專利名稱：煤粉豎爐還原金屬化球團的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種非焦煤煉鐵的生產方法，主要是利用煤粉制造的還原性氣 體在豎爐中還原金屬氧化物球團礦為金屬化球團的方法。
背景技術：
目前，世界上直接還原鐵的產量達到6000萬噸，其中90%是利用天然氣裂 解后產生的CO和氫作還原劑，其典型方法是美國的Midex法，由于天然氣資 源的限制，而且成本昂貴,使豎爐還原金屬化球團在我國沒有得到發展。
發明內容
本發明的目的，是提供一種將煤粉氣化后直接用豎爐還原金屬化球團的方 法和設備。
采用的技術方案是
煤粉豎爐還原金屬化球團的方法，包括下述工藝步驟
1、 鐵礦粉或其他金屬氧化物礦粉造球，按設定計量投入豎爐中。
2、 將低位發熱值》16MJ/Kg，干基灰分小于或等于40%原煤，經中速磨煤 機邊干燥邊破碎至《100目，水分《0.5%，煤粉預熱至8(TC—15(TC，送入氣流 床煤氣發生器中。
3、 將水蒸汽與空氣、水蒸氣與富氧空氣或水蒸汽與純氧按比例混合(具體 依預熱溫度、煤質量、煤氣溫度而定)，壓力為0.1—1.2MPa，混合氣體送入臥 式熱風爐預熱到1000—150(TC，預熱可用豎爐尾氣預熱，預熱后混合氣化氣體 與煤粉一起送入氣流床煤氣發生器中。氣流床煤氣生成反應，其溫度控制在 900—1250。C。臥式熱風爐出來的廢氣溫度〉15(TC，可用于破碎原煤過程中干燥 和預熱的熱源。
4、 氣流床煤氣發生器制備的高溫煤氣通過高溫除塵器(結構如圖1)，除去灰 塵90—95%后，直接噴入豎爐下部，排料輥上方參與豎爐內還原反應，將鐵或 者其他金屬氧化物還原為金屬化球團。
本工藝方法，豎爐尾氣溫度偏高，大于40(TC，必須有余熱鍋爐回收該項余 熱，如初始反應氣化劑壓力偏高，尾氣余壓大于0.5MPa，其余壓通過TRT發電 回收能源，冷卻尾氣經過布袋除塵后進入煤氣儲罐中。 一部分供自身氣化氣體預熱， 一部分供其他用戶使用。
本發明還原溫度高、速度快、尾氣物理熱高、化學熱是高爐煤氣的1.5倍， 本發明由于是用低發熱值高揮發份中煤做還原劑，極大降低還原劑成本，rf時， 由此產生的電能、煤氣等，其綜合經濟效益可使每噸金屬化球團成本低于1500 元/t (每噸金屬氧化球團成本900元/t)。
圖1是本發明采用的設備結構示意圖。
具體實施例方式
實施例一
煤粉豎爐還原金屬化球團的方法和設備，包括臥式熱風爐1、氣流床煤氣發 生器、高溫煤氣復合除塵器3和冶煉用豎爐4。
氣流床煤氣發生器，由噴煤裝置10和煤氣發生器2組成。噴煤裝置包括料 倉5、第一中轉罐6、第二中轉罐7、電子秤8、葉輪給料機9。料倉5上部設有 煤粉輸入口ll，料倉5下部與第一中轉罐6通過管路連接，該管路上設有閥門 12。第一中轉罐6通過管路與第二中轉罐7連接，在第一和第二中轉罐之間的 連接管路上設置有閥門13。第二中轉罐7中設有電子秤8。第二中轉罐7下部 通過管道與葉輪給料機9的進料口連接。葉輪給料機9出料口與管路16連接， 葉輪給料機9出料口與該管道16之間的連接管路上設有閘板閥14，管路16 — 端與煤氣發生器的進煤口 15連接。管路16另一端與蒸氣源連接，以便向煤氣 發生器通入水蒸汽。煤氣發生器上部有煤氣出口 17，該煤氣出口 17通過管路與 高溫煤氣復合除塵器3中部的氣灰分離室18的煤氣入口連接。
高溫煤氣復合除塵器3，由氣灰分離室18、灰沉降室19和集灰室20依次 連接構成，在氣灰分離室頂部設有煤氣輸出口22，氣灰分離室18上部設有水冷 爐蓖23，在水冷爐蓖23內充填有高鋁小球濾層27 (含Al2C)3 95—98%)。在灰 沉降室19與集灰室20連接管道上裝設有閥門24。集灰室20下部設有卸灰通道 21。集灰室上部設有噴槍25，該噴槍與有壓冷水管連接，向灰沉降室19內噴冷 水，對灰進行冷卻。氣灰分離室18下部設有水冷腔26，通入循環冷卻水。
氣灰分離室18上部的煤氣輸出口 22通過管道與冶煉用豎爐4的煤氣輸入 口連接。
