专利名称：高炉炉顶煤气富化利用装置及方法
技术领域：
本发明属于高炉炼生铁，尤其涉及高炉生产中炉顶煤气使用装置及方法。
背景技术：
当今高炉冶炼 生产仍是最主要的炼铁方式。高炉炼铁能源消耗很大，炼铁焦比 300 500kg/tFe。在炼铁过程中同时产生大量的高温、高压、含尘的炉顶煤气(下简称煤气)，温度180-250°C，压力150-250kpa，含尘15_20g/Nm3。煤气中含有约25%的CO和25% 的的C02。为了提高能源的利用率，减少环境污染，炼铁工程师们做了很多有益的工作，并且取得了一定的效果。当前，采用的高炉炉顶煤气利用装置，是由煤气经重力除尘和旋风除尘，经三通与放散阀、煤气净化器管道连接，煤气净化器净化煤气，放散阀直接排放煤气；余压发电装置与煤气净化装置管道连接，利用煤气的压力发电；余压发电装置经三通分别与热风炉、电厂或其它炉窑管道连接，煤气用作热风炉、电厂或其它炉窑的燃料。其方法是由煤气收集器收集炉顶煤气，送入煤气净化器进行除尘净化、降温，温度降为80°C，再送入余压发电装置，利用煤气压力进行余压发电，压力变为常压；最后送入热风炉、电厂或其它炉窑，作为燃料。在煤气多余及特殊情况下，煤气通过放散阀直接排放，以确保高炉稳定顺行， 安全生产。存在的缺陷是煤气热值低，使用时必须配合其它燃料，或者富氧燃烧，才能用于发电、烘烤冶金炉窑，回收利用成本高，收益低；高炉生产波动对煤气成份和流量影响大，影响煤气利用装置的运行；煤气常通过放散阀直接排放，，煤气放散多，利用率低，还污染环
^Mi ο
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种高炉炉顶煤气富化利用装置及方法，提高高炉煤气热值，提高间接还原率，降低高炉大型化对焦炭强度和反应性的苛刻要求，降低高炉焦比、减少高炉渣量和CO2的排放量，确保高炉生产安全，稳定地进行。高炉炉顶煤气富化利用装置，由煤气初除尘系统、煤气净化除尘系统、余压发电装置、热风炉和火力发电装置经管道、阀门连接构成，其特点是煤气净化除尘系统与余压发电装置之间的管道上设置三通，一路由煤气加压装置、气化炉和高炉设的煤气回喷孔经管道、阀门连接，气化炉设有供氧管路和配煤装置，煤气加压后进入气化炉与加压气化炉内的氧、煤粉进行气化反应，反应生成物由高炉设的回喷孔喷入高炉炼铁；另一路由余压发电装置经气体分配器分别与热风炉、电厂锅炉(或其它炉窑)管道、阀门连接，利用煤气压力进行发电，发电后用作燃烧热风炉、电厂锅炉及其它炉窑的燃料，热风炉产生的热风由风口送入高炉中。本发明进一步改进，所述的煤气初除尘系统由重力除尘器+旋风除尘器构成，较传统工艺增加了一个旋风除尘器，进行初步除尘以防止输送管道的堵塞。本发明进一步改进，所述的煤气加压装置由气体增压泵构成，由管道、阀门分别与净化除尘器、气化炉连接，将高炉煤气从低压增加到IMPa左右，以利于高炉煤气能够进入气化炉。本发明进一步改进，所述的气化炉分别设氧气喷口和煤粉的喷口，将700 °C左右的氧气，加压后的高炉煤气、煤粉通过不同的喷口喷入气化炉进行气化。本发明进一步改进，所述的煤气回喷孔设在炉腹下部、风口上方。其原因是，首先避免了该部分煤气在风口的燃烧；其次该部分气体可以在炉腹的软熔带加快热交换，能够实现控制软熔 带的目的；最后高温气体的CO和H2增加有利于提高间接还原率，吸收热量， 使得高炉的高温区下移。高炉炉顶煤气富化利用方法，应用上述装置按以下步骤进行
1、炉顶煤气初除尘系统由高炉炉顶排出的煤气(温度180°c -250°c，压力150-250 KPa，含尘15-20g/Nm3)经重力除尘和旋风除尘将大颗粒粉尘，大部分粉尘去除，以便于煤气的管道输送，减少加压站的堵塞。2、煤气净化除尘系统将含尘煤气经文氏管或布袋净化除尘，使得煤气温度降至 80°C，压力120 Kpa，含尘量降低至符合余压发电的含尘要求，以减轻对余压透平发电机的损坏，更便于发电机的后续用户使用；
3、煤气富化回喷
a)、加压将150-250KPa的煤气的一部分引入加压装置中加压至IMpa ；
