火力发电厂副产铁的生产工艺及其还原窑制造技术

一种火力发电厂副产铁的生产工艺及其还原窑，包括生产工艺和还原窑两部分内容。本发明专利技术要解决的主要技术问题，是燃料煤在燃烧过程中容易获得高还原能力的那一区间的功能浪费问题。该工艺的特征在于：首先将燃煤转化成煤气；再使上述煤气通过还原窑并还原原料矿；还原过程中所消耗的煤气的有效成分最多为煤气有效成分的总量的３５％。所述的用以实现火力发电厂副产铁的生产工艺的还原窑的特征在于：它是一种回转窑。本发明专利技术主要用于以副产品的形式获得成本较低的铁产品，并避免焦煤资源的消耗，特别适用于新建火电厂及现有电厂的技术改造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种火力发电厂副产铁的生产工艺及其还原窑。
技术介绍
一方面，火力发电是我国主要的电力来源。据介绍，我国煤产量的大部分(每年约 20亿吨)被仅仅用于火力发电。另一方面，在钢铁行业，虽然高炉炼铁工艺目前仍处于主流的地位，但是，受到焦 煤资源的世界性短缺的威胁以及烧结和炼焦行业对环境的不友好，各国纷纷进行非高炉炼 铁的研究。例如，关于形形色色的熔融还原技术的研究等，有的已经进入初具规模的工业化 生产等。它们对铁的冶炼过程都离不开人工制造还原环境这一关键环节，并正在为此付出 较高的代价。现有技术的主要不足之处在于1.火力发电首选煤作燃料，似乎是天经地义的，但是，仅仅将煤作为燃料使用，隐 含着极大的浪费，其中的浪费之一是煤中的还原性物质的还原能力未能得以合理的利用。2.高炉炼铁工艺存在着对焦煤这一紧缺资源的需求、炼焦环节对环境的污染、对 原料矿的处理复杂、能耗较高的问题；熔融还原炼铁工艺又存在着以下基本问题a. 二次 燃烧率和传热的问题，b.高温煤气(或者称之为烟气)的处理问题，c.还原炉内衬局部腐 蚀严重的问题，等等。受行业的限制和人们的思维习惯和惰性的影响，钢铁行业的业内人士 总是企图在炼铁企业内部提高对能源的利用率上做文章。但是，当炼铁的能源的利用率达 到一定的水平后，要想再进一步提高，所付出的代价将会成倍增加。
技术实现思路
本专利技术要解决的主要技术问题，首先是煤中的还原性物质的还原能力未能得以合 理的利用的问题；或者说解决燃料煤在燃烧过程中容易获得高还原能力的那一区间的功能 浪费问题。而这一高还原能力，恰恰是金属还原最需要的，特别是对于大规模的耗煤产业来 说，更显得重要。换句话说，本专利技术一方面是要解决火力发电企业未能对煤和/或煤气燃烧 过程的前期存在的容易获得高还原气氛的机会进行合理利用的问题，另一方面则是要解决 冶金企业，例如，炼铁企业，又在付出高昂的代价，苦苦地进行着制造并维持这种高还原气 氛的问题。其次，是要克服高炉炼铁工艺存在的对焦煤这一紧缺资源的需求、炼焦环节对环 境的污染、对原料矿的处理复杂、能耗较高的问题和/或熔融还原炼铁工艺存在的a. 二次 燃烧率和传热的问题，b.高温煤气(或者称之为烟气)的处理问题，c.还原炉内衬局部腐 蚀严重的问题，等等。本专利技术的目的，是要在解决上述问题的基础上，利用将铁产品纳入火力发电厂的 副产品的手段，提供一种火力发电厂副产铁的生产工艺及其还原窑，并显著降低铁的还原 成本，以用于新建火力发电厂、用于现有火力发电厂技术改造和/或用于淘汰部分甚至大部分按照传统工艺生产的铁产品(指海绵铁和/或生铁)的产能。本专利技术的基本构思在于，它首先是一种火力发电厂副产铁的生产工艺，包括火 力发电厂的基本生产过程等，其特征在于将燃煤转化成煤气，煤气的温度可以控制在 彡600°C的范围内，特别是可以控制在800°C 900°C、800°C 1000°C或者850°C 1050°C 的范围内，必要时，也可以将其控制在600°C 800°C的范围内，只不过此时的反应速度 会相对较低；当需要在熔融状态下实现铁的还原时，煤气的温度还可以控制在> 1380°C、 彡1450°C甚至彡1500°C的范围内。需要注意的是，这里所说的煤气，可以是纯气态的煤气， 也可以是含有未燃尽的固体煤粉或碳粉的煤气，虽然纯气态的煤气已经足以完成铁的原料 矿的还原，但是，固体煤粉或碳粉的存在，对还原过程也是有利的；这里所说的煤气，可以由 燃煤直接转化而来，也可以由燃煤间接转化而来，例如，可以由煤化工副产的非冶金焦转化 而来等等，只要不消耗或少消耗焦煤，也能够体现其存在的价值。