本发明属于富氢氧气高炉炼铁领域，具体涉及一种循环煤气提质利用富氢氧气高炉炼铁方法。
背景技术：
现有高炉炼铁流程大量耗费焦炭，而焦炭的炼焦过程对环境污染及其严重，目前焦炭在高炉炼铁流程中主要有还原和骨架两个主要的作用，而焦炭在高炉中的骨架作用目前仍没有找到合适的方法来代替，因此为了提高高炉炼铁的环境友好性，研究人员都在对焦炭的还原作用的替代方案上进行各种深入研究。富氧高炉就是其中的一个方向，利用鼓风的时候鼓入富氧空气，同时喷吹入煤粉，从而采用大量的煤粉来替代焦炭的还原作用。但是在鼓入富氧空气的同时会将氮气也鼓入到高炉中，而氮气在上升过程中会将大量热量带入到炉顶煤气中，而带有大量热量炉顶煤气的徒带走大量热量而不能有效利用，从而造成能量的大量损失。除了富氧高炉，全氧高炉也在研究者的研究中，鼓入的气体全部采用氧气，基本没有氮气的鼓入量，使得还原反应主要在高炉下部完成，但是这样的做法又导致上升的煤气量大量减少，导致高炉上冷下热，炉料得不到充分的预热，从而容易造成高炉顺行故障。并且全氧高炉虽然减少了焦炭的使用量，但是煤粉的燃烧也会带来一定的环境污染，如何进一步减少煤质燃料的使用也成了科研工作者的研究重点。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种富氢氧气高炉炼铁方法。
具体通过如下技术手段实现：
一种富氢氧气高炉的炼铁方法，包括如下步骤：
(1)在氧气高炉的炉缸中下部通入纯氧、煤粉、氢气和高温提质煤气，在氧气高炉的炉身下部也通入高温提质煤气，在氧气高炉炉顶加入矿石和焦炭，炉顶产生的炉顶煤气通过管道通入到煤气提质加热炉中，在煤气提质加热炉中形成高温提质煤气和低温提质煤气，其中高温提质煤气通过炉身下部和炉缸中下部再次通入到氧气高炉中。
(2)所述氧气高炉在炉缸中下部环形设置有氧气鼓风口、喷煤口、氢气入口和下部提质煤气入口，在高炉炉身下部设置有上部提质煤气入口，所述氧气鼓风口用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，氢气入口用于喷入氢气，下部提质煤气入口和上部提质煤气入口用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气。
(3)所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔、液渣室以及煤粉上料装置，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉通过上部内管顶端设置的煤粉物料入口加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，通过氧气与煤粉不完全燃烧产生CO并且产生大量的热量，炉顶煤气中的CO2在高温环境下与煤粉中的C反应生成CO，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气，所述高温提质煤气包括CO、H2和H2O，并且三者体积比为CO：H2：H2O＝(55～75):(10～25):(0.5～5)，所述低温提质煤气用于燃气发电或轧钢加热。
所述煤粉上料装置包括上部链轮、中部链轮、下部链轮、上部横滑轨、斜滑轨、下部横滑轨、料斗、煤粉池，所述煤粉物料入口的开口横向设置，所述上部链轮设置在所述煤粉物料入口的顶端并通过第一链条与所述料斗的上端连接，所述上部横滑轨设置在横向设置的所述煤粉物料入口的开口下端，另一端与所述斜滑轨相连，所述下部横滑轨横向设置并与所述斜滑轨的下端连接，所述料斗的侧部固定设置有滑块，所述滑块能够与所述上部横滑轨、斜滑轨以及下部横滑轨相配合并使得料斗在其上滑动，所述中部链轮设置在所述斜滑轨与下部横滑轨接触部位的侧部，所述下部链轮设置在所述下部横滑轨远离斜滑轨一端的侧部，并通过第二链条绕过所述中部链轮与料斗的下端相连接，所述煤粉池设置在整个煤粉上料装置的下端。
作为优选，所述煤粉上料装置还包括控制装置，用于控制上部链轮和下部链轮的转动。
作为优选，所述高温提质煤气入高炉的温度为900～1200℃。
作为优选，所述喷入氢气的体积量为所述高温提质煤气量的30～50％。
