一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的系统及方法，涉及金属冶炼技术领域，包括还原炉；还原炉内依次设置熔融还原段、富氢气化段、预还原段；煤粉、铁矿粉在还原炉内发生反应产生还原乏气，还原乏气依次通过回热换热器、余热锅炉连接、除尘装置、变压吸附分离装置、回热换热器输出循环还原气至所述熔融还原段形成循环回路。实现煤粉

【技术实现步骤摘要】
一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的系统及方法


[0001]本专利技术涉及金属冶炼
，具体涉及一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的系统及方法。

技术介绍

[0002]本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]目前，冶铁的生产过程主要是以烧结和高炉的长流程工艺为主，其反应过程主要在填充床内进行。铁矿粉和石灰石经过烧结工序将铁矿粉转变成具有均匀粒度的球团颗粒，煤炭经过炼焦炉转变成冶金焦，随后球团颗粒和冶金焦一同进入高炉将铁矿石还原，并产生熔融态铁水。传统的冶铁工艺满足国家生产发展需求的同时，也存在着以下关键性难点：
[0004]1、冶铁包括铁矿粉烧结球团、煤碳制备冶金焦等过程，且均为分开实施，因此存在工艺流程长、运行能耗高、设备数量多、占地面积大等缺点；
[0005]2、冶铁过程中烧结、炼焦工艺均是高温反应设备，且运行过程均释放SO2、NOx和粉尘等大气污染物，造成烟气处理设备使用量大，设备投资高；
[0006]3、冶铁过程中烧结、炼焦等高温反应设备余热利用效率低，热损耗量较大；
[0007]4、铁矿粉还原剂为高品质冶金焦，价格昂贵，运行成本高。
[0008]基于此，为了改善上述四个问题，应对冶铁过程工艺流程长、余热能量利用效率低、运行成本高的现状进行优化管理，使冶铁过程得到升级和优化。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的系统及方法，根据煤粉
‑
水蒸气气化和气基铁矿粉还原两个热化学反应过程特点，将二者有机匹配和耦合，实现冶铁生产过程热(热量)质(物质)的循环利用，使工艺得到简化并降低运行能耗。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0011]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的系统，包括还原炉；还原炉内依次设置熔融还原段、富氢气化段、预还原段；煤粉、铁矿粉在还原炉内发生反应产生还原乏气，还原乏气依次通过回热换热器、余热锅炉连接、除尘装置、变压吸附分离装置、回热换热器输出循环还原气至所述熔融还原段形成循环回路。
[0012]作为进一步的实现方式，所述还原炉的熔融还原段分别与氧化剂机、回热换热器、预还原段相连；预还原段与回热换热器相连；所述余热锅炉与富氢气化段相连。
[0013]作为进一步的实现方式，所述氧化剂机包括制氧机或热风炉；所述制氧机输出氧气作为氧化剂，所述热风炉输出空气作为氧化剂。
[0014]作为进一步的实现方式，所述变压吸附分离装置分别与回热换热器、余热锅炉相连。
[0015]作为进一步的实现方式，所述除尘装置与预还原段相连。
[0016]第二方面，本专利技术的实施例还提供了一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的方法，具体步骤如下：
[0017]铁矿粉和除尘装置产生的铁矿粉渣、焦炭渣进入预还原段，铁矿粉中Fe2O3被还原气预还原转变为FeO及部分金属Fe；
[0018]从预还原段排出的铁矿粉送入熔融还原段，转化为熔融态的铁水排出；
[0019]煤粉和循环还原气在熔融还原段与氧化剂发生燃烧反应，从熔融还原段排出的还原气进入富氢气化段；
[0020]煤粉与余热锅炉产生的水蒸气进入富氢气化段，发生气化重整反应；熔融还原段排出的高温还原气为煤粉气化提供所需热量，从富氢气化段排出的还原气进入预还原段排出成为还原乏气；
[0021]还原乏气进入回热换热器进行热量交换后进入余热锅炉、除尘装置，然后进入变压吸附提纯装置脱除还原气中的H2O和CO2，经过回热换热器回收进入熔融还原段参与还原反应。
[0022]进一步的实现方式，变压吸附分离装置消耗电能，回收了还原乏气中的CO2和H2O，H2O可经过净化处理后送往余热锅炉循环使用。
[0023]作为进一步的实现方式，从预还原段排出的铁矿粉送入熔融还原段，循环还原气将预还原段后的铁矿粉还原为金属Fe并转化为熔融态的铁水排出，铁水经炉缸收集后排出。
