铁水制造设备及铁水制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铁水制造设备及铁水制造方法。更具体地，本发明涉及一种利用介质循环工艺来处理烟气的铁水制造设备及铁水制造方法。
【背景技术】
[0002]电力生产主要依赖化石燃料，尤其是利用煤炭燃烧产生的热进行发电始于19世纪末英国的帕森斯发明的现代蒸汽轮机。
[0003]蒸汽轮机通过将煤炭、空气或者蒸汽在锅炉反应器内燃烧而产生热量，并通过将热量回收转换成蒸汽来产生电力。然而，尽管蒸汽轮机在电力生产方式中占绝大多数但效率较低，因此，利用蒸汽轮机的发电被开发成复合发电，该复合发电将经煤炭气而去除掉例如灰份(ash)的污染物的高温净化气依次用于燃气轮机和蒸汽轮机。
[0004]在这种情况下，为了更高的热效率及下游工艺设备的长期使用，要求穿过燃气轮机的气体保持未含灰份及有害物质的1100°c以上的高温状态。对于这种通过煤炭气来发电的方式，为了减少生产电力时产生的二氧化碳的排放，需要二氧化碳收集设备或用于从空气分离氧气的设备。
[0005]近来，为了解决这些问题，已开发出化学链燃烧工艺(Chemical LoopingCombust1n Process)。尤其，专利文献(美国专利 US6572761、USS7404942、US7767191、US2010/0050654)提出了一种直接使用例如煤炭或者生物质(b1mass)的固体燃料通过分离二氧化碳或者生产氢气来有效地进行电力生产的方法。
[0006]介质循环工艺是在1950年代初为了得到纯二氧化碳而发明的方法(美国专利US2665971)，其目的是在二氧化碳中不含氮气的情况下减少工艺中的热消耗。
[0007]介质循环工艺利用在两个反应器之间循环的固体氧化物载氧体颗粒，在还原反应器中，化石燃料从固体氧化物接收供氧以进行完全氧化反应，由此产生纯二氧化碳。另外，在氧化反应器中，缺氧的循环固体氧化物从空气接收供氧而被氧化，并回到还原反应器起供热的作用。
[0008]此时，为固体氧化物的载氧体颗粒由具有支撑体的镍(Ni)铁(Fe)基金属颗粒组成，而可以以低成本使用的铁(Fe)基金属氧化物是优选的。这是因为进行重复的氧化及还原反应时循环的载氧体颗粒的活性由于杂质而降低，因而应当定期更换载氧体颗粒。
[0009]这种介质循环工艺已发展为化学链燃烧工艺(Chemical Looping Combust1nProcess)，该化学链燃烧工艺以载氧体颗粒为介质通过在还原反应器中对甲烷气体进行变换而生成不含氮气的纯二氧化碳，并用通过在氧化反应器中通入含水分的空气而生成的高温净化气来生产电力(美国专利5447024)。
[0010]此时，所生成的二氧化碳优选为高压的无污染物质的高浓缩二氧化碳，以便输送及封存到地下。因此，基于化学链燃烧工艺的发电，在工艺中不需要氧气分离装置，而且排气自然地分离。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提供一种能够从在铁水生产过程中产生的烟气有效地去除二氧化碳，生产电力，并去除工艺中产生的粉尘的铁水制造装置和铁水制造方法。
[0012]技术方案
[0013]本发明的示例性实施方式提供了一种铁水制造设备，包括:铁矿石还原炉，该铁矿石还原炉通过装入铁矿石并通入还原气体以生产还原铁；熔炼气化炉，该熔炼气化炉通过填充煤炭并通过装入在所述铁矿石还原炉被还原后排出的还原铁，以生产铁水和要提供到所述铁矿石还原炉的还原气体；气体净化过滤器型还原炉，该气体净化过滤器型还原炉通过装入烧结矿并通入在所述铁矿石还原炉对铁矿石进行还原后排出的工艺气体，以对烧结矿进行还原；微细粉尘去除装置，所述微细粉尘去除装置从所述气体净化过滤器型还原炉中被还原后排出的已还原的烧结矿去除粉尘；以及氧化燃烧炉，所述氧化燃烧炉通过装入去除粉尘的已还原的烧结矿并使烧结矿与空气一起燃烧，以使已还原的烧结矿氧化。
