水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统的制作方法

本实用新型属于直接还原铁生产工艺领域，具体而言，本实用新型涉及水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统。

背景技术：

气化炉用于水煤浆的气化反应，产生粗煤气(主要成分为CO、H2、CO2、CH4以及少量H2S)，经过除尘、脱硫脱碳(脱除粗煤气中的粉尘、H2S和CO2)，经过重整炉，使CH4和H2O发生反应生成CO和H2，最终生成主要成为H2和CO(H2/CO＝1.5)的还原气。

气基竖炉直接还原以还原性气体(CO及H2)为还原剂，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。

技术实现要素：

本实用新型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，本实用新型的一个目的在于提出水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统，采用该系统可以有效实现水煤浆气化炉与气基竖炉的耦合。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出一种水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统，根据本实用新型的实施例，该系统包括：

气化炉，所述气化炉内具有气化腔室，所述气化腔室的内壁设置有第一水冷壁，所述气化炉的顶部设置有烧嘴，所述烧嘴适于向所述气化炉内喷入水煤浆和氧气，所述气化炉的底部具有气化产物出口；

辐射废锅，所述辐射废锅内设置有第二水冷壁，所述辐射废锅具有气化产物入口、排渣口和粗煤气出口，所述气化产物入口与所述气化产物出口相连，

高温旋风分离器，所述高温旋风分离器具有粗煤气入口、预除尘煤气出口和飞灰出口，所述粗煤气入口与所述粗煤气出口相连；

除尘洗涤塔，所述除尘洗涤塔与所述预除尘煤气出口相连；

脱硫脱碳塔，所述脱硫脱碳塔与所述除尘洗涤塔相连；

重整炉，所述重整炉具有煤气-蒸汽入口，还原气出口、燃料-热空气入口、烟气出口，所述煤气-蒸汽入口分别与脱硫脱碳塔和蒸汽供给装置相连，所述燃料-热空气入口分别与所述脱硫脱碳塔和热空气供给装置相连；

气基竖炉，所述气基竖炉具有球团矿入口、还原气入口、还原铁出口和炉顶气出口，所述还原气入口与所述还原气出口相连。

由此，本实用新型上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统能够将气化炉产生的合成气经过洗涤除尘、脱硫脱碳和重整后可以直接用于气基竖炉的还原铁，实现物料和能量的高效利用。

另外，根据本实用新型上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型中，上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统进一步包括：汽包，所述汽包分别与所述第一水冷壁、第二水冷壁的饱和蒸汽出口以及煤气-蒸汽入口相连。

在本实用新型中，上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统进一步包括：湿磨机，所述湿磨机具有原煤入口、水-添加剂入口和返灰入口，所述返灰入口与所述飞灰出口相连。

在本实用新型中，上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统进一步包括：炉顶气洗涤器，所述炉顶气洗涤器具有炉顶气入口和净化炉顶气出口，所述炉顶气入口与所述炉顶气出口相连，所述净化炉顶气出口分别与所述脱硫脱碳塔和所述燃料-热空气入口相连。

在本实用新型中，上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统进一步包括：空气预热器，所述空气预热器具有冷空气入口、热空气出口，热烟气入口和冷烟气出口，所述热烟气入口与所述重整炉烟气出口相连，所述热空气出口与所述燃料-热空气入口相连。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统的结构示意图。

图2是根据本实用新型另一个实施例的利用水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统生产直接还原铁的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出一种水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统，下面参考图1详细描述本实用新型具体实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统。

根据本实用新型实施例水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统包括：

气化炉100，所述气化炉100内具有气化腔室101，所述气化腔室101的内壁设置有第一水冷壁102，所述气化炉100的顶部设置有烧嘴103，所述烧嘴103适于向所述气化炉100内喷入水煤浆和氧气，所述气化炉100的底部具有气化产物出口104；

辐射废锅200，所述辐射废锅200内设置有第二水冷壁201，所述辐射废锅200具有气化产物入口202、排渣口203和粗煤气出口204，所述气化产物入口202与所述气化产物出口104相连，

高温旋风分离器300，所述高温旋风分离器300具有粗煤气入口301、预除尘煤气出口302和飞灰出口303，所述粗煤气入口301与所述粗煤气出口204相连；

除尘洗涤塔400，所述除尘洗涤塔400与所述预除尘煤气出口302相连；

脱硫脱碳塔500，所述脱硫脱碳塔500与所述除尘洗涤塔400相连；

重整炉600，所述重整炉600具有煤气-蒸汽入口601，还原气出口602、燃料-热空气入口603、烟气出口604，所述煤气-蒸汽入口601分别与脱硫脱碳塔500和蒸汽供给装置相连，所述燃料-热空气入口603分别与所述脱硫脱碳塔500和热空气供给装置相连；

气基竖炉700，所述气基竖炉700具有球团矿入口701、还原气入口702、还原铁出口703和炉顶气出口704，所述还原气入口702与所述还原气出口602相连。

由此，本实用新型上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统能够将气化炉产生的合成气经过洗涤除尘、脱硫脱碳和重整后可以直接用于气基竖炉的还原铁，实现物料和能量的高效利用。

根据本实用新型的具体实施例，上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统进一步包括：汽包800，所述汽包800分别与所述第一水冷壁102、第二水冷壁201的饱和蒸汽出口以及煤气-蒸汽入口601相连。具体地，首先气化炉100内在高温下发生气化反应，第一水冷壁102保护气化炉内壁，同时回收气化炉内热量并产生过热水蒸气，由气化炉100排出的高温粗合成气进入辐射废锅200内，利用第二水冷壁201进行热量回收并产生过热水蒸气。进一步地，将第一水冷壁102和第二水冷壁201内产生的蒸汽通入汽包800内，并进一步通入重整炉600内用于净化后煤气的重整反应，以便得到还原气。因此，通过设置汽包800实现了系统内部物料和能量的高效利用，避免了外供蒸汽，节省了能耗。

