本实用新型涉及冶金技术领域，特别涉及一种生产含铁产品的双竖炉系统。
背景技术：
气基竖炉直接还原炼铁是最重要的非高炉炼铁方法，其产品为直接还原铁(又称海绵铁)，主要用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂。目前全世界范围内，直接还原铁总产量80％是气基竖炉方法生产的。目前最成熟的竖炉直接还原炼铁工艺为MIDREX法与HYL-III法，现行设备中两种方法都有大于100万吨产量的单体竖炉在运行。气基竖炉产品海绵铁作为电炉炼钢的优质原料，生产过程能耗、物耗相对高炉较低并且可以大规模化，这些都决定了此工艺将作为未来炼铁的主要工艺与高炉炼铁展开竞争。
气基竖炉还原铁矿石以CO及H2作为还原气原料以及能量供给方式，在低于固体矿物原料软化温度条件下发生还原以获得固体产品。竖炉内部自上至下通常分为三个部分，预热段、还原段、冷却段。铁精矿的竖炉直接还原早已得到大规模的工业化应用，而近年来也有使用钒钛磁铁矿或钒钛海砂矿作为原料采用竖炉直接还原实现多金属综合回收的研究报道。
然而现有技术中钒钛磁铁矿的还原反应条件要求比铁精矿要求高，这样造成一定的能源利用率问题，并且相对较高的炉顶气压力在回用过程中对炉顶气系统的配套设备要求较高。
另外钒钛磁铁矿资源的竖炉直接还原对还原气成分有一定要求，其氢气含量相对铁精矿竖炉工艺更高，这样增加了还原气的制备要求，并且降低了还原气的综合利用率。
技术实现要素：
对于现有技术中存在的上述问题，发明人提出了一种生产含铁产品的双竖炉系统和方法。其采用钒钛铁矿物气基竖炉与铁精矿气基竖炉联合生产，通过针对钒钛铁矿物与铁精矿物资源特点的不同，采用两种不同工况竖炉联合，第一竖炉控制较高的温度、压力以及较高的含氢还原气成分，第二竖炉采用成熟的铁精矿竖炉反应条件进行生产，实现不同矿物的直接还原。同时结合两竖炉不同反应原料及反应条件的特点，对系统进行耦合，利用了第一竖炉气体压力高于第二竖炉的特点，对第一竖炉炉顶气进行合理处理后作为第二还原气主体来使用，工艺中利用余压发电技术实现了第一竖炉与第二竖炉间压差能源的有效回收利用，实现对不同铁矿还原气原料的高效利用，在全面优化反应系统的基础上，达到资源、能源的综合利用，最终实现多金属产品的综合生产。
为了实现上述目的，本实用新型公开了一种生产含铁产品的双竖炉系统，包含：
第一竖炉，第一竖炉具有第一进料口、第一出料口、第一进气口以及第一炉顶气出气口；
第一进气口通过管路依次连接有第一加热炉、第一压缩机、以及第一混合罐；
第一炉顶气出气口通过管路依次连接有换热器、脱水器、余压发电系统；
第二竖炉，第二竖炉具有第二进料口、第二出料口、第二进气口以及第二炉顶气出气口；
第二进气口通过管路依次连接有第二加热炉、第二混合罐以及余压发电系统；
第二炉顶气出气口通过管路依次连接有水洗塔以及提氢装置；
提氢装置将从水洗塔通入的气体进行分离得到富氢气体及余气，富氢气体通过管路提供至所述第一混合罐，余气主要成分为一氧化碳、二氧化碳及氢气，余气分为三部分，其分别提供至第二混合罐、第一加热炉以及第二加热炉，提供至第一加热炉和第二加热炉的余气作为燃料气使用。
进一步地，第二混合罐与提氢装置之间安装有第二压缩机，余气通过第二压缩机后在第二混合罐内与第一竖炉炉顶气混合作为第二还原气的部分原料。
进一步地，余压发电系统具有除尘设备、原动机以及电力辅助设备。
进一步地，余压发电系统具有进气口与出气口，进气口与出气口之间具有压力差。
进一步地，第一和第二加热炉用于加热第一和第二混合罐中输出的还原气体。
进一步地，第一竖炉用于直接还原钒钛磁铁矿或者钒钛海砂矿等钒钛铁复合矿物资源，以便得到富钒钛的海绵铁和第一竖炉炉顶气。
进一步地，第二竖炉用于直接还原铁精矿或其它高铁矿物资源，以便得到海绵铁和第二竖炉炉顶气。
进一步地，第一混合罐的一进气口与新鲜还原气供气装置连接，以提供新鲜还原气，另一进气口与提氢装置富氢气体出气口连接，出口气与第一压缩机连接，第一混合罐作用是将新鲜还原气与提氢装置富氢气体充分混合得到成分合格的第一还原气。
进一步地，第一压缩机的进气口与混合罐出气口连接，出气口与第一加热炉进气口连接，用于将第一还原气加压到合适压力。
