氧气高炉与气基竖炉联合生产系统和联合生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金领域，具体地，本发明涉及氧气高炉与气基竖炉联合生产系统和联合生产方法。
【背景技术】
[0002]我国钢铁工业消耗大量资源，同时排放大量废气，其中以烧结球团、焦化、高炉及热风炉所组成的高炉炼铁系统能耗及⑶2排放所占钢铁行业的比例分别高达69%及73%。当前，传统高炉炼铁技术在生产效率、能量利用等方面已发挥到极致，仅依靠操作手段的改进难以实现高炉炼铁较大幅度的节能减排。针对全球环保意识增强、资源日益枯竭的现状，必须对现有的高炉炼铁工艺加以改进，使之在技术上、经济上及环境上更加符合时代发展的需要。氧气高炉炼铁技术是最有可能实现规模化应用的炼铁新工艺之一，它具有高喷煤量、低焦比、生产率高、煤气品质高等优点，有可能使煤粉取代焦炭成为主要的炼铁能源物质，从而大幅度降低成本。更为重要的是，可以大幅度减少CO2排放，大大减轻钢铁行业所面临的减排压力。
[0003]气基竖炉直接还原以还原性气体(CO及H2)为能源及还原剂，在低于天然矿石或人造团块软化温度条件下还原炉料以获得固态金属铁，产品可替代废钢并优于废钢，是冶炼纯净钢、高等级钢的最佳铁原料。气基竖炉直接还原具有生产规模大、成本低、操作灵活、环境友好等优点，在中东、印度等国家和地区得到广泛应用。由于我国煤炭资源储量丰富而天然气资源缺乏，使得这一炼铁工艺的应用受到限制，形成了单一的以煤炭为主要能源的钢铁冶金长流程模式，造成了整个行业高能耗、高污染、高成本的不利局面。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出氧气高炉与气基竖炉联合生产系统和联合生产方法，该系统和方法通过设置和使用气化炉，可有效解决氧气高炉顶气循环量不足的问题，同时为气基竖炉提供充足的气源。
[0005]根据本发明的一个方面，本发明提出了一种氧气高炉与气基竖炉联合生产系统。根据本发明的实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统，包括:
[0006]氧气高炉，所述氧气高炉用于炼铁，以便得到铁水，并产生炉渣和高炉炉顶气；
[0007]气基竖炉，所述气基竖炉用于炼铁，以便得到海绵铁，并产生竖炉炉顶气；
[0008]除尘装置，所述除尘装置与所述氧气高炉的高炉炉顶气出口相连，且适于对所述高炉炉顶气进行除尘处理，并将经过所述除尘处理后的高炉炉顶气分为三部分；
[0009]加热器，所述加热器分别与所述除尘装置和所述气基竖炉的还原气进口相连，且适于对经过所述除尘处理后的高炉炉顶气进行加热处理，并通入所述气基竖炉的还原气进口，其特征在于，进一步包括:
[0010]第一加压器，所述第一加压器与所述除尘装置相连，且适于对第一部分高炉炉顶气进行加压处理；
[0011 ]气化炉，所述气化炉与所述第一加压器和所述氧气高炉的下进风口相连，且适于对经过所述加压处理后的第一部分高炉炉顶气进行重整和加热，以便得到富含一氧化碳的高温还原气，并将所述富含一氧化碳的高温还原气通入所述氧气高炉的下进风口；
[0012]水煤气变换装置，所述水煤气变换装置与所述除尘装置相连，且适于对经过第二部分高炉炉顶气进行重整，以便调节所述第二部分高炉炉顶气中的氢气和一氧化碳的体积比，以便得到富含氢气的还原气；
[0013]第一二氧化碳脱除装置，所述第一二氧化碳脱除装置的进气口分别与所述除尘装置、水煤气变换装置和所述气基竖炉的竖炉炉顶气出口相连，且适于脱除第三部分高炉炉顶气、富含氢气的还原气和竖炉炉顶气的混合气体中的0-100体积％的二氧化碳，获得气基竖炉用还原气；以及
[0014]第二加压器，所述第二加压器分别与所述第一二氧化碳脱除装置和所述加热器相连，且适于对所述气基竖炉用还原气进行加压处理。
[0015]根据本发明的具体实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统将气基竖炉与氧气高炉联合生产，即将钢铁生产短流程与长流程相结合，消除了部分长流程高能耗、高CO2排放的弊端，同时生产出的DRI是生产高品质钢不可替代的优质铁原料。另外，更加可有效地解决了氧气高炉顶气循环量不足的问题，同时为气基竖炉提供充足的气源。
