电加热装置用于将中温还原气加热形成高温还原气。该方法通过该加热系统来实施。通过本发明专利技术的加热系统和方法，本发明专利技术解决了采用燃气加热炉/重整炉生产还原气以及配加喷氧提温装置时，竖炉反应床层温度达不到900℃的限制；而且本发明专利技术大大降低了电力的消耗，降低了生产成本。

A system for direct reduction of gas based shaft furnace is a heating system and a method of reducing gas

The invention relates to a method for gas based shaft furnace direct reduction system of heating system and a method for reducing the system, including the raw gas pipe, connected gas heating furnace and gas based shaft furnace, the temperature in the high temperature gas heating furnace reduction gas outlet and the gas based shaft furnace is communicated through gas reduction gas pipeline entrance, reduction the gas pipeline comprises a temperature reduction in trachea, electric heating pipe and high temperature reduction of gas, electric heating pipe is arranged outside the electric heating device, electric heating device for temperature reduction in the formation of high temperature gas heating gas reduction. The method is implemented by the heating system. Through the heating system and the method of the invention, the invention solves the gas heating furnace / reforming furnace in the production of reducing gas and adding oxygen spray heating device, furnace reactor bed temperature up to 900 DEG C; and the invention greatly reduces power consumption, reduces the production cost.

【技术实现步骤摘要】
用于气基竖炉直接还原系统的还原气的加热系统和方法
本专利技术属于直接还原炼铁
，并且更具体地，涉及一种用于气基竖炉直接还原系统的还原气的加热系统和方法。
技术介绍
直接还原铁(DRI)又称海绵铁，是铁矿石在低于熔化温度下直接还原得到的含铁产品。海绵铁是一种废钢的代用品，是电炉炼纯净钢、优质钢不可缺少的杂质稀释剂，是转炉炼钢优质的冷却剂，是发展钢铁冶金短流程不可或缺的原料。2015年，全世界直接还原铁的年产量达7520万吨，创历史新高。我国将直接还原工艺列为钢铁工业发展的主要方向之一。生产直接还原铁的工艺称为直接还原法，属于非高炉炼铁工艺，分为气基法和煤基法两大类。其中气基法具有能耗低、污染小、产品质量稳定等特点。目前世界范围内，76％的直接还原铁是通过气基法生产，主要以天然气为制气原料以制备高品质的还原气，或是采用焦炉煤气、热解气或煤气化制备得到，还原气中CO+H2>85％。由于重整炉或加热炉的炉管材质所限，采用该工艺生产的高温还原气温度一般低于950℃，竖炉反应床层温度低于850℃，即使在这之后增加喷氧提温工艺，将入炉还原气温度提高1050℃，但竖炉反应床层温度仍低于900℃。