[发明专利]一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统及方法

说明书

本发明涉及一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统及方法，包括热解气化装置、还原装置、第一旋风分离器，热解气化装置为底部相通的U型反应装置，一侧为热解段，另一侧的上部为气化段，下部为气化还原段，还原装置与热解气化装置连接，煤粉进入热解段产生的荒煤气进入还原装置，还原装置还原铁矿石粉产生的海绵铁进入热解气化装置的气化还原段，第一旋风分离器的进风口与热解段连接，底部粉焦出口与气化段的顶部连接，热解段产生的荒煤气中携带的粉焦经过第一旋风分离器分离后进入气化段，还原装置与第一旋风分离器连接。简化炼铁工艺，提升整个工艺的处理效率。

技术领域

本发明属于炼铁技术领域，具体涉及一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统及方法。

背景技术

目前，高炉炼铁是铁矿石还原炼铁的主流工艺，包括煤的焦化、铁矿石烧结(或球团)和高炉还原等三个主要工序。炼铁工艺复杂，设备众多，投资高，生产成本高，同时多工序污染源对排放控制也带来了很大的难度。煤的焦化和铁矿石烧结是为了满足现有高炉还原对物料强度和透气性等要求而设置，但从铁氧化物(Fe₂O₃和Fe₃O₄)的还原反应机理看，焦化和烧结或球团并不是必须环节，只需要有铁矿石和还原剂即可完成还原反应。因此，缩减炼铁工艺，无焦化和烧结(或球团)的短流程炼铁工艺是炼铁技术的发展趋势。

现在的短流程炼铁工艺主要有三种，即Pinex工艺、Hismelt工艺、Corex工艺，三种工艺还原剂均采用煤粉来代替传统高炉炼铁的焦炭，节省了焦炭成本，缩短了炼铁流程。存在的主要问题为煤耗偏高，同时氧耗和煤气量远大于常规高炉。分析原因：Corex使用的原料为6-30mm块矿或10-15mm球团和8-14mm煤粒径，预还原和终还原均采用竖炉；Finex终还原仍使用压块海绵铁和压块煤，熔融竖炉；Hismelt采用粒径小于6mm铁矿粉，终还原采用立式铁浴炉。三种工艺炼铁在铁还原的环节采用原料粒度都较大，采用终还原炉也多为竖炉或立式炉，大粒径和还原炉的型式决定了铁矿石还原反应时的固-固、固-气、液-固、液-气等多相传热、传质效果不会很好，在传热和传质效果不佳时，必然消耗更多的煤和氧气产生更多煤气来满足铁还原的要求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统。可实现煤气-铁水联产，有效利用煤气化的能量和物质，大幅度缩短炼铁流程，简化炼铁工艺。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种粉煤气化协同铁矿石还原的系统，包括热解气化装置、还原装置、第一旋风分离器，热解气化装置为底部相通的U型反应装置，一侧为热解段，另一侧的上部为气化段，下部为气化还原段，还原装置与热解气化装置连接，煤粉进入热解段产生的荒煤气进入还原装置，还原装置还原铁矿石粉产生的海绵铁进入热解气化装置的气化还原段，第一旋风分离器的进风口与热解段连接，底部粉焦出口与气化段的顶部连接，热解段产生的荒煤气中携带的粉焦经过第一旋风分离器分离后进入气化段，还原装置与第一旋风分离器连接。

本申请的粉煤气化协同铁矿石还原的系统设置了热解段、气化段、气化还原段、还原段，使煤粉热解、粉焦气化、海绵铁粉还原、铁矿粉还原这四个过程能够分开有序进行，热解段、气化段、气化还原段、还原段的连接方式使各个阶段相互独立并且相互联系，缩短炼铁流程，简化炼铁工艺，提升整个工艺的处理效率。

本申请设置了两种连接方式，两种连接方式都可以完成煤粉气化协同铁矿石还原的过程。

优选的，热解段的荒煤气出口与旋风分离器的进风口连接，第一旋风分离器的顶部出风口与还原装置的顶部进风口连接。

进一步优选的，所述还原装置的侧壁出风口与第二旋风分离器连接，第二旋风分离器的顶部出风口依次与空气预热器、余热锅炉、布袋除尘器、煤气冷却器连接。

进一步分离海绵铁粉，利用还原煤气的余热。