一種閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置及方法
【專利摘要】一種閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置及方法，裝置包括爐體及上、中、下層噴槍；爐體內(nèi)的自由空間設(shè)有爐料入口和煤氣出口；上層噴槍、中層噴槍和下層噴槍的出口分別位于自由空間、渣層空間和渣層空間與鐵水層空間的交界處；渣層空間設(shè)有出渣口，鐵水層空間連通出鐵口。方法為：正常生產(chǎn)時(shí)，加入粉礦和熔劑；排出熔渣和鐵水；上層噴槍向自由空間吹氧；中層噴槍向渣層同時(shí)噴吹粉煤和氧氣；下層噴槍向爐內(nèi)渣鐵界面處同時(shí)噴吹粉煤和氧氣，爐頂煤氣從煤氣出口排出并進(jìn)入除塵凈化系統(tǒng)。粉礦在自由空間發(fā)生閃速間接還原，在熔池內(nèi)發(fā)生直接還原，生產(chǎn)鐵水的同時(shí)產(chǎn)生高熱值煤氣外供。本發(fā)明的裝置及方法充分利用粉煤、粉礦資源、靈活性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高。
【專利說(shuō)明】
一種閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]資源的合理利用和清潔生產(chǎn)已然成為全球鋼鐵行業(yè)發(fā)展的主旋律，高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展至今已有約600年的歷史，目前仍然是最主要的煉鐵方法。但因其自身固有的特性，具有以下幾個(gè)缺點(diǎn):生產(chǎn)流程長(zhǎng)、投資大；系統(tǒng)熱能利用不合理;必須使用高價(jià)的焦炭、塊礦、球團(tuán)和燒結(jié)礦為原燃料;對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重;高爐煤氣的熱值較低，僅約為3.5MJ/Nm3，不宜被直接應(yīng)用。針對(duì)這種情況，世界各國(guó)的冶金工作者們?cè)诮鼛资甑臅r(shí)間里研發(fā)了多種熔融還原煉鐵技術(shù)如COREX工藝、FINEX工藝和HIsarna工藝等等，其發(fā)展的主要目標(biāo)是使鐵水的生產(chǎn)擺脫對(duì)焦炭、塊礦、球團(tuán)、燒結(jié)礦的依賴。目前為止，雖然在熔融還原煉鐵技術(shù)的研發(fā)中已經(jīng)獲得了很多制造和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，但距離最終目標(biāo)還有很長(zhǎng)的路要走。COREX技術(shù)是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的熔融還原煉鐵工藝，并取得了突破性的進(jìn)展。但在其生產(chǎn)過(guò)程中仍需依靠塊礦、球團(tuán)礦、燒結(jié)礦和部分焦炭來(lái)維持爐況順行。與現(xiàn)有先進(jìn)的高爐煉鐵技術(shù)相比，仍缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。韓國(guó)浦項(xiàng)公司引進(jìn)年產(chǎn)鐵水60萬(wàn)t/年的⑶REX C-2000于1995年投產(chǎn)，鑒于⑶REX缺點(diǎn)和問(wèn)題，浦項(xiàng)將⑶REX C-2000改造成年產(chǎn)鐵水60萬(wàn)t/年的FINEX示范裝置并于2007年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。FINEX工藝實(shí)現(xiàn)了以粉礦為原料，采用流化床進(jìn)預(yù)還原，但是此工藝必須配有CO2脫除裝置。另外，粉煤和流化床得到的直接還原鐵都需要壓塊入爐，使得整個(gè)工藝流程復(fù)雜，投資、維護(hù)成本過(guò)大并且操作難度加大。FINEX熔融還原煉鐵技術(shù)能否穩(wěn)定生產(chǎn)有待于進(jìn)一步研究探討。