根据本实用新型的具体实施例，上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统进一步包括：湿磨机900，所述湿磨机900具有原煤入口901、水-添加剂入口902和返灰入口903，所述返灰入口903与所述飞灰出口303相连。由此，首先利用湿磨机900可以对原煤进行磨浆，以便得到水煤浆便于气化反应。其次，可以将高温旋风分离器300分离出的飞灰返回制水煤浆并进一步制备合成气，进而避免原煤浪费，提高资源利用率。

根据本实用新型的具体实施例，上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统进一步包括：炉顶气洗涤器1000，所述炉顶气洗涤器1000具有炉顶气入口1001和净化炉顶气出口1002，所述炉顶气入口1001与所述炉顶气出口704相连，所述净化炉顶气出口1002分别与所述脱硫脱碳塔500和所述燃料-热空气入口603相连。由此利用炉顶气洗涤器1000可以对气基竖炉700内产生的炉顶气进行净化并再利用，其中一部分净化炉顶气可以直接被通入重整炉700内为重整反应提供热源，另一部分的所述净化炉顶气可以被通入脱硫脱碳塔500内进行脱硫脱碳处理，最后与净化后煤气一同进行重整反应并用于气基竖炉700内的直接还原铁反应。由此，通过设置上述炉顶气洗涤器1000可以进一步实现气基竖炉700内的竖炉炉顶气的再利用。

根据本实用新型的具体实施例，上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统进一步包括：空气预热器1100，所述空气预热器1100具有冷空气入口1101、热空气出口1102，热烟气入口1103和冷烟气出口1104，所述热烟气入口1103与所述重整炉烟气出口604相连，所述热空气出口1102与所述燃料-热空气入口603相连。由此，通过设置空气预热器1100并进一步地将热烟气入口1103与所述重整炉烟气出口604相连，进而可以有效地利用重整炉600自身产生的高温烟气对重整炉600燃烧所需的空气进行预热，进而实现能量的高效利用。

为了更加方便理解本实用新型上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的系统，下面对利用该系统生产直接还原铁的方法进行详细描述。

如图2所示，根据本实用新型实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的方法包括：

利用带水冷壁的气化炉对水煤浆进行气化反应，以便得到气化产物，并产生蒸汽；

使得所述气化产物进入辐射废锅内进行热量回收和分离，以便得到粗煤气和废渣，并产生蒸气；

将所述粗煤气通入高温旋风分离器内进行除灰，以便分离出飞灰并得到预除尘煤气；

将所述预除尘煤气依次通入除尘洗涤塔和脱硫脱碳塔内进行除尘和脱硫脱碳，以便得到净化后煤气；

将一部分的所述净化后煤气与蒸汽混合并通入重整炉内进行重整反应，以便得到还原气，将另一部分的所述净化后煤气与热空气混合通入所述重整炉内为所述重整反应提供热源，并产生热烟气；

将所述还原气通入气基竖炉内对所述气基竖炉内的球团矿进行还原，以便得到还原铁并产生炉顶气。

由此，通过采用本实用新型上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的方法能够将气化炉产生的合成气经过洗涤除尘、脱硫脱碳和重整后可以直接用于气基竖炉的还原铁，实现物料和能量的高效利用。

根据本实用新型的具体实施例，上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的方法进一步包括：将所述气化炉和所述辐射废锅产生的蒸汽通入汽包内，以便为所述净化后煤气的重整反应提供蒸汽。具体地，首先气化炉内在高温下发生气化反应，气化炉内的第一水冷壁保护气化炉内壁，同时回收气化炉内热量并产生过热水蒸气，由气化炉排出的高温粗合成气进入辐射废锅内，利用辐射废锅内的第二水冷壁进行热量回收并产生过热水蒸气。进一步地，将第一水冷壁和第二水冷壁内产生的蒸汽通入汽包内，并进一步通入重整炉内用于净化后煤气的重整反应，以便得到还原气。因此，通过设置汽包实现了系统内部物料和能量的高效利用，避免了外供蒸汽，节省了能耗。

根据本实用新型的具体实施例，上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的方法进一步包括：将所述高温旋风分离器分离出飞灰返回湿磨机用于制备气化反应的水煤浆。由此，可以将高温旋风分离器分离出的飞灰返回制水煤浆并进一步制备合成气，进而避免原煤浪费，提高资源利用率。

根据本实用新型的具体实施例，上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的方法进一步包括：将所述炉顶气通入炉顶气洗涤器内进行洗涤处理，以便得到净化炉顶气，将一部分的所述净化炉顶气通入所述重整炉内为所述重整反应提供热源，将另一部分的所述净化炉顶气通入所述脱硫脱碳塔内。由此利用炉顶气洗涤器可以对气基竖炉内产生的炉顶气进行净化并再利用，其中一部分净化炉顶气可以直接被通入重整炉内为重整反应提供热源，另一部分的所述净化炉顶气可以被通入脱硫脱碳塔内进行脱硫脱碳处理，最后与净化后煤气一同进行重整反应并用于气基竖炉内的直接还原铁反应。由此，通过设置上述步骤可以进一步实现气基竖炉内的竖炉炉顶气的再利用。

根据本实用新型的具体实施例，上述实施例的水煤浆气化炉与气基竖炉联合生产直接还原铁的方法进一步包括：将所述重整炉内产生的热烟气通入空气预热器内对空气进行预热，并将得到的热空气为所述重整反应提供热源。由此，通过设置空气预热器可以有效地利用重整炉自身产生的高温烟气对重整炉燃烧所需的空气进行预热，进而实现能量的高效利用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。