專利名稱:海綿鐵生產(chǎn)工藝的制作方法
本發(fā)明涉及在回轉(zhuǎn)爐中用固體碳素還原劑直接還原含氧化鐵的物質(zhì)生產(chǎn)海綿鐵的工藝，在該工藝中，從回轉(zhuǎn)爐卸出的爐料被分為海綿鐵和含剩余碳的物質(zhì)，含碳物質(zhì)在有循環(huán)流化床的流化床反應(yīng)器中燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱除散失外用于發(fā)電。
在回轉(zhuǎn)爐中用固體碳素還原劑直接還原氧化鐵生產(chǎn)海綿鐵的過程中，僅僅只有還原劑中固定碳份(FC)能夠用于還原氧化鐵。在大多數(shù)情況下，還原劑中易燃的揮發(fā)性成分只有一部分用于預(yù)熱加熱區(qū)中的爐料。其結(jié)果是，排氣中仍然含有易燃的氣態(tài)成分，并夾帶著由部分易燃還原劑組成的爐塵。排氣中易燃揮發(fā)性成分的含量比較高，如果使用含有高揮發(fā)成分的煤，例如褐煤，則更是如此。為此，如果除了顯熱以外，還要回收易燃熱量，就必須使排氣進(jìn)行二次燃燒。為了避免海綿鐵再次氧化，必須控制生產(chǎn)過程，使從回轉(zhuǎn)爐卸出的爐料，根據(jù)用作還原劑的煤的反應(yīng)性而含有較多或較少的剩余碳。除了剩余碳以外，卸出的爐料還含有已經(jīng)形成了的灰渣和結(jié)合成硫化鈣(Ca s)形式的硫，硫是從海綿鐵中分離出來的。
眾所周知，根據(jù)已公開的3300867德國申請(qǐng)，在補(bǔ)充燃燒室內(nèi)二次燃燒回轉(zhuǎn)爐的排氣、把排氣的熱量用于生產(chǎn)蒸汽，并把蒸汽用于發(fā)電。為了避免過熱和結(jié)痂，必須以多級(jí)形式和澆水冷卻控制溫度的情況下，對(duì)排氣進(jìn)行二次燃燒。汽化潛熱無法用于生產(chǎn)蒸汽。在這種工藝情況下，排氣中所含的細(xì)顆粒固體沒有完全燃燒。從回轉(zhuǎn)爐卸料中的海綿鐵里分離出來的非磁性材料，在循環(huán)流化床中燃燒。燃燒產(chǎn)生的熱通過蒸汽發(fā)生器用于發(fā)電。排氣中的易燃成分僅僅只利用了一部分，包含在排氣中并構(gòu)成污染物的二氧化硫是不排放的。本發(fā)明的目的是使回轉(zhuǎn)爐中無法用于還原氧化鐵的全部多余能量獲得最佳利用，使由二氧化硫(so2)、×氧化氮(NOX)和硫化鈣(Ca s)造成的污染減至最小。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明中將回轉(zhuǎn)爐的含塵排氣供入流化床反應(yīng)器并在那里進(jìn)行二次燃燒，至少將大部分供入流化床反應(yīng)器的含氧氣體，作為流態(tài)化氣體供入流化床反應(yīng)器的下部，在超化學(xué)計(jì)算的氧量條件下，完成易燃組分的燃燒，將流化床反應(yīng)器排氣所夾帶的固體再循環(huán)入流化床反應(yīng)器。而每小時(shí)該循環(huán)固體的重量至少五倍于流化床反應(yīng)器所含有固體的重量。
本發(fā)明使用的流化床不同于“傳統(tǒng)的”流化床，在本發(fā)明的流化床中，由于突然的密度變化，密相和表層氣體區(qū)分離開并形成沒有明確界限層的分布狀態(tài)。在密相和表層氣體區(qū)之間沒有突然的密度變化，但反應(yīng)器中固體的濃度自底部到頂部連續(xù)減少。
操作條件定義用費(fèi)路德(Froude)和阿基米德(Archimede)特征數(shù)表示，其結(jié)果如下0.1≤3/4×F2r× (ρg)/(ρX-ρg) ≤10且0.01≤Ar≤100式中Ar= (dk×g(ρk-ρg))/(ρg×V2)且Fr2= (u2)/(g×dk)