[0003]閃速煉鐵是熔融還原煉鐵技術(shù)的一種，是以粉礦為主要原料，具有高溫、高強(qiáng)度、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，通常粉礦顆粒在飛行的過(guò)程中完成部分或全部還原；目前，正在被研發(fā)的閃速煉鐵技術(shù)有歐洲ULC0S(Ultra low CO2 Steelmaking)項(xiàng)目中的HIsarna工藝和美國(guó)Utah大學(xué)研究的懸浮熔煉技術(shù)。與傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝相比，HIsarna工藝本身可降低⑶2排放量20%，結(jié)合CCS(Carbon Capture and Storage)技術(shù)預(yù)計(jì)可降低CO2排放量80%;除此之外，完全采用粉礦和粉煤作為原燃料，年產(chǎn)60萬(wàn)t/年的試驗(yàn)廠已經(jīng)取得了階段性成果；因此，在鋼鐵行業(yè)內(nèi)非常具有競(jìng)爭(zhēng)力和吸引力。HIsarna采用旋風(fēng)熔化爐對(duì)粉礦進(jìn)行閃速熔煉，粉礦、熔劑以氧氣為載體沿爐體切線方向噴吹到旋風(fēng)熔化爐內(nèi)，在爐內(nèi)形成復(fù)雜的漩渦流，粉礦在飛行過(guò)程中被還原熔化，最終接觸到水冷爐壁，進(jìn)而沿著爐壁流淌下來(lái)，滴落到熔融還原爐內(nèi)被進(jìn)一步還原。其缺點(diǎn)在于預(yù)還原得到的含鐵熔融物質(zhì)直接與水冷爐壁接觸，之間有強(qiáng)烈的熱交換使得熱損失較大;鐵水對(duì)爐壁的沖刷嚴(yán)重，不利于爐子的長(zhǎng)壽并且維護(hù)成本高;此外，粉礦在旋風(fēng)熔化爐內(nèi)經(jīng)過(guò)閃速還原獲得的預(yù)還原度只有20%左右，因此閃速還原對(duì)整個(gè)工藝效率提高程度有限。Utah大學(xué)的懸浮熔煉工藝采用一種閃速煉鐵爐對(duì)粉礦進(jìn)行預(yù)還原和熔化，粉礦和熔劑以氧氣為載體從閃速煉鐵爐爐頂吹入到高溫爐內(nèi)，迅速的發(fā)生還原、熔化。具有一定還原度的熔融產(chǎn)物最終滴落到熔池內(nèi)，進(jìn)行下一步還原。還原氣體采用出或天然氣，其中一部分直接從爐頂吹入，一部分(或?yàn)榉勖?從熔池底部吹入，該工藝有可能直接用于煉鋼;其缺點(diǎn)在于H2成本高而天然氣有很強(qiáng)的地域性；閃速煉鐵爐內(nèi)還原氣體與粉礦同向流動(dòng)，所需煤氣量非常大。
[0004]目前，煤制氣產(chǎn)業(yè)在我國(guó)發(fā)展并不順利。我國(guó)是一個(gè)“富煤、貧油、少氣”的國(guó)家，原油和天然氣對(duì)外依存度不斷攀升;并且近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)逐漸放緩，而我國(guó)原煤生產(chǎn)能力卻不斷增加，煤炭市場(chǎng)開始步入整體供大于求的局面；因此，發(fā)展煤制氣產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，且能有效的突破我國(guó)“富煤少氣”的能源稟賦限制，具有一定的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。然而，在我國(guó)空氣煤氣和水煤氣的生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)比較成熟，但產(chǎn)生的煤氣熱值較低，分別為5-6MJ/Nm3和10-1IMJ/Nm3。