专利名称：一种电加热生产海绵铁的方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生产海绵铁的方法及其系统，尤其是一种电加热生产海绵铁的方法及其系统。
背景技术：
海绵铁是粉末或多微孔结构的固态金属铁。海绵铁的工业生产通常分为两种类型煤基法和气基发生产。气基法生产占据世界的93%，煤基法仅占7%，电基法生产仅有美国一家公司使用生产。铁矿的还原是利用非焦煤中含碳材料或天然气重整气体的形式直接还原而体现。
传统海绵铁生产都具有炉体大型化生产方式，绝大多数炉料都是装入炉罐内进行焙烧，炉料结构都是静态式，这给直接还原海绵铁生产带来了很多不利因素，主要体现在以下几个方面加热方式属间接式，热能工质传换受阻，介质传质缩核时间长，绝大多数炉罐核心还原欠缺，造成耗能大，金属化率低。另一方面还原气氛不活跃，它必须选用透气性能较好的炉料结构才能实现。发明内容
本发明提供了一种节能、环保的电加热生产海绵铁的方法及其系统。
实现本发明目的之一的电加热生产海绵铁的方法，包括如下步骤
(1)采用煤气发生炉，利用煤制气方法，将碳氢化合物，经过洗涤送入竖炉点火装置点燃，加热炉体，生产海绵铁；
(2)将生产的海绵铁在还原过程携带的物理热，在水冷却区段将热能转换；还原的海绵铁不停的移动，进入该竖炉的水冷却区段，热量被水吸收达到饱和蒸汽析出，做汽轮机能源；将热能转换成机械能，驱动汽轮机发电；产出的电力输送到本厂自备电站，再送入厂区配电室，用于电加热生产海绵铁；
(3)电加热生产的海绵铁在水冷却区继续进行热能转换，同上述步骤( 进行发电，用于生产。
所述电加热生产海绵铁的过程如下
(1)混合炉料自上而下移动途径预热区段，温度为300°C，此时炉料中的水分彻底排除，而后进入低温还原区段；
(2)低温还原区段的温度为570°C 810°C，炉料中的燃煤开始热解反应，生成碳氢化合物(C-H-O)，由F^O3转化为狗304，移动到中温还原区段；
(3)中温还原区段的温度为810°C 910°C，此时CO的反应逐渐减退，H2的还原反应逐渐增加，由!^e3O4转化为狗0，进入高温还原区段；
(4)高温还原区段的温度在910°C 1153°C，FeO与H2还原的热力学利用率高于 CO,使FeO失氧，得到金属铁，由于FeO在失氧过程中形成多微孔状，形成海绵铁；
(5)海绵铁进入水冷却区段冷却至接近常温出炉，热量被水吸收，实现热能工质，生成饱和蒸汽，再经过热蒸汽器生成，干蒸汽和蒸汽压，驱动汽轮发电机组发电。
在海绵铁生产过程中，会产生煤质还原剂废料，将还原好的炉料进行破碎、磁选； 把海绵铁和煤质还原剂废料分离，海绵铁经钝化处理，由电磁吊车入库，后煤质废料制成质颗粒活性炭，用于生产海绵铁。
实现本发明目的之二的电加热生产海绵铁的系统，包括炉体、位于炉体上的煤气加热装置和电加热装置，所述炉体包括从上到下依次设置的预热段、低温还原段、中温还原段、高温还原段和冷却段，所述冷却段依次连接有蒸汽生成系统、蒸汽透平装置、汽轮机、发电机、主变电装置和高压主变电装置，所述主变电装置连接有电站，所述电站连接有配电室。
所述蒸汽透平装置和汽轮机连接有蒸汽再生成系统，所述蒸汽再生成系统依次连接有第二汽轮机和第二发电机，所述第二发电机与主变电装置相连。
所述蒸汽再生成系统和第二汽轮机连接有冷却塔，所述冷却塔连接有回水站，所述回水站与所述冷却段相连。
所述冷却段连接的自动分选装置，将海绵铁与煤质还原剂废料分离，海绵铁输送到钝化系统，煤质还原剂废料，输送到煤质颗粒活性炭生成系统。所述冷却段连接自动分选装置，将海绵铁与煤质还原剂废料分离，海绵铁经钝化为终产品，煤质还原剂废料输送到煤质颗粒活性炭生成系统。
本发明的电加热生产海绵铁的方法及其系统的有益效果如下
本发明的电加热生产海绵铁的方法及其系统，通过冷却段将热量回收进行发电， 进行生产，不仅低能耗、无污染、无排放，而且将煤质还原剂的废料制成质颗粒活性炭，将再生能源循环利用。