进一步地，第一加热炉的进气口与第一压缩机出口气连接，出气口与竖炉还原气进气口连接，用于将第一还原气加热到合适温度，燃气进气口与提氢装置余气出气口连接。
进一步地，换热器的进气口与第一竖炉炉顶气出气口连接，出气口与脱水器进气口连接，第一竖炉采用高温、高压的反应条件，其炉顶气出口温度在450℃甚至更高，此换热器用于将第一竖炉炉顶气中的显热有效回收，由于第一竖炉还原气为高H2/CO体积比成分，反应过后气体中含有一定比例水蒸气，所以此换热器设置其换热后的气体温度为110℃左右，保证水蒸气不冷凝。
进一步地，脱水器的进气口与换热器出口连接，出气口与TRT系统的除尘设备进气口连接，脱水器用于将换热后的第一炉顶气水分脱除，脱水器可以采用降温冷凝等多种方法去除掉其中大部分水分。常规竖炉炉顶气处理系统采用水洗塔对炉顶气进行降温除尘处理，但水洗塔处理后的炉顶气还含有一定量的水分，本实用新型采用换热器回收炉顶气显热后采用脱水器进行水分脱除，然后接入余压发电系统的干除尘设备，使第一竖炉炉顶气达到余压发电系统不含水分的进气要求。
进一步地，余压发电系统(TRT)包括重力除尘器及布袋除尘器等干式除尘设备，透平机或螺杆压缩机等原动机，以及相应的电气辅助设备。其干式除尘器进气口与脱水器出气口连接，出气口与发电设备原动机进气口连接；原动机出气口与除尘器进气口连接，除尘器出气口与第二混合罐进气口连接，余压发电系统利用了第一竖炉炉顶气与第二竖炉还原气之间的压力差，将这部分能量通过透平机或螺杆压缩机等原动机转化为电能，实现了能源的高效利用。第一竖炉系统的高压还原气存在较高显热，但成分中含有部分水蒸气及灰尘，而且其水蒸气含量受到还原气中氢气含量的影响变化较大，这与高炉炉顶气有很大不同。利用现成的余压发电技术不能适应炉顶气水分变化带来的影响。为此本实用新型将炉顶气中的显热及压差能源分别利用，首先通过换热器将第一炉顶气中的显热有效回收，再通过一个脱水器除去其中大部分的水分，最后再加入到余压发电系统中进行发电，其中余压发电系统的原动机可以根据竖炉的规模来选择使用透平机或者螺杆压缩机。
进一步地，第二混合罐的一进气口与余压发电系统的出气口连接，另一进气口与第二压缩机出气口连接，出气口与第二加热炉进气口连接，用于使第一竖炉炉顶气与第二压缩机供气进行混合。
进一步地，第二加热炉的进气口与第二混合罐出气口连接，出气口与第二竖炉还原气进气口连接，燃气进气口与提氢装置余气出气口连接，用于将第二混合罐提供的第二还原气加热到合适温度。
进一步地，水洗塔的进气口与第二竖炉炉顶气出气口连接，出气口与提氢装置进气口连接，用于将第二竖炉炉顶气降温、除尘。
进一步地，提氢装置的进气口与水洗塔出气口连接，富氢气出气口与混合罐进气口连接，余气出气分三部分，分别与第二压缩机进气口，第一加热炉燃气进气口，第二加热炉燃气进气口连接，用于将水洗后的第二竖炉炉顶气提氢分离。
进一步地，第二压缩机的进气口与提氢装置出气口连接，出气口与降压罐进气口连接，用于将进入降压罐的余气加压到合适的压力。
本实用新型还公开了一种使用双竖炉系统生产含铁产品的方法，包含以下步骤：
将钒钛铁矿从第一进料口投入到第一竖炉中并将铁精矿从第二进料口投入到第二竖炉中；
将第一还原气通过第一混合罐、第一压缩机以及第一加热炉通过第一进气口送入到第一竖炉中并在第一竖炉中与钒钛铁矿反应得到富钒钛海绵铁并生成第一炉顶气；
将第一炉顶气从第一竖炉的第一炉顶气出气口送入到换热器换热后送入脱水器除去水分后通入到余压发电系统中利用余压发电系统的进气口与出气口之间的压力差进行发电，所得电力供外部使用；
将余压发电系统出气口中通出的气体在第二混合罐中与来自第二竖炉的第二炉顶气经水洗塔、提氢装置及第二压缩机加压的提取富氢气体后的余气进行混合获得第二还原气；
将第二还原气通过第二加热炉加热后送入到第二竖炉的第二进气口中并在第二竖炉中与铁精矿反应得到海绵铁以及第二炉顶气；
将富钒钛海绵铁以及海绵铁分别通过第一出料口和第二出料口排出。
进一步地，第一还原气和第二还原气主要包含H2和CO，第一还原气中H2/CO的体积比为2-5，有效还原气(H2+CO)的体积比≥0.85，反应温度950～1100℃，0.4MPa≤炉内压力≤0.8MPa；第二还原气中H2/CO的体积比为1-3，有效还原气(H2+CO)体积比≥0.85，反应温度800～900℃，0.1Mpa≤炉内压力≤0.3MPa。