先進(jìn)的煤制氣技術(shù)均掌握在國(guó)外公司手中，我國(guó)煤制氣技術(shù)的發(fā)展正處于初期階段，就引進(jìn)國(guó)外技術(shù)、設(shè)備來(lái)說(shuō)就是一項(xiàng)非常大的投資;此外，從長(zhǎng)期來(lái)看，現(xiàn)有煤制氣技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中會(huì)對(duì)環(huán)境造成重大的影響，首當(dāng)其沖的是水資源即水消耗量非常大，其次還包括二氧化碳排放量高、三廢污染嚴(yán)重和煤炭上游開采收到破壞等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有熔融還原煉鐵技術(shù)的上述不足，提供一種閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置及方法，將熔融還原煉鐵技術(shù)與煤制氣技術(shù)相融合，獲得鐵水和煤氣兩種產(chǎn)品，降低生產(chǎn)成本并達(dá)到充分利用資源的目的。
[0006]本發(fā)明的閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置包括爐體以及穿過(guò)爐體側(cè)壁插入爐體內(nèi)部上層噴槍，中層噴槍和下層噴槍;爐體內(nèi)部分從上倒下依次為自由空間、渣層空間和鐵水層空間；自由空間的頂部設(shè)有爐料入口，上部設(shè)有煤氣出口；上層噴槍的出口位于自由空間內(nèi)，中層噴槍的出口位于渣層空間，下層噴槍的出口位于渣層空間和鐵水層空間的交界處;渣層空間的下部設(shè)有出渣口，鐵水層空間的底部與鐵水排出通道連通，鐵水排出通道的末端為出鐵口。
[0007]上述裝置中，爐料入口同時(shí)與粉礦料斗和溶劑料斗連通。
[0008]上述裝置中，煤氣出口與除塵凈化系統(tǒng)連通。
[0009]上述裝置中，上層噴槍的進(jìn)口與氧氣存儲(chǔ)罐連通，中層噴槍的進(jìn)口同時(shí)與氧氣存儲(chǔ)罐、粉煤料斗和除塵凈化系統(tǒng)連通，下層噴槍的進(jìn)口同時(shí)與氧氣存儲(chǔ)罐和粉煤料斗連通。
[0010]上述裝置中，上層噴槍，中層噴槍和下層噴槍與水平面之間的角度為30°?60°，且向下傾斜。
[0011]上述裝置中，上層噴槍，中層噴槍和下層噴槍的數(shù)量分別為4?8個(gè)。
[0012]上述裝置中，上層噴槍的出口與渣層空間上表面的垂直距離為自由空間高度的I/4-3/4ο
[0013]上述裝置中，中層噴槍的出口與渣層空間上表面的垂直距離為渣層空間高度的I/5?1/2。
[0014]本發(fā)明的閃速煉鐵與煤制氣的一體化方法是采用上述裝置，按以下步驟進(jìn)行:
閃速煉鐵進(jìn)行正常生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)進(jìn)料口向爐內(nèi)加入粉礦和熔劑；同時(shí)通過(guò)出渣口排出熔渣，通過(guò)出鐵口排出鐵水;上層噴槍向自由空間吹氧；中層噴槍向渣層同時(shí)噴吹粉煤和氧氣；下層噴槍向爐內(nèi)渣鐵界面處同時(shí)噴吹粉煤和氧氣;熔池中還原反應(yīng)與燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的煤氣從下向上運(yùn)動(dòng)，爐頂進(jìn)料口加入的粉礦從上向下運(yùn)動(dòng)，煤氣上升過(guò)程中在自由空間與下落的粉礦接觸發(fā)生還原反應(yīng)、與上層噴槍吹入的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)形成爐頂煤氣，最終爐頂煤氣從煤氣出口排出并進(jìn)入除塵凈化系統(tǒng)。
[0015]上述方法中，總耗氧量為上、中、下三層噴槍的吹氧量之和；上層噴槍的吹氧量稱之為“閃速段氧耗”；中層噴槍和下層噴槍所噴吹的總氧量稱之為“恪池段氧耗”。
[0016]上述方法中，粉礦粒度< ΙΟΟΟμπι，全鐵含量TFe在30?70%；熔劑粒度< 1001M；粉煤粒度< 2mm;氧氣純度彡95%。
[0017]上述方法中，熔劑加入量的根據(jù)是:使熔渣內(nèi)的二元堿度(Si02/Ca0)在0.9?1.3。
[0018]上述方法中，通過(guò)控制總的噴煤量和吹氧量使?fàn)t頂煤氣溫度在1400?1700°C。
[0019]上述方法中，通過(guò)下層噴槍噴入的粉煤與通過(guò)中層噴槍噴入的粉煤的流量比為(I?9):1。
[0020]上述方法中，粉礦在自由空間的還原度在20?90%。
[0021 ] 上述方法中，熔池的溫度控制在1400?1600°C。
