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气基竖炉生产系统。
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气基竖炉生产系统和方法。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，实现对不同铁矿还原气原料的高效利用，同时利用了两竖炉的压力不同特点减少了设备投资，全面优化反应系统，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气基竖炉生产系统，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、以及混合罐；
第一炉顶气出气口通过管路依次连接有第一水洗塔、降压罐、加热炉；
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连接有第二加热炉；
第二炉顶气出气口通过管路依次连接有第二水洗塔以及提氢装置；
提氢装置通过管路向混合罐以及降压罐提供富氢气体。
进一步地，提氢装置与降压罐之间安装有第二压缩机。
进一步地，第二加热炉具有第一进气口以及第二进气口，第一进气口与降压罐的出气口连接，第二进气口与提氢装置的出气口相连接。
进一步地，提氢装置的第一出口与混合罐的入口连接；提氢装置的第二出口与第二压缩机的入口连接，提氢装置出口还与第一加热炉连接。
进一步地，第一竖炉的反应温度与压力高于第二竖炉的反应温度与压力。
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，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，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气口连接，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。
进一步地，第一水洗塔的进气口与第一竖炉炉顶气出气口连接，出气口与降压罐进气口连接，用于将第一竖炉炉顶气降温、除尘，并去除其中大部分水蒸气。
进一步地，降压罐的一进气口与第一水洗塔出气口连接，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降至合适压力，并与第二压缩机供气进行混合，另外若第一竖炉炉顶气水洗后压力可以满足第二竖炉还原气压力要求，则降压罐可以使用普通的混气罐来代替。
进一步地，第二加热炉进气口与降压罐出气口连接，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，用于将降压罐提供的第二还原气加热到合适温度。
进一步地，第二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，提氢装置进气口与第二水洗塔出气口连接，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还原段中与钒钛铁矿反应得到富钒钛海绵铁并生成第一炉顶气；
将第一炉顶气经第一水洗塔水洗后并经过降压罐进行降压送入第二加热炉，将经过第二加热炉加热后的第二还原气送入到第二竖炉还原段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；
将第二炉顶气经第二水洗塔水洗后通入到提氢装置进行分离得到富氢气体以及余气；
将富钒钛海绵铁以及海绵铁分别通过第一竖炉的第一出料口和第二竖炉的第二出料口排出。
进一步地，第一还原气和第二还原气包含H2和CO，以及少部分的CH4、CO2、N2等气体。第一还原气中H2/CO的体积比为2-6，优选为3-4，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，优选为1.5-2，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比不同的差异，对第一竖炉反应后产生的炉顶气在第一水洗塔进行处理，降温、除尘的同时，去除了第一竖炉反应过程中产生的大量水蒸气，使水洗后的第一炉顶气中有效还原气比例提高，与第二压缩机供气混合后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气基竖炉生产系统的结构示意图。
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混合罐11中混合使气体成分达到H2/CO比为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。第一炉顶气通过第一水洗塔14后压力为0.7MPa，在降压罐15内降压至0.3MPa，同时与第二压缩机23提供的0.3MPa余气混合，得到H2/CO比为2.5，有效还原气(H2+CO)体积比≥0.90的第二还原气。将第二还原气通过第二加热炉16加热到900℃，随后将第二还原气通入第二竖炉20中反应生产海绵铁并生成第二炉顶气，第二炉顶气通过第二水洗塔21水洗后，通入提氢装置22分离提氢，分离得到的富氢气体返回混合罐11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使用，余下的作为第一、第二加热炉燃料气使用。
实施例中各气量如下：
第一还原气：1000Nm3/h；第一炉顶气：1080Nm3/h；第一水洗塔处理后气：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；第二水洗塔处理后气：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混合罐11中混合使气体成分达到H2/CO比为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并得到第一炉顶气。第一炉顶气通过第一水洗塔14后压力为0.6MPa，在降压罐15内降压至0.2MPa，同时与第二压缩机23提供的0.2MPa余气混合，得到H2/CO比为2，有效还原气(H2+CO)体积比≥0.90的第二还原气。将第二还原气通过第二加热炉16加热到850℃，随后将第二还原气通入第二竖炉20中反应生产海绵铁并生成第二炉顶气，第二炉顶气通过第二水洗塔21水洗后，通入提氢装置22分离提氢，分离得到的富氢气体返回混合罐11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使用，余下的作为第一、第二加热炉燃料气使用。
实施例中各气量如下：
第一还原气：1000Nm3/h；第一炉顶气：1060Nm3/h；第一水洗塔处理后气：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；第二水洗塔处理后气：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混合罐11中混合使气体成分达到H2/CO比为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，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并得到第一炉顶气。第一炉顶气通过第一水洗塔14后压力为0.5MPa，在降压罐15内降压至0.2MPa，同时与第二压缩机23提供的0.2MPa余气混合，得到H2/CO比为2，有效还原气(H2+CO)体积比≥0.85的第二还原气。将第二还原气通过第二加热炉16加热到850℃，随后将第二还原气通入第二竖炉20中反应生产海绵铁并生成第二炉顶气，第二炉顶气通过第二水洗塔21水洗后，通入提氢装置22分离提氢，分离得到的富氢气体返回混合罐11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使用，余下的作为第一、第二加热炉燃料气使用。
实施例中各气量如下：
第一还原气：1000Nm3/h；第一炉顶气：1100Nm3/h；第一水洗塔处理后气：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；第二水洗塔处理后气：1100Nm3/h，提氢后富氢气：400Nm3/h，提氢后余气700Nm3/h。
实施例四
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混合罐11中混合使气体成分达到H2/CO比为2，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0.4MPa，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。第一炉顶气通过第一水洗塔14后压力为0.25MPa，在降压罐15内降压至0.1MPa，同时与第二压缩机23提供的0.1MPa余气混合，得到H2/CO比为1.5，有效还原气(H2+CO)体积比≥0.90的第二还原气。将第二还原气通过第二加热炉16加热到800℃，随后将第二还原气通入第二竖炉20中反应生产海绵铁并生成第二炉顶气，第二炉顶气通过第二水洗塔21水洗后，通入提氢装置22分离提氢，分离得到的富氢气体返回混合罐11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使用，余下的作为第一、第二加热炉燃料气使用。
实施例中各气量如下：
第一还原气：1000Nm3/h；第一炉顶气：1100Nm3/h；第一水洗塔处理后气：920Nm3/h；第二压缩机供气：300Nm3/h；第二还原气：1220Nm3/h；第二炉顶气1300Nm3/h；第二水洗塔处理后气：1150Nm3/h，提氢后富氢气：400Nm3/h，提氢后余气750Nm3/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。