快速还原反应器以及水冷式矿粉快速还原反应系统技术方案

本实用新型专利技术属于冶金技术领域，具体涉及一种快速还原反应器以及水冷式矿粉快速还原反应系统。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的冷却段包括自上至下依次设置的风冷区域和水冷区域；所述还原气系统包括尾气处理装置和还原气储罐，所述尾气处理装置分别与反应器的还原尾气出口和所述还原气储罐连接，所述还原气储罐经还原气进气阀门与风冷区域的布风板连接。由此，使得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，得到的富含CO2的还原尾气送入还原尾气储罐，而得到的未反应还原气体则送入还原气储罐中与新制还原气混合，由此，实现了对炉顶气进行充分利用，避免浪费未反应的还原性气体。

Rapid reduction reactor and rapid reduction reaction system for water cooled ore powder

The utility model belongs to the field of metallurgical technology, in particular to a rapid reduction reactor and a water cooled ore powder rapid reduction reaction system. The system includes: fast reduction reactor, heating system and gas system, the cooling period of rapid reduction of the reactor includes air cooling and water cooling area area from top to bottom in turn set; the system comprises a reducing gas exhaust gas treatment device and reducing gas tank, the exhaust gas treatment device for reducing exhaust outlet and respectively. The reactor and the gas storage tank is connected with the reduction, the reduction of gas storage tank is connected via a gas inlet valve and an air distributor region. Thus, the reduction of exhaust gas reduction after washing dedusting cooling, gas compression, decarburization, reduction of emission reduction exhaust CO2 rich into tank, the unreacted gas is mixed into the gas reduction, and the new reduction in the gas tank, the top gas is used fully, avoid the unreacted reducing gas waste.

【技术实现步骤摘要】
快速还原反应器以及水冷式矿粉快速还原反应系统
本技术属于冶金
，具体涉及一种快速还原反应器以及水冷式矿粉快速还原反应系统。
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，本技术提供了一种快速还原反应器以及水冷式矿粉快速还原反应系统，针对粉状矿石生产直接还原铁；与气基竖炉相比，该系统可以处理粉状矿粉，省去造球、干燥、焙烧等工序，整个工艺流程更加简单，同时，由于粉状矿粉粒径小，与还原气体接触面积大，二者间的化学反应速率加快，增加原料处理量，另外，快速还原装置采用蓄热式辐射管作为热源，加热效率高，同时可以降低还原尾气中的含尘量；与还原流化床相比，快速还原反应系统只需控制燃气、空气流量来控制反应器内的温度，操作简单，同时可避免流态化还原方法中“粘结失流”现象造成的停工；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，得到的富含CO2的还原尾气送入还原尾气储罐，而得到的未反应还原气体则送入还原气储罐中与新制还原气混合，由此，实现了对炉顶气进行充分利用，避免浪费未反应的还原性气体。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：本技术提供了一种快速还原反应器，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；所述冷却段包括自上至下依次设置的风冷区域和水冷区域，其中，所述风冷区域底部设有布风板，用于引入还原气体对热态还原产物进行初步冷却处理；所述水冷区域的四周设有水冷壁，用于吸收反应器炉膛内还原产物的热量。在另一方面，本技术提供了一种水冷式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，所述还原段中设有所述加热系统，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；所述冷却段包括自上至下依次设置的风冷区域和水冷区域，其中，所述风冷区域底部设有布风板，用于引入还原气体对热态还原产物进行初步冷却处理；所述水冷区域的四周设有水冷壁，用于吸收反应器炉膛内还原产物的热量；所述还原气系统，包括尾气处理装置和还原气储罐，其中，所述尾气处理装置分别与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；所述还原气储罐经还原气进气阀门与布风板连接，所述还原气系统还包括新制还原气气源，所述还原气储罐设有新制还原气入口连接新制还原气气源。还原气储罐用于将未反应的还原气体与新的还原气体混合，并将混合后的还原气体经由反应器的风冷区域进行热量交换。专利技术人发现，本技术所述的一种水冷式矿粉快速还原反应系统，与气基竖炉相比，该系统可以处理粉状矿粉，针对粉状矿石生产直接还原铁，省去造球、干燥、焙烧等工序，整个工艺流程更加简单，过程易控，同时，由于粉状矿粉粒径小，与还原气体接触面积大，二者间的化学反应速率加快，增加原料处理量，另外，快速还原装置采用蓄热式辐射管作为热源，加热效率高，同时可以降低还原尾气中的含尘量；与还原流化床相比，快速还原反应系统只需控制燃气、空气流量来控制反应器内的温度，操作简单，同时可避免流态化还原方法中“粘结失流”现象造成的停工，可以有效降低矿粉快速还原工艺的能耗、减轻还原尾气处理设备的负担；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，得到的富含CO2的还原尾气送入还原尾气储罐，而得到的未反应还原气体则送入还原气储罐中与新制还原气混合，由此，实现了对炉顶气进行充分利用，避免浪费未反应的还原性气体。根据本技术的具体实施例，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。根据本技术的具体实施例，所述还原气储罐还包括新还原气入口，用于将新的还原气通入所述还原气储罐中与未反应的还原气体混合。根据本技术的具体实施例，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接，出气口与所述布风板连接，用于将混合还原气体通入所述快速还原反应器的风冷区域。根据本技术的具体实施例，所述还原气系统还包括氮气进气阀门和氮气储罐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速还原反应器，其特征在于，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；所述冷却段包括自上至下依次设置的风冷区域和水冷区域，其中，所述风冷区域底部设有布风板，用于引入还原气体对热态还原产物进行初步冷却处理；所述水冷区域的四周设有水冷壁，用于吸收反应器炉膛内还原产物的热量。

【技术特征摘要】
1.一种快速还原反应器，其特征在于，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；所述冷却段包括自上至下依次设置的风冷区域和水冷区域，其中，所述风冷区域底部设有布风板，用于引入还原气体对热态还原产物进行初步冷却处理；所述水冷区域的四周设有水冷壁，用于吸收反应器炉膛内还原产物的热量。2.一种水冷式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，所述还原段中设有所述加热系统，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；所述冷却段包括自上至下依次设置的风冷区域和水冷区域，其中，所述风冷区域底部设有布风板，用于引入还原气体对热态还原产物进行初步冷却处理；所述水冷区域的四周设有水冷壁，用于吸收反应器炉膛内还原产物的热量；所述还原气系统，包括尾气处理装置和还原气储罐，其中，所述尾气处理装置分别与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；所述还原气储罐经还原气进气阀门与布风板连接；所述还原气系统还包括新制还原气气源，所述还原气储罐设有新制还原气入口连接新制还原气气源。3.如权利要求2所述的一种水冷式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。4.如权利要求2所述的一种水冷式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...

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