[0022]上述方法中，爐頂煤氣的二次燃燒率在10?100%。
[0023]上述方法中，爐頂煤氣的熱值在4?14MJ/Nm3。
[0024]上述方法中，爐頂煤氣經(jīng)除塵凈化系統(tǒng)后，得到除塵后的煤氣和含鐵爐塵，含鐵爐塵進(jìn)入中部噴槍返回爐體。
[0025]上述方法根據(jù)市場(chǎng)供需調(diào)整操作參數(shù)，或以煉鐵為主并最大限度的利用自身產(chǎn)生的熱量或煉鐵的同時(shí)生產(chǎn)高熱值煤氣;在不同的操作條件下，此方法獲得的爐頂煤氣的熱值或高于高爐煤氣，或高于空氣煤氣，或高于水煤氣;除塵后的煤氣可作為二次資源外供。
[0026]本發(fā)明的方法將閃速煉鐵工藝與煤制氣工藝有機(jī)結(jié)合，以粉煤、粉礦為原燃料、高純度氧氣為助燃劑，采用一種一體化反應(yīng)爐進(jìn)行煉鐵，同時(shí)產(chǎn)生高熱值的煤氣外供;鐵水的生產(chǎn)經(jīng)過(guò)閃速間接還原和熔池直接還原兩個(gè)階段:閃速間接還原發(fā)生在爐內(nèi)上部的自由空間(熔池以上的空間)，粉礦與煤氣形成逆流，從而使煤氣的利用率達(dá)到最大;熔池直接還原發(fā)生在下部的熔池內(nèi)，同時(shí)熔池也是形成渣鐵及產(chǎn)生高溫煤氣的區(qū)域。
[0027]粉礦和熔劑從爐料入口進(jìn)入爐體，首先經(jīng)過(guò)爐內(nèi)的自由空間即閃速間接還原段；熔池產(chǎn)生的高溫煤氣自下而上通過(guò)自由空間，在上升的過(guò)程中與上層噴槍吹入的氧發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)釋放出大量的熱，此熱量一部分用于加熱粉礦與煤氣，另一部分傳遞給熔池。上層噴槍的設(shè)置主要是調(diào)整自由空間的溫度和煤氣的還原勢(shì)，為粉礦在閃速間接還原段的分解和還原反應(yīng)提供合適的條件;爐頂加入的粉礦在自由空間與煤氣逆向流動(dòng)接觸的同時(shí)迅速的發(fā)生熱分解及還原反應(yīng)，并被融化成液滴，液滴繼續(xù)被還原直至落入熔池;在此段發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下:
2C0/H2+02=2C02/H20；
6Fe203=4Fe304+02 ；
2Fe304=6Fe0+〇2;
3Fe203+C0/H2=2Fe304+C02/H20 ；
Fe304+C0/H2=3Fe0+C02/H20 ；
Fe0+C0/H2=Fe+C02/H20o
[0028]粉煤以氧氣為載氣分別從中層噴槍和下層噴槍吹入熔池內(nèi)，中層噴槍的設(shè)置還可攪拌熔池，熔渣在回落的過(guò)程中帶走自由空間的熱量，從而加速了自由空間與熔池之間的熱傳遞;進(jìn)入渣層中的粉煤一部分與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，釋放出的熱量為熔池及整個(gè)反應(yīng)爐爐體提供熱量，其余粉煤與熔池中的鐵氧化物發(fā)生還原反應(yīng);熔池內(nèi)粉礦以直接還原為主，在此段發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下:
2C/H2+02=2C0/H20；
2C0+02=2C02 ；
2Fe3〇4+C =6FeO+C〇2;
2Fe0+C=2Fe+C02。
[0029]通過(guò)上述反應(yīng)得到液態(tài)鐵水和熔渣，由于比重不同而在熔池內(nèi)自然分層，熔渣從出渣口排出，鐵水經(jīng)由鐵水排出通道從出鐵口排出；高熱值的爐頂煤氣經(jīng)除塵凈化后外供；由于采取全氧燃燒技術(shù)，爐頂煤氣不含犯氣，其主要成分是CO和CO2及少量的HdPH2O，可作為二次能源供余熱(余壓)發(fā)電、民用、鋼鐵企業(yè)內(nèi)部和其它所有需要煤氣的行業(yè)使用，最終尾氣中CO2含量可在95%以上，此氣體經(jīng)過(guò)除塵凈化后可直接采用二氧化碳捕集存儲(chǔ)設(shè)備封存?zhèn)溆茫源藴p少CO2的排放量。