进一步地，第一竖炉反应矿物原料为含有钒钛铁的各类矿石球团或块矿，第二竖炉反应矿物原料为铁精矿或其它高铁矿物球团或块矿。
进一步地，提氢装置的余气分三部分，首先保证进入第二压缩机的气体量与水洗后的第一竖炉炉顶气混合后气体量足够供给第二还原气使用量，然后根据需要作为部分或全部第一、第二加热炉的燃气使用或者另作它用。
通过本实用新型上述双竖炉生产系统及方法的使用，可以获得以下多种有益效果：
(1)充分利用了两竖炉反应条件压力的不同，有效实现了压力的梯度使用，提高了能源利用率，一定程度上减小了设备投入成本，降低了设备复杂性。
(2)充分利用了两竖炉还原气有效气H2/CO体积比不同的差异，对第一竖炉反应后产生的炉顶气换热后进行脱水处理，去除了第一竖炉反应过程中产生的大量水蒸气，使炉顶气变成干气后进入余压发电系统，利用第一炉顶气与第二还原气之间的气体压力差能源。发电后气体与第二压缩机供气混合可以达到第二还原气的要求，有效提高了还原气资源利用率，并且没有增加附加设备，一定程度上减小了设备投入成本，实现了能源、资源的高效利用。
(3)提氢装置的使用，充分回收了第二炉顶气中的氢气组分，降低了第一竖炉前补充的新鲜还原气中氢气比例要求，有效提高了资源利用率。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点在与附图结合对实施例进行的描述中将更加明显并容易理解，其中：
图1示出了根据本实用新型的生产含铁产品的双竖炉系统的结构示意图。
具体实施方式
应当理解，在示例性实施例中所示的本实用新型的实施例仅是说明性的。虽然在本实用新型中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本实用新型主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本实用新型的范围内。在不脱离本实用新型的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
实施例一
参考图1，联合生产系统和方法具体为：
在第一竖炉10中投入钒钛磁铁矿球团，在第二竖炉20中投入铁精矿球团，新鲜还原气与富氢气体在第一混合罐11混合使气体成分达到H2/CO比5，有效还原气(H2+CO)体积比≥0.95，将混合后的气体通入第一压缩机12，使混合气压力达到0.8MPa，随后将其通入第一加热炉13，由第一加热炉13将混合气体的温度加热到1100℃。在第一竖炉10内反应生产钒钛海绵铁并得到第一炉顶气。第一炉顶气主要的成分为氢气、一氧化碳、反应生成的水蒸气及少部分反应生成的二氧化碳，同时第一炉顶气含尘。第一炉顶气通过控制换热器17进行换热使其在出口处温度达到110℃，然后通入脱水器18进行脱水处理，脱水处理可以采用降温脱水的方法，以将第一炉顶气中的水全部脱除，这样使气体成为干燥气体进入余压发电系统14进行干式除尘然后进行余压发电，并且余压发电系统14可以调整第一炉顶气压力，通过控制余压发电后气体压力为0.3MPa，在第二混合罐15内与第二压缩机23提供的0.3MPa的余气混合，形成H2/CO比2.5，有效还原气(H2+CO)体积比≥0.90的第二还原气，通过第二加热炉16将第二还原气加热到900℃，在第二竖炉20中反应生产海绵铁以及生成第二炉顶气，第二炉顶气通过水洗塔21水洗后，通入提氢装置22分离提氢，富氢气体返回第一混合罐11及第二混合罐15作为新鲜还原气的补充气，同时调整第一还原气的H2/CO比，余气首先作为第二还原气的补充气使用，其它可以作为各处燃料气使用，通过计算可知本实施例余压发电量每吨铁可达到30kW·h。
实施例中各气量如下：
第一还原气：1000Nm3/h；第一炉顶气：1080Nm3/h；第一炉顶气脱水处理后气：800Nm3/h；第二压缩机供气：200Nm3/h；第二还原气：1000Nm3/h；第二炉顶气1080Nm3/h；水洗塔处理后气：900Nm3/h，提氢后富氢气：350Nm3/h，提氢后余气550Nm3/h。
实施例二
参考图1，联合生产系统和方法的具体为：
