一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统及方法，包括热解气化装置、还原装置、第一旋风分离器，热解气化装置为底部相通的U型反应装置，一侧为热解段，另一侧的上部为气化段，下部为气化还原段，还原装置与热解气化装置连接，煤粉进入热解段产生的荒煤气进入还原装置，还原装置还原铁矿石粉产生的海绵铁进入热解气化装置的气化还原段，第一旋风分离器的进风口与热解段连接，底部粉焦出口与气化段的顶部连接，热解段产生的荒煤气中携带的粉焦经过第一旋风分离器分离后进入气化段，还原装置与第一旋风分离器连接。简化炼铁工艺，提升整个工艺的处理效率。

A system and method of synergistic reduction of iron ore by pulverized coal gasification

The present invention relates to a system and method for pulverized coal gasification cooperating with iron ore reduction, including pyrolysis gasification device, reduction device and first cyclone separator. The pyrolysis gasification device is a U-shaped reaction device connected at the bottom, one side is a pyrolysis section, the other side is a gasification section at the top, and the lower part is a gasification reduction section. The reduction device is connected with the pyrolysis gasification device, and the pulverized coal is generated in the pyrolysis section. Raw gas enters the reduction unit, sponge iron produced by reducing iron ore powder enters the gasification reduction section of the pyrolysis gasification unit, the air inlet of the first cyclone separator is connected with the pyrolysis section, the bottom coke outlet is connected with the top of the gasification section, and the coke carried in the pyrolysis section is separated by the first cyclone separator and then enters the gasification section, and the reduction unit is connected with the first cyclone. The air separator is connected. Simplify the ironmaking process and improve the treatment efficiency of the whole process.