[0030]本發(fā)明的方法靈活性強(qiáng)，可根據(jù)市場(chǎng)供需情況或以煉鐵為主并最大限度的利用自身產(chǎn)生的熱量或煉鐵的同時(shí)生產(chǎn)高熱值煤氣，閃速間接還原段與熔池直接還原段對(duì)粉礦的還原比例、噸鐵煤氣產(chǎn)量及成分可通過(guò)各噴槍的噴煤比例、吹氧比例以及總的噴煤量和吹氧量進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明的裝置及方法充分利用粉礦與粉煤資源、縮短工藝流程:低品級(jí)的粉礦、粉煤同樣適用于本煉鐵工藝，省去了煉焦廠、燒結(jié)廠及造球廠；提高生產(chǎn)效率:粉礦在閃速間接還原段與高溫煤氣逆向流動(dòng)，充分利用了煤氣的還原勢(shì)并且反應(yīng)速率非?？?；實(shí)現(xiàn)資源的高效利用和清潔生產(chǎn):煉鐵的同時(shí)生產(chǎn)高熱值煤氣外供，最終產(chǎn)生的尾氣可直接采用CO2捕集存儲(chǔ)技術(shù)收集CO2氣體，鋼鐵流程以鋼鐵產(chǎn)品為中心向以資源和能源高效利用及清潔生產(chǎn)為中心轉(zhuǎn)移；操作靈活:閃速煉鐵與煤制氣一體化裝置將煉鐵與煤制氣有機(jī)結(jié)合，可根據(jù)市場(chǎng)供需情況，通過(guò)調(diào)整噴煤量與吹氧量來(lái)調(diào)節(jié)噸鐵煤氣產(chǎn)量。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為本發(fā)明的閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1、爐體，2、自由空間，3、渣層空間(熔渣)，4、鐵水層空間(鐵水)，5、爐料入口，6、煤氣出口，7、上層噴槍，8、中層噴槍，9、下層噴槍，10、出渣口，11、鐵水排出通道，12、出鐵口，13、除塵凈化系統(tǒng)，14、除塵后的煤氣二次利用裝置，15、粉礦料斗，16、熔劑料斗，17、粉煤料斗，18、氧氣存儲(chǔ)罐。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明實(shí)施例中采用的熔劑為石灰石、白云石或石英。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例中的爐體由爐殼、冷卻壁和耐火磚構(gòu)成。
[0034]本發(fā)明實(shí)施例中，總耗氧量為上、中、下三層噴槍的吹氧量之和；上層噴槍的吹氧量稱之為“閃速段氧耗”；中層噴槍和下層噴槍所噴吹的總氧量稱之為“恪池段氧耗”。
[0035]本發(fā)明實(shí)施例中，粉礦粒度彡1001M，全鐵含量TFe在30?70%；熔劑粒度彡lOOOym；粉煤粒度< 2mm;氧氣純度多95%。
[0036]實(shí)施例1 閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括爐體I以及穿過(guò)爐體側(cè)壁插入爐體內(nèi)部上層噴槍7，中層噴槍8和下層噴槍9;爐體I內(nèi)部分從上倒下依次為自由空間2、渣層空間3和鐵水層空間4;自由空間2的頂部設(shè)有爐料入口 5，上部設(shè)有煤氣出口 6;上層噴槍7的出口位于自由空間2內(nèi)，中層噴槍8的出口位于渣層空間3，下層噴槍9的出口位于渣層空間3和鐵水層空間4的交界處;渣層空間3的下部設(shè)有出渣口 10，鐵水層空間4的底部與鐵水排出通道11連通，鐵水排出通道11的末端為出鐵口 12;
爐料入口 5同時(shí)與粉礦料斗15和溶劑料斗16連通；
煤氣出口 6與除塵凈化系統(tǒng)13連通;除塵凈化系統(tǒng)13與除塵后的煤氣二次利用裝置14裝配在一起；
上層噴槍7的進(jìn)口與氧氣存儲(chǔ)罐18連通，中層噴槍8的進(jìn)口同時(shí)與氧氣存儲(chǔ)罐18、粉煤料斗17和除塵凈化系統(tǒng)13連通，下層噴槍9的進(jìn)口同時(shí)與氧氣存儲(chǔ)罐18和粉煤料斗17連通；上層噴槍7，中層噴槍8和下層噴槍9與水平面之間的角度Θ為45°，且向下傾斜；
上層噴槍7，中層噴槍8和下層噴槍9的數(shù)量均為6個(gè)；
上層噴槍7的出口與渣層空間3上表面的垂直距離為自由空間2高度的1/2;