且 u＝有關(guān)氣體速度(米/秒)Ar＝阿基米德(Archimedes)數(shù)Fr＝弗路德(Froude)數(shù)ρg＝氣體密度(公斤/米3)ρk＝固體顆粒密度(公斤/米3)dk＝球形顆粒直徑(米)V＝動(dòng)粘度(米2/秒)g＝萬有引力常數(shù)(米/秒2)在循環(huán)流化床中，固體碳素物質(zhì)的燃燒過程基本上已在美國專利4，165，717和4，111，158中敘述。流化床反應(yīng)器的橫截面可以是園環(huán)形或矩形。下部分可以換成園錐形;如果含氧流態(tài)化氣體的速度較低，將特別希望是上述形態(tài)。含塵排氣最好是在流態(tài)化氣體入口上方、反應(yīng)器總高度的30%處引入，并且可以多級(jí)位供入。在二次氣體入口上方，反應(yīng)器中的氣體速度在4到10米/秒范圍內(nèi)。反應(yīng)器中流化床材料的平均顆粒直徑在50到500微米范圍內(nèi)。反應(yīng)器中的溫度被調(diào)節(jié)在800到1000℃范圍內(nèi)。一般采用空氣作為含氧流態(tài)化氣體。從反應(yīng)器底部或底部以上反應(yīng)器總高度的10%處供入流態(tài)化氣體。如果僅僅是用控制過量的空氣來控制反應(yīng)器溫度，那么由燃燒產(chǎn)生的全部熱量，將在一個(gè)廢熱鍋爐中通過排氣的熱交換而被利用。如果在過量空氣低于約80%的情況下實(shí)現(xiàn)燃燒，就可以獲得更有效的熱利用和較低的裝置與操作成本，而燃燒產(chǎn)生的部分熱量通過流化床反應(yīng)器備有的冷卻表面散失，并且(或者)反應(yīng)器排出的固體流在反應(yīng)器中循環(huán)通過并在流化床冷卻器中冷卻，將流化床冷卻器排出的空氣供入流化床反應(yīng)器。如果循環(huán)流被冷卻，則從流化床冷卻器中排出的空氣，將不僅供入反應(yīng)器下部，還供入反應(yīng)器高度約10%到30%的區(qū)域內(nèi)，從下部測(cè)量上述被排出的空氣，至少有占總量60%的含氧氣體被供入下部區(qū)域?；剞D(zhuǎn)爐可以在固體爐料和氣體氣氛之間的接觸為對(duì)流或順流的方式下操作。
在最佳實(shí)例中，在20到80%過量空氣的條件下實(shí)現(xiàn)超化學(xué)計(jì)算的燃燒，在流化床冷卻器中，間接冷卻從流化床反應(yīng)器排出的固體流，并將其再循環(huán)入流化床反應(yīng)器，而來自流化床冷卻器已加熱了的流態(tài)化氣體，作為二次氣體被供入流化床反應(yīng)器，并且(或者)通過流化床反應(yīng)器備有的冷卻表面散失熱量，將加熱了的冷卻液用于發(fā)電。如果過量空氣的范圍在20到80%內(nèi)，尤其是在30到60%時(shí)，硫化鈣(Ca S)可以很好地氧化成硫酸鈣(CaSO4)，而且二氧化硫(SO2)和氧化鈣(Ca O)將能充分反應(yīng)形成硫酸鈣(CaSO4)，同樣全部可燃燒組分都可完全燃燒，而由燃燒產(chǎn)生的熱量也可以得到經(jīng)濟(jì)的利用。如果使用有問題的固體，由此引起的弄臟冷卻表面的危險(xiǎn)是在流化床冷卻器的下部，此時(shí)尤其要采取循環(huán)固體冷卻方式來散失熱量。
在最佳實(shí)例中，在流態(tài)化氣體入口上方處，將含有剩余碳的物質(zhì)和回轉(zhuǎn)爐含塵排氣供入流化床反應(yīng)器。這種布置將導(dǎo)致下部氣體壓力下降，盡管如此，還是要保證足夠的停留時(shí)間以使上述剩余碳物質(zhì)和含塵排氣完全燃燒。
在最佳實(shí)例中，還向流化床反應(yīng)器補(bǔ)充供入新碳素材料。這一措施使得有可能額外發(fā)電并以簡單方法補(bǔ)償波動(dòng)。
在最佳實(shí)例中，回轉(zhuǎn)爐排氣入口上方處，流化床反應(yīng)器中懸浮物平均密度調(diào)節(jié)在5到50公斤/米3范圍內(nèi)。如果在流化床中冷卻循環(huán)固體，則懸浮物密度最好為5到20公斤/米3;如果通過反應(yīng)器備有的冷卻表面來完成冷卻，則懸浮物密度最好為15到30公斤/米3，而以較高的速度供入新煤的情況下，若屬第一種情況，則懸浮物密度最好為15到30公斤/米3;若屬第二種情況，則懸浮物密度最好為20到50公斤/米3。這些數(shù)值能使每一種情況下，通過相應(yīng)的熱量散失，使流化床反應(yīng)器內(nèi)得到很好的溫度控制。