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统及方法
本专利技术属于炼铁
，具体涉及一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统及方法。
技术介绍
目前，高炉炼铁是铁矿石还原炼铁的主流工艺，包括煤的焦化、铁矿石烧结(或球团)和高炉还原等三个主要工序。炼铁工艺复杂，设备众多，投资高，生产成本高，同时多工序污染源对排放控制也带来了很大的难度。煤的焦化和铁矿石烧结是为了满足现有高炉还原对物料强度和透气性等要求而设置，但从铁氧化物(Fe2O3和Fe3O4)的还原反应机理看，焦化和烧结或球团并不是必须环节，只需要有铁矿石和还原剂即可完成还原反应。因此，缩减炼铁工艺，无焦化和烧结(或球团)的短流程炼铁工艺是炼铁技术的发展趋势。现在的短流程炼铁工艺主要有三种，即Pinex工艺、Hismelt工艺、Corex工艺，三种工艺还原剂均采用煤粉来代替传统高炉炼铁的焦炭，节省了焦炭成本，缩短了炼铁流程。存在的主要问题为煤耗偏高，同时氧耗和煤气量远大于常规高炉。分析原因：Corex使用的原料为6-30mm块矿或10-15mm球团和8-14mm煤粒径，预还原和终还原均采用竖炉；Finex终还原仍使用压块海绵铁和压块煤，熔融竖炉；Hismelt采用粒径小于6mm铁矿粉，终还原采用立式铁浴炉。三种工艺炼铁在铁还原的环节采用原料粒度都较大，采用终还原炉也多为竖炉或立式炉，大粒径和还原炉的型式决定了铁矿石还原反应时的固-固、固-气、液-固、液-气等多相传热、传质效果不会很好，在传热和传质效果不佳时，必然消耗更多的煤和氧气产生更多煤气来满足铁还原的要求。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的一个目的是提供一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统。可实现煤气-铁水联产，有效利用煤气化的能量和物质，大幅度缩短炼铁流程，简化炼铁工艺。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统，包括热解气化装置、还原装置、第一旋风分离器，热解气化装置为底部相通的U型反应装置，一侧为热解段，另一侧的上部为气化段，下部为气化还原段，还原装置与热解气化装置连接，煤粉进入热解段产生的荒煤气进入还原装置，还原装置还原铁矿石粉产生的海绵铁进入热解气化装置的气化还原段，第一旋风分离器的进风口与热解段连接，底部粉焦出口与气化段的顶部连接，热解段产生的荒煤气中携带的粉焦经过第一旋风分离器分离后进入气化段，还原装置与第一旋风分离器连接。本申请的粉煤气化协同铁矿石还原的系统设置了热解段、气化段、气化还原段、还原段，使煤粉热解、粉焦气化、海绵铁粉还原、铁矿粉还原这四个过程能够分开有序进行，热解段、气化段、气化还原段、还原段的连接方式使各个阶段相互独立并且相互联系，缩短炼铁流程，简化炼铁工艺，提升整个工艺的处理效率。本申请设置了两种连接方式，两种连接方式都可以完成煤粉气化协同铁矿石还原的过程。优选的，热解段的荒煤气出口与旋风分离器的进风口连接，第一旋风分离器的顶部出风口与还原装置的顶部进风口连接。进一步优选的，所述还原装置的侧壁出风口与第二旋风分离器连接，第二旋风分离器的顶部出风口依次与空气预热器、余热锅炉、布袋除尘器、煤气冷却器连接。进一步分离海绵铁粉，利用还原煤气的余热。更进一步优选的，空气预热器、余热锅炉之间的还原煤气管道与第一煤气风机连接，第一煤气风机通过第一输送管道与气化还原段的顶部连接。再更进一步优选的，第一煤气风机与气化还原段之间的第一输送管道分别与第二旋风分离器、还原装置的底部连接，第二旋风分离器、还原装置产生的海绵铁粉通过第一输送管道进入气化还原段。分离得到的海绵铁粉进入气化还原段生产铁水。优选的，热解段的荒煤气出口与还原装置的侧壁连接，还原装置的顶部出风口与第一旋风分离器的进风口连接。进一步优选的，第一旋风分离器的顶部出风口依次与空气预热器、余热锅炉、布袋除尘器、煤气冷却器连接。更进一步优选的，空气预热器、余热锅炉之间的还原煤气管道与第二煤气风机连接，第二煤气风机通过第二输送管道分别与气化还原段的顶部、还原装置的底部连接，第二输送管道中的煤气作为还原装置的给料口的携带风，作为进入气化还原段的输送介质。进一步优选的，余热锅炉的水蒸气出口、空气预热器的空气出口分别与气化段的顶部连接，余热锅炉产生的水蒸气和空气预热器内的空气进入气化段作为气化剂。更进一步优选的，第一旋风分离器底部与气化段的顶部喷嘴通过返料器连接，余热锅炉的水蒸气出口、空气预热器的空气出口与喷嘴连接。优选的，热解气化装置U型反应装置的底部为锥形的熔渣铁水斗，熔渣铁水斗的底部通过熔渣铁水阀门与铁水包连接。粉焦产生的液态灰渣和海绵铁粉熔融还原得到的铁水进入熔渣铁水斗。进一步优选的，熔渣铁水斗的上部设置进水口，外界的水或水蒸气通过进水口进入调节气化还原段产生的煤气的温度。优选的，还原装置的顶部连接铁矿石仓。优选的，磨煤制粉装置与热解段的下部连接。一种粉煤气化协同铁矿石还原的方法，具体步骤为：1)煤粉经过磨制之后进入热解气化装置的热解段，热解气化装置另一侧产生的高温煤气进入热解段，煤粉发生热解，产生的荒煤气携带粉焦进入第一旋风分离器和还原装置；2)铁矿粉进入还原装置，在还原装置内铁矿粉与煤气发生还原反应，得到海绵铁粉，海绵铁粉通过输送管道进入热解气化装置的气化还原段，第一旋风分离器分离下来的粉焦与气化剂进入热解气化装置的气化段，粉焦在气化段内进行高温气化产生高温煤气，高温煤气向下经过气化还原段与海绵铁粉发生气化还原反应得到灰渣和铁水，灰渣和铁水进入铁水包；3)荒煤气与铁矿石粉发生还原反应后得到的还原煤气依次经过空气预热器、余热锅炉、布袋除尘器和煤气冷却器后送至界外。刚开始启动时产生高温煤气的方法为在气化喷嘴6的中心管处通过电火油枪进行点火，运行的过程中逐渐增加投煤量降低柴油量直至完全切换为投煤，煤气化正常投运。优选的，还原煤气从还原装置排出后先进入第二旋风分离器，第二旋风分离器分离得到的海绵铁粉经过输送管道进入热解气化装置的气化还原段。进一步优选的，二级旋风分离器出口的还原煤气温度500～700℃。优选的，热解段的温度为900～1300℃；优选的，热解段的风速为3～6m/s；优选的，热解段气流的停留时间为2～10s。优选的，气化段和气化还原段的工作温度为1200～1700℃；优选的，气化段和气化还原段的风速为1～3m/s；优选的，气化段气流的停留时间为3～10s；优选的，气化还原段气流的停留时间为3～10s。优选的，煤粉粒径范围20～500微米。优选的，铁矿石粉粒度40～200微米。优选的，还原段的温度为700～1200℃。优选的，空气预热器排出后还原煤气的温度为300～450℃。优选的，海绵铁粉的纯度为60-95％。优选的，布袋除尘器排出的还原煤气的颗粒物含量为小于10mg/Nm3。优选的，煤气冷却器冷却后的还原煤气的温度为50～100℃。本专利技术的有益效果：1.从炼铁的角度看，本专利技术可以省掉煤焦化、烧结或球团等工序，简化了炼铁流程，节省设备投资和占地，减少多工序污染排放带来控制困难，便于污染物的集中管控。2.从煤炭能源利用的角度看，本专利技术是在煤炭气化的同时利用煤气的物理热和还原性对铁矿石进行了“顺便”还原，虽然煤气热值略有降低，但煤气仍可有效利用，实现了煤气化和铁矿石还原的协同，可以有效提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统，其特征在于：包括热解气化装置、还原装置、第一旋风分离器，热解气化装置为底部相通的U型反应装置，一侧为热解段，另一侧的上部为气化段，下部为气化还原段，还原装置与热解气化装置连接，煤粉进入热解段产生的荒煤气进入还原装置，还原装置还原铁矿石粉产生的海绵铁进入热解气化装置的气化还原段，第一旋风分离器的进风口与热解段连接，底部粉焦出口与气化段的顶部连接，热解段产生的荒煤气中携带的粉焦经过第一旋风分离器分离后进入气化段，还原装置与第一旋风分离器连接。