b)、煤气富化将680-750°C的氧气、加压的高炉煤气和煤粉通过各自的喷口喷入气化炉内，进行气化反应，反应如下
(1)挥发份的完全分解反应CHx0y=(l-y)C + yC0 +
|· H2 -17. 4 kj/mol
(2)挥发份的部分解反应CHx0y=(l-y- | )C+yC0+ ^ H2+ ^ CH4 -8. 1 kj/mol
ο4 ο
(3)Boudouard 反应C+C02=2C0 -162 kj/mol
(4)C 的水煤气反应C+H20=C0+H2 -119 kj/mol
(5)C 的完全燃烧反应:C+02=C02 +409 kj/mol
(6)C的不完全燃烧反应2C+02=2C0 +123 kj/mol
(7)C 的甲烷化反应C+2H2=CH4 +87 kj/mol
(8)H2 的燃烧反应2H2+02=2H20 +242 kj/mol
(9)CO 的燃烧反应2C0+02=2C02 +28 3 . 2 kj/mol
(10)0)与水的反应0)+!120=0)2+!12+42 kj/mol
(11)甲烷的水煤气反应CH4+H20=C0+3H2 -206 kj/mol
在上述反应中，(1)- (4)以及(11)均为吸热反应，所需热量均来自反应(5)- (10)。 气化反应产物中CCHH2占70%以上，其中H2占10-30%，气体温度850_900°C，压力由阀门进
行调整。C)、富化气体回喷富化后的煤气由回喷孔喷入高炉炉腹中，可以避开风口回旋区的强氧性气氛，同时，在软熔带底层通入富氢的高温还原性气体可以大幅度地提高间接还原率，理论研究表明提高间接还原有利于高炉节能，可以降低吨铁能耗，减少CO2排放，同时该气体在软熔带的流动和间接还原反应可以调整软熔带宽度，改变高炉内部温度场，合理的减薄软熔带宽度，在高炉中心区域，软熔带较宽，相应的高温区宽，间接还原反应发生较多，吸热较多，减薄的幅度较大；在高炉边缘，软熔带较薄，通过调整压力和流量，吸热较少，减薄的幅度较小，故该气体通入方式可以合理的减薄软熔带的宽度，有效的避免因原燃料条件的变化对高炉炉况造成的波动，保证高炉的长期顺行。4、余压发电净化后的 另一部分高炉煤气经余压透平发电装置发电，煤气压力下降为常压煤气。5、用作燃料常压煤气直接作为热风炉和电厂或者其它炉窑的燃料，热风炉生成的热风(空气)由风口送入高炉中。不用加入其它燃料，减少部分设备的投资和维护成本，便于热风炉和电厂锅炉的操作。与现有技术相比，优点是构思新颖，工艺流程简单，容易实施，操作安全可靠；煤气热值提高，回喷炼铁，提高还原率，降低焦比，减少高炉渣量和CO2排放，调控高炉软熔带宽度，保障高炉长期顺行，避免煤放散，节约能源，有利于环境保护。
下面对照附图对本发明作进一步说明。图1是高炉炉顶煤气富化利用装置示意图。
具体实施例方式由图1可以看出高炉炉顶煤气富化利用装置，其煤气初除尘系统2、煤气净化除尘系统3、余压透平发电装置7经管道、阀门连接，煤气净化除尘与余压发电装置之间的管道设三通4。一路与加压装置5、气化炉6连接，气化炉设氧气喷口和煤粉喷口(图中均未标注)，与配煤粉装置10、供氧装置11管道、阀门连接；高炉炉腹下部、风口 14上方设煤气回喷孔13，气化炉与煤气回喷孔管道、阀门连接，富化后的煤气由回喷孔喷入高炉1中；另一路与余压透平发电装置连接，余压透平发电装置7与电厂锅炉9 (或其它炉窑)、热风炉12之间设气体分配器8，并以管道、阀门连接，煤气余压发电后变为常压，由管道送至热风炉、火力电厂作为燃料。热风炉生成的热风，由风口 14入高炉内。本发明在2500m3高炉炼铁过程中煤气富化利用方法如下
1、煤气收集器收集炉顶煤气，温度200°C，压力210kPa，煤气含N2 48. 5%, CO2 24. 25%， CO 24. 25%, H2O 3%，含尘 15_20g/Nm3 ；
2、煤气净化器除尘、降温，根据除尘方式不同，煤气温度降至80-150°C，压力120-200
kPa ；
3、煤气富化回喷
a)、加压弓丨出46Nm7tFe净化的煤气进入加压装置中，压力增加至1MPa;
