一种使用等离子加热DRI还原气的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种使用等离子加热DRI还原气的方法和装置。上述使用等离子加热DRI还原气的方法，包括以下步骤：S1：将还原性气体输入到等离子体加热装置中进行加热；S2：当上述还原性气体被加热到900～1100℃后，鼓入DRI反应竖炉内与球团矿进行还原反应，获得还原铁成品。上述方法和装置能够灵活使用还原性气体，并将还原性气体加热到1000℃以上，避免析碳问题，电极寿命较长，使用维护成本低，电热转化效率达到80％以上。率达到80％以上。率达到80％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种使用等离子加热DRI还原气的方法和装置


[0001]本专利技术是属于冶金直接还原
，特别是关于一种使用等离子加热DRI还原气的方法和装置。

技术介绍

[0002]气基直接还原铁DRI(Direct Reduced Iron)是采用从炉体中部的喷嘴吹入还原性气体(纯H2或CO+H2≥90％、H2/CO≥1.5)，铁矿球团在固态条件下，还原为金属铁,还原产物可用作冶炼优、特钢的纯净原料,也可作为铸造、铁合金、粉末冶金等工艺的含铁原料。直接还原工艺不需要使用焦炭，原料可使用冷压球团、球团块或块矿，不用烧结矿，是一种优质、低耗、低污染的钢铁冶金新工艺，也是全世界钢铁冶金的前沿技术之一。而主要的DRI气基还原技术需要采用重整炉或管式加热炉等方式将还原性的气体处理后进入竖炉进行固气还原反应的。
[0003]重整转化炉一般填充催化剂，在一定温度条件下，将CH4和CO2和H2O的重整反应，生成CO和H2。重整炉内填充的催化剂一般含有贵金属成分，对气体中的硫含量有一定的要求，硫含量过高会降低催化剂的活性。而管式加热炉是石油、化工行业常见的用于加热气体或液体介质的加热装置，可以加热不同成分的气体，也可以加热液体。目前管式加热炉能加热的最高温度约950℃，主要是受高炉合金炉管的材质限制。同时加热含碳比例高的气体，以及焦炉煤气等，析碳反应严重，需要定期停机进行消除积碳处理。
[0004]重整转化炉受材料、催化的限制；管式炉收到材质、析碳反应等限制均导致加热气体不能到更高的温度，重整炉出口温度一般为900～950℃，管式炉最高出口温度950℃，并且整体还原气的制备工艺复杂、总投费用高、生产运营成本高、操作复杂、维修难度大。
[0005]针对还原性气体(H2+CO)直接采用电弧加热有观点认为：为其加热所需等离子工作气体，外加高电压形成等离子体，直接与加热工质接触，进行温度传递，其可能会污染所加热工质的成分；对于煤气中含有CO或者CH4等成分，在600℃左右会发生析碳化学反应，在电极之间形成碳丝，碳丝的生长和崩溃过程导致放电电流的波动，两个电极的碳丝会导致电极放电过程短路被终止；煤气为还原性气氛，高温下极易与其他物件发生反应；还有人认为目前应用于各行各业的直流电弧超高温气体加热装置电极寿命过短，使用维护成本高，热效率过低，只有60
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70％左右，能量利用率较低。
[0006]目前迫切需要一种可以完全避开上述问题的加热还原性气体的方法，同时简化步骤流程，减少投资，降低生产成本，缩短建设周期。
[0007]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种使用等离子加热DRI还原气的方法和装置，其能够灵活使用还原性气体，并将还原性气体加热到1000℃以上，避免析碳问题，电极寿命较长，使
用维护成本低，电热转化效率达到80％以上。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了一种使用等离子加热DRI还原气的方法，包括以下步骤：
[0010]S1：将还原性气体输入到等离子体加热装置中进行加热；
[0011]S2：当上述还原性气体被加热到900～1100℃后，鼓入DRI反应竖炉内与球团矿进行还原反应，获得还原铁成品。
[0012]在本专利技术的一实施方式中，上述等离子体加热装置包括石墨电极、进气口、出气口和水冷套。
[0013]在本专利技术的一实施方式中，上述还原性气体的压力为0.2～0.8MPa；优选的，上述还原性气体的压力为0.4～0.6MPa。
[0014]在本专利技术的一实施方式中，上述还原性气体至少含有氢气；优选的，上述还原性气体选自天然气、高炉煤气、焦炉煤气、煤制气和氢气中的至少一种。
[0015]在本专利技术的一实施方式中，上述方法进一步包括：