图1为本发明的电加热生产海绵铁的方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的电加热生产海绵铁的系统，包括炉体、位于炉体上的煤气加热装置和电加热装置，所述炉体包括从上到下依次设置的预热段、低温还原段、中温还原段、高温还原段和冷却段，所述冷却段依次连接有蒸汽生成系统、蒸汽透平装置、汽轮机、发电机、主变电装置和高压主变电装置，所述主变电装置连接有电站，所述电站连接有配电室。
所述蒸汽透平装置和汽轮机连接有蒸汽再生成系统，所述蒸汽再生成系统依次连接有第二汽轮机和第二发电机，所述第二发电机与主变电装置相连。
所述蒸汽再生成系统和第二汽轮机连接有冷却塔，所述冷却塔连接有回水站，所述回水站与所述冷却段相连。所述冷却段还连接有煤质颗粒活性炭生成系统。
如图1所示，本发明电加热生产海绵铁的方法，包括如下步骤
(1)采用煤制气生产海绵铁，包括如下步骤
①配好的炉料进入烘干室烘干，经炉料提升机将炉料送入高位料仓。炉料靠落差移动进入预热区段，温度设定300°C，将炉料中的水份彻底排净，允许水份含量在0. 03%。
②干炉料移动到低温还原区段，温度设定570°C 810°C之间，还原剂(燃煤)开始热解反应，生出碳氢化合物(C-H-O)。铁的还原也必须通过气体还原剂的媒介，因此，在此还原区段铁的气体还原反应是
(a) 3Fe203+C0 = = 2Fe304+C02 (a) 3Fe203+H2 = = 2Fe304+H20
(b) 0. 25Fe304+C0 ==0. 75Fe+C02 (b) 0. 25Fe304+H2 ==0. 75Fe+H20
所以在570°C以下FeO不存在，只是!^e3O4存在，在此还原区段，这些反应都是吸热的，所以称吸热性反应。
③炉料进入中温还原区段，温度设定810°C 910°C。在此区段810°C以下CO的还原能力高于H2也就是说CO还原的热力学气体利用率高于H2,810°C以上H2还原的热力学气体利用率高于CO这些反应都是放热反应。还原反应增加到六个
(a) 3Fe203+C0 = = 2Fe304+C02 (a) 3Fe203+H2 = = 2Fe304
(c) Fe304+C0 = = 3Fe0+C02 (c) Fe304+H2 = = 3Fe0+H20
(d) FeO+CO = = Fe+C02(d) Fe0+H2 = = Fe+C02
在此还原区段，存在的是i^eO。从热力学原理讲也存在狗，但从实际运行中是不存在的。即使存在也会被气相氧化掉。
④炉料进入到高温还原区段，从910°C -1153°C，C0还原的气体利用率随着温度的上升而下降，H2还原的气体利用率随温度的提高而升高。二者的热力学规律正好相反。
炉料在810°C -910°C区段间，存在的是i^eO，910°C以上H2还原的气体利用率升高， 使I^eO失氧得到狗。在失氧过程中，金属铁因失氧，形似海绵而得名海绵铁(DRI)。
(2)海绵铁热能工质发电，海绵铁进入水冷却区段热量被水吸收，生成饱和蒸汽， 在进水的冲击下，使饱和蒸汽排出，进入过热蒸汽器中；饱和蒸汽进入过热蒸汽器，再有回收的炉顶尾气经过洗涤，将可燃气体输送到过热蒸汽器中燃烧，生成有一定压力的干蒸汽， 驱动汽轮机带动发电机发电。
发出的电经主变压器，升成11万负高压输送到厂内自备电站。有自备电站，将电输送到厂区各个配电室运行。
(3)采用电加热生产海绵铁，步骤同上述步骤①②③④。
(4)电加热生产海绵铁过程中，进行工质发电，步骤如同上述步骤(2)。
电加热方法主要涉及到，有非金属耐高温材料制成的炉膛壁。电加热元件分别安装在各个炉膛壁上，直接加热炉体。电热元件选用，硅碳棒和硅钼棒，阻性加热元件。
冷却后的海绵铁，移动到出料口，由螺旋式自动分选装置将炭化煤料与海绵铁分离。经传送带一路输送到煤质活性炭生产车间，另一路输送到海绵铁钝化车间。