煤粉豎爐還原金屬化球團的方法，包括下述工藝步驟 以雞西2#中煤為還源劑，將煤粉碎、干燥，粒度《100目，煤粉含水量《0.5%， 煤粉溫度為80—150'C，經煤粉輸入口 11進入噴煤裝置的料倉5內，再由料倉5進入第一中轉罐6和第二中轉罐7，進入第二中轉罐7內的煤粉經上部設置的電子秤8稱量出設計要求的煤粉量后，閥門13關閉，煤粉由葉輪給料機9喂入管道16，在水蒸汽的推動下，由煤氣發生器的進煤口 15進入煤氣發生器2內。同時，壓力為0.35Mpa、溫度為25'C的空氣與壓力為1.2Mpa、溫度為20(TC的水蒸汽混合后經管路28進入臥式熱風爐1，預熱至1450'C后經管路29進入煤氣發生器2內，并與進入的煤粉混合，進行氣化反應溫度為1250°C，反應后生成的煤氣從煤氣發生器2的頂部煤氣出口 17經管路進入高溫煤氣復合除塵器3的氣灰分離室18內，經高鋁小球層過濾，除去煤氣中的90—95%的灰分后，由煤氣輸出口 22經輸送管路噴入豎爐下部。在排料輥上方參與豎爐內還原反應，將鐵或其它金屬氧化物還原為金屬化球團。 '
在高溫煤氣除塵器3內，氣灰分離室18分離出的渣子進入灰沉降室19，按要求打開閥門24，灰進入集灰室20，經由噴槍25噴淋冷水冷卻后由卸灰通道21排出。
本實施例的技術參數1、原燃材料條件
U氧化球團礦的化學成分:
成分FeMnPSFe203FeOSi02A1203CaO+MgO
含量(％)650扁0.0470.04172.318.185.3422
1.2雞西2#中煤
化學分析cH0NS干燥基 灰分收到基水 分低位發熱 值
含量(％)50.692.864.940.710.3040.510.9816MJ/Kg
1.3氣化劑
1) 空氣
壓力P:0.35MPa，溫度25°C;
2) 蒸汽-
壓力P:1.2MPa，溫度200°C;2、豎爐工藝參數2.1有效容積V有效300m3;2.2利用系數n: 8噸/m"晝夜;2.3小時產能100噸/h;2.4小時空氣量243150mVh;
52.5分鐘空氣量4000mVmin;2.6小時蒸汽量50400m3/h;2.7小時耗蒸汽質量40.5噸/h;2.8氣化劑預熱溫度1450°C;2.9入豎爐前煤氣溫度IIO(TC;
2.10每小時煤耗150噸/h;
2.11小時氧化球團消耗:133噸/h;
2.12每噸煤產生煤氣量2855.28m3/t煤；
2.13每噸金屬化球團尾氣量4282.92mVt金屬化球團;
3、豎爐入爐前煤氣成分
煤氣成分VHVcoVc02vN2每噸金屬化球 團需煤氣量
含量(％)28.8722.3510.7944.86100每米煤氣 化學熱Q=5.94MJ/M34283M3/T
4、豎爐尾氣平衡
4.1尾氣組分、熱值、溫度
煤氣組分VHVcoVc02vN2Vh20溫度脫水前熱 值脫水后熱 值
百分含量％21.219.213.944.97.6750°C4.7腿/M35.10MJ/M3
4.2尾氣產量
每噸金屬化球團產脫水后尾氣3955.6mVt金屬球團；每小時產尾氣(脫水后)395560m3/h;每小時預熱氣化劑耗煤氣163046mVh;每小時可作他用煤氣量232514m3/h;5、能源利用平衡熱收入l,5t*16MJ/kg*1000=24GJ;用于還原金屬化球團7.4GJ/噸金屬化球團；可被利用尾氣余熱5.08GJ/T金屬化球團；可供外用煤氣化學熱11.86GJ/T金屬化球團；設可利用尾氣余熱25%，則5.08*25%=1.27GJ/T金屬化球團；則用于還原金屬球團實耗熱能7.4-1.27-6.13GJ/T金屬化球團;總的能源利用效率(7.4+11.86) /24=80.25%;
6其中用于直接還原能耗6.13/24=25.54%;用于外供能源(1.27+11.86) /24=54.71%;
6、 環境評價
6.1還原每噸金屬鐵產生二氧化碳量
已知工藝還原一噸金屬化球團消耗碳量50.62%* 1.5t=759.3kg;折合摩爾數759.3/12=63.28kmol;
由于全部供給能源只有25.54%用于還原鐵，實際權數應在還原鐵二氧化碳量63.28*25.54°/。=16.16]^，折合二氧化碳量16.16*44=71 lkgC02，由于每噸球團金屬化率只能達到95%，則每噸球團含純鐵只有81.2%，則還原每噸純鐵產生二氧化碳711/0.812=876kgCO2。
上述參數低于其他還原方法二氧化碳產生量。6.2 二氧化硫和硫化氫
該煤氣中煤粉中硫是以H2S形態存在于煤氣中，由于是鐵的氧化物，因此H2S+FeO=H20+FeS