[0016]S3：收集步骤S2中上述还原性气体反应后的废气，并将上述废气经净化、脱水、加压、脱除硫化物后再次输入到等离子体加热装置中循环使用。
[0017]本专利技术还提供了一种使用等离子加热DRI还原气的装置，上述装置包括：
[0018]等离子体加热装置，上述等离子体加热装置的功率为500KW～100000KW，上述等离子体加热装置用于将还原性气体加热到900～1100℃；
[0019]电源及控制系统，上述电源及控制系统用于为上述等离子体加热装置提供电源并控制上述等离子体加热装置；
[0020]冷却系统，上述冷却系统用于控制上述等离子体加热装置、上述电源及控制系统相关零部件的温度；和
[0021]气体管道系统，上述气体管道系统用于传输上述还原性气体；
[0022]上述等离子体加热装置通过气体管道系统与DRI反应竖炉连接；
[0023]优选的，上述使用等离子加热DRI还原气的装置还包括加压系统，上述加压系统用于给还原性气体加压。
[0024]在本专利技术的一实施方式中，上述等离子体加热装置包括石墨电极、进气口、出气口和水冷套。
[0025]在本专利技术的一实施方式中，上述石墨电极为2个，阳极和阴极各1个，上述2个石墨电极之间的距离为500～1000mm。
[0026]在本专利技术的一实施方式中，上述加压系统包括加压装置和压力罐；和/或，
[0027]上述电源及控制系统包括直流电源柜、磁控电源柜、等离子体运行控制柜和高频启动柜；和/或，
[0028]上述冷却系统包括冷却液存储箱、循环泵、换热器和冷却液；优选的，上述冷却液为一级除盐水或60％乙二醇水溶液。
[0029]在本专利技术的一实施方式中，上述使用等离子加热DRI还原气的装置还包括净化装置、脱水装置、加压装置和硫化物脱除装置。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的使用等离子加热DRI还原气的方法具有以下优点：
[0031](1)使用等离子体加热装置给还原性气体加热，还原性气体既是工作气源，又是被
加热对象，且能够灵活使用氢气、天然气、高炉煤气、焦炉煤气和煤制气等还原性气体，并将还原性气体加热到1000℃以上，热能转化快，热惯性低，电热转化效率达到80％以上。
[0032](2)通过控制石墨正负电极间距为合适距离，使得正负电极既能高效产生直流电弧放热，也能避免CO加热的析碳问题。
[0033](3)通过加压系统可将还原性气体的流动速度加快，一方面与大功率的等离子体加热装置的加热性能相匹配，提高还原性气体加热效率，另一方面利用大气流将析碳带出等离子体加热装置，避免析碳对等离子体加热装置的不利影响。
附图说明
[0034]图1是根据本专利技术实施例1的使用等离子加热DRI还原气的方法的流程及系统组成示意图；
[0035]图2是根据本专利技术实施例1的等离子体加热装置的结构示意图；
[0036]图3是根据本专利技术实施例2的使用等离子加热DRI还原气的方法的流程及系统组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用等离子加热DRI还原气的方法，其特征在于包括以下步骤：S1：将还原性气体输入到等离子体加热装置中进行加热；S2：当上述还原性气体被加热到900～1100℃后，鼓入DRI反应竖炉内与球团矿进行还原反应，获得还原铁成品。2.根据权利要求1上述的使用等离子加热DRI还原气的方法，其特征在于，上述等离子体加热装置包括石墨电极、进气口、出气口和水冷套。3.根据权利要求1上述的使用等离子加热DRI还原气的方法，其特征在于，上述还原性气体的压力为0.2～0.8MPa；优选的，上述还原性气体的压力为0.4～0.6MPa。4.根据权利要求1上述的使用等离子加热DRI还原气的方法，其特征在于，上述还原性气体至少含有氢气；优选的，上述还原性气体选自天然气、高炉煤气、焦炉煤气、煤制气和氢气中的至少一种或多种。5.根据权利要求1上述的使用等离子加热DRI还原气的方法，其特征在于，上述方法进一步包括：S3：收集步骤S2中上述还原性气体反应后的废气，并将上述废气经净化、脱水、加压、脱除硫化物后再次输入到上述等离子体加热装置中循环使用。6.一种使用等离子加热DRI还原气的装置，其特征在于，上述装置包括：等离子体加热装置，上述等离子体加热装置的功率为500KW～100000KW，上述等离子体加热装置用于将还原性气体加热到900～1100℃；电源及控制系统，上述电源及控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：金锋，化光林，付艳鹏，程立，王晋，
申请(专利权)人：中钢设备有限公司，
类型：发明
国别省市：