作为优选，所述氧气高炉中的炉料结构为烧结矿：球团矿：块矿重量比为(5～6):(2～2.5):(1～1.5)；炉顶煤气包括CO、CO2和H2O，并且三者体积比为CO：CO2：H2O＝(62～68):(25～30):(15～26)。
所述下部提质煤气入口与所述上部提质煤气入口之间的距离为L，上部提质煤气入口与炉顶的距离为L’，其中L：L’为(0.5～1)：(1.5～2.1)，所述上部提质煤气入口与炉身外壁下部的夹角为α，所述α的夹角度数范围为98～132°。
作为优选，所述料斗的开口方向为：料斗在斜滑轨滑动的时候开口向上、在上部横滑轨滑动时开口朝向所述煤粉物料入口的开口。
本发明的效果在于：
1，通过对煤气提质加热炉整体结构进行改进，使得提质煤气大量以高温提质煤气的形式产出，而少量以低温提质煤气产出也起到了预热煤粉的作用。尤其是对煤气提质加热炉的上料装置进行了改进，减少了人力根据实践经验来进行添煤做法带来的不准确性，通过设置上下链轮来控制料斗的上料和回煤仓动作，只需要通过多次观察高炉顺行和产渣量就可合理设定单位时间内的上料次数，并且通过将煤仓设置在下部，通过料斗在特定结构滑轨上滑行使得煤粉在料斗内进行多次抖动(拐角处的抖动和滑轨不同方向导致料斗的转动)，从而可以实现煤粉在料斗内不残留，更加精确的控制煤粉的添加量从而更加精确的控制提质煤气的产出成分和产出温度(由于煤粉的量可以控制提质煤气中残留CO2的量，而CO2+C—CO是一个吸热过程，因此也可以通过控制煤粉的量来控制气体温度)。
2，通过在高炉炉身部位也设置了高温提质煤气入口，解决了富氢氧气高炉上冷下热的问题，同时还进一步的对铁矿石进行了一定程度的预热，使得高炉内部整体热量利用和炉料顺行达到了最佳的优化效果。同时由于解决了氧气高炉上冷下热的问题，煤粉能够更加合理的充分利用，从而使得炉顶添加的焦炭使用量大幅度降低，减少了焦炭的使用从而减少了环境污染。
通过在炉缸部位设置了氢气入口，采用相对较多的氢气喷入量来代替部分煤粉的喷入量，使得焦炭和煤粉的使用量都达到了减少的目的。由于喷入了相对较多的氢气，导致炉顶煤气成分发生了变化(CO的相对比例减少了)，继而导致从煤气提质加热炉来的高温提质煤气的成分比例产生了变化，高温提质煤气的提温作用比例得到提高。
3，通过将炉顶煤气合理的通过煤气提质加热炉进行CO2和部分H2O的转化，由于氧气和煤粉的不充分燃烧带来大量的热量(同时还有炉顶煤气带入的热量)，使得CO2+C—CO的反应能够顺利高效的进行，而产生的煤气由于去除了CO2，从而煤气质量得到了大幅度提升，并且煤气是带有大量热量的，高温煤气上升过程中大部分进入到内管和外管中间的区域(由于内管内部有新加入的煤粉，阻碍气体的进入)从而形成高温提质煤气，少部分进入到内管中与新加入的煤粉进行热交换，从而实现对煤粉的预热，本身温度降低，产出的低温提质煤气无需降温即可以进行常规煤气储存，用于钢厂其他生产需要。从而非常合理的利用了炉顶煤气，同时也非常合理的利用了过程中的热量，使得从物质到能量都得到了很优化的循环利用，大大降低了成本和环境承载压力。
附图说明
图1为本发明富氢氧气高炉设备结构示意图。
其中：11-炉身，12-炉缸，13-喷煤口，14-氧气鼓风口，15-上部提质煤气入口，16-矿石和焦炭入口，17-炉顶煤气出口，18-下部提质煤气入口，19-氢气入口，21-上部内管，22-下部外管，23-反应腔，24-液渣室，25-氧气入口，26-炉顶煤气入口，27-低温提质煤气出口，28-煤粉物料入口，281-上部链轮，282-中部链轮，283-下部链轮，284-上部横滑轨，285-斜滑轨，286-下部横滑轨，287-料斗，288-煤粉池，29-高温提质煤气出口。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种富氢氧气高炉的炼铁方法，包括如下步骤和装置设置方法：
(1)在氧气高炉的炉缸中下部通入纯氧、煤粉、氢气和高温提质煤气，在氧气高炉的炉身下部也通入高温提质煤气，在氧气高炉炉顶加入矿石和焦炭，炉顶产生的炉顶煤气通过管道通入到煤气提质加热炉中，在煤气提质加热炉中形成高温提质煤气和低温提质煤气，其中高温提质煤气通过炉身下部和炉缸中下部再次通入到氧气高炉中。
所述高温提质煤气入高炉的温度为1000～1160℃。
