专利名称：全热氧高炉与竖炉联合生产系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全热氧高炉与竖炉联合生产系统。
背景技术：
目前，以焦炭为主要原料的传统高炉炼铁技术在生产效率、能量利用等方面已经得到了较大的发展。世界生铁产量的90%以上由传统高炉炼铁工艺生产，传统高炉炼铁工艺通过热风炉向高炉鼓入温度在1000-1300°C的热风，鼓风富氧率在10%以下，热风与风口回旋区内的焦炭和喷吹的煤粉燃烧，产生煤气向上运动，与下行的矿石进行复杂的热量交换和还原反应，得到生铁。焦比通常为300-400Kg/tHM，喷煤比约100-200Kg/tHM。但在全球焦煤资源匮乏和环境恶化等压力下，需要开发以煤为主要能源的新的炼铁工艺。以粉煤和 纯氧为主要原料氧气鼓风高炉炼铁技术是最具规模化生产和应用的煤氧炼铁新工艺之一。氧气高炉是一种采用超高富氧鼓风(富氧率>40%)或全氧鼓风的一种冶炼方式。高炉全氧鼓风操作具有高生产率，高喷煤率，低焦比，炉顶煤气不含氮气等优点。目前全氧高炉通常采用常温纯氧代替热风，与煤粉一起从炉缸风口鼓入，喷吹煤粉量在300Kg/tHM，进一步提高喷煤量时，由于煤粉在风口区燃烧不充分，大量未然煤粉被煤气带走，未然煤粉在上升过程中堵塞煤气流通道，导致高炉悬料。气基竖炉直接还原具有生产规模大、生产成本低、生产操作方便灵活、环境友好等特点，在南美、北美、中东、东南亚、印度等天然气资源比较丰富的国家被广泛采用。我国由于煤炭资源比较丰富，为发展高炉铁炼钢的长流程提供了碳资源，从而形成我国单一的钢铁冶金长流程的生产模式，造成我国钢铁行业成本高，耗能高，二氧化碳排放量高的局面。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对现有技术提出一种全热氧高炉与竖炉联合生产系统，该系统可提高高炉煤气的利用价值，煤气循环使用，CO2排放量显著降低。本发明解决上述技术问题采用的技术方案是全热氧高炉与竖炉联合生产系统，它包括高炉和气基竖炉；其特征在于高炉的炉顶的高炉煤气出口由第一高炉煤气管与脱除CO2设备的输入口相连通；脱除CO2设备的第一输出口由第一 CO气管与混合加压器的第二输入口相连通，脱除CO2设备的第二输出口由第二 CO气管与水煤气变换设备的输入口相连通，水煤气变换设备的输出口由氢气管与混合加压器的第一输入口相连通；混合加压器的输出口由第一混合气管与加热器的混合气体输入口相连通，加热器的混合气体输出口由第二混合气管与气基竖炉的混合气体输入口相连通。一种全热氧高炉与竖炉联合生产工艺，高炉采用全热氧燃烧(全热氧表示助燃气体全部采用加热后的氧气)，热氧温度彡650°c，炉顶煤气主要为C0、H2、C02和H2O,高炉的炉顶煤气(或称高炉煤气)脱除CO2后经过水煤气变换(C0+H20=C02+H2)产生H2,按H2/C0的体积比=1-2 1的比例混合部分脱除CO2的高炉煤气，加压到O. 5-0. 7MPa后加热到800-900°C，供气基竖炉生产海绵铁。
所述热氧温度为650°C— 1300°C (最佳为 650°C— 850°C)。本发明的原理是高炉全氧鼓风，使高炉炉缸中冶炼单位生铁的煤气量锐减，在保持高炉顺行的条件下，冶炼强度大幅度提高。采用全热氧鼓风，热氧温度在650°C以上，加快了喷吹煤粉的燃烧速度，煤粉燃烧充分，同时为了维持适宜的理论燃烧温度还需要增加煤粉喷吹量，在保持高置换比的情况下，全热氧鼓风冶炼可将喷煤率提高到450Kg/tHM以上，使高炉焦比大大降低，喷煤量显著提高，成为高炉冶炼的主要能源，改变高炉炼铁的能源结构。采用全热氧鼓风后炉内煤气主要由⑶和民组成，炉内煤气无N2，还原性气体浓度由普通高炉的40%左右提高到接近100%，炉身的还原条件与还原竖炉相似，铁矿石的间接还原度大幅度提高，高温区产生的CO2量减小，焦炭的熔损减少，使高炉有可能采用反应性高的焦炭或型焦。