一种高压粉煤气化制取海绵铁能量回收系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种高压粉煤气化制取海绵铁能量回收方法及系统，在这种煤基竖炉法生产海绵铁能量回收方法及系统中，氧气和煤粉、水蒸气送入高压粉煤气化炉中完成高温纯氧气化生成ＣＯ和Ｈ↓［２］比例较高的合成气，经过辐射式冷却降温后，合成气先后经过两级回热设备降温至特定温度后再经过除尘器和气体净化设备脱硫脱氮；净化后的高压的低温合成气经过二级回热器吸收煤气的显热加热至特定温度，与经处理回收的竖炉煤气在燃烧室混合，加热后的煤气进入竖炉，与送入的铁矿石反应生成海绵铁和竖炉煤气。本发明专利技术的优点是：煤的气化效率高，能适应品位不同的煤种；大大提高了竖炉煤气的回收利用率和简化了竖炉煤气利用系统，同时实现了海绵铁制造的零排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，用于提高煤 基竖炉法生产海绵铁的能源利用效率，属于钢铁冶炼设备及方法
技术背景尽管高炉炼铁是目前炼铁生产的主流，但高炉生产依赖于炼焦煤，高炉、焦 炉及烧结对环境会产生污染，而且这种生产方法会带来C02温室气体的排放，这些问题随着可持续发展的紧迫要求必须着手加以改进。目前全世界海绵铁与海绵铁热压块(统称海绵铁)的产量己接近6000万t/a。 海绵铁是一种代替废钢用于电炉炼钢的原料，是电炉炼纯净钢、优质钢不可缺少 的杂质稀释剂，也是转炉炼钢最好的冷却剂，其价格一般比废钢要高。我国己是 世界上最大的钢铁生产国，但海绵铁的产量相对较低，每年要进口大量废钢。此 外，我国优质钢与电炉钢的比例将不断增加，海绵铁的市场必将越来越大。目前生产海绵铁的常规方法为直接还原法。直接还原法是指在低于熔化温度 之下将铁矿石还原成海绵铁的炼铁生产过程，其产品为直接还原铁(S卩DRI)，也称 海绵铁。直接还原法可分为气基法和煤基法两大类。气基法是用天然气经裂化产 出H2和CO气体，作为还原剂，在竖炉、罐式炉或流化床内将铁矿石中的氧化铁还原 成海绵铁。煤基法是用煤作还原剂，在回转窑、隧道窑等设备内将铁矿石中的氧化 铁还原,主要有FASMET法等。直接还原法的缺点是对原料要求较高；气基法要 有天然气来生产C0和H2;煤基要用灰熔点高、反应性好的煤。为了克服这两个缺 点，通过煤气化来生产海绵铁是一种重要的选择。通常的Corex两段制取海绵铁 的工艺流程使得炼铁工艺大为简化，同时降低了炼铁能耗，但该工艺中的煤粉细 末由于粒径过细而不能得到有效利用。从资源考虑必须避开当前钢铁生产困难的 焦点，要使用非炼焦煤，煤的粒度应是粉煤。近几十年来新型粉煤气化技术的工业化取得了较大进展， 一批以粉煤为原料，以氧气为气化剂，高温、高压、高转化率的煤气化炉在IGCC与化工领域得到应用 并建设了一批大型工业装置。新型高效粉煤气化炉的发展也影响到钢铁工业，一 些单位己经开始研发用粉煤与非炼焦煤气化生产海绵铁(DRI)与热压块(朋I)的技术，大型工业生产装置也已开始建设。煤气化用来生产炼铁还原气，竖炉对炼铁还原气的要求希望煤气中的有效组分尽量高(C0+H2》9(F。)，氧化度尽量低((0)2+仏0)/((:0+仏+(:02+}120《5%);还 原气入口温度850。C左右，压力0. 1 MPa 0. 8 MPa，含尘量《20mg/Nm3。根据国内 外大量试验证明，在高温条件下，(H2+C0)混合气体在还原氧化球团或块矿时，其 转化率在40%左右。众所周知，高压对煤气化是有利的，目前粉煤气化炉的设计压力通常为2 MPa 9 MPa;而世界上生产海绵铁的竖炉的生产技术是成熟的，主流方法有Midrex 与HYL两种，技术成熟的竖炉设备的压力只有0. 1 0. 8 MPa。因此，无论是Midrex 法还是HYL法，高压粉煤气化炉与竖炉之间的压力衔接都是需要研究的问题，在 两者之间必须要设置减压设备流程才能连接起来。若设置这种减压设备，设备需 要在高温、煤气含尘量大和压降大的情况下运行，设备的抗磨损，防噪音问题不 易解决。中国专利ZL00116216.0公开了一种煤造气竖炉还原铁矿石的海绵铁生产工艺 及其装置，该生产工艺和装置中利用煤气膨胀机将煤气的压力能转换为机械能， 但是该方法虽然有效地将压力降低，却没有很好的利用高温粗煤气的热能，因此 膨胀机的能源转化效率有限，并没有合理的利用煤气自身具有的压力能。此外， 该流程采用水煤浆给料的气化炉，其能源利用效率和冷煤气效率都无法和干煤粉 气化炉相媲美，大量的有效能损耗于水煤浆中液态水的蒸发。因为竖炉排放的尾 气中还含有大量的有效气体成分，具有非常可观的回收价值，但该方法并没有给 出竖炉煤气详细的回收方案。中国专利ZL95106752.4公开了一种煤基熔融床造气竖炉法生产海绵铁的方 法，但该方法需要使用块煤，不能使用碎煤和煤屑，因此对煤的质量要求较高。 