在第一竖炉10中投入钒钛磁铁矿球团，在第二竖炉20中投入铁精矿球团，新鲜还原气与富氢气体在第一混合罐混合使气体成分达到H2/CO比4，有效还原气(H2+CO)体积比≥0.95，将混合后的气体通入第一压缩机12，使混合气压力达到0.7MPa，随后将其通入第一加热炉13，由第一加热炉13将混合气体的温度加热到1050℃，在第一竖炉10内反应生产钒钛海绵铁以及得到第一炉顶气。第一炉顶气主要的成分为氢气、一氧化碳、反应生成的水蒸气及少部分反应生成的二氧化碳，同时第一炉顶气含尘。第一炉顶气通过控制换热器17进行换热使其在出口处温度达到110℃，然后通入脱水器18进行脱水处理，脱水处理可以采用降温脱水的方法，以将第一炉顶气中的水全部脱除，这样使气体成为干燥气体进入余压发电系统14进行干式除尘然后进行余压发电，并且余压发电系统可以调整第一炉顶气压力，通过控制余压发电后气体压力为0.2MPa，在第二混合罐15内与第二压缩机23提供的0.2MPa的余气混合，形成H2/CO比2，有效还原气(H2+CO)体积比≥0.90的第二还原气，通过第二加热炉16将第二还原气加热到850℃，在第二竖炉20中反应生产海绵铁以及生成第二炉顶气，第二炉顶气通过水洗塔21水洗后，通入提氢装置22分离提氢，富氢气体返回第一混合罐11及第二混合罐15作为新鲜还原气的补充气，同时调整第一还原气的H2/CO比，余气首先作为第二还原气的补充气使用，其它可以作为各处燃料气使用，通过计算可知本实施例余压发电量每吨铁可达到30kW·h。
实施例中各气量如下：
第一还原气：1000Nm3/h；第一炉顶气：1060Nm3/h；第一炉顶气脱水后气：820Nm3/h；第二压缩机供气：200Nm3/h；第二还原气：1020Nm3/h；第二炉顶气1080Nm3/h；水洗塔处理后气：910Nm3/h，提氢后富氢气：340Nm3/h，提氢后余气570Nm3/h。
实施例三
参考图1，联合生产系统和方法的具体为：
在第一竖炉10中投入钒钛磁铁矿球团，在第二竖炉20中投入铁精矿球团，新鲜还原气与富氢气体在第一混合罐11混合使气体成分达到H2/CO比3，有效还原气(H2+CO)体积比≥0.85，将混合后的气体通入第一压缩机12，使混合气压力达到0.65MPa，通入将其通入第一加热炉13，由第一加热炉13将混合气体的温度加热到1000℃，在第一竖炉10内反应生产钒钛海绵铁并得到第一炉顶气。第一炉顶气主要的成分为氢气、一氧化碳、反应生成的水蒸气及少部分反应生成的二氧化碳，同时第一炉顶气含尘。第一炉顶气通过控制换热使其在出口处温度达到110℃，然后通入脱水器18进行脱水处理，脱水处理可以采用降温脱水的方法，以将第一炉顶气中的水全部脱除，这样使气体成为干燥气体进入余压发电系统14进行干式除尘后进行余压发电，并且余压发电系统14可以调整第一炉顶气压力，通过控制余压发电后气体压力为0.18MPa，在第二混合罐15内与第二压缩机23提供的0.18MPa的余气混合，形成达到H2/CO比1.8，有效还原气(H2+CO)体积比≥0.90的第二还原气，通过第二加热炉16将第二还原气加热到880℃，在第二竖炉20中反应生产海绵铁以及生成第二炉顶气，第二炉顶气通过水洗塔21水洗后，通入提氢装置22分离提氢，富氢气体返回第一混合罐11及第二混合罐15作为新鲜还原气的补充气，同时调整第一还原气的H2/CO比，余气首先作为第二还原气的补充气使用，其它可以作为各处燃料气使用，通过计算可知本实施例余压发电量每吨铁可达到28kW·h。
实施例中各气量如下：
第一还原气：1000Nm3/h；第一炉顶气：1100Nm3/h；第一炉顶气脱水后气：900Nm3/h；第二压缩机供气：250Nm3/h；第二还原气：1150Nm3/h；第二炉顶气1200Nm3/h；水洗塔处理后气：1100Nm3/h，提氢后富氢气：300Nm3/h，提氢后余气800Nm3/h。
以上仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；如果不脱离本实用新型的精神和范围，对本实用新型进行修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型权利要求的保护范围当中。