采用气基竖炉直接还原铁精矿，反应床层温度在800-900℃条件下，产品海绵铁的金属化率就能达到93％以上；但对于如钒钛矿等难还原的铁矿石，在800-900℃的反应床层温度下，海绵铁的金属化率将小于88％。因钒钛矿中含有大量的黑钛石等较难还原矿相，故只有在900-1100℃的高温下还原才能得到较高金属化率。因此，为了解决上述现有技术的缺陷，一种新的直接还原系统的还原气的加热系统和方法是期望的。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种用于气基竖炉直接还原系统的还原气的加热系统和方法。通过该系统和方法，本专利技术实现以下目的：1)本专利技术采用以煤气为燃料介质的还原气加热炉/重整炉先制备温度900-950℃的中温还原气，再经过电加热装置管段加热后形成1000-1150℃、氧化度((CO2+H2O)/(CO2+H2O+CO+H2))小于10％的优质还原气通入竖炉，竖炉反应床层温度900-1050℃。从而解决了采用燃气加热炉/重整炉生产还原气时、以及配加喷氧提温装置时，竖炉反应床层温度达不到900℃的限制。2)通过本专利技术还原气加热方法后，大大降低了电力的消耗，电加热管段电力消耗仅约150kwh/吨海绵铁产品。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：根据本专利技术的一方面，提供一种用于气基竖炉直接还原系统的还原气的加热系统，包括：气基竖炉，气基竖炉设置有铁矿石入口、炉顶气出口、高温还原气入口和产品出口，产品出口用于排出海绵铁；以及燃气加热炉，燃气加热炉设置有气体入口、燃料入口和中温还原气出口，气体入口与原料气管道连通，中温还原气出口与高温还原气入口通过还原气管道连通；其中还原气管道包括依次相连的中温还原气管段、电加热装置管段和高温还原气管段，电加热装置管段外部设置有电加热装置，电加热装置用于将中温还原气加热形成高温还原气。根据本专利技术的一个实施例，还包括：水洗塔，水洗塔设置有第一入口和第一出口，第一入口与炉顶气出口连通，第一出口与所述燃料入口连通；压缩机，压缩机设置有第二入口和第二出口，第二入口与第一出口连通；脱碳塔，脱碳塔设置有第三入口和第三出口，第三入口与第二出口连通，第三出口接入在原料气管道和气体入口之间。根据本专利技术的一个实施例，原料气管道还连通至燃料入口。根据本专利技术的一个实施例，中温还原气管段、电加热装置管段和高温还原气管段的管道内径相同；和/或，电加热装置管段长度为3m-5m，高温还原气管段长度为0.5m-1.5m。根据本专利技术的一个实施例，中温还原气管段和高温还原气管段设置有浇注料保温层。根据本专利技术的一个实施例，中温还原气管段设置有低水泥浇注料保温层，高温还原气管段设置有含锆纤维浇注料保温层。根据本专利技术的一个实施例，浇注料保温层的厚度为0.3m-0.6m。根据本专利技术的一个实施例，电加热装置包括加热元件和保温纤维毯；加热元件是电加热丝，保温纤维毯厚度为0.5m-1.0m。根据本专利技术的一个实施例，电加热丝设置为靠近高温还原气管段一侧缠绕并且耐温1300℃。根据本专利技术的一个实施例，电加热丝由铁铬铝电热合金构成。根据本专利技术的一个实施例，电加热丝远离还原气一侧采用纤维毯进行保温隔热。根据本专利技术的一个实施例，加热装置包括两个半圆形部分，两个半圆形部分分别通过上紧固件和下紧固件固定到电加热装置管段的管道上。根据本专利技术的另一方面，还提供一种采用上述加热系统对气基竖炉直接还原系统的还原气加热的方法，包括以下步骤：1)将原料气通入到燃气加热炉中加热或重整形成中温还原气；2)将步骤1)得到的中温还原气通入还原气管道中，在电加热装置的作用下加热形成高温还原气；3)将步骤2)得到的高温还原气通入到气基竖炉中与铁矿石反应得到海绵铁产品。根据本专利技术的一个实施例，还包括步骤：4)将气基竖炉的炉顶气经水洗塔洗涤、压缩机加压和脱碳塔处理后形成净化炉顶气；5)向燃气加热炉中加入燃料，将形成的净化炉顶气与原料气混合通入到燃气加热炉中。根据本专利技术的一个实施例，步骤5)中加入的燃料为部分或全部经水洗塔洗涤后的炉顶气，或经水洗塔洗涤后的炉顶气与原料气的混合气体。根据本专利技术的一个实施例，步骤1)的中温还原气温度为900℃-950℃；和/或，步骤2)的高温还原气温度为1000℃-1150℃。