(2)所述氧气高炉在炉缸中下部环形设置有氧气鼓风口、喷煤口、氢气入口和下部提质煤气入口，在高炉炉身下部设置有上部提质煤气入口，所述氧气鼓风口用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，氢气入口用于喷入氢气，下部提质煤气入口和上部提质煤气入口用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气。
(3)所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔、液渣室以及煤粉上料装置，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉通过上部内管顶端设置的煤粉物料入口加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，通过氧气与煤粉不完全燃烧产生CO并且产生大量的热量，炉顶煤气中的CO2在高温环境下与煤粉中的C反应生成CO，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气，所述高温提质煤气包括CO、H2和H2O，并且三者体积比为CO：H2：H2O＝58:21:1.2，所述低温提质煤气用于燃气发电或轧钢加热。
所述煤粉上料装置包括上部链轮、中部链轮、下部链轮、上部横滑轨、斜滑轨、下部横滑轨、料斗、煤粉池和控制装置，所述煤粉物料入口的开口横向设置，所述上部链轮设置在所述煤粉物料入口的顶端并通过第一链条与所述料斗的上端连接，所述上部横滑轨设置在横向设置的所述煤粉物料入口的开口下端，另一端与所述斜滑轨相连，所述下部横滑轨横向设置并与所述斜滑轨的下端连接，所述料斗的侧部固定设置有滑块，所述滑块能够与所述上部横滑轨、斜滑轨以及下部横滑轨相配合并使得料斗在其上滑动，所述中部链轮设置在所述斜滑轨与下部横滑轨接触部位的侧部，所述下部链轮设置在所述下部横滑轨远离斜滑轨一端的侧部，并通过第二链条绕过所述中部链轮与料斗的下端相连接，所述煤粉池设置在整个煤粉上料装置的下端。所述控制装置，用于控制上部链轮和下部链轮的转动。
所述喷入氢气的体积量为所述高温提质煤气量的39％。
所述氧气高炉中的炉料结构为烧结矿：球团矿：块矿重量比为5.2:2.1:1.1；炉顶煤气包括CO、CO2和H2O，并且三者体积比为CO：CO2：H2O＝63:26:19。
对比例1
其他条件和设置与实施例1相同，仅将氢气入口不通入氢气，在保证高炉炉料顺行的情况下，最终测得煤粉用量比实施例1增加了21kg·tHM-1。
实施例2
如图1所示：一种富氢氧气高炉的炼铁方法，包括如下步骤和装置设置方式：
(1)在氧气高炉的炉缸中下部通入纯氧、煤粉、氢气和高温提质煤气，在氧气高炉的炉身下部也通入高温提质煤气，在氧气高炉炉顶加入矿石和焦炭，炉顶产生的炉顶煤气通过管道通入到煤气提质加热炉中，在煤气提质加热炉中形成高温提质煤气和低温提质煤气，其中高温提质煤气通过炉身下部和炉缸中下部再次通入到氧气高炉中。
(2)所述氧气高炉在炉缸中下部环形设置有氧气鼓风口、喷煤口、氢气入口和下部提质煤气入口，在高炉炉身下部设置有上部提质煤气入口，所述氧气鼓风口用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，氢气入口用于喷入氢气，下部提质煤气入口和上部提质煤气入口用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气。所述高温提质煤气入高炉的温度为1100～1150℃。
(3)所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔、液渣室以及煤粉上料装置，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉通过上部内管顶端设置的煤粉物料入口加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，通过氧气与煤粉不完全燃烧产生CO并且产生大量的热量，炉顶煤气中的CO2在高温环境下与煤粉中的C反应生成CO，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气，所述高温提质煤气包括CO、H2和H2O，并且三者体积比为CO：H2：H2O约＝62:23:2.6，所述低温提质煤气用于燃气发电或轧钢加热。