采用全氧燃烧，炉顶煤气主要是CO，H2, CO2和H2O,不含氮气，脱除CO2后(或采用经换热并脱除0)2后)，可用作优质的还原气。部分经脱除CO2的煤气经过水煤气变换，生成H2,供竖炉还原生产海绵铁。H2还原氧化铁的速度是CO的6-10倍，增加还原煤气中H2的比例有利于还原，但CO还原铁矿石是放热反应，H2还原铁矿石是吸热反应，过多的H2还原会事炉料温度降低而阻碍还原，因此将脱除CO2的高炉煤气与经水煤气变换生成的H2，按比 列混合加压到O. 6-0. 7MPa，加热到800-900°C后送入还原竖炉生产海绵铁。本发明的有益效果是全热氧高炉与竖炉联合生产系统的高炉采用全热氧燃烧，焦比降低到200Kg/tHM以下，喷煤量提高到450Kg/tHM以上，成为高炉冶炼的主要能源，改变了传统高炉炼铁的能源结构；采用全氧燃烧技术，高炉炉顶煤气无N2，炉顶煤气品质好；全氧高炉与竖炉联合生产，形成钢铁企业长流程与短流程并存模式，消除了部分长流程弊端，如CO2排放量高，能耗高等，扩大了产品结构范围，优质DRI可用于开发生产高品质钢，以长流程的煤气作为短流程的还原气，提高了高炉煤气的利用价值，煤气循环使用，CO2排放量显著降低；高炉煤气经换热后热量用于加热竖炉还原气，提高了燃料利用率。改变目前钢铁企业单一生产方式，实现钢铁企业低耗，低成本，节能减排和超低二氧化碳排放生产。
图I为本发明全热氧高炉与竖炉联合生产系统的结构示意框图。图中1-高炉，2-第一高炉煤气管，3-脱除CO2设备，4-第一 CO气管，5-第二 CO气管,6-水煤气变换设备,7-氢气管,8-混合加压器,9-第一混合气管，10-加热器,11-第二混合气管，12-气基竖炉(或称竖炉)。
具体实施例方式下面通过图I对本发明做进一步的说明，但不构成对本发明的限制。实施例I
如图I所示，全热氧高炉与竖炉联合生产系统，它包括高炉I和气基竖炉12 ;高炉I的炉顶的高炉煤气出口由第一高炉煤气管2与脱除CO2设备3的输入口相连通；脱除CO2设备3的第一输出口由第一 CO气管4与混合加压器8的第二输入口相连通(脱除CO2设备3的第一输出口、第二输出口均输出CO气+ H2),脱除CO2设备3的第二输出口由第二 CO气管5与水煤气变换设备6的输入口相连通，水煤气变换设备6的输出口由氢气管7与混合加压器8的第一输入口相连通(水煤气变换设备6的输出口输出H2);混合加压器8的输出口由第一混合气管9与加热器10的混合气体输入口相连通，加热器10的混合气体输出口由第二混合气管11与气基竖炉12的混合气体输入口相连通。加热器上设有燃料输入口。应用实施例I
一种全热氧高炉与竖炉联合生产工艺，步骤为
1)全热氧高炉与竖炉联合生产系统的准备；
2)将烧结矿、球团矿和焦炭分批次从炉顶加入高炉，其中吨铁焦炭消耗量在200Kg/tHM以下；
3)向高炉中鼓入温度在650°C以上的纯热氧(即高炉采用全热氧燃烧，纯热氧表示温度
在650°C以上的纯氧，纯氧是指氧气的体积纯度彡80%,以下相同)，氧气用量为250-350Nm3/tHM ；
4)炉顶煤气(或称高炉煤气)脱除CO2后(炉顶煤气主要为C0、H2、C02和H2O),部分用于水煤气变换产生H2 (C0+H20=C02+H2)，部分与产生的H2，按H2/C0的体积比=1_2 1的比例混合，作为气基竖炉还原气，还原气经加压到O. 5-0. 7MPa，并加热到800-900°C后，送入气基竖炉生产海绵铁。经理论计算，IOOOm3高炉使用球团矿和烧结矿作为原料，并从风口鼓入650°C纯氧，其生产技术指标如下
氧气消耗量320Nm3/tHM，
焦比200Kg/tHM,
煤比330Kg/tHM，
