[發(fā)明專利]一種采用核反應(yīng)系統(tǒng)為生產(chǎn)海綿鐵工藝供熱的系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107419048A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 員曉;范志輝;劉亮;曹志成;吳道洪
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇省冶金設(shè)計院有限公司
• 主分類號: C21B13/02
• 分類號: C21B13/02
• 代理公司: 北京連和連知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11278
• 代理人: 劉小峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及冶金化學(xué)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種采用核反應(yīng)系統(tǒng)為生產(chǎn)海綿鐵工藝供熱的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

我國是鋼鐵生產(chǎn)大國，2015年我國大陸粗鋼產(chǎn)量為8.04億噸，占全球總產(chǎn)量49.5％。但是鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，鐵鋼比高、電爐鋼比例小，部分特殊的鋼材品種還需進(jìn)口，我國生鐵產(chǎn)量主要是以高爐煉鐵-轉(zhuǎn)爐煉鋼的長流程為主生產(chǎn)的，能源資源消耗大、CO₂排放高。氣基豎爐直接還原技術(shù)作為主要的非高爐煉鐵技術(shù)在國外已得到成熟應(yīng)用。氣基豎爐直接還原技術(shù)無需高爐煉鐵涉及到的燒結(jié)、焦化兩個高耗能、高污染工序，具有流程短、節(jié)能減排效果明顯等優(yōu)勢。這是改善我國鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)清潔冶煉的重要生產(chǎn)技術(shù)。

與高爐等長流程相比，氣基豎爐直接還原技術(shù)可有效降低CO₂排放，但就其自身而言，該工藝中天然氣重整器所需熱量全部來源來自于天然氣及工藝中爐頂煤氣的燃燒，仍然產(chǎn)生大量的CO₂氣體，排放到大氣中，帶來嚴(yán)重環(huán)境問題。核能作為一種清潔的一次能源，具有能量密度高的優(yōu)點(diǎn)。目前，在國內(nèi)利用核能技術(shù)已建有多個核電站，并進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營階段。核能的產(chǎn)生過程不向環(huán)境排放溫室氣體和其它有害廢物，是一種無排放的能源。將核能應(yīng)用于煉鐵領(lǐng)域，將有效的降低化石能源的消耗，減少CO₂排放。Midrex和HYL-Ⅲ兩種豎爐直接還原工藝，都采用天然氣重整方法制取還原氣，進(jìn)而還原鐵礦石。Midrex基本工藝流程中，天然氣與經(jīng)過處理后的60％～70％的爐頂煤氣混合進(jìn)入換熱器進(jìn)行預(yù)熱，換熱器以重整器尾氣為熱源。預(yù)熱后的混合氣進(jìn)入重整器催化裂化產(chǎn)生還原氣，其溫度為850～900℃。其余未利用的爐頂煤氣在添加適量天然氣后，作為重整器燃料。重整器尾氣排出后進(jìn)入換熱器，依次對助燃空氣和混合原料氣進(jìn)行預(yù)熱。HYL-Ⅲ工藝以水蒸氣為裂化劑，以天然氣為原料，混合后首先進(jìn)入換熱器預(yù)熱，隨后通入重整器催化裂化制取還原氣。重整器熱源來自天然氣和部分爐頂煤氣燃燒，重整器煙氣顯熱在煙道換熱器中回收，用以預(yù)熱原料氣和水蒸氣，從重整器排出的粗還原氣首先通過一個熱量回收裝置，用于水蒸氣的生產(chǎn)。

兩種工藝流程中的熱量來源全部來自于天然氣和爐頂氣的氧化燃燒，最終燃料中所有碳都生成CO₂，增加溫室氣體排放。爐頂氣中仍然含有大量的CO和H₂，未被充分利用于還原鐵礦石，部分用于燃燒提供熱量。

因此，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生過多CO₂等技術(shù)缺陷，需要一種還原鐵工藝的供熱源，這樣的供熱源不產(chǎn)生多余的二氧化碳。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種采用核反應(yīng)系統(tǒng)為生產(chǎn)海綿鐵工藝供熱的系統(tǒng)及方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明，提供一種采用核反應(yīng)系統(tǒng)為生產(chǎn)海綿鐵工藝供熱的系統(tǒng)，包含：

核反應(yīng)系統(tǒng)，該核反應(yīng)系統(tǒng)具有第一進(jìn)氣口和第一出氣口；

重整系統(tǒng)，該重整系統(tǒng)包括預(yù)熱器和重整器；重整器具有第二進(jìn)氣口、第二出氣口、第一混合氣進(jìn)口和還原氣出口；預(yù)熱器具有第二混合氣進(jìn)口、第二混合氣出口以及第三進(jìn)氣口和第三出氣口；預(yù)熱器的第三進(jìn)氣口與重整器的第二出氣口相連，預(yù)熱器的第二混合氣出口與重整器的第一混合氣進(jìn)口相連；

中間換熱器，該中間換熱器具有第四進(jìn)氣口、第四出氣口、第五進(jìn)氣口和第五出氣口；中間換熱器的第四進(jìn)氣口與核反應(yīng)系統(tǒng)的第一出氣口相連，中間換熱器的第四出氣口與核反應(yīng)系統(tǒng)的第一進(jìn)氣口相連；中間換熱器的第五出氣口與重整器的第二進(jìn)氣口相連；

氣體凈化系統(tǒng)，該氣體凈化系統(tǒng)包含依次相連的晶格氧氧化裝置、水冷器、分子篩床和脫氮裝置；晶格氧氧化裝置與預(yù)熱器的第三出氣口相連，脫氮裝置與中間換熱器的第五進(jìn)氣口相連；

豎爐系統(tǒng)，該豎爐系統(tǒng)包括豎爐本體和與豎爐本體頂部相連的除塵器；豎爐本體與重整器的還原氣出口相連；

水蒸氣添加系統(tǒng)，該水蒸氣添加系統(tǒng)包括蒸汽發(fā)生器和加濕器；以及

脫碳裝置；

混合裝置；

其中，除塵器與蒸汽發(fā)生器、脫碳裝置、混合裝置和加濕器依次相連；蒸汽發(fā)生器還與混合裝置相連用于向混合裝置輸送水蒸氣；加濕器還與預(yù)熱器的第二混合氣進(jìn)口連通。

進(jìn)一步地，核反應(yīng)系統(tǒng)的核反應(yīng)堆是球床式高溫氣冷堆。

進(jìn)一步地，核反應(yīng)系統(tǒng)的循環(huán)冷卻劑為氦氣。