所述煤粉上料装置包括上部链轮、中部链轮、下部链轮、上部横滑轨、斜滑轨、下部横滑轨、料斗、煤粉池，所述煤粉物料入口的开口横向设置，所述上部链轮设置在所述煤粉物料入口的顶端并通过第一链条与所述料斗的上端连接，所述上部横滑轨设置在横向设置的所述煤粉物料入口的开口下端，另一端与所述斜滑轨相连，所述下部横滑轨横向设置并与所述斜滑轨的下端连接，所述料斗的侧部固定设置有滑块，所述滑块能够与所述上部横滑轨、斜滑轨以及下部横滑轨相配合并使得料斗在其上滑动，所述中部链轮设置在所述斜滑轨与下部横滑轨接触部位的侧部，所述下部链轮设置在所述下部横滑轨远离斜滑轨一端的侧部，并通过第二链条绕过所述中部链轮与料斗的下端相连接，所述煤粉池设置在整个煤粉上料装置的下端。
所述料斗的开口方向为：料斗在斜滑轨滑动的时候开口向上、在上部横滑轨滑动时开口朝向所述煤粉物料入口的开口。
所述煤粉上料装置还包括控制装置，用于控制上部链轮和下部链轮的转动。
所述喷入氢气的体积量为所述高温提质煤气量的35％。
所述氧气高炉中的炉料结构为烧结矿：球团矿：块矿重量比为5.8:2.3:1.2；炉顶煤气包括CO、CO2和H2O，并且三者体积比为CO：CO2：H2O＝(65～66):(28～30):(21～22)。
对比例2
本对比例其他条件和实施例2相同，仅将上料装置采用传统的料带传送煤粉的方式，通过监控高炉顺行状况，造成多次微堵料状况，通过加快和延缓料带的传送使得对高温提质煤气的调整滞后时间较长。
实施例3
富氢氧气高炉装置的设置方式：
如图1所示。
所述氧气高炉在炉缸中下部环形设置有氧气鼓风口、喷煤口、氢气入口和下部提质煤气入口，在高炉炉身下部设置有上部提质煤气入口，所述氧气鼓风口用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，氢气入口用于喷入氢气，下部提质煤气入口和上部提质煤气入口用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气。
所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔、液渣室以及煤粉上料装置，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉通过上部内管顶端设置的煤粉物料入口加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，通过氧气与煤粉不完全燃烧产生CO并且产生大量的热量，炉顶煤气中的CO2在高温环境下与煤粉中的C反应生成CO，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气，所述低温提质煤气用于燃气发电或轧钢加热。
所述煤粉上料装置包括上部链轮、中部链轮、下部链轮、上部横滑轨、斜滑轨、下部横滑轨、料斗、煤粉池，所述煤粉物料入口的开口横向设置，所述上部链轮设置在所述煤粉物料入口的顶端并通过第一链条与所述料斗的上端连接，所述上部横滑轨设置在横向设置的所述煤粉物料入口的开口下端，另一端与所述斜滑轨相连，所述下部横滑轨横向设置并与所述斜滑轨的下端连接，所述料斗的侧部固定设置有滑块，所述滑块能够与所述上部横滑轨、斜滑轨以及下部横滑轨相配合并使得料斗在其上滑动，所述中部链轮设置在所述斜滑轨与下部横滑轨接触部位的侧部，所述下部链轮设置在所述下部横滑轨远离斜滑轨一端的侧部，并通过第二链条绕过所述中部链轮与料斗的下端相连接，所述煤粉池设置在整个煤粉上料装置的下端。
所述料斗的开口方向为：料斗在斜滑轨滑动的时候开口向上、在上部横滑轨滑动时开口朝向所述煤粉物料入口的开口。
所述煤粉上料装置还包括控制装置，用于控制上部链轮和下部链轮的转动。
所述氧气高炉中的炉料结构为烧结矿：球团矿：块矿重量比为5.8:2.2:1.3；炉顶煤气包括CO、CO2和H2O，并且三者体积比为CO：CO2：H2O＝66:28:23。
所述下部提质煤气入口与所述上部提质煤气入口之间的距离为L，上部提质煤气入口与炉顶的距离为L’，其中L：L’为0.9：1.6，所述上部提质煤气入口与炉身外壁下部的夹角为α，所述α的夹角度数范围为122°。