由于尾氣溫度高，H2S氣體幾乎都被球團中的FeO還原，以FeS形態存在金屬化球團中，尾氣H2S含量極微，不會造成有害氣體排放。
6.3煤氣發生器粗除塵和豎爐布袋除塵不會造成空氣中灰塵污染。6.4廢水排放除少量粗除塵耗水外，所有表觀水均可回收，該工藝沒有廢水排放，但有損耗，耗水量低于高爐工藝。
7、 產品評價
金屬化球團金屬化率只能達到95%，球團中含金屬鐵只能達到81.2%,其余為Si02和Ab03、 MgO、 CaO、硫化物等。該產品只能用電弧爐冶煉優質鋼用。該豎爐每天產金屬化球團2400噸。
8、 綜合經濟初評
由于是用低發熱值高揮發份中煤做還原劑，極大降低還原劑成本，同時，由此產生的電能、煤氣等，其綜合經濟效益可使每噸金屬化球團成本低于1500元/t(每噸金屬化球團成本900元/t)。
權利要求
1、煤粉豎爐還原金屬化球團的方法，其特征在于包括以下工藝步驟1)鐵礦粉或其他金屬氧化物礦粉造球，按設定計量投入豎爐(4)中；2)將低位發熱值≥16MJ/Kg、干基灰分小于或等于重量百分比為40％的原煤，經中速磨煤機邊干燥邊破碎至≤100目，水分≤0.5％煤粉預熱至80℃—150℃后，由噴煤裝置(10)的煤粉輸入口(11)噴入噴煤裝置(10)的料倉(5)內，經第一中轉罐(6)進入第二中轉罐(7)，再經設置在第二中轉罐(7)內的電子稱(8)稱重達到設定計量后，再經葉輪給料機(9)推入煤粉輸入管路(16)，在200℃蒸汽推動下由進煤口(15)進入煤氣發生器(2)內；同時將壓力為0.1—1.5MPa的氣化劑送入臥式熱風爐(1)；氣化劑為水蒸汽與空氣、水蒸汽與富氧或水蒸汽與純氧的混合氣體；氣化劑在臥式熱風爐(1)內預熱至1100—1500℃后，經管路(29)進入煤氣發生器內，與進入煤氣發生器(2)內的煤粉混合，進行氣化反應，反應溫度為900—1250℃，反應后生成的煤氣從煤氣發生器(2)的頂部煤氣出口(17)經管路輸送到高溫煤氣復合除塵器(3)的氣灰分離室(18)內向上經設置在氣灰分離室(18)上部的高鋁小球濾層(27)濾塵，除去煤氣中90—95％的灰分；3)將經高溫煤氣復合除塵器(3)凈化后的煤氣，由煤氣輸出口(22)輸出，經管路噴入豎爐(4)下部，在排料輥上方參與豎爐內還原反應，將豎爐內鐵或其它金屬氧化物顆粒料還原為金屬化球團。
2、 根據權利要求l所述的煤粉豎爐還原金屬化球團的方法和設備，其特征在于所述的高溫粗煤氣制作工藝，即將空氣、富氧空氣或純氧和水蒸汽經蓄熱式臥式熱風爐預熱至1000-150(TC，壓力范圍0.1-1.2MPa，經氣流床煤氣發生器與高溫除塵器相結合制作高溫粗煤氣，煤氣含塵小于原煤干基灰分10%以下。
3、 根據權利要求l所述的煤粉豎爐還原金屬化球團的方法和設備，其特征在于臥式熱風爐、氣流床煤氣發生器和高溫復合除塵器組成的氣流床高壓煤氣發生器設備，該設備適合于任何含塵要求不高的高溫煤氣使用系統，如石灰窯、高爐噴吹。
4、 根據權利要求3所述的高溫煤氣除塵器，其特征在于在高溫重力除塵器上部，加上多層耐火材料制成的耐火小球，直徑在cH0—cj)60mm，構成過濾灰塵裝置，其支撐爐篦采用水冷鋼管外掛耐火材料的結構，小球定期更換，確保氣流暢通。
全文摘要
煤粉豎爐還原金屬化球團的方法，其工藝步驟為將鐵礦粉或其他金屬氧化物礦粉造球，按設定計量投入豎爐中。再將低位發熱值≥16MJ/Kg，干基灰分小于或等于40％原煤，經中速磨煤機邊干燥邊破碎至≤100目，水分≤0.5％，煤粉預熱至80℃-150℃，送入氣流床煤氣發生器中。然后將水蒸汽與空氣按比例混合。最后將氣流床煤氣發生器制備的高溫煤氣通過高溫除塵器，除去灰塵90-95％后，直接噴入豎爐下部，排料輥上方參與豎爐內還原反應，將鐵或者其他金屬氧化物還原為金屬化球團。本發明還原溫度高、速度快、尾氣物理熱高、化學熱是高爐煤氣的1.5倍，用低發熱值高揮發份中煤做還原劑，極大降低還原劑成本，且由此產生的電能、煤氣等能源，其綜合經濟效益可使每噸成本低于1500元/t。
文檔編號C21B13/02GK101476010SQ20091001023
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月21日 優先權日2009年1月21日
發明者周久樂 申請人:沈陽東方鋼鐵有限公司