专利名称：煤粉竖炉还原金属化球团的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非焦煤炼铁的生产方法，主要是利用煤粉制造的还原性气 体在竖炉中还原金属氧化物球团矿为金属化球团的方法。
背景技术：
目前，世界上直接还原铁的产量达到6000万吨，其中90%是利用天然气裂 解后产生的CO和氢作还原剂，其典型方法是美国的Midex法，由于天然气资 源的限制，而且成本昂贵,使竖炉还原金属化球团在我国没有得到发展。
发明内容
本发明的目的，是提供一种将煤粉气化后直接用竖炉还原金属化球团的方 法和设备。
采用的技术方案是
煤粉竖炉还原金属化球团的方法，包括下述工艺步骤
1、 铁矿粉或其他金属氧化物矿粉造球，按设定计量投入竖炉中。
2、 将低位发热值》16MJ/Kg，干基灰分小于或等于40%原煤，经中速磨煤 机边干燥边破碎至《100目，水分《0.5%，煤粉预热至8(TC—15(TC，送入气流 床煤气发生器中。
3、 将水蒸汽与空气、水蒸气与富氧空气或水蒸汽与纯氧按比例混合(具体 依预热温度、煤质量、煤气温度而定)，压力为0.1—1.2MPa，混合气体送入卧 式热风炉预热到1000—150(TC，预热可用竖炉尾气预热，预热后混合气化气体 与煤粉一起送入气流床煤气发生器中。气流床煤气生成反应，其温度控制在 900—1250。C。卧式热风炉出来的废气温度〉15(TC，可用于破碎原煤过程中干燥 和预热的热源。
4、 气流床煤气发生器制备的高温煤气通过高温除尘器(结构如图1)，除去灰 尘90—95%后，直接喷入竖炉下部，排料辊上方参与竖炉内还原反应，将铁或 者其他金属氧化物还原为金属化球团。
本工艺方法，竖炉尾气温度偏高，大于40(TC，必须有余热锅炉回收该项余 热，如初始反应气化剂压力偏高，尾气余压大于0.5MPa，其余压通过TRT发电 回收能源，冷却尾气经过布袋除尘后进入煤气储罐中。 一部分供自身气化气体预热， 一部分供其他用户使用。
本发明还原温度高、速度快、尾气物理热高、化学热是高炉煤气的1.5倍， 本发明由于是用低发热值高挥发份中煤做还原剂，极大降低还原剂成本，rf时， 由此产生的电能、煤气等，其综合经济效益可使每吨金属化球团成本低于1500 元/t (每吨金属氧化球团成本900元/t)。
图1是本发明采用的设备结构示意图。
具体实施例方式
实施例一
煤粉竖炉还原金属化球团的方法和设备，包括卧式热风炉1、气流床煤气发 生器、高温煤气复合除尘器3和冶炼用竖炉4。
气流床煤气发生器，由喷煤装置10和煤气发生器2组成。喷煤装置包括料 仓5、第一中转罐6、第二中转罐7、电子秤8、叶轮给料机9。料仓5上部设有 煤粉输入口ll，料仓5下部与第一中转罐6通过管路连接，该管路上设有阀门 12。第一中转罐6通过管路与第二中转罐7连接，在第一和第二中转罐之间的 连接管路上设置有阀门13。第二中转罐7中设有电子秤8。第二中转罐7下部 通过管道与叶轮给料机9的进料口连接。叶轮给料机9出料口与管路16连接， 叶轮给料机9出料口与该管道16之间的连接管路上设有闸板阀14，管路16 — 端与煤气发生器的进煤口 15连接。管路16另一端与蒸气源连接，以便向煤气 发生器通入水蒸汽。煤气发生器上部有煤气出口 17，该煤气出口 17通过管路与 高温煤气复合除尘器3中部的气灰分离室18的煤气入口连接。
高温煤气复合除尘器3，由气灰分离室18、灰沉降室19和集灰室20依次 连接构成，在气灰分离室顶部设有煤气输出口22，气灰分离室18上部设有水冷 炉蓖23，在水冷炉蓖23内充填有高铝小球滤层27 (含Al2C)3 95—98%)。在灰 沉降室19与集灰室20连接管道上装设有阀门24。集灰室20下部设有卸灰通道 21。集灰室上部设有喷枪25，该喷枪与有压冷水管连接，向灰沉降室19内喷冷 水，对灰进行冷却。气灰分离室18下部设有水冷腔26，通入循环冷却水。
气灰分离室18上部的煤气输出口 22通过管道与冶炼用竖炉4的煤气输入 口连接。