[0014]所述氧化燃烧炉中可安装有用于将被氧化的烧结矿供应到所述气体净化过滤器型还原炉的氧化烧结矿供应管线。
[0015]所述气体净化过滤器型还原炉中可安装有第一还原烧结矿供应管线和第二还原烧结矿供应管线，第一还原烧结矿供应管线将排出的已还原的烧结矿的一部分供应到所述熔炼气化炉；第二还原烧结矿供应管线将已还原的烧结矿的其余部分供应到所述微细粉尘去除装置。
[0016]所述烧结矿可为混合自然状态的铁矿石粉末、石灰石及煤炭，以900°C?1400°C的温度进行加热、再结晶或者烧制至半熔融状态之后，粉碎成Imm?1mm的矿石。
[0017]所述已还原的烧结矿的其余部分可包括在气体净化过滤器型还原炉中给一氧化碳和氢气供氧后排出的FeO或者Fe的烧结矿、从所述工艺气体分离出的粉尘以及在重复的介质循环法的氧化及还原反应中产生的烧结矿。
[0018]可向所述氧化燃烧炉额外供应新的烧结矿，以补充供应到所述熔炼气化炉的已还原的烧结矿的量并促进已还原的烧结矿的活性。
[0019]该铁水制造设备还可包括:换热装置，换热装置通过借助于对所述气体净化过滤器型还原炉排出的烟气进行换热使烟气中的水蒸气转变成水来分离出二氧化碳并生产高温蒸汽；以及蒸汽轮机，蒸汽轮机由通过所述换热装置生成的蒸汽来生产电力。
[0020]在所述氧化燃烧炉中已还原的烧结矿与空气中的氧气一起燃烧而产生的热量可以被供给新的烧结矿、空气以及从所述微细粉尘去除装置供应的已还原的烧结矿。
[0021]所述该铁水制造设备还可包括:燃气轮机，燃气轮机通过在氧化燃烧炉中向新的烧结矿和已还原的烧结矿供应燃烧用氧气后排出的缺氧空气来生产电力；或者蒸汽轮机，蒸汽轮机通过对所述缺氧空气进行换热来生产蒸汽并利用所生产的蒸汽来生产电力。
[0022]所述该铁水制造设备还可包括二氧化碳去除装置，二氧化碳去除装置连接至气体净化过滤器型还原炉以从由所述气体净化过滤器型还原炉排出的烟气去除二氧化碳。
[0023]所述气体净化过滤器型还原炉排出的烟气可通过换热生产蒸汽，用所生产的蒸汽转动蒸汽轮机来生产电力，去水之后供应到所述二氧化碳去除装置。
[0024]所述二氧化碳去除装置中可安装用于将去除二氧化碳的气体净化过滤器型还原炉烟气再次通入气体净化过滤器型还原炉的再循环气体供应管线。
[0025]所述二氧化碳去除装置可包括水煤气变换反应器(water -gas shift reactor 和氢气变压吸附装置(pressure swing adsorpt1n)。
[0026]气体净化过滤器型还原炉的前端处可以安装有用于从所述铁矿石还原炉排出的工艺气体中去除粉尘的的气体净化装置。
[0027]所述气体净化装置可为选自旋风分离器、陶瓷管式过滤器、金属过滤器及洗涤器中的至少一种。
[0028]氧化燃烧炉的前端处可以安装有用于加热通入所述氧化燃烧炉的空气的换热装置。
[0029]本发明的另一实施方式提供了一种铁水制造设备，包括:铁矿石还原炉，铁矿石还原炉通过装入铁矿石并通入还原气体，以生产还原铁；熔炼气化炉，该熔炼气化炉通过填充煤炭并通过装入在所述铁矿石还原炉中被还原后排出的还原铁，以生产铁水和要提供到所述铁矿石还原炉的还原气体；气体净化过滤器型还原炉，该气体净化过滤器型还原炉通过装入焙烧球团并通入在铁矿石还原炉对铁矿石进行还原后排出的工艺气体，以对焙烧球团进行还原；微细粉尘去除装置，该微细粉尘去除装置从气体净化过滤器型还原炉中被还原并排出的已还原的焙烧球团去除粉尘；以及氧化燃烧炉，该氧化燃烧炉通过装入去除粉尘的已还原的焙烧球团并使焙烧球团与空气一起燃烧，以使已还原的焙烧球团氧化。
[0030]所述焙烧球团可以是通过将粒度为100 μπι以下的超细粉铁矿、膨润土、石灰石、白云石、橄榄石与水一起装入旋转式滚筒中制成尺寸为3mm?8mm的球团后，在800°C?900°C被预热，以及在1200°C?1400°C烧制而成的。
[0031]所述铁矿石还原炉或者气体净化过滤器型还原炉中可加入作为添加剂的CaO或者 CaCO30
[0032]本发明的又一实施