[0024]作为进一步的实现方式，煤粉和循环还原气在熔融还原段与氧化剂发生燃烧反应放出大量的热，维持铁粉熔融还原所必须的温度，未完全燃烧的煤粉转化为焦炭。
[0025]作为进一步的实现方式，还原乏气进入回热换热器，在回热换热器中与提纯后的循环还原气进行热量交换，然后进入余热锅炉回收剩余显热能。
[0026]作为进一步的实现方式，经过回热换热器回收还原乏气部分显热后，进入熔融还原段参与还原反应。
[0027]本专利技术的有益效果如下：
[0028](1)本专利技术通过将还原炉设置为熔融还原段、富氢气化段、预还原段三个区域段，实现煤粉
‑
水蒸气气化和气基铁矿粉还原两个热化学反应有机匹配和耦合，简化了生产工艺、降低了设备数量和运行能耗、减少占地面积。
[0029](2)本专利技术的回热换热器和余热锅炉装置，实现了热量的循环利用；除尘装置收集的固相残渣送至预还原段、变压吸附分离收集的H2O送至余热锅炉、变压吸附后的循环还原气送至熔融还原段，实现了物质的循环利用；铁矿粉在预还原段实现了温度的提升和完成了部分铁还原反应，实现了还原气的热、质循环利用，提高了物质和能量的利用效率。
[0030](3)本专利技术中铁矿粉的还原剂为煤粉在富氢气化段产生的还原气，相较于冶金焦，煤粉的价格更低，降低了运行成本，经济性更好。
附图说明
[0031]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0032]图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的氧化剂机采用制氧机的系统流程图；
[0033]图2是本专利技术根据一个或多个实施方式的氧化剂机采用热风炉的系统流程图；
具体实施方式
[0034]实施例一：
[0035]本实施例提供了一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的系统，包括还原炉，用于产生还原乏气；还原炉的进料口与氧化剂机连接，出料口与回热换热器连接。回热换热器、余热锅炉、除尘装置、变压吸附分离装置依次相连。还原炉的熔融还原段分别与氧化剂机、回热换热器、预还原段相连；预还原段与回热换热器相连；余热锅炉与富氢气化段相连。变压吸附分离装置分别与回热换热器、余热锅炉相连。除尘装置与预还原段相连。
[0036]还原炉从上至下依次连接设置熔融还原段、富氢气化段、预还原段。熔融还原段、富氢气化段、预还原段、回热换热器、余热锅炉、除尘装置、变压吸附分离装置依次连接。
[0037]熔融还原段、富氢气化段、预还原段为按照功能性划分的区域段，这三个反应段可以是在三个独立装置完成，通过三个独立装置相连接构成还原炉整个装置，也可以是一个一体化装置构成还原炉，也可以是两两反应阶段耦合的反应装置最终本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的系统，其特征在于，还原炉内依次设置熔融还原段、富氢气化段、预还原段；煤粉、铁矿粉在还原炉内发生反应产生还原乏气，还原乏气依次通过回热换热器、余热锅炉连接、除尘装置、变压吸附分离装置、回热换热器输出循环还原气至所述熔融还原段形成循环回路。2.如权利要求1所述的一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的系统，其特征在于，所述氧化剂机包括制氧机或热风炉；所述制氧机输出氧气作为氧化剂，所述热风炉输出空气作为氧化剂。3.如权利要求1所述的一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的系统，其特征在于，所述还原炉的熔融还原段分别与氧化剂机、回热换热器、预还原段相连；预还原段与回热换热器相连；所述余热锅炉与富氢气化段相连；所述变压吸附分离装置分别与回热换热器、余热锅炉相连。4.如权利要求1所述的一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的系统，其特征在于，所述除尘装置与预还原段相连。5.一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
4任意一项所述的一种节能降耗的熔融还原铁热质循环的系统，具体步骤如下：铁矿粉和除尘装置产生的铁矿粉渣、焦炭渣进入预还原段，铁矿粉中Fe2O3被还原气预还原转变为FeO及部分金属Fe；从预还原段排出的铁矿粉送入熔融还原段，转化为熔融态的铁水排出；煤粉和循环还原气在熔融还原段与氧化剂发生燃烧反应，从熔融还原段排出的还原气进入富氢气化段；煤粉与...

【专利技术属性】
技术研发人员：马春元，李军，潘峰，张鑫，周滨选，赵媛，朱子霖，常景彩，王涛，张立强，朱振坤，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：