【技术特征摘要】
1.一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统，其特征在于：包括热解气化装置、还原装置、第一旋风分离器，热解气化装置为底部相通的U型反应装置，一侧为热解段，另一侧的上部为气化段，下部为气化还原段，还原装置与热解气化装置连接，煤粉进入热解段产生的荒煤气进入还原装置，还原装置还原铁矿石粉产生的海绵铁进入热解气化装置的气化还原段，第一旋风分离器的进风口与热解段连接，底部粉焦出口与气化段的顶部连接，热解段产生的荒煤气中携带的粉焦经过第一旋风分离器分离后进入气化段，还原装置与第一旋风分离器连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：热解段的荒煤气出口与旋风分离器的进风口连接，第一旋风分离器的顶部出风口与还原装置的顶部进风口连接。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述还原装置的侧壁出风口与第二旋风分离器连接，第二旋风分离器的顶部出风口依次与空气预热器、余热锅炉、布袋除尘器、煤气冷却器连接。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：空气预热器、余热锅炉之间的还原煤气管道与第一煤气风机连接，第一煤气风机通过第一输送管道与气化还原段的顶部连接；优选的，第一煤气风机与气化还原段之间的第一输送管道分别与第二旋风分离器、还原装置的底部连接，第二旋风分离器、还原装置产生的海绵铁粉通过第一输送管道进入气化还原段。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：热解段的荒煤气出口与还原装置的侧壁连接，还原装置的顶部出风口与第一旋风分离器的进风口连接。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：第一旋风分离器的顶部出风口依次与空气预热器、余热锅炉、布袋除尘器、煤气冷却器连接；优选的，空气预热器、余热锅炉之间的还原煤气管道与第二煤气风机连接，第二煤气风机通过第二输送管道分别与气化还原段的顶部、还原装置的底部连接，第二输送管道中的煤气作为还原装置的给料口的携带风，作为进入气化还原段的输送介质。7.根据权利要求2或5任一项所述的系统，其特征在于：余热锅炉的水蒸气出口、空气预热器的空气出口分别与气化段的顶部连接，余热锅炉产生的水蒸气和空气预热器内的空气进入气化段作为气化剂；优选的，第一旋风分离器底部与气化段的顶部喷嘴通过返...

【专利技术属性】
技术研发人员：马春元，王涛，周滨选，王鹏，赵媛，夏霄，李军，付加鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37