[發明專利]控制氮氣富集的氣基直接還原煉鐵方法及系統

有效

• 申請號: 202011510100.0
• 申請日: 2020-12-19
• 公開（公告）號: CN112795718B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 覃開偉;鄭艾軍;陳俊;賈建平;李洋;王中華;李曉兵;劉浩;韓濤;劉穎義
• 申請（專利權）人: 宣化鋼鐵集團有限責任公司
• 主分類號: C21B13/02
• 分類號: C21B13/02;F01K13/00;F01K11/00
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 代理人: 趙幸

本發明公開了一種控制氮氣富集的氣基直接還原煉鐵方法及系統，所述方法工藝為：（Ⅰ）所述直接還原后的爐頂氣其中一部分經補壓后與還原工藝氣匯合，再次參與還原反應；（Ⅱ）所述直接還原后的爐頂氣的另一部分進入利用余壓發電；所述余壓發電后的爐頂氣燃燒以加熱生成蒸汽；所述燃燒過程排出的煙氣進行排放；（Ⅲ）所述步驟（Ⅱ）生成的蒸汽部分進行蒸汽發電。本方法通過兩步能量的轉換，產生的蒸汽和電力都可引入直接還原系統中使用；可以靈活的調整引流用于“排氮”的爐頂氣體的數量，從而實現有效的控制整個工藝循環氣體中的氮氣富集程度，從而最大化的實現工廠本身的經濟效益；具有降低氮氣富集效果好、能源利用率高、節能減排等特點。

技術領域

本發明涉及一種直接還原煉鐵系統和方法，尤其是一種在氣基直接還原工藝中合理控制氮氣富集程度的方法。

背景技術

在傳統的100%使用天然氣的直接還原工藝中，由于補給氣體中的氮氣含量近乎于無，并不存在氮氣富集的問題。然而，在使用工業合成氣（如煤制氣）或工業尾氣（如焦爐煤氣）的直接還原工藝中，由于還原性氣體含有部分氮氣，而氮氣并不參與還原，因此，在對爐頂氣進行回收再循環利用的過程中，氮氣會逐漸富集，使得工藝循環氣體中氮氣比例越來越高。

工藝循環氣體中所富集的氮氣，一方面會降低還原性氣體（H₂、CO）的分壓，影響還原效率、降低生產率；另一方面會增大工藝循環氣體的體積，進而增加氣體壓縮、加熱過程的能耗，使整體工藝的能耗上升、噸直接還原鐵的成本增加。

通常來講，要降低工藝循環氣體中氮氣的富集程度，途徑有兩種：一是對補給氣體（如焦爐煤氣）的制備工藝進行優化，降低其氮氣含量（即減少入口氣體的氮氣比例）；二是將更多的爐頂氣體導入到加熱爐用作燃氣，通過加熱爐煙囪更多的增加系統中氮氣的排出量。

第一個途徑會使補給氣體的制備工藝更加復雜，增加其制備成本。第二個途徑受加熱爐本身的燃氣需求量影響，直接換原廠所配備的加熱爐通常所需求的燃氣量相比工藝氣體總量較小，通過這種途徑增加的排氮量十分有限。

因此，針對存在氮氣富集問題，尚缺少一種有效的合理控制氮氣富集程度的氣基直接還原煉鐵方法和系統。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能合理有效地控制氮氣富集的氣基直接還原煉鐵方法；本發明還提供了一種控制氮氣富集的氣基直接還原煉鐵系統。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：（Ⅰ）所述直接還原后的爐頂氣其中一部分經補壓后與還原工藝氣匯合，再次參與還原反應；

（Ⅱ）所述直接還原后的爐頂氣的另一部分進入利用余壓發電；所述余壓發電后的爐頂氣燃燒以加熱生成蒸汽；所述燃燒過程排出的煙氣進行排放；

（Ⅲ）所述步驟（Ⅱ）生成的蒸汽部分進行蒸汽發電。

本發明所述步驟（Ⅲ）中，生成的蒸汽部分進入蒸汽管網。

本發明所述步驟（Ⅱ）中入余壓發電產生的電力和步驟（Ⅲ）中蒸汽發電產生的電力送入電力管網。

本發明所述步驟（Ⅰ）中，匯合爐頂氣后的還原工藝氣經氣體重整和加熱后參與還原反應。

本發明系統為：其包括直接還原豎爐反應器；所述直接還原豎爐反應器的爐頂氣出口通過管路依次連通頂氣熱交換器、頂氣洗滌系統和氣體壓縮裝置；所述氣體壓縮裝置的出氣口與還原氣進氣管路連通，還原氣進氣管路與直接還原豎爐反應器的進氣口連通；所述頂氣洗滌系統的出氣口通過管路還連通有余壓發電裝置，余壓發電裝置的出氣口通過管路連通鍋爐，鍋爐的煙氣出口連通煙氣排放管路；所述鍋爐的蒸汽出口通過管路連通蒸汽發電裝置。

本發明系統所述鍋爐的蒸汽出口還通過管路連通蒸汽管網；所述蒸汽發電裝置的蒸汽出口通過管路連通蒸汽管網。

本發明系統所述余壓發電裝置和蒸汽發電裝置的電力輸出端均通過線路連接電力管網。