煤粉竖炉还原金属化球团的方法，包括下述工艺步骤 以鸡西2#中煤为还源剂，将煤粉碎、干燥，粒度《100目，煤粉含水量《0.5%， 煤粉温度为80—150'C，经煤粉输入口 11进入喷煤装置的料仓5内，再由料仓5进入第一中转罐6和第二中转罐7，进入第二中转罐7内的煤粉经上部设置的电子秤8称量出设计要求的煤粉量后，阀门13关闭，煤粉由叶轮给料机9喂入管道16，在水蒸汽的推动下，由煤气发生器的进煤口 15进入煤气发生器2内。同时，压力为0.35Mpa、温度为25'C的空气与压力为1.2Mpa、温度为20(TC的水蒸汽混合后经管路28进入卧式热风炉1，预热至1450'C后经管路29进入煤气发生器2内，并与进入的煤粉混合，进行气化反应温度为1250°C，反应后生成的煤气从煤气发生器2的顶部煤气出口 17经管路进入高温煤气复合除尘器3的气灰分离室18内，经高铝小球层过滤，除去煤气中的90—95%的灰分后，由煤气输出口 22经输送管路喷入竖炉下部。在排料辊上方参与竖炉内还原反应，将铁或其它金属氧化物还原为金属化球团。 '
在高温煤气除尘器3内，气灰分离室18分离出的渣子进入灰沉降室19，按要求打开阀门24，灰进入集灰室20，经由喷枪25喷淋冷水冷却后由卸灰通道21排出。
本实施例的技术参数1、原燃材料条件
U氧化球团矿的化学成分:
成分FeMnPSFe203FeOSi02A1203CaO+MgO
含量(％)650扁0.0470.04172.318.185.3422
1.2鸡西2#中煤
化学分析cH0NS干燥基 灰分收到基水 分低位发热 值
含量(％)50.692.864.940.710.3040.510.9816MJ/Kg
1.3气化剂
1) 空气
压力P:0.35MPa，温度25°C;
2) 蒸汽-
压力P:1.2MPa，温度200°C;2、竖炉工艺参数2.1有效容积V有效300m3;2.2利用系数n: 8吨/m"昼夜;2.3小时产能100吨/h;2.4小时空气量243150mVh;
52.5分钟空气量4000mVmin;2.6小时蒸汽量50400m3/h;2.7小时耗蒸汽质量40.5吨/h;2.8气化剂预热温度1450°C;2.9入竖炉前煤气温度IIO(TC;
2.10每小时煤耗150吨/h;
2.11小时氧化球团消耗:133吨/h;
2.12每吨煤产生煤气量2855.28m3/t煤；
2.13每吨金属化球团尾气量4282.92mVt金属化球团;
3、竖炉入炉前煤气成分
煤气成分VHVcoVc02vN2每吨金属化球 团需煤气量
含量(％)28.8722.3510.7944.86100每米煤气 化学热Q=5.94MJ/M34283M3/T
4、竖炉尾气平衡
4.1尾气组分、热值、温度
煤气组分VHVcoVc02vN2Vh20温度脱水前热 值脱水后热 值
百分含量％21.219.213.944.97.6750°C4.7腿/M35.10MJ/M3
4.2尾气产量
每吨金属化球团产脱水后尾气3955.6mVt金属球团；每小时产尾气(脱水后)395560m3/h;每小时预热气化剂耗煤气163046mVh;每小时可作他用煤气量232514m3/h;5、能源利用平衡热收入l,5t*16MJ/kg*1000=24GJ;用于还原金属化球团7.4GJ/吨金属化球团；可被利用尾气余热5.08GJ/T金属化球团；可供外用煤气化学热11.86GJ/T金属化球团；设可利用尾气余热25%，则5.08*25%=1.27GJ/T金属化球团；则用于还原金属球团实耗热能7.4-1.27-6.13GJ/T金属化球团;总的能源利用效率(7.4+11.86) /24=80.25%;
6其中用于直接还原能耗6.13/24=25.54%;用于外供能源(1.27+11.86) /24=54.71%;
6、 环境评价
6.1还原每吨金属铁产生二氧化碳量
已知工艺还原一吨金属化球团消耗碳量50.62%* 1.5t=759.3kg;折合摩尔数759.3/12=63.28kmol;
由于全部供给能源只有25.54%用于还原铁，实际权数应在还原铁二氧化碳量63.28*25.54°/。=16.16]^，折合二氧化碳量16.16*44=71 lkgC02，由于每吨球团金属化率只能达到95%，则每吨球团含纯铁只有81.2%，则还原每吨纯铁产生二氧化碳711/0.812=876kgCO2。
上述参数低于其他还原方法二氧化碳产生量。6.2 二氧化硫和硫化氢
该煤气中煤粉中硫是以H2S形态存在于煤气中，由于是铁的氧化物，因此H2S+FeO=H20+FeS
由于尾气温度高，H2S气体几乎都被球团中的FeO还原，以FeS形态存在金属化球团中，尾气H2S含量极微，不会造成有害气体排放。
6.3煤气发生器粗除尘和竖炉布袋除尘不会造成空气中灰尘污染。6.4废水排放除少量粗除尘耗水外，所有表观水均可回收，该工艺没有废水排放，但有损耗，耗水量低于高炉工艺。
7、 产品评价
金属化球团金属化率只能达到95%，球团中含金属铁只能达到81.2%,其余为Si02和Ab03、 MgO、 CaO、硫化物等。该产品只能用电弧炉冶炼优质钢用。该竖炉每天产金属化球团2400吨。
8、 综合经济初评
由于是用低发热值高挥发份中煤做还原剂，极大降低还原剂成本，同时，由此产生的电能、煤气等，其综合经济效益可使每吨金属化球团成本低于1500元/t(每吨金属化球团成本900元/t)。
权利要求
1、煤粉竖炉还原金属化球团的方法，其特征在于包括以下工艺步骤1)铁矿粉或其他金属氧化物矿粉造球，按设定计量投入竖炉(4)中；2)将低位发热值≥16MJ/Kg、干基灰分小于或等于重量百分比为40％的原煤，经中速磨煤机边干燥边破碎至≤100目，水分≤0.5％煤粉预热至80℃—150℃后，由喷煤装置(10)的煤粉输入口(11)喷入喷煤装置(10)的料仓(5)内，经第一中转罐(6)进入第二中转罐(7)，再经设置在第二中转罐(7)内的电子称(8)称重达到设定计量后，再经叶轮给料机(9)推入煤粉输入管路(16)，在200℃蒸汽推动下由进煤口(15)进入煤气发生器(2)内；同时将压力为0.1—1.5MPa的气化剂送入卧式热风炉(1)；气化剂为水蒸汽与空气、水蒸汽与富氧或水蒸汽与纯氧的混合气体；气化剂在卧式热风炉(1)内预热至1100—1500℃后，经管路(29)进入煤气发生器内，与进入煤气发生器(2)内的煤粉混合，进行气化反应，反应温度为900—1250℃，反应后生成的煤气从煤气发生器(2)的顶部煤气出口(17)经管路输送到高温煤气复合除尘器(3)的气灰分离室(18)内向上经设置在气灰分离室(18)上部的高铝小球滤层(27)滤尘，除去煤气中90—95％的灰分；3)将经高温煤气复合除尘器(3)净化后的煤气，由煤气输出口(22)输出，经管路喷入竖炉(4)下部，在排料辊上方参与竖炉内还原反应，将竖炉内铁或其它金属氧化物颗粒料还原为金属化球团。
2、 根据权利要求l所述的煤粉竖炉还原金属化球团的方法和设备，其特征在于所述的高温粗煤气制作工艺，即将空气、富氧空气或纯氧和水蒸汽经蓄热式卧式热风炉预热至1000-150(TC，压力范围0.1-1.2MPa，经气流床煤气发生器与高温除尘器相结合制作高温粗煤气，煤气含尘小于原煤干基灰分10%以下。
3、 根据权利要求l所述的煤粉竖炉还原金属化球团的方法和设备，其特征在于卧式热风炉、气流床煤气发生器和高温复合除尘器组成的气流床高压煤气发生器设备，该设备适合于任何含尘要求不高的高温煤气使用系统，如石灰窑、高炉喷吹。
4、 根据权利要求3所述的高温煤气除尘器，其特征在于在高温重力除尘器上部，加上多层耐火材料制成的耐火小球，直径在cH0—cj)60mm，构成过滤灰尘装置，其支撑炉篦采用水冷钢管外挂耐火材料的结构，小球定期更换，确保气流畅通。
全文摘要
煤粉竖炉还原金属化球团的方法，其工艺步骤为将铁矿粉或其他金属氧化物矿粉造球，按设定计量投入竖炉中。再将低位发热值≥16MJ/Kg，干基灰分小于或等于40％原煤，经中速磨煤机边干燥边破碎至≤100目，水分≤0.5％，煤粉预热至80℃-150℃，送入气流床煤气发生器中。然后将水蒸汽与空气按比例混合。最后将气流床煤气发生器制备的高温煤气通过高温除尘器，除去灰尘90-95％后，直接喷入竖炉下部，排料辊上方参与竖炉内还原反应，将铁或者其他金属氧化物还原为金属化球团。本发明还原温度高、速度快、尾气物理热高、化学热是高炉煤气的1.5倍，用低发热值高挥发份中煤做还原剂，极大降低还原剂成本，且由此产生的电能、煤气等能源，其综合经济效益可使每吨成本低于1500元/t。
文档编号C21B13/02GK101476010SQ20091001023
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月21日 优先权日2009年1月21日
发明者周久乐 申请人:沈阳东方钢铁有限公司