中層噴槍8的出口與渣層空間3上表面的垂直距離為渣層空間3高度的1/3;
閃速煉鐵與煤制氣的一體化方法是采用上述裝置，按以下步驟進(jìn)行:
開爐時(shí)，通過(guò)出鐵口向爐內(nèi)鐵水層空間注入液態(tài)鐵水至鐵水液面高于下層噴槍的出口，然后通過(guò)出渣口向渣層空間注入熔渣至渣層上表面高于中層噴槍的出口，再通過(guò)下層噴槍噴吹粉煤、造渣劑和氧氣，通過(guò)上層噴槍和中層噴槍噴吹氧氣進(jìn)行燃燒，熔化造渣劑形成包括渣層和鐵水層的最初熔池；
正常生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)進(jìn)料口向爐內(nèi)加入粉礦和熔劑;同時(shí)通過(guò)出渣口排出熔渣，通過(guò)出鐵口排出鐵水;上層噴槍向自由空間吹氧；中層噴槍向渣層同時(shí)噴吹粉煤和氧氣;下層噴槍向爐內(nèi)渣鐵界面處同時(shí)噴吹粉煤和氧氣;熔池中還原反應(yīng)與燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的煤氣從下向上運(yùn)動(dòng)，爐頂進(jìn)料口加入的粉礦從上向下運(yùn)動(dòng)，煤氣上升過(guò)程中在自由空間與下落的粉礦接觸發(fā)生還原反應(yīng)、與上層噴槍吹入的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)形成爐頂煤氣，最終爐頂煤氣從煤氣出口排出并進(jìn)入除塵凈化系統(tǒng)；
通過(guò)控制熔劑的加入量和配比使熔渣中的二元堿度(Si02/Ca0)為0.9;通過(guò)控制總的吹氧量和噴煤量使?fàn)t頂煤氣的溫度為1700 °C、二次燃燒率為10%;通過(guò)下層噴槍噴入的粉煤與通過(guò)中層噴槍噴入的粉煤的流量比為5:1;;
粉礦在自由空間的還原度在90%;熔池的溫度控制在16000C ;爐頂煤氣的熱值在14MJ/Nm3;爐頂煤氣除塵凈化系統(tǒng)回收后，得到除塵后的煤氣和含鐵爐塵，含鐵爐塵進(jìn)入中部噴槍返回爐體;除塵后的煤氣作為二次資源進(jìn)行余熱發(fā)電。
[0037] 實(shí)施例2
閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于:
上層噴槍7，中層噴槍8和下層噴槍9與水平面之間的角度Θ為30°;
上層噴槍7，中層噴槍8和下層噴槍9的數(shù)量均為4個(gè)；
上層噴槍7的出口與渣層空間3上表面的垂直距離為自由空間2高度的3/4;
中層噴槍8的出口與渣層空間3上表面的垂直距離為渣層空間3高度的1/2;
閃速煉鐵與煤制氣的一體化方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于: 通過(guò)控制熔劑的加入量和配比使熔渣中的二元堿度(Si02/Ca0)為1.1;通過(guò)控制總的吹氧量和噴煤量使?fàn)t頂煤氣的溫度為1600 °C、二次燃燒率為30%;通過(guò)下層噴槍噴入的粉煤與通過(guò)中層噴槍噴入的粉煤的流量比為I: I;
粉礦在自由空間的還原度在50%;熔池的溫度控制在15000C ;爐頂煤氣的熱值在1MJ/
Nm30
[0038]實(shí)施例3
閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于:
上層噴槍7，中層噴槍8和下層噴槍9與水平面之間的角度Θ為60°;
上層噴槍7，中層噴槍8和下層噴槍9的數(shù)量均為8個(gè)；
上層噴槍7的出口與渣層空間3上表面的垂直距離為自由空間2高度的1/4;
中層噴槍8的出口與渣層空間3上表面的垂直距離為渣層空間3高度的1/5;
閃速煉鐵與煤制氣的一體化方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于:
通過(guò)控制熔劑的加入量和配比使熔渣中的二元堿度(Si02/Ca0)為1.3;通過(guò)控制總的吹氧量和噴煤量使?fàn)t頂煤氣的溫度為1400°C、二次燃燒率為100%;通過(guò)下層噴槍噴入的粉煤與通過(guò)中層噴槍噴入的粉煤的流量比為9:1;
粉礦在自由空間的還原度在20%;熔池的溫度控制在1400 0C ;爐頂煤氣的熱值在4MJ/