b)、煤气富化气化炉中喷入53Kg/tFe的煤粉和32NmVtFe的氧气，制得900°C的富化煤气，其气体成份(按体积百分比％) CO 50. 91%, H220. 85%, N2 13. 24%,其他15%。C)、富化气体回喷将富化气体由回喷孔喷入高炉内，喷入150 Nm7tFe，可降低焦比 50 Kg/tFe。4、其余净化煤气经余压发电装置进行发电，降为常压煤气。
5、用作 燃料常压煤气经气体分配器输送至热风炉、火力电厂锅炉及其炉窑，用作燃料，热风炉产生的热风由风口送入高炉中。
权利要求
1.高炉炉顶煤气富化利用装置，由煤气初除尘系统(2)、煤气净化除尘系统(3)、余压透平发电装置(7)、热风炉(12)和火力发电装置(9)经管道、阀门连接构成，其特征在于煤气净化除尘系统(3)与余压发电装置(7)之间的管道上设置三通(4)，一路由煤气加压装置 (5)、气化炉(6)和高炉(1)设的煤气回喷孔(13)经管道、阀门连接，气化炉设有供氧管路 (11)和配煤装置(10)；另一路由余压发电装置(7)经气体分配器(8)分别与热风炉(12)、 电厂锅炉(9)及其它炉窖管道、阀门连接。
2.根据权利要求1所述的高炉炉顶煤气富化利用装置，其特征在于所述的煤气初除尘系统(2)由重力除尘器和旋风除尘器管道连接构成。
3.根据权利要求1所述的高炉炉顶煤气富化利用装置，其特征在于所述的煤气加压装置由气体增压泵构成。
4.根据权利要求1所述的高炉炉顶煤气富化利用装置，其特征在于所述的气化炉(6) 分别设氧气喷口和煤粉的喷口。
5.根据权利要求1所述的高炉炉顶煤气富化利用装置，其特征在于所述的煤气回喷孔 (13)设在炉腹下部、风口(14)上方。
6.根据权利要求1所述的高炉炉顶煤气富化利用方法，应用上述装置按以下步骤进行1)、煤气初除尘由煤气初除尘系统(2)初步将煤气中的大颗粒去除，使得煤气温度 1800C _250°C，压力150-250 KPa，含尘由15_20g/Nm3降到<10 g/Nm3,以便于煤气在后续输送管道中不会发生堵塞现象。2)、煤气净化、降温煤气净化除尘系统(3)除尘，温度降至80°C，压力120KPa；3)、煤气富化回喷a)、加压将150-250KPa的煤气的一部分引入加压装置(4)中加压至IMpa ；b)、煤气富化将680—750°C的氧气、加压的高炉煤气和煤粉通过气化炉(6)上设的各自喷口喷入炉内，进行气化反应，气化反应产物中CCHH2占70%以上，其中H2占10 — 30%，气体温度850—900°C，压力由阀门进行调整；c)、富化气体回喷富化后的煤气由回喷孔(13)喷入高炉炉腹中；4)、余压发电净化后的另一部分高炉煤气经余压透平发电装置(7)发电，煤气压力下降为常压煤气；5)、用作燃料常压煤气直接作为热风炉(12)和电厂锅炉(9)(或其它炉窑)的燃料气体，热风炉生成的热风由风口送入高炉中。
全文摘要
高炉炉顶煤气富化利用装置及利用方法属于高炉炼生铁,尤其涉及高炉生产中炉顶煤气使用装置及方法。特点是煤气净化除尘系统与余压发电装置之间的管道上设置三通，一路由煤气加压装置、气化炉和高炉设的煤气回喷孔经管道、阀门连接，气化炉设有供氧管路和配煤装置，富化的煤气加压后进入气化炉与加压气化炉内的氧、煤粉进行气化反应，反应生成物由高炉设的回喷孔喷入高炉炼铁；另一路由余压发电装置经气体分配器分别与热风炉、电厂锅炉管道、阀门连接，产生的热风由风口送入高炉中。优点是构思新颖，工艺流程简单，容易实施，操作安全可靠；煤气热值提高，回喷炼铁，提高间接还原率，降低焦比，减少高炉渣量和CO2排放，调控高炉软熔带宽度，保障高炉长期顺行，避免炉顶煤气放散，节约能源，有利于环境保护。
文档编号C21B5/06GK102220443SQ20111015369
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者刘自民, 刘英才, 夏能伟, 宋灿阳, 张晓萍, 李令锋, 李小静, 王思维, 金俊, 陈东峰 申请人:马鞍山钢铁股份有限公司