在最佳實(shí)例中，將在電站內(nèi)可以獲得的爐塵供入流化床反應(yīng)器。爐塵在電站內(nèi)是可以獲得的，也就是作為運(yùn)輸途中轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)煤的碎裂及房間內(nèi)收集灰塵的結(jié)果。這種爐塵容易用上述方式除去，而且它們所含的可燃成分在該情況下可以得到利用。
在最佳實(shí)例中，將硫化物供入流化床反應(yīng)器。如果從回轉(zhuǎn)爐卸出的固體中，鈣與硫的摩爾比低于1.2到1.5的范圍，則將該硫化物供入反應(yīng)器。這一措施保證流化床反應(yīng)器排氣中二氧化硫的含量將低于200毫克/標(biāo)準(zhǔn)米3。
通過一個(gè)實(shí)例并參照附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。
將由鐵礦石、煤和助溶劑組成的爐料(2)在回轉(zhuǎn)爐(1)的裝料端供入回轉(zhuǎn)爐。卸出的爐料(3)在分離段(4)被分為海綿鐵(5)和非磁性材料(6)。非磁性材料(6)包括剩余碳、灰渣和脫硫劑。將排氣(7)供入除塵室(8)。將流態(tài)化氣體(10)供入流化床反應(yīng)器(9)的下部。將非磁性材料(6)通過管道(11)供入流化床反應(yīng)器(9)的下部區(qū)域。將除塵室(8)的排氣在連接管道(11)的入口上方處通過管道(12)供入流化床反應(yīng)器(9)。氣體-固體懸浮物在流化床反應(yīng)器(9)中形成，并充滿整個(gè)流化床反應(yīng)器。通過管道(13)將懸浮物從反應(yīng)器頂部供入循環(huán)旋風(fēng)分離器(14)，在旋風(fēng)分離器(14)中分開氣體和固體。通過管道(15)將已分離的固體再循環(huán)入流化床反應(yīng)器。通過管道(16)將凈化氣體供入蒸汽發(fā)生器(17)，并在那里用冷卻液(18)進(jìn)行間接熱交換冷卻凈化氣體，因而冷卻液(18)被轉(zhuǎn)變成過熱蒸汽，通過管道(19)將過熱蒸汽供入電站(20)用于發(fā)電。通過電線(21)向用戶輸送電力。通過管道(22)將離開蒸汽發(fā)生器(17)的氣體供入旋風(fēng)分離器(23)，并從分離器(23)通過管道(24)進(jìn)入靜電氣體凈化器(25)，從凈化器(25)通過管道(26)排入大氣。通過管道(30)把在蒸汽發(fā)生器(17)、旋風(fēng)分離器(23)和靜電氣體凈化器(25)中所收集的爐塵(27)、(28)、(29)再循環(huán)入流化床反應(yīng)器。通過管道(31)將一部分固體從流化床反應(yīng)器(9)的下部區(qū)域供入流化床冷卻器(32)，并在間接冷卻后，通過管道(33)再循環(huán)入流化床反應(yīng)器(9)。通過管道(34)將該固體的一部分排入渣坑。流化床冷卻器(32)由兩段組成，并從下部供入流態(tài)化空氣(35)。從冷卻器頂部排出已加熱的廢空氣，通過管道(33)將其作為二次空氣供入流化床反應(yīng)器(9)。在流化床冷卻器(32)中，用冷凝水(37)進(jìn)行間接熱交換冷卻固體，從蒸汽發(fā)生器(17)的蒸汽集管供入冷凝水(37)。通過管道(38)排出由于熱交換而產(chǎn)生的飽和蒸汽，并將其供入蒸汽發(fā)生器(17)。通過管道(39)，將在除塵室(8)內(nèi)收集的爐塵供入流化床反應(yīng)器(9)。通過管道(40)，向流化床反應(yīng)器(9)供入爐塵，該爐塵由于轉(zhuǎn)動(dòng)站內(nèi)煤的碎裂和房間內(nèi)所收集的灰塵是可以獲得的。在海綿鐵進(jìn)一步生產(chǎn)期間或鄰近電站中可以獲得的爐塵，也可以被供入流化床反應(yīng)器。通過管道(41)可以向流化床反應(yīng)器(9)供入新煤。反應(yīng)器(9)包括與蒸汽發(fā)生器(17)相連接的冷卻表面(42)。