炉顶煤气量850NmVtHM，
炉顶煤气成分(体积)C0:47. 28%, CO2:36. 75%, H2:5. 35%, H2O :6. 1%，其他4. 52%,
竖炉燃料(体积)H2/C0:1:1，
竖炉产量320000t/a。应用实施例2
与应用实施例I基本相同，不同之处在于
经理论计算，3000m3高炉使用球团矿和烧结矿作为原料，并从风口鼓入750°C纯氧，其生产技术指标如下
氧气消耗量300NmVtHM，
焦比170Kg/tHM，
煤比350Kg/tHM，
炉顶煤气量840NmVtHM，
炉顶煤气量840NmVtHM，
炉顶煤气成分(体积)C0:45. 28%, CO2:35. 75%, H2:8. 35%, H2O :7. 1%，其他3. 52%,
竖炉燃料(体积)H2/C0 :1.2:1,
竖炉产量750000t/a。应用实施例3
与应用实施例I基本相同，不同之处在于
经理论计算，5000m3高炉使用球团矿和烧结矿作为原料，并从风口鼓入850°C纯氧，其生产技术指标如下氧气消耗量290Nm3/tHM，
焦比150Kg/tHM，
煤比370Kg/tHM，
炉顶煤气量820NmVtHM，
炉顶煤气成分(体积)CO:46. 15%, CO2:33. 75%, H2:8. 35%, H2O 9. 1%，其他2. 65%,
竖炉燃料(体积)H2/C0:1. 1:1，
竖炉产量1200000t/a。应用实施例4
与实施例I基本相同，不同之处在于
经理论计算，3000m3高炉使用球团矿和烧结矿作为原料，并从风口鼓入1300°C纯氧(体积纯度为80%以上)，其生产技术指标如下
氧气消耗量260 NmVtHM,
焦比140Kg/tHM，
煤比400Kg/tHM,
炉顶煤气量800NmVtHM，
炉顶煤气成分(体积)CO: 46. 15%, CO2:33. 75%, H2:8. 35%, H2O 9. 1%，其他 2. 65%,
竖炉燃料(体积)H2/C0:2:1，
竖炉产量750000 t/a。
权利要求
1.全热氧高炉与竖炉联合生产系统，它包括高炉(I)和气基竖炉(12);其特征在于高炉⑴的炉顶的高炉煤气出口由第一高炉煤气管⑵与脱除CO2设备(3)的输入口相连通；脱除CO2设备(3)的第一输出口由第一 CO气管(4)与混合加压器(8)的第二输入口相连通，脱除CO2设备(3)的第二输出口由第二 CO气管(5)与水煤气变换设备(6)的输入口相连通，水煤气变换设备￠)的输出口由氢气管(7)与混合加压器(8)的第一输入口相连通；混合加压器(8)的输出口由第一混合气管(9)与加热器(10)的混合气体输入口相连通，力口热器(10)的混合气体输出口由第二混合气管(11)与气基竖炉(12)的混合气体输入口相连通。
全文摘要
本发明涉及一种全热氧高炉与竖炉联合生产系统。全热氧高炉与竖炉联合生产系统，它包括高炉和气基竖炉；其特征在于高炉的炉顶的高炉煤气出口由第一高炉煤气管与脱除CO2设备的输入口相连通；脱除CO2设备的第一输出口由第一CO气管与混合加压器的第二输入口相连通，脱除CO2设备的第二输出口由第二CO气管与水煤气变换设备的输入口相连通，水煤气变换设备的输出口由氢气管与混合加压器的第一输入口相连通；混合加压器的输出口由第一混合气管与加热器的混合气体输入口相连通，加热器的混合气体输出口由第二混合气管与气基竖炉的混合气体输入口相连通。该系统可提高高炉煤气的利用价值，煤气循环使用，CO2排放量显著降低。
文档编号C21B5/00GK102758038SQ20121026748
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者刘行波, 周强, 唐恩, 喻道明, 李菊艳, 王小伟, 范小刚 申请人:中冶南方工程技术有限公司