[发明专利]一种球团氧化焙烧-纯氢还原冷却系统和方法

说明书

本发明涉及球团氧化焙烧‑纯氢还原冷却系统和方法，属于竖炉还原领域，解决现有技术氢气利用率低问题。包括自上而下依次连通设置的加热焙烧段、调温段、等压段和还原冷却段；加热焙烧段设置生球团入口、热烟气入口和烟气出口，调温段设置过热蒸汽入口，过热蒸汽入口的过热蒸汽通过调温段进入加热焙烧段，生球团入口的生球团与热烟气入口的热烟气和调温段过热蒸汽的混合物接触，接触后的烟气从烟气出口排出，氧化球团进入调温段，与过热蒸汽入口的过热蒸汽接触调温，调温后的氧化球团进入等压段等压过渡后进入还原冷却段；还原冷却段设置氢气入口和气体出口，氧化球团与氢气在还原冷却段还原冷却，产生的气体从气体出口排出。氢气利用率提高。

技术领域

本发明涉及竖炉还原技术领域，尤其涉及一种球团氧化焙烧-纯氢还原冷却系统和方法。

背景技术

氢冶金是实现钢铁行业降碳、零碳的必然选择，氢冶金按照降碳效果可以分为低氢冶金、富氢冶金和纯氢冶金。低氢冶金的降碳限度低于20％，如采用高炉喷吹富氢或纯氢气体部分取代焦炭作为还原剂；富氢冶金的降碳效果可达50-80％，主要包括竖炉富氢还原以及富氢熔融还原；纯氢冶金是指采用纯氢气体作为还原剂的冶金工艺，目前尚处于试验开发阶段，主要采用竖炉作为反应器。从降碳效果及设备成熟度来看，竖炉纯氢还原是未来氢冶金的发展趋势。

尽管气基竖炉已得到成熟化应用，但采用富氢气体和纯氢进行还原存在的差异性较大。由于氢还原是吸热反应，采用纯氢进行还原时需要的温度更高，但是，受到换热管束材质耐热温度的限制，目前加热炉的最高温度不超过900℃，无法满足纯氢还原的温度要求，氢气利用率低；同时，氢气对换热管束的腐蚀性更强，对材质的要求更高。因此，满足还原所需的温度是竖炉纯氢冶金需解决的瓶颈问题；另外，现有技术中的气基竖炉主要以氧化球团为原料，具体流程为：生球团氧化焙烧→冷却→竖炉还原→冷却，生球团必须经氧化焙烧、冷却后才能入竖炉进行还原，处理流程长，并且热利用效率较低。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种球团氧化焙烧-纯氢还原冷却系统和方法，用以解决现有的纯氢竖炉还原系统存在的氢气加热温度受限制、氢气利用率低以及热利用率低的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种球团氧化焙烧-纯氢还原冷却系统，该球团氧化焙烧-纯氢还原冷却系统包括自上而下依次连通设置的加热焙烧段、调温段、等压段和还原冷却段；所述加热焙烧段设置有生球团入口、热烟气入口和烟气出口，所述调温段设置有过热蒸汽入口，来自过热蒸汽入口的过热蒸汽通过所述调温段后进入所述加热焙烧段，来自生球团入口的生球团与来自热烟气入口的热烟气和来自所述调温段的过热蒸汽的混合物在所述加热焙烧段中接触，接触后的烟气从所述烟气出口排出，接触后形成的氧化球团进入调温段中，与来自过热蒸汽入口的过热蒸汽接触调温，调温后的氧化球团进入等压段等压过渡后进入还原冷却段中；所述还原冷却段设置有氢气入口和气体出口，来自等压段的氧化球团与来自氢气入口的氢气在所述还原冷却段中进行还原和冷却，所述还原和冷却过程产生的气体从所述气体出口排出。

基于上述系统的进一步改进，所述生球团入口设置在所述加热焙烧段的顶部，所述热烟气入口设置在所述加热焙烧段与所述调温段的交界处，所述烟气出口设置在靠近所述加热焙烧段上部的位置，所述过热蒸汽入口设置在所述调温段与所述等压段的交界处，所述氢气入口设置在靠近所述还原冷却段下部的位置，所述气体出口设置在所述等压段与所述还原冷却段的交界处。

优选地，所述球团氧化焙烧-纯氢还原冷却系统还包括生球团均压装料系统、燃烧炉、过热蒸汽供应装置和氢气供应装置，所述生球团均压装料系统与所述生球团入口连通，所述燃烧炉与所述热烟气入口连通，所述过热蒸汽供应装置与所述过热蒸汽入口连通，所述氢气供应装置与所述氢气入口连通。

优选地，所述球团氧化焙烧-纯氢还原冷却系统还包括烟气净化系统，所述烟气净化系统与所述烟气出口连通。