而且该方法的气化压力低，气化强度低，不适合现代化的大型钢铁联合企业使用。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于提供一种改进的高 压粉煤气化竖炉法制取海绵铁的能量回收系统及方法，该方法不仅能克服气基法 中天然气制气的局限性，还原气加热效率低，加热管寿命低及粉矿还原效率低等 问题，而且也能解决煤基法中设备效率低、设备不成熟、环境性能差及煤质要求 高等问题。同时，不仅可用高硫、低灰熔点煤和粉矿作为原料，而且利用了竖炉 的高效，还可以利用碎煤、煤屑来造气的高压粉煤气化炉，采用辐射式高温粗煤 气冷却器，最重要的是提出了一套合理用能的海绵铁制造方案。为了达到上述目的，本专利技术的产品技术方案是提供一种高压粉煤气化制取海 绵铁能量回收系统，包括高压粉煤气化炉，其特征在于，在高压粉煤气化炉上连 接有带水冷壁的辐射式粗煤气冷却器，带水冷壁的辐射式粗煤气冷却器的出口连 接串联的二级回热装置及一级回热装置或直接连接一级回热装置， 一级回热装置 的出口与回热进口之间依次串联有除尘器和脱硫脱氮设备， 一级回热装置的回热 出口依次连接CO变换设备、煤气透平及第一脱水和脱C02装置，当辐射式粗煤气 冷却器的出口与二级回热装置相连时，脱C02装置与二级回热装置的回热进口相 连，当辐射式粗煤气冷却器的出口直接与一级回热装置相连时，在脱C02装置的 出口上连接有加热装置，在煤气透平上连接有发电机，在二级回热装置的回热出 口或加热装置的出口上依次连接有燃烧室及竖炉，竖炉的煤气出口依次连接余热 锅炉、第二脱水和脱C02装置及煤气压缩机，煤气压縮机的出口连接二级回热装 置或加热装置的进口。本专利技术的方法技术方案是提供了一种高压粉煤气化制取海绵铁能量回收方 法，其特征在于，步骤为步骤1、将氧气和由C02携带的煤粉、水蒸气送入压力为2MPa 9MPa温度为 1200 1600° C高压粉煤气化炉中高温纯氧气化3 10s生成高温高压的粗煤气；步骤2、高温高压的粗煤气先经过辐射式粗煤气冷却器降至80(TC 95(TC后， 再依次经过二级回热装置和一级回热装置或者直接经过一级回热装置后降至除尘 器的工作温度，再经除尘器和脱硫脱氮设备进行除尘及脱硫脱氮净化处理；步骤3、净化后的高压煤气经过一级回热装置吸收粗煤气的显热后，先经过 CO变换装置将H2与CO的体积比调节为0. 6 10后，再通过煤气透平将煤气中的 热能和压力能转化为机械能输出，带动发电机发电；步骤4、透平后的煤气经第一脱水和脱C02装置脱除水分和C02后通过二级回 热装置吸收高温高压粗煤气的显热而再次被加热或者通过加热装置加热，然后与 经余热锅炉、第二脱水和脱C02装置及煤气压縮机处理回收的竖炉煤气在燃烧室内 混合，并与通入的纯氧燃烧后加热至90(TC 100(rC;步骤5、加热后的煤气进入竖炉，与送入的铁矿石反应生成海绵铁和竖炉煤气， 竖炉煤气再进入余热锅炉、第二脱水和脱C02装置及煤气压縮机进行循环利用。进一步，步骤1所述由C02携带的煤粉的浓度为2 80 (kg煤粉)/(kgC02)， 送入气化炉的汽煤比为0.05 0.7 (kg水蒸气)/ (kg煤粉)。步骤2所述二级回热装置和一级回热装置的出口温度分别由回热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压粉煤气化制取海绵铁能量回收系统，包括高压粉煤气化炉（１），其特征在于，在高压粉煤气化炉（１）上连接有带水冷壁的辐射式粗煤气冷却器（２），带水冷壁的辐射式粗煤气冷却器（２）的出口连接串联的二级回热装置（３）及一级回热装置（４）或直接连接一级回热装置（４），一级回热装置（４）的出口与回热进口之间依次串联有除尘器（５）和脱硫脱氮设备（６），一级回热装置（４）的回热出口依次连接ＣＯ变换设备（７）、煤气透平（８）及第一脱水和脱ＣＯ↓［２］装置（１０），当辐射式粗煤气冷却器（２）的出口与二级回热装置（３）相连时，脱ＣＯ↓［２］装置（１０）与二级回热装置（３）的回热进口相连，当辐射式粗煤气冷却器（２）的出口直接与一级回热装置（４）相连时，在脱ＣＯ↓［２］装置（１０）的出口上连接有加热装置（１６），在煤气透平（８）上连接有发电机（９），在二级回热装置（３）的回热出口或加热装置（１６）的出口上依次连接有燃烧室（１１）及竖炉（１２），竖炉（１２）的煤气出口依次连接余热锅炉（１３）、第二脱水和脱ＣＯ↓［２］装置（１４）及煤气压缩机（１５），煤气压缩机（１５）的出口连接二级回热装置（３）或加热装置（１６）的进口。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨震，曹子栋，刘银河，郭琴琴，刘建斌，张伯弟，曹钧，
申请(专利权)人：上海锅炉厂有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]