[發明專利]一種基于高爐渣余熱利用的直接還原煉鐵裝置與方法

有效

• 申請號: 201610325015.4
• 申請日: 2016-05-17
• 公開（公告）號: CN105779679B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 羅思義;王俊芝
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: C21B13/10
• 分類號: C21B13/10;C21B3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及能源回收利用領域，具體涉及一種基于高爐渣余熱利用的直接還原煉鐵裝置與方法。

背景技術

為擺脫焦煤資源短缺對發展的羈絆、適應日益提高的環境保護要求、降低鋼鐵生產能耗，現代鋼鐵工業開發了以非結焦煤為基礎能源的非高爐煉鐵技術，其中的直接還原法是鐵氧化物在不熔化、不造渣且在固態下還原生成金屬鐵產品，是一種清潔的生產方式。然而，由于缺少合理的熱源，制成制約其工業化大規模生產的瓶頸。

高爐渣是鋼鐵生產過程的主要副產品，含熱量豐富，每生產1噸生鐵要副產0.3～0.6噸爐渣，每噸渣約含有（1.26～1.88）×10⁶kJ的顯熱。爐渣所含有的余熱量高但其品味較低，目前，還沒有找到有效的回收與利用途徑。高爐渣所具有的溫度和熱量，恰好滿足直接還原煉鐵工藝的要求，為其提供“免費”能源，有效解決直接還原鐵生產成本高制約其產業化的難題。

專利“高爐渣余熱回收與直接還原聯合生產系統及方法”（申請號201510531284.1）公開了一種高爐渣顯熱回收與利用的裝置和方法，該方法是利用爐渣的顯熱進行煤粉的氣化，并將煤粉氣化產生的富含H₂和CO的氣體通入到還原豎爐當中進行直接還原鐵的生產。該方法實質是將已經成熟的熔渣粒化技術、煤氣化技術和煤制氣直接還原煉鐵技術進行集成，使高溫熔渣的熱量固化到煤氣中，再采用煤制氣作為煉鐵還原劑，與傳統的直接還原煉鐵技術相比，在還原劑選用與制備上沒有創新，且存在以下問題：

(1) 由于煤氣化所需溫度較高，因此該方法需要采用二次冷卻系統對粒化爐渣進行進一步冷卻，在二次冷卻系統中，粒化渣與空氣進行換熱，但是爐渣表面附著了煤粉氣化殘留的灰分，影響其換熱效果；

(2) 還原豎爐對還原氣組分要求嚴格，煤氣化氣體產物組分通常不能滿足要求，需要額外增加加氫裝置，增加了設備投資和運行成本；

(3) 系統所需反應裝置較多，而且設備復雜，控制困難，流程較長，爐渣需要進行二次冷卻，會導致顯熱浪費多，熱回收效率不高、動力消耗大。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于高爐渣余熱利用的直接還原煉鐵裝置和方法，將液態高爐渣制成高溫爐渣顆粒，并負載還原劑，作為熱載體與鐵礦粉直接接觸實現高效熱質傳遞，使鐵礦粉發生還原反應生產直接還原煉鐵。本發明采用高爐渣余熱作為鐵礦粉直接還原熱源，既實現了高爐渣余熱的高效回收利用，又實現了直接還原鐵低成本、高效的生產。為實現上述發明目的，本發明采用下述技術方案予以實現：

本發明提供一種基于高爐渣余熱利用的直接還原煉鐵裝置，其特征在于：該裝置包括粒化裝置和移動床還原裝置；

所述粒化裝置包括內層粒化區和外層鐵礦粉預熱區，粒化裝置頂部開有液態高爐渣進口，內層粒化區上部設有還原劑噴灑器，中部設有粒化盤，底部設有粒化爐渣出口；外層鐵礦粉預熱區上部開有鐵礦粉進口，與螺旋給料器相連，下部開有預熱鐵礦粉出口與移動床還原反應裝置的預熱鐵礦粉進口相連；

所述移動床還原反應裝置，上部為預混區，下部為還原區；所述預混區頂部分別設有粒化爐渣進口和還原尾氣出口；所述還原區為3~10個“橢圓球形”還原室相連接的結構；

所述移動床還原反應裝置的粒化爐渣進口與粒化裝置的粒化爐渣出口之間，預熱鐵礦粉出口與預熱鐵礦粉進口之間均通過星形給料器相連；還原鐵產品與粒化爐渣由爐渣與還原鐵產物出口排出。

利用上述裝置進行基于高爐渣余熱利用的直接還原煉鐵生產，包括以下步驟：

(1) 由高爐排出的液態高爐渣進入粒化器進行粒化，粒化過程中向爐渣表面噴淋還原劑，使爐渣顆粒表面負載還原劑后，排出粒化器；

(2) 負載還原劑的所述爐渣顆粒進入移動床還原反應裝置內，作為熱載體與預熱后的鐵礦粉均勻混合，還原劑在爐渣顆粒熱載體的作用下和鐵氧化物發生還原反應，生成直接還原鐵產品。

進一步的，所述粒化后爐渣溫度為1000~1200℃。

進一步的，所述粒化后爐渣粒徑控制在2mm以下。

進一步的，所述還原劑為液態，如煤焦油、城市生活垃圾裂解焦油、污泥和秸稈類生物質裂解焦油、塑料和輪胎裂解油等。

進一步的，所述還原劑噴淋量為爐渣質量的60%~100%。

進一步的，所述高爐渣與鐵礦粉輸入質量比為1~2:1。

相比傳統的直接還原煉鐵方法與裝置，本發明有如下優勢：