根据本专利技术的一个实施例，原料气是天然气、焦炉煤气或煤制气。根据本专利技术的一个实施例，天然气或焦炉煤气中CH4含量大于15％，煤制气中CH4含量低于15％。根据本专利技术的一个实施例，当原料气为天然气或焦炉煤气时，燃气加热炉为重整转化炉，炉管内填有镍基催化剂。根据本专利技术的一个实施例，当原料气为煤制气时，燃气加热炉为管式加热炉。通过采用上述技术方案，本专利技术相比于现有技术具有如下优点：1)钒钛矿中的铁主要还原过程中会出现4种不同形态，自由的FeO、含镁钛铁晶石、含镁钛铁矿、含铁黑钛石，其中含镁钛铁矿、含铁黑钛石中的铁很难还原，且这部分铁占全铁比例近20％，需要在更高的温度或更优质的还原气条件下才能被还原。本专利技术通过先后通过燃气加热、电加热方式来获得1000-1150℃的高温还原气，且因未进行喷氧提温，所以还原气品质高、氧化度低(小于10％)。这样提高了竖炉还原钒钛矿的效率；并提高了钒钛海绵铁的金属化率，品质提高有利于降低后续钒钛海绵铁熔分处理的成本、并简化工序；且仅消耗了约150kwh/吨海绵铁的电耗，降低了生产成本。2)高温还原气管道长度控制在0.5-1.5m以内，有利于降低管道热损失，提高竖炉反应料层温度。附图说明图1是根据本专利技术的优选实施例的用于气基竖炉直接还原系统的还原气的加热系统的示意图；图2是图1的加热系统中还原气管道的剖视图；图3是图1的加热系统中电加热装置的断面图；图4是根据本专利技术的实施例的利用图1的加热系统对还原气加热的工艺流程图。附图标记说明1气基竖炉、11铁矿石入口、12高温还原气入口、13炉顶气出口、14产品出口、2燃气加热炉、21气体入口、22燃料入口、23中温还原气出口、3还原气管道、30浇注料保温层、31中温还原气管段、32电加热装置还原气管段、321电加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于气基竖炉直接还原系统的还原气的加热系统，其特征在于，包括：气基竖炉，所述气基竖炉设置有铁矿石入口、炉顶气出口、高温还原气入口和产品出口，所述产品出口用于排出海绵铁；以及燃气加热炉，所述燃气加热炉设置有气体入口、燃料入口和中温还原气出口，所述气体入口与原料气管道连通，所述中温还原气出口与所述高温还原气入口通过还原气管道连通；其中所述还原气管道包括依次相连的中温还原气管段、电加热装置管段和高温还原气管段，所述电加热装置管段外部设置有电加热装置，所述电加热装置用于将中温还原气加热形成高温还原气。

【技术特征摘要】
1.一种用于气基竖炉直接还原系统的还原气的加热系统，其特征在于，包括：气基竖炉，所述气基竖炉设置有铁矿石入口、炉顶气出口、高温还原气入口和产品出口，所述产品出口用于排出海绵铁；以及燃气加热炉，所述燃气加热炉设置有气体入口、燃料入口和中温还原气出口，所述气体入口与原料气管道连通，所述中温还原气出口与所述高温还原气入口通过还原气管道连通；其中所述还原气管道包括依次相连的中温还原气管段、电加热装置管段和高温还原气管段，所述电加热装置管段外部设置有电加热装置，所述电加热装置用于将中温还原气加热形成高温还原气。2.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，还包括：水洗塔，所述水洗塔设置有第一入口和第一出口，所述第一入口与所述炉顶气出口连通，所述第一出口与所述燃料入口连通；压缩机，所述压缩机设置有第二入口和第二出口，所述第二入口与所述第一出口连通；脱碳塔，所述脱碳塔设置有第三入口和第三出口，所述第三入口与所述第二出口连通，所述第三出口接入在所述原料气管道和所述气体入口之间。3.根据权利要求2所述的加热系统，其特征在于，所述原料气管道还连通至所述燃料入口。4.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，所述中温还原气管段、所述电加热装置管段和所述高温还原气管段的管道内径相同；和/或，所述电加热装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：范志辉，李志远，邓君，曹志成，吴道洪，
申请(专利权)人：江苏省冶金设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32