[0016]另外，根据本发明上述实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产系统还可以具有如下附加的技术特征:
[0017]在本发明的一些实施例中，所述氧气高炉具有上进风口，所述上进风口位于所述氧气高炉的侧壁上且高于所述氧气高炉的炉腰，所述气化炉与所述上进风口相连，以便利用所述高温还原气对所述氧气高炉内的上部炉料进行预热和还原。由此可以改善氧气高炉内部热分布。
[0018]在本发明的一些实施例中，上述氧气高炉与气基竖炉联合生产系统进一步包括:第二二氧化碳脱除装置，所述第二二氧化碳脱除装置设置在所述除尘装置和所述第一加压器之间，且适于脱除第一部分高炉炉顶气中的部分或者全部二氧化碳。由此将气化炉与第二二氧化碳脱除装置相配合，可使系统操作更加灵活，降低CO2脱除的成本。
[0019]在本发明的一些实施例中，所述第一二氧化碳脱除装置的二氧化碳出口与所述气化炉相连，以便将脱除的二氧化碳的一部分通入气化炉内并转化为一氧化碳。由此避免了脱除的二氧化碳直接排放，造成温室气体排放量增加，同时通入气化炉内，可与C反应生成CO，可以进一步作为氧气高炉和气基竖炉生产所需的原料气，进而对C进行了循环利用，从而减少了 C排放。
[0020]在本发明的一些实施例中，所述第二二氧化碳脱除装置的二氧化碳出口与所述气化炉相连，以便将脱除的二氧化碳的一部分通入气化炉内并转化为一氧化碳。由此避免了脱除的二氧化碳直接排放，造成温室气体排放量增加，同时通入气化炉内，可与C反应生成CO，可以进一步作为氧气高炉和气基竖炉生产所需的原料气，进而对C进行了循环利用，从而减少了 C排放。
[0021]根据本发明的另一方面，本发明还提出了一种氧气高炉与气基竖炉联合生产方法。根据本发明的实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法，包括:
[0022]利用氧气高炉进行炼铁，以便得到铁水，并产生炉顶煤气和炉渣；
[0023]利用气基竖炉进行炼铁，以便得到海绵铁，并产生竖炉炉顶气；
[0024]对所述高炉炉顶气进行除尘处理，并将经过所述除尘处理后的高炉炉顶气分为三部分；
[0025]对第一部分高炉炉顶气进行加压处理；
[0026]利用气化炉对经过所述加压处理后的第一部分高炉炉顶气进行重整和加热，以便得到富含一氧化碳的高温还原气，并将所述富含一氧化碳的高温还原气通入所述氧气高炉的下进风口；
[0027]利用水煤气变换装置对第二部分高炉炉顶气进行重整，以便调节所述第二部分高炉炉顶气中的氢气和一氧化碳的体积比，以便得到富含氢气的还原气；
[0028]将第三部分高炉炉顶气、所述富含氢气的还原气和所述竖炉炉顶气进行混合，得到混合气体，并脱除所述混合气体中的0-100体积％的部分二氧化碳，获得气基竖炉用还原气；
[0029]对所述气基竖炉用还原气进行加压处理；以及
[0030]对经过所述加压处理后的气基竖炉用还原气进行加热处理，并通入所述气基竖炉的还原气进口。
[0031]根据本发明的具体实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法将气基竖炉与氧气高炉联合生产，即将钢铁生产短流程与长流程相结合，消除了部分长流程高能耗、高CO2排放的弊端，同时生产出的DRI是生产高品质钢不可替代的优质铁原料。另外，更加可有效地解决了氧气高炉顶气循环量不足的问题，同时为气基竖炉提供充足的气源。
[0032]另外，根据本发明上述实施例的氧气高炉与气基竖炉联合生产方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0033]在本发明的一些实施例中，所述氧气高炉具有上进风口，所述上进风口位于所述氧气高炉的侧壁上且高于所述氧气高炉的炉腰，所述氧气高炉与气基竖炉联合生产方法进一步包括:将所述富含一氧化碳的高温还原气的一部分通入所述上进风口，以便利用所述富含一氧化碳的高温还原气对所述氧气高炉内的上部炉料进行预热和还原。由此可以改善氧气高炉内部热分布。
[0034]在本发明的一些实施例中，在对第一部分高炉炉顶气进行加压处理之前，进一步包括:预先脱除所述第一部分高炉炉顶气中的部分或者全部二氧化碳。由此在重整和加热之前脱除第一部分高炉炉顶气中的部分或者全部二氧化碳，可使操作更加灵活，降低0)2脱除的成本。