Nm30
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置，包括爐體以及穿過(guò)爐體側(cè)壁插入爐體內(nèi)部上層噴槍，中層噴槍和下層噴槍;其特征在于:爐體內(nèi)部分從上倒下依次為自由空間、渣層空間和鐵水層空間；自由空間的頂部設(shè)有爐料入口，上部設(shè)有煤氣出口 ；上層噴槍的出口位于自由空間內(nèi)，中層噴槍的出口位于渣層空間，下層噴槍的出口位于渣層空間和鐵水層空間的交界處;渣層空間的下部設(shè)有出渣口，鐵水層空間的底部與鐵水排出通道連通，鐵水排出通道的末端為出鐵口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置，其特征在于所述的爐料入口同時(shí)與粉礦料斗和溶劑料斗連通。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置，其特征在于所述的煤氣出口與除塵凈化系統(tǒng)連通。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃速煉鐵與煤制氣的一體化裝置，其特征在于所述的上層噴槍的進(jìn)口與氧氣存儲(chǔ)罐連通，中層噴槍的進(jìn)口同時(shí)與氧氣存儲(chǔ)罐、粉煤料斗和除塵凈化系統(tǒng)連通，下層噴槍的進(jìn)口同時(shí)與氧氣存儲(chǔ)罐和粉煤料斗連通。5.—種閃速煉鐵與煤制氣的一體化方法，其特征在于采用權(quán)利要求1所述的裝置，按以下步驟進(jìn)行:閃速煉鐵進(jìn)行正常生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)進(jìn)料口向爐內(nèi)加入粉礦和熔劑；同時(shí)通過(guò)出渣口排出熔渣，通過(guò)出鐵口排出鐵水;上層噴槍向自由空間吹氧；中層噴槍向渣層同時(shí)噴吹粉煤和氧氣；下層噴槍向爐內(nèi)渣鐵界面處同時(shí)噴吹粉煤和氧氣;熔池中還原反應(yīng)與燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的煤氣從下向上運(yùn)動(dòng)，爐頂進(jìn)料口加入的粉礦從上向下運(yùn)動(dòng)，煤氣上升過(guò)程中在自由空間與下落的粉礦接觸發(fā)生還原反應(yīng)、與上層噴槍吹入的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)形成爐頂煤氣，最終爐頂煤氣從煤氣出口排出并進(jìn)入除塵凈化系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閃速煉鐵與煤制氣的一體化方法，其特征在于所述的粉礦粒度彡1001M，全鐵含量TFe在30?70% ；熔劑粒度彡1001M;粉煤粒度彡2mm;氧氣純度彡95%。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閃速煉鐵與煤制氣的一體化方法，其特征在于熔劑加入量的根據(jù)是:使熔渣內(nèi)的二元堿度.在0.9?1.3。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閃速煉鐵與煤制氣的一體化方法，其特征在于通過(guò)控制總的噴煤量和吹氧量使?fàn)t頂煤氣的溫度在1400?1700°C。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閃速煉鐵與煤制氣的一體化方法，其特征在于通過(guò)下層噴槍噴入的粉煤與通過(guò)中層噴槍噴入的粉煤的流量比為(I?9):1。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閃速煉鐵與煤制氣的一體化方法，其特征在于所述的爐頂煤氣的熱值在4?14MJ/Nm3。
【文檔編號(hào)】C10J3/50GK106086281SQ201610487514
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】曲迎霞, 邢力勇, 張立, 鄒宗樹
【申請(qǐng)人】東北大學(xué)