實(shí)例用直徑為8到16毫米的過燒球團(tuán)礦供入回轉(zhuǎn)爐。該球團(tuán)礦具有以下重量百分比的化學(xué)成分鐵(總量)(Fe總) 6.7兩價(jià)鐵離子(Fe++) 0.8氧化鈣(CaO) 0.6氧化鎂(MgO) 0.3二氧化硅(SiO2) 2.0三氧化二鋁(Al2O3) 0.9其它 0.5還原劑由含15%水份的褐煤塊組成，該煤塊是一種大小不到40毫米的顆粒。它們具有以下干組份重量百分比的成份。
固定碳(FC) 44易揮發(fā)性組分 51灰渣 5硫(S) 0.5回轉(zhuǎn)爐以37，050公斤/時(shí)的裝料速度裝填球團(tuán)礦，以21，900公斤/時(shí)的裝料速度裝填褐煤。全部裝料含有4，240公斤/時(shí)的水以75，000標(biāo)準(zhǔn)米3/時(shí)的送氣速度引入空氣。從回轉(zhuǎn)爐卸出的爐料由卸料速度為26，350公斤/時(shí)的海綿鐵和卸料速度為1120公斤/時(shí)的非磁性材料組成。非磁性材料包含卸料速度為240公斤/時(shí)的固定碳。以101，300標(biāo)準(zhǔn)米3/時(shí)的速度排出氣體，且排氣含有排放速度為2，020公斤/時(shí)的爐塵。該爐塵含有排放速度為750公斤/時(shí)的固定碳。排氣具有以下體積百分比的成份一氧化碳(CO) 6.5二氧化碳(CO2) 18.1氫氣 (H2) 3.2水 (H2O) 14.8氮?dú)?(N2) 57.4排出氣體的溫度為850℃。
以34，000標(biāo)準(zhǔn)米3/時(shí)的送氣速度向流化床反應(yīng)器吹入流態(tài)化空氣。固體以216，000公斤/時(shí)的速度從流化床反應(yīng)器進(jìn)入流化床冷卻器。以220公斤/時(shí)的速度從流化床冷卻器排出固體，并且在400℃下將剩余物再循環(huán)入流化床反應(yīng)器。以14，000標(biāo)準(zhǔn)米3/時(shí)的速度向流化床冷卻器供入流態(tài)化空氣，并在500℃下將其作為二次空氣供入流化床反應(yīng)器。冷卻液體由冷凝水組成，該冷凝水以67，500公斤/時(shí)的速度從蒸汽發(fā)生器的蒸汽集管被供入流化床冷卻器，并作為飽和蒸汽再循環(huán)入過熱器。將含有150克/標(biāo)準(zhǔn)米3爐塵的氣體以144，400標(biāo)準(zhǔn)米3/時(shí)的速度，在850℃溫度下從分離旋流器供入蒸汽發(fā)生器。該氣體在隨后的分離旋流器中被凈化到含有10克/標(biāo)準(zhǔn)米3的爐塵，并在靜電氣體凈化器中進(jìn)一步被凈化到含有約50毫克/標(biāo)準(zhǔn)米3的爐塵。在蒸汽發(fā)生器、旋風(fēng)分離器和靜電氣體凈化器中，以20，200公斤/時(shí)的速度收集爐塵，并將其循環(huán)入流化床反應(yīng)器。在蒸汽發(fā)生器中，以84，200公斤/時(shí)的速度產(chǎn)生100巴和500℃的蒸汽。從而凈電功率共計(jì)為25兆瓦。排氣含有低于200毫克/標(biāo)準(zhǔn)米3的二氧化硫(SO2)和低于200毫克/標(biāo)準(zhǔn)米3的X氧化氮(NOX)。硫事實(shí)上作為硫酸鈣(CaSO4)完全被清除在爐塵中。
本發(fā)明提供的優(yōu)點(diǎn)主要在于，在回轉(zhuǎn)爐中由于直接還原而可以獲得的全部廢熱，以高效率運(yùn)行的單機(jī)組的經(jīng)濟(jì)方式用于發(fā)電，也在于全部固體以一種它們能被排放的形式而可以獲得，還在于廢氣中諸如二氧化硫(SO2)和X氧化氮(NOX)的污染量被減至最小。生產(chǎn)的電力可以很好地適合各種需要，即如果需要減少則可以貯存固體碳素物質(zhì)，如果需要增加則可以消耗所貯存的物質(zhì)或供入補(bǔ)充新煤。甚至在回轉(zhuǎn)爐停閉期也可以滿足其它需要。
權(quán)利要求
