一种减轻熔融还原炉烟道热冲击损耗的方法技术

本发明专利技术公开了一种减轻熔融还原炉烟道热冲击损耗的方法，属于熔融还原炼铁技术领域，包括：将富甲烷气体和水蒸气按照一定比例通入熔融还原炉的烟道入口端部，所述富甲烷气体和水蒸气与熔融还原炉中产生的高温二氧化碳气体之间发生重整反应；熔融还原炉中的高温烟气提供重整反应所需的能量，烟道内气体温度大幅降低；烟道内气体经过冷却烟道继续冷却并除尘净化后，重新喷入炉内或储存另用。本发明专利技术技术方案提高了烟道耐材的使用寿命和烟气显热的利用效率，并同时提高烟气的还原势和燃烧热值。值。值。

【技术实现步骤摘要】
一种减轻熔融还原炉烟道热冲击损耗的方法


[0001]本专利技术属于熔融还原炼铁
，特别是涉及一种减轻熔融还原炉烟道热冲击损耗的方法。

技术介绍

[0002]熔融还原炉内的热量来源是二次燃烧区，其中心温度高达2500℃；炉内燃烧反应和还原反应产生的煤气，达到炉顶时其温度约为1500
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1700℃，具有气量大、温度高等特点。由于高温煤气对炉顶烟道的耐材及汽化冷却烟道钢管产生剧烈的热冲击，大幅缩短了耐材和钢管的使用寿命，造成炉顶及烟道频繁损坏，严重影响熔融还原炉的作业率。同时，炉顶煤气中含有大量CO2造成煤气热值及还原势能降低，在煤气的预还原和燃烧利用时效率不高。此外，由于炉内上下部传热效果并不理想，产生的液态铁水温度仅为1430℃
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1450℃，距离1500℃的合理铁温仍有差距，熔融还原炉内整体能量利用并不充分。为了充分利用炉顶烟气这巨大的显热，现有技术有涉及HIsmelt熔融还原炉炉顶煤气处理工艺，利用烟道式汽化冷却装置回收高温烟气的余热、降低排烟气温度，然后通过旋风除尘后利用余热产生蒸汽进行发电，该方法提高了余热回收效率，实现了能源的高效回收利用。但是，该方法对减轻烟道入口处耐材的热冲击损耗作用不大，同时将热能转化为蒸汽再转化为电能的过程经过了两次转化，存在很大的能量损失还涉及一种提升熔池内铁水温度的方法，将高温烟气动态循环引入熔池，将高温烟气的显热传递铁水，实现提升铁水温度。然而，熔融还原炉内的热量来源是煤分解产生的CO和H2的二次燃烧，而该方法使用的是炉内产生的烟气，循环使用将造成CO2累积，大幅度降低还原效率，同时由于高CO2气体将带走炉内更多热量，也可能造成传热效率随循环时间的增加而持续降低。
[0003]因此，现在亟需一种有效减轻烟道热冲击损耗，提升烟气显热利用效率的简单可靠、安全平稳、运行成本低的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是为了解决熔融还原炉高温烟气对烟道耐材的热冲击损耗和显热利用的问题，提供一种减轻熔融还原炉烟道热冲击损耗的方法，提高烟道耐材的使用寿命和烟气显热的利用效率，并同时提高烟气的还原势和燃烧热值。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种减轻熔融还原炉烟道热冲击损耗的方法，所述方法包括：
[0007]S1：将富甲烷气体和水蒸气按照一定比例通入熔融还原炉的烟道入口端部，所述富甲烷气体和水蒸气与熔融还原炉中产生的高温二氧化碳气体之间发生重整反应；
[0008]S2：熔融还原炉中的高温烟气提供重整反应所需的能量，烟道内气体温度大幅降低；
[0009]S3：烟道内气体经过冷却烟道继续冷却并除尘净化后，重新喷入炉内或储存另用。
[0010]进一步地，所述S1中，重整反应为：
[0011]进一步地，所述S1中，所述富甲烷气体为天然气、煤层气或焦炉煤气，其中，焦炉煤气CH4的体积分数不低于20％。这里，由于当CH4含量较低时，重整反应吸热效果低，为确保快速降温效果，焦炉煤气CH4的体积分数不低于20％。优选地，焦炉煤气CH4的体积分数为22
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25％。
[0012]进一步地，所述S1中，通过调整通入的富甲烷气体和水蒸气的比例，实现对除尘净化后的气体成分的调节。
[0013]进一步地，所述S1中，还包括：
[0014]对所述富甲烷气体和水蒸气进行预热，预热后的所述富甲烷气体和水蒸气进入烟道入口端部时的温度不低于400℃。其目的是经过预热的反应气可减少气
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气传热对重整反应吸热的竞争，尽可能增大重整反应比例，从而使得重整降温效果增大，同时使得产品气中还原气成分含量尽可能的高。优选地，预热后的所述富甲烷气体和水蒸气进入烟道入口端部时的温度为500℃
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600℃。
[0015]进一步地，所述S3中，重整反应后的烟道内气体在冷却烟道内继续冷却，余热用于预热富甲烷气体和水蒸气，冷却烟道出口处的烟气温度不低于450℃。选取该数值的原因是考虑预热富甲烷气体和水蒸气以及尽可能增大重整反应吸热降温和重整后还原气比例，选取稍高于400℃温度值。优选地，冷却烟道出口处的烟气温度为600℃
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700℃。
[0016]进一步地，所述熔融还原炉为HIsmelt熔融还原炉、Hisarna熔融还原炉或闪速炼铁熔融还原炉。
[0017]进一步地，当所述熔融还原炉为HIsmelt熔融还原炉时：所述富甲烷气体中CH4与水蒸气的摩尔比为1:1～4:1；经过除尘净化后的气体含尘量不高于50mg/Nm3。
[0018]这里，因为尾气中CO2含量高，甲烷蒸气重整降温效果低于甲烷干重整过程，为保证降温效果，HIsmelt熔融还原炉水蒸气摩尔分数限制在0.5以下。
[0019]进一步地，当所述熔融还原炉为Hisarna熔融还原炉时：所述富甲烷气体中CH4与水蒸气的摩尔比为2:1～4:1；经过除尘净化后的气体含尘量不高于15mg/Nm3。
[0020]这里，水蒸气重整降温效果低于甲烷干重整过程，为保证降温效果，Hisarna熔融还原炉水蒸气摩尔分数限制在0.33以下。
[0021]进一步地，当所述熔融还原炉为闪速炼铁熔融还原炉时：所述富甲烷气体中CH4与水蒸气的摩尔比为1:1～2:1；经过除尘净化后的气体含尘量不高于15mg/Nm3。
[0022]这里，因为闪速炼铁尾气CO2含量较低，适量增大水蒸气含量增大甲烷蒸汽重整比例，以使得高温烟道快速冷却。为保证降温效果，水蒸气摩尔分数范围为0.33
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0.5。
[0023]本专利技术有如下的有益效果：
[0024]本专利技术的减轻熔融还原炉烟道热冲击损耗的方法，具有简单可靠、安全平稳、运行成本低以及能效高的优点；
[0025]其一，由烟道入口端部通入的富甲烷气体与水蒸气和炉内产生的二氧化碳之间发生重整反应，反应式如式(1)和式(2)所示，该反应为强吸热反应，利用高温烟气的热能促进重整反应的进行，极大降低烟气温度，减轻高温烟气对烟道耐材的热冲击损耗；
[0026][0027][0028]其二，重整反应生成的CO和H2混合进入炉顶烟气中，增加了炉顶烟气中还原性气
体所占的比例，提高了烟气的还原势，并且将烟气除尘净化后重新通入熔融还原炉内，对增强铁氧化物的还原具有促进作用；
[0029]其三，重新进入炉内的CO和H2除发挥还原的作用外，还将在炉内发生二次燃烧，释放大量的热能，对提高铁浴区铁水温度具有重要作用。
[0030]其四，本专利技术提供的方法只需在熔融还原炉的烟道入口端部设置用于通入富甲烷气体，冷却除尘净化后的气体重新通入炉内，对现有的工艺设备不需要进行大规模改造，具备良好的可操作性和可实现性。
[0031]其五，本专利技术提供的方法能源转化效率高，利用热化学储能技术将转炉煤气中高温物理热能转化为化学能，结合后续的预热富甲烷气体等利用方式，整个工艺总的能量回收效率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减轻熔融还原炉烟道热冲击损耗的方法，其特征在于，所述方法包括：S1：将富甲烷气体和水蒸气按照一定比例通入熔融还原炉的烟道入口端部，所述富甲烷气体和水蒸气与熔融还原炉中产生的高温二氧化碳气体之间发生重整反应；S2：熔融还原炉中的高温烟气提供重整反应所需的能量，烟道内气体温度大幅降低；S3：烟道内气体经过冷却烟道继续冷却并除尘净化后，重新喷入炉内或储存另用。2.根据权利要求1所述的一种减轻熔融还原炉烟道热冲击损耗的方法，其特征在于，所述S1中，重整反应为：3.根据权利要求1所述的一种减轻熔融还原炉烟道热冲击损耗的方法，其特征在于，所述S1中，所述富甲烷气体为天然气、煤层气或焦炉煤气，其中，焦炉煤气CH4的体积分数不低于20％。4.根据权利要求3所述的一种减轻熔融还原炉烟道热冲击损耗的方法，其特征在于，所述S1中，通过调整通入的富甲烷气体和水蒸气的比例，实现对除尘净化后的气体成分的调节。5.根据权利要求1所述的一种减轻熔融还原炉烟道热冲击损耗的方法，其特征在于，所述S1中，还包括：对所述富甲烷气体和水蒸气进行预热，预热后的所述富甲烷气体和水蒸气进入烟道入口端部时的温度不低于400℃。6.根据权利要求1所述的一种减...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静松，隋鹏，庞卓刚，薛庆国，左海滨，佘雪锋，王广，郭占成，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：