(5)煤质还原剂废料生产煤质颗粒活性炭，煤在还原炉内经过物理反应，生成炭化原料，在经过磁选，将海绵铁提出，剩下的是煤质炭化原料，在经过破碎筛分，混捏制粒后进行活化过程。活化过程，是在本工艺中的过热蒸汽器下方，安装的高压容器，用于活化煤质颗粒活性炭产品。
煤质活性炭的外观呈黑色不定型颗粒。它具有空隙结构发达，比表面积大，吸附力强，化学性能稳定，无毒无味。广泛应用于饮用水工程，工业用水和废水深度净化，气体脱硫除臭，溶剂回收，贵重金属提炼，化工工业的催化剂及催化剂载体等。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种电加热生产海绵铁的方法，包括如下步骤(1)采用煤气发生炉，利用煤制气方法，将碳氢化合物，经过洗涤送入竖炉点火装置点燃，加热炉体，生产海绵铁；(2)将生产的海绵铁在还原过程携带的物理热，在水冷却区段将热能转换；还原的海绵铁不停的移动，进入该竖炉的水冷却区段，热量被水吸收达到饱和蒸汽析出，做汽轮机能源；将热能转换成机械能，驱动汽轮机发电；产出的电力输送到本厂自备电站，再送入厂区配电室，用于电加热生产海绵铁；(3)电加热生产的海绵铁在水冷却区继续进行热能转换，同上述步骤( 进行发电，用于生产。
2.根据权利要求1所述的电加热生产海绵铁的方法，其特征在于所述步骤⑴和(3) 中海绵铁的生产过程如下①混合炉料自上而下移动途径预热区段，温度为300°C，此时炉料中的水分彻底排除， 而后进入低温还原区段；②低温还原区段的温度为570°C 810°C之间，炉料中的燃煤开始热解反应，生成碳氢化合物(C-H-O)，由F^O3转化为狗304，移动到中温还原区段；③中温还原区段的温度为810°C 910°C之间，此时CO的反应逐渐减退，H2的还原反应逐渐增加，由!^e3O4转化为狗0，进入高温还原区段；④温还原区段的温度在910°C 1153°C之间，FeO与H2还原的热力学利用率高于C0， 使FeO失氧，得到金属铁，由于FeO在失氧过程中形成多微孔状，形成海绵铁；
3.根据权利要求1或2所述的电加热生产海绵铁的方法，其特征在于在海绵铁生产过程中，会产生煤质还原剂废料，将还原好的炉料进行破碎、磁选；把海绵铁和煤质还原剂废料分离，海绵铁经钝化处理，由电磁吊车入库，后煤质废料制成质颗粒活性炭，用于生产海绵铁。
4.一种电加热生产海绵铁的系统，包括炉体、位于炉体上的煤气加热装置和电加热装置，所述炉体包括从上到下依次设置的预热段、低温还原段、中温还原段、高温还原段和冷却段，所述冷却段依次连接有蒸汽生成系统、蒸汽透平装置、汽轮机、发电机、主变电装置和高压主变电装置，所述主变电装置连接有电站，所述电站连接有配电室。
5.根据权利要求4所述的电加热生产海绵铁的系统，其特征在于所述蒸汽透平装置和汽轮机连接有蒸汽再生成系统，所述蒸汽再生成系统依次连接有第二汽轮机和第二发电机，所述第二发电机与主变电装置相连。
6.根据权利要求5所述的电加热生产海绵铁的系统，其特征在于所述蒸汽再生成系统和第二汽轮机连接有冷却塔，所述冷却塔连接有回水站，所述回水站与所述冷却段相连。
7.根据权利要求4 6任一所述的电加热生产海绵铁的系统，其特征在于所述冷却段连接有煤质颗粒活性炭生成系统。
全文摘要
本发明提供了一种节能、环保的电加热生产海绵铁的方法及其系统。本发明的电加热生产海绵铁的系统，包括炉体、位于炉体上的煤气加热装置和电加热装置，所述炉体包括从上到下依次设置的预热段、低温还原段、中温还原段、高温还原段和冷却段，所述冷却段依次连接有蒸汽生成系统、蒸汽透平装置、汽轮机、发电机、主变电装置和高压主变电装置，所述主变电装置连接有电站，所述电站连接有配电室。本发明的电加热生产海绵铁的方法及其系统，通过冷却段将热量回收进行发电，进行生产，不仅低能耗、无污染、无排放，而且将煤质还原剂的废料制成质颗粒活性炭，将再生能源循环利用。
文档编号C21B13/02GK102559978SQ20121003583
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者王东海 申请人:王东海