[发明专利]一种基于感应加热的煤制氢气竖炉炼铁系统及工艺

权利要求书

1.一种基于感应加热的煤制氢气竖炉炼铁系统，其特征在于，包括：

用于制备粗煤气并将粗煤气净化为纯净氢气的煤制气系统；

用于承载含铁原料并进行直接还原生产的竖炉；

用于将竖炉的炉顶煤气除尘净化的净化循环单元；

用于冷却竖炉排出的热态直接还原铁的冷却锁斗；

用于加热冷却锁斗内排出的氢气的还原气加热炉；

所述竖炉的炉身外部设置对竖炉内含铁原料进行加热的竖炉感应加热单元；

冷却锁斗排出的氢气经过所述还原气加热炉加热后通入竖炉用于生产直接还原铁，所述竖炉的炉顶煤气上升管与所述净化循环单元连通，所述竖炉的炉顶煤气经过所述净化循环单元后与所述煤制气系统制备的纯净氢气混合作为所述冷却锁斗的冷却气体，并从所述冷却锁斗下方通入以使所述冷却气体与所述竖炉排出的热态直接还原铁在冷却锁斗内进行热交换。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述竖炉感应加热单元包括第一工频感应加热装置和第二工频加热装置；

第一工频加热装置设置在竖炉的预热段由下向上方向的0.3-0.6位置处；

第二工频加热装置设置在竖炉的还原段由下向上方向的0.3-0.6位置处。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，第一工频感应加热装置和第二工频加热装置具有相同结构，其中第一工频感应加热装置包括：控制装置、工频电源发生器、分置在竖炉两侧的第一感应线圈和线圈密封盖；

所述工频电源发生器和所述第一感应线圈均设置在所述线圈密封盖内，所述工频电源发生器的一端与所述第一感应线圈连接，另一端与所述控制装置连接，且所述线圈密封盖外设置有用于与空气隔离的框架体。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，

竖炉与所述第一工频感应加热装置对应的区域所使用的耐火材料为耐热铸铁，且所述第一工频感应加热装置用于使竖炉预热段处的耐热铸铁感应发热；

竖炉与所述第二工频感应加热装置对应的区域所使用的耐火材料为氧化镁或氧化铝，所述第二工频感应加热装置用于使竖炉还原段的半金属化球团感应发热。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述煤制气系统包括：煤制气单元、脱硫单元、变换单元和脱碳单元；

所述煤制气单元、脱硫单元、变换单元和脱碳单元依次连通；

所述煤制气单元用于将煤粉制成富含一氧化碳和氢气的粗煤气；

所述脱硫单元用于除去所述粗煤气中的苯萘和硫；

所述变换单元利用所述脱硫单元输出的气体中的一氧化碳和水在预设温度下生成氢气和二氧化碳；

所述脱碳单元用于除去所述变换单元输出的气体中的二氧化碳以获得纯净的氢气。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述净化循环单元包括：除尘单元、锅炉、脱水单元和加压单元；

所述竖炉顶部排出的炉顶煤气经过所述除尘单元后通入所述锅炉，并在锅炉内热交换后生再通入脱水单元，脱水后经加压单元获取纯净的氢气。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述还原气加热炉包括：中频电源发生器、加热炉管和绕在加热炉管外部的第二感应线圈；

所述中频电源发射器与所述第二感应线圈连接，所述加热炉管内部设置有蜂窝状石墨块。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在，包括至少两个所述冷却锁斗，每一所述冷却锁斗交替使用以使所述冷却气体与所述竖炉排出的热态直接还原铁充分的热交换。

9.一种基于权利要求1至8任一所述系统的炼铁工艺，其特征在于，包括：

S1、煤制气系统制备粗煤气，将所述粗煤气中的硫和脱苯萘脱除；

S2、脱除硫和苯萘后的粗煤气与水蒸气反应生成氢气和二氧化碳，再将氢气和二氧化碳混合气中的二氧化碳除去获取纯净的氢气；

S3、从竖炉顶部加入铁矿石，和/或氧化球团的含铁原料，启动竖炉炉身的竖炉感应加热单元，还原后的铁从竖炉下部排出至冷却锁斗，炉顶煤气通过竖炉顶部的煤气上升管通入净化循环单元；

S4、所述炉顶煤气在所述净化循环单元内依次经过除尘、换热、除水和加压后获得纯净的氢气并与所述煤制气系统制备的纯净氢气混合后与冷却锁斗内的直接还原铁进行热交换，且经过热交换后的氢气通入所述竖炉感应加热单元加热；

S5、启动还原气加热炉将冷却锁斗排出的氢气加热至预设温度后通入竖炉内用于铁的还原。