[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

说明书

本发明涉及一种基于感应加热的煤制氢气竖炉炼铁系统及工艺，包括：煤制气系统、炉顶煤气净化循环单元、冷却锁斗、还原气加热炉、竖炉感应加热单元；冷却锁斗排出的氢气经过还原气加热炉加热后通入竖炉用于直接还原铁，竖炉的炉顶煤气上升管与净化循环单元连通，炉顶煤气经过净化循环单元后与煤制气系统制备的纯净氢气混合作为冷却锁斗的冷却气体，并从冷却锁斗下方通入以使冷却气体与热态直接还原铁在冷却锁斗内进行热交换；本发明采用廉价褐煤制备纯氢直接还原生产，大大降低了系统的碳排放，采用感应加热的方式可将氢气加热至较高温度，并对竖炉炉身进行感应补充加热，大大缩短竖炉还原时间、提高产能，降低入炉煤气量、节约生产成本。

技术领域

本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种基于感应加热的煤制氢气竖炉炼铁系统及工艺。

背景技术

气基竖炉直接还原工艺，是指在竖炉内利用气体还原剂将铁矿石或氧化球团还原成金属铁的方法。DRI-EAF短流程与BF-BOF流程相比，可减少CO₂排放32％、减少SO₂排放74％、减少NOx排放62％，且30％竖炉直接还原铁+70％废钢电炉比高炉+转炉降低能耗61％。因此非高炉短流程炼铁是中国钢铁工业节能减排绿色发展的方向。随着国内及国际上低碳绿色智能钢铁意识的不断普及，全氢冶炼流程逐步被提出，瑞典钢铁公司SSAB预计于2020年左右建设年产50万tDRI的全氢气基竖炉中试厂。

目前，气基竖炉直接还原工艺主要分为Midrex法和HYL法，工艺煤气由天然气裂解制备而来，因裂解剂不同，入炉煤气成分有所差异，但是在实际生产中所需的煤气量较为接近，约为1800m³/tDRI。在相同入炉煤气温度下，随着H₂含量的提高，炉料的还原温度会有所下降。为维持竖炉内的热平衡，达到炉料的目标金属化率，提高入炉煤气氢含量，煤气量相应也需要增加。

我国属于“缺油少气”的国家，天然气气源的匮乏严重限制着我国气基竖炉工艺的发展。但是，我国具有丰富的煤炭资源，而煤化工工艺也日趋完善和成熟，为我国发展气基竖炉直接还原工艺提供了有利条件。以煤为能源制备纯氢，作为气源应用于气基竖炉生产上，理论上是可行的。但，如何降低生产成本(减少入炉煤气量)、缩短生产周期(适当提高还原温度)、稳定产品质量，最大限度的实现全氢冶炼的低碳绿色优势，仍有许多技术问题亟待被解决。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术中为了解决现有技术中竖炉采用氢气炼铁时的降温问题以及还原气需求量大、生产成本高的技术问题，一方面本发明提供了一种基于感应加热的煤制氢气竖炉炼铁系统，另一方面提供了一种基于感应加热的煤制氢气竖炉炼铁工艺。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

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。

可选地，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；