[发明专利]一种采用核反应系统为生产海绵铁工艺供热的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金化学领域，更具体地，涉及一种采用核反应系统为生产海绵铁工艺供热的系统及方法。

背景技术

我国是钢铁生产大国，2015年我国大陆粗钢产量为8.04亿吨，占全球总产量49.5％。但是钢铁产业结构不合理，铁钢比高、电炉钢比例小，部分特殊的钢材品种还需进口，我国生铁产量主要是以高炉炼铁-转炉炼钢的长流程为主生产的，能源资源消耗大、CO₂排放高。气基竖炉直接还原技术作为主要的非高炉炼铁技术在国外已得到成熟应用。气基竖炉直接还原技术无需高炉炼铁涉及到的烧结、焦化两个高耗能、高污染工序，具有流程短、节能减排效果明显等优势。这是改善我国钢铁产品结构、提高钢铁产品质量，实现清洁冶炼的重要生产技术。

与高炉等长流程相比，气基竖炉直接还原技术可有效降低CO₂排放，但就其自身而言，该工艺中天然气重整器所需热量全部来源来自于天然气及工艺中炉顶煤气的燃烧，仍然产生大量的CO₂气体，排放到大气中，带来严重环境问题。核能作为一种清洁的一次能源，具有能量密度高的优点。目前，在国内利用核能技术已建有多个核电站，并进入商业运营阶段。核能的产生过程不向环境排放温室气体和其它有害废物，是一种无排放的能源。将核能应用于炼铁领域，将有效的降低化石能源的消耗，减少CO₂排放。Midrex和HYL-Ⅲ两种竖炉直接还原工艺，都采用天然气重整方法制取还原气，进而还原铁矿石。Midrex基本工艺流程中，天然气与经过处理后的60％～70％的炉顶煤气混合进入换热器进行预热，换热器以重整器尾气为热源。预热后的混合气进入重整器催化裂化产生还原气，其温度为850～900℃。其余未利用的炉顶煤气在添加适量天然气后，作为重整器燃料。重整器尾气排出后进入换热器，依次对助燃空气和混合原料气进行预热。HYL-Ⅲ工艺以水蒸气为裂化剂，以天然气为原料，混合后首先进入换热器预热，随后通入重整器催化裂化制取还原气。重整器热源来自天然气和部分炉顶煤气燃烧，重整器烟气显热在烟道换热器中回收，用以预热原料气和水蒸气，从重整器排出的粗还原气首先通过一个热量回收装置，用于水蒸气的生产。

两种工艺流程中的热量来源全部来自于天然气和炉顶气的氧化燃烧，最终燃料中所有碳都生成CO₂，增加温室气体排放。炉顶气中仍然含有大量的CO和H₂，未被充分利用于还原铁矿石，部分用于燃烧提供热量。

因此，为了克服现有技术中产生过多CO₂等技术缺陷，需要一种还原铁工艺的供热源，这样的供热源不产生多余的二氧化碳。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种采用核反应系统为生产海绵铁工艺供热的系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明，提供一种采用核反应系统为生产海绵铁工艺供热的系统，包含：

核反应系统，该核反应系统具有第一进气口和第一出气口；

重整系统，该重整系统包括预热器和重整器；重整器具有第二进气口、第二出气口、第一混合气进口和还原气出口；预热器具有第二混合气进口、第二混合气出口以及第三进气口和第三出气口；预热器的第三进气口与重整器的第二出气口相连，预热器的第二混合气出口与重整器的第一混合气进口相连；

中间换热器，该中间换热器具有第四进气口、第四出气口、第五进气口和第五出气口；中间换热器的第四进气口与核反应系统的第一出气口相连，中间换热器的第四出气口与核反应系统的第一进气口相连；中间换热器的第五出气口与重整器的第二进气口相连；

气体净化系统，该气体净化系统包含依次相连的晶格氧氧化装置、水冷器、分子筛床和脱氮装置；晶格氧氧化装置与预热器的第三出气口相连，脱氮装置与中间换热器的第五进气口相连；

竖炉系统，该竖炉系统包括竖炉本体和与竖炉本体顶部相连的除尘器；竖炉本体与重整器的还原气出口相连；

水蒸气添加系统，该水蒸气添加系统包括蒸汽发生器和加湿器；以及

脱碳装置；

混合装置；

其中，除尘器与蒸汽发生器、脱碳装置、混合装置和加湿器依次相连；蒸汽发生器还与混合装置相连用于向混合装置输送水蒸气；加湿器还与预热器的第二混合气进口连通。

进一步地，核反应系统的核反应堆是球床式高温气冷堆。

进一步地，核反应系统的循环冷却剂为氦气。