1.在回轉(zhuǎn)爐中用固體碳素還原劑直接還原含有氧化鐵的物質(zhì)生產(chǎn)海綿鐵的工藝流程，其中從回轉(zhuǎn)爐卸出的爐料被分為海綿鐵和含剩余碳的物質(zhì)，在有循環(huán)流化床的流化床反應(yīng)器中燃燒含碳物質(zhì)，由燃燒產(chǎn)生的熱量除散失外用于發(fā)電，其特征在于，將來自回轉(zhuǎn)爐的含塵排氣供入流化床反應(yīng)器，并在那里進(jìn)行二次燃燒，至少將被供入流化床反應(yīng)器的大部分含氧氣體，作為流態(tài)化氣體供入流化床反應(yīng)器的下部，在超化學(xué)計(jì)算的氧量條件下，完成易燃組分的燃燒，將流化床反應(yīng)器排出氣體所夾帶的固體再循環(huán)入流化床反應(yīng)器。而每小時(shí)該循環(huán)固體的重量至少五倍于流化床反應(yīng)器所含固體的重量。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的工藝，其特征在于，在20到80%過量空氣的條件下，完成超化學(xué)計(jì)算的燃燒，從流化床反應(yīng)器排出固體流，使其在流化床冷卻器中間接冷卻，并再循環(huán)入流化床反應(yīng)器，將來自流化床冷卻器的已加熱的流態(tài)化氣體，作為二次氣體供入流化床反應(yīng)器，并且(或者)通過流化床反應(yīng)器備有的冷卻表面散失熱，將已加熱的冷卻液體用于發(fā)電。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1工藝，其特征在于，在流態(tài)化氣體入口上方處，向流化床反應(yīng)器供入含有剩余碳物質(zhì)和回轉(zhuǎn)爐的含塵排氣。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的工藝，其特征在于，向流化床反應(yīng)器補(bǔ)充供入新的碳素物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的工藝，其特征在于，回轉(zhuǎn)爐排氣入口上方處，流化床反應(yīng)器中懸浮物的平均密度被調(diào)節(jié)為5到50公斤/米3。
6.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的工藝，其特征在于，向流化床反應(yīng)器供入可以獲得的爐塵。
7.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的工藝，其特征在于，通過除塵室，向流化床反應(yīng)器供入回轉(zhuǎn)爐的排氣，并且將在除塵室內(nèi)收集的爐塵分開供入流化床反應(yīng)器。
8.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的工藝，其特征在于，向流化床反應(yīng)器供入硫化物。
專利摘要
在轉(zhuǎn)爐中通過直接還原含氧化鐵的物質(zhì)生產(chǎn)海綿鐵；回轉(zhuǎn)爐卸出的爐料分為海綿鐵和含剩余碳的物質(zhì)，在流化床反應(yīng)器中燃燒含碳物質(zhì)，由燃燒產(chǎn)生的熱量除散失外用于發(fā)電。為確保利用回轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中的剩余能量，并把二氧化硫、×氧化氮和硫化鈣成分減至最小，將回轉(zhuǎn)爐含塵排氣供入流化床反應(yīng)器進(jìn)行二次燃燒，進(jìn)入流化床反應(yīng)器的大部分含氧氣體，在超化學(xué)計(jì)算的氧量條件下，完成易燃組分的燃燒，把流化床反應(yīng)器排出氣體所夾帶的固體再循環(huán)入流化床反應(yīng)器。
文檔編號(hào)F22B1/00GK85104824SQ85104824
公開日1986年12月17日 申請(qǐng)日期1985年6月22日
發(fā)明者喬治·達(dá)拉蒂莫斯, 馬丁·赫希, 沃爾弗羅姆·施內(nèi)布爾 申請(qǐng)人:金屬股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan