【技术实现步骤摘要】
本申请涉及冶金的领域，尤其是涉及一种氢冶金还原铁装置及方法。
技术介绍
1、现有90％以上的粗钢是由高炉-转炉流程生产的，以煤为主的能源结构，基于对钢铁产品的巨大需求和经济竞争力，在未来几十年仍将保持主流地位。用氢代替碳作为还原剂的氢冶金炼铁方法，不仅可以有效减少二氧化碳排放，而且可以减轻钢铁工业对化石燃料的依赖。现有技术路线中主要的确定为冶炼过程需要的热量主要来源于电能以及间接加热，此种加热方式效率较低。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请提供一种氢冶金还原铁装置及方法，解决了现有技术中的问题，提高能源利用效率。
2、一方面，本申请提供的一种氢冶金还原铁装置采用如下的技术方案：
3、一种氢冶金还原铁装置，包括富氢贫氧燃烧器和竖炉，所述富氢贫氧燃烧器包括氢氧进口和氢水出气口，所述氢氧进口用于通入氢气和液氧，通入所述氢氧进口的氢气的物质的量大于液氧的物质的量的2倍，所述富氢贫氧燃烧器中氢气和液氧进行燃烧反应后排出温度为1150-1250℃的燃烧产物，所述竖炉中部设有氢水进口，所述氢水出气口和氢水进口连通，所述竖炉底部设有氢气进口，所述富氢贫氧燃烧器的燃烧产物通过所述氢水出气口和氢水进口进入竖炉，所述竖炉中的燃烧产物、从所述氢气进口进入的氢气和从竖炉顶部进入的氧化铁矿石反应得到金属铁。
4、可选的，所述氢冶金还原铁装置还包括氢气回收机构，所述竖炉顶部设有炉顶气出口，所述氢气回收机构一端连通所述炉顶气出口，所述氢气回收机构另一端连通所述氢气进口，所述氢
5、可选的，所述氢气回收机构包括除尘器、换热组件和脱水器，所述除尘器一端连通炉顶气出口，所述除尘器的另一端连接所述换热组件的一端，所述换热组件的另一端连接所述脱水器的一端，所述脱水器的另一端连接所述氢气进口，所述除尘器用于去除所述炉顶气出口排出物质中的固体物质，所述换热组件用于对从所述炉顶气出口排出的氢气进行降温，所述脱水器用于去除所述炉顶气出口排出物质中的水。
6、可选的，所述氢水出气口连通有氢气输送管路，所述换热组件包括紧挨的第一通道和第二通道，所述第一通道连通所述除尘器和脱水器，所述第二通道连通所述氢气输送管路。
7、可选的，通入所述氢氧进口的氢气和液氧的质量比范围为1：(1.08-1.2)，所述富氢贫氧燃烧器的燃烧产物中氢气的物质的量占比85-90％，水蒸气的物质的量占比10-15％。
8、可选的，所述竖炉包括从顶部至下部依次分布且相互连通的预热段、还原段和冷却段，所述还原段上设置有所述氢水进口，所述冷却段的底部设置有所述氢气进口，所述预热段的顶部设置有炉顶气出口和所述进料口，所述冷却段的底部设有出料口；
9、所述进料口用于向预热段中投入矿石，所述预热段用于燃烧产物、氢气和氧化铁矿石进行一级反应得到一级产物，所述还原段用于燃烧产物、氢气和从预热段送入还原段的一级产物进行二级反应得到金属铁，所述还原段中的金属铁输送至冷却段后排出。
10、可选的，所述富氢贫氧燃烧器包括预燃燃烧室、主燃烧室和点火器，所述点火器位于预燃燃烧室中，所述氢氧进口包括预燃氧气管路、预燃氢气管路和主氢气管路，所述预燃燃烧室内设有与预燃氧气管路连通的预燃氧气喷嘴，所述预燃燃烧室内设有与预燃氢气管路连通的预燃氢气喷嘴组，所述主燃烧室内设有与主氢气管路连通的主氢气喷嘴组，所述预燃氧气喷嘴和预燃氢气喷嘴组喷出的氧气和氢气在预燃燃烧室中混合，所述点火器用于点燃预燃燃烧室中混合的氢气和氧气，所述主氢气喷嘴组用于将氢气喷入主燃烧室中进行氢气和氧气的富氢贫氧燃烧，所述氢水出气口连通所述主燃烧室。
11、另一方面，本申请提供的一种氢冶金还原铁方法采用如下的技术方案：
12、所述氢冶金还原铁方法使用上述的氢冶金还原铁装置进行，氢冶金还原铁方法包括：
13、将氢气和液氧通入富氢贫氧燃烧器中，富氢贫氧燃烧器的燃烧产物通入竖炉的中部，同时从竖炉底部通入氢气，从竖炉的顶部投入氧化铁矿石，氧化铁矿石在竖炉的顶部停留25-35min得到一级产物；
14、在竖炉顶部得到的一级产物进入竖炉的中部，一级产物在竖炉的中部停留5.5-6.5h得到二级产物；
15、在竖炉中部得到的二级产物进入竖炉的底部，二级产物在竖炉的底部停留3-5h对二级产物进行冷却。
16、综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
17、本申请采用富氢贫氧燃烧器提供热量，整体热量采用直接燃烧，效率较传统的电加热和间接加热具有显著的优势，可以大大提高能量利用效率。
18、本申请还原铁的过程中所含的还原性介质只包括氢气，还原铁后的炉顶气产物只需要进行换热后脱水处理即可将剩下的近纯氢重新输入竖炉中再次利用。
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1.一种氢冶金还原铁装置，其特征在于，包括富氢贫氧燃烧器(1)和竖炉(2)，所述富氢贫氧燃烧器(1)包括氢氧进口(11)和氢水出气口(12)，所述氢氧进口(11)用于通入氢气和液氧，通入所述氢氧进口(11)的氢气的物质的量大于液氧的物质的量的2倍，所述富氢贫氧燃烧器(1)中氢气和液氧进行燃烧反应后排出温度为1150-1250℃的燃烧产物，所述竖炉(2)中部设有氢水进口(24)，所述氢水出气口(12)和氢水进口(24)连通，所述竖炉(2)底部设有氢气进口，所述富氢贫氧燃烧器(1)的燃烧产物通过所述氢水出气口(12)和氢水进口(24)进入竖炉(2)，所述竖炉(2)中的燃烧产物、从所述氢气进口进入的氢气和从竖炉(2)顶部进入的氧化铁矿石反应得到金属铁。
2.根据权利要求1所述的氢冶金还原铁装置，其特征在于，所述氢冶金还原铁装置还包括氢气回收机构，所述竖炉(2)顶部设有炉顶气出口，所述氢气回收机构一端连通所述炉顶气出口，所述氢气回收机构另一端连通所述氢气进口，所述氢气回收机构用于提取从所述炉顶气出口排出氢气并对所述炉顶气出口排出的氢气进行降温。
3.根据权利要求2
4.根据权利要求3所述的氢冶金还原铁装置，其特征在于，所述氢水出气口(12)连通有氢气输送管路，所述换热组件包括紧挨的第一通道和第二通道，所述第一通道连通所述除尘器(3)和脱水器(5)，所述第二通道连通所述氢气输送管路。
5.根据权利要求1所述的氢冶金还原铁装置，其特征在于，通入所述氢氧进口(11)的氢气和液氧的质量比范围为1：(1.08-1.2)，所述富氢贫氧燃烧器(1)的燃烧产物中氢气的物质的量占比85-90％，水蒸气的物质的量占比10-15％。
6.根据权利要求1或2所述的氢冶金还原铁装置，其特征在于，所述竖炉(2)包括从顶部至下部依次分布且相互连通的预热段(21)、还原段(22)和冷却段(23)，所述还原段(22)上设置有所述氢水进口(24)，所述冷却段(23)的底部设置有所述氢气进口，所述预热段(21)的顶部设置有炉顶气出口和所述进料口，所述冷却段(23)的底部设有出料口；
7.根据权利要求1所述的氢冶金还原铁装置，其特征在于，所述富氢贫氧燃烧器(1)包括预燃燃烧室(17)、主燃烧室(18)和点火器(13)，所述点火器(13)位于预燃燃烧室(17)中，所述氢氧进口(11)包括预燃氧气管路(111)、预燃氢气管路(112)和主氢气管路(113)，所述预燃燃烧室(17)内设有与预燃氧气管路(111)连通的预燃氧气喷嘴(14)，所述预燃燃烧室(17)内设有与预燃氢气管路(112)连通的预燃氢气喷嘴组(15)，所述主燃烧室(18)内设有与主氢气管路(113)连通的主氢气喷嘴组(16)，所述预燃氧气喷嘴(14)和预燃氢气喷嘴组(15)喷出的氧气和氢气在预燃燃烧室(17)中混合，所述点火器(13)用于点燃预燃燃烧室(17)中混合的氢气和氧气，所述主氢气喷嘴组(16)用于将氢气喷入主燃烧室(18)中进行氢气和氧气的富氢贫氧燃烧，所述氢水出气口(12)连通所述主燃烧室(18)。
8.一种氢冶金还原铁方法，其特征在于，所述氢冶金还原铁方法使用权利要求1-7中的氢冶金还原铁装置进行，氢冶金还原铁方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种氢冶金还原铁装置，其特征在于，包括富氢贫氧燃烧器(1)和竖炉(2)，所述富氢贫氧燃烧器(1)包括氢氧进口(11)和氢水出气口(12)，所述氢氧进口(11)用于通入氢气和液氧，通入所述氢氧进口(11)的氢气的物质的量大于液氧的物质的量的2倍，所述富氢贫氧燃烧器(1)中氢气和液氧进行燃烧反应后排出温度为1150-1250℃的燃烧产物，所述竖炉(2)中部设有氢水进口(24)，所述氢水出气口(12)和氢水进口(24)连通，所述竖炉(2)底部设有氢气进口，所述富氢贫氧燃烧器(1)的燃烧产物通过所述氢水出气口(12)和氢水进口(24)进入竖炉(2)，所述竖炉(2)中的燃烧产物、从所述氢气进口进入的氢气和从竖炉(2)顶部进入的氧化铁矿石反应得到金属铁。
2.根据权利要求1所述的氢冶金还原铁装置，其特征在于，所述氢冶金还原铁装置还包括氢气回收机构，所述竖炉(2)顶部设有炉顶气出口，所述氢气回收机构一端连通所述炉顶气出口，所述氢气回收机构另一端连通所述氢气进口，所述氢气回收机构用于提取从所述炉顶气出口排出氢气并对所述炉顶气出口排出的氢气进行降温。
3.根据权利要求2所述的氢冶金还原铁装置，其特征在于，所述氢气回收机构包括除尘器(3)、换热组件和脱水器(5)，所述除尘器(3)一端连通炉顶气出口，所述除尘器(3)的另一端连接所述换热组件的一端，所述换热组件的另一端连接所述脱水器(5)的一端，所述脱水器(5)的另一端连接所述氢气进口，所述除尘器(3)用于去除所述炉顶气出口排出物质中的固体物质，所述换热组件用于对从所述炉顶气出口排出的氢气进行降温，所述脱水器(5)用于去除所述炉顶气出口排出物质中的水。
4.根据权利要求3所述的氢冶金还原铁装置，其特征在于，所述氢水出气口(12)连通有氢气输送管路，所述换热组件包括紧挨的第一通道和第二通道，所述第一通道连通所述除尘器...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈斌，张澍，尹炜迪，王纪琨，
申请(专利权)人：北京清航空天动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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