煤气中的水分、二氧化碳 的总浓度低于还原二价铁的控制浓度的上限(具体数值请参见有关资料，例如《熔融还原》 一书中关于“熔融还原基础研究”部分中的有关内容(杨天钧、黄典冰、孔令坛著，冶金工业 出版社，1998年9月第一版))。使上述煤气通过还原窑，且原料矿的还原步骤主要是在还原 窑内进行。这里所述的还原窑，本质上是盛装原料矿的容器，当原料矿是静态时，也可以将 其理解为还原罐；当原料矿处于动态时，又可以将其理解为旋窑或立窑等。还原过程中所消 耗的煤气的有效成分最多为煤气有效成分的总量的35%。需要注意的是，煤气的有效成分 是指煤气中的CO和H2。选用如此之低的煤气的有效成分的利用率，是基于火力发电厂无论 对还原尾气中剩余的CO和H2还是该尾气的物理显热，均能够很方便地进行充分地利用，而 不会降低其总效率。选用较低的煤气的有效成分的利用率，还可以使尾气中保持较高浓度 的可燃成分，有利于下一步将要进行的燃烧过程，并可以极大地简化还原过程和/或设备， 以降低还原铁的生产成本。事实上，根据所设定的具体的工艺条件，煤气中的有效成分的利 用率的上限，还可以按照25 %、20 %、15 %、10 %、7. 5 %、5 %甚至3 %进行控制，以使得还原 过程进行得更为有效和简洁，同时也不会降低发电厂的总效率。由于本专利技术的基本思路包 括充分利用煤气的还原性，因此，并不排斥煤气中含有未气化的煤粉或碳粉。为了提高反应速度并获液态铁水，可以使所述的煤气的温度彡1380°C、彡1450 °C 甚至> 1500°C，使铁的还原过程主要是在熔融状态下完成。为了使煤气能够保持较长时间的较高的还原能力，也为了使固态的煤粉(和/或 碳粉)有机会进入液态的原料矿和/或铁水，提高还原速度，可以在上述情况下给进入还原 窑的煤气中添加有煤粉(和/或碳粉)。当然，当煤气中含有未气化的煤粉(和/或碳粉) 时，更可以不添加或少添加煤粉(和/或碳粉)。需要注意的是，本专利技术所述的煤粉，属于对 煤粉和/或碳粉的统称。为了避免煤中的绝大部分杂质进入铁水，可以使制造煤气后的煤的大部分残渣由 独立的排出通道排出。为了使煤气和原料矿保持较长的接触时间并提高它们的接触率，可以使所述的煤 气是以旋转状态进入还原窑的。本专利技术的基本构思还在于，它包括一种实现所述的火力发电厂副产铁的生产工艺 的还原窑，其特征在于它是具有绝热、耐火、耐腐蚀内衬的回转窑；它具有原料铁矿的入 口，产品铁的出口，煤气入口和尾气出口；并设有铁产品收集槽。为了使煤气的还原性能保持较长的时间，设有向还原窑内喷吹煤粉的喷枪。为了使原料矿在还原窑内停留的时间和/或排出的铁水所含铁的金属化率可控， 所述的还原窑的内壁上具有螺旋状导槽。为了维持还原窑内温度场的稳定性和提高煤气与待还原原料矿的接触机会，在所 述的还原窑的中心部位设有导流柱。为了在还原窑内形成螺旋气流，以延长煤气与原料矿的接触时间，可以在还原窑 的煤气入口处设置着起旋器。当采用的还原窑是旋窑时，为了便于更换还原窑本体，可以在所述的进料端座和 出口端座处设置着导向机构。本专利技术的主要应用范围包括1.用于新建火力发电厂。2.用于现有火力发电厂技术改造。3.用于淘汰部分甚至大部分按照传统工艺生产的铁产品(指海绵铁和/或生铁) 的产能。本专利技术的主要优点是1.合理利用了煤气在燃烧初期具有高还原性能的那一区间，来进行铁的原料矿的 还原，然后再作为燃料煤气用于发电，因而避免了煤气在燃烧初期所具有的高还原能力的 浪费，还使得炼铁能耗与成本获得大幅度地降低。2.由于本专利技术采用的煤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火力发电厂副产铁的生产工艺，包括火力发电厂的基本生产过程等，其特征在于：　　１．１将燃煤转化成煤气，煤气的温度≥６００℃，煤气中的水分、二氧化碳的总浓度低于还原二价铁的控制浓度的上限，　　１．２使上述煤气通过还原窑，且原料矿的还原步骤主要是在还原窑内进行，　　１．３还原过程中所消耗的煤气的有效成分最多为煤气有效成分的总量的３５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚朝胜，钱纲，魏新民，黄东生，于国华，
申请(专利权)人：山东省冶金设计院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]