一种富氢煤气制备并用于高炉喷吹的系统的制作方法

1.本实用新型涉及炼铁和能源利用技术领域，尤其涉及一种富氢煤气制备并用于高炉喷吹的系统。


背景技术：

2.当前高炉炼铁技术经过长期不断地提高完善，已经发展成为一个成熟、先进的生产工艺。但高炉工艺仍存在诸多问题，尤其是在国家大力倡导低碳减排以及严峻的环保形势下，做为co2排放大户，钢铁行业必然产生巨大的压力。同时，高炉焦炭的大量消耗与其储存量较少之间的矛盾问题，以及富煤、少气、贫油的能源结构，势必给高炉的后续发展带来危机。
3.氢气作为还原剂，用于高炉冶炼可替代部分焦炭，与现有碳系还原剂相比，在还原铁矿石时产生h2o，更有利于减少co2排放。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种富氢煤气制备并用于高炉喷吹的系统，解决当前高炉炼铁技术中co2排放高的问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
6.本实用新型一种富氢煤气制备并用于高炉喷吹的系统，包括两段炉，所述两段炉高温侧的顶部设置有点火装置，侧壁由上而下依次设有粉焦入口、高温气化剂入口；
7.所述两段炉低温侧的侧壁上设置有煤粉入口，所述两段炉低温侧的顶部与气固分离装置的入口连接，所述气固分离装置上部的煤气出口依次连接煤气换热器、余热锅炉、除尘装置和一级煤气加压机，所述气固分离装置下部的固体出口连接至气力输送系统；
8.所述除尘装置的出口分为两路，其中一路与二级煤气加压机入口连通，所述二级煤气加压机出口与所述煤气换热器连通，所述煤气换热器通过煤气喷吹系统与高炉连接；所述除尘装置出口的另一路与一级煤气加压机入口连接，所述一级煤气加压机出口与所述气力输送系统的入口端连接，所述气力输送系统的出口端与所述粉焦入口连接；所述高温气化剂入口与气化剂喷吹系统连接。
9.优选的，所述煤粉入口与煤粉制备系统连接，所述煤粉制备系统包括依次连接的原煤仓、破碎机、碎煤仓、磨煤机、粗煤分离器和煤粉给料机。
10.优选的，所述煤气换热器的上游管路上设置有富氢改质器。
11.优选的，所述煤气喷吹系统包括连通的煤气干路和炉体煤气环管，所述煤气干路上按气体流通方向依次设置有盲板阀、流量孔板、调节阀和快切阀，所述炉体煤气环管上设置有多根煤气支管，所述煤气支管的末端设置有喷枪，所述喷枪位于高炉的风口处，所述煤气支管上设置有截止阀、煤气逆止阀和球阀。
12.优选的，所述煤气干路为两条，其中一条为主用，另一条为备用，所述煤气干路上设置有安全阀。
13.优选的，所述气化剂喷吹系统包括连接在一起的热风炉和混合器，所述热风炉产生的高温热空气与所述混合器中的氧气、水蒸气充分混合由所述高温气化剂入口进入所述高温炉中参与粉焦气化。
14.优选的，所述气力输送系统包括由上而下依次连接焦粉灰斗、耐高温膨胀节、耐高温水冷挡料阀、耐高温水冷圆顶阀；
15.所述耐高温水冷挡料阀的下部连接锁气罐，所述锁气罐与喷吹罐之间通过两台耐高温水冷圆顶阀隔断；所述喷吹罐下边连接一台耐高温气力螺旋给料装置；
16.所述耐高温气力螺旋给料装置下部连接耐磨耐高温输送管道，利用煤气将物料喷吹至高温炉中。
17.优选的，所述炉体煤气环管上设置有放散阀。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果：
19.(1)本实用新型利用煤气作为输送介质携带高温粉焦进入高温炉，是一种高温物料输送，实现了热装热送，减少热量损失，同时利用煤气代替氮气或空气进入高温炉，提高了气化产生的富氢煤气热值；
20.(2)净化后的富氢煤气通过二级煤气加压机进行加压再通过煤气换热器升温后喷吹至高炉，提高了煤气温度，减少煤气进入高炉后需要升温吸热反应；虽然h2o+c＝h2+co为吸热反应，但整个气化炉的高温煤气需要降温，可以认为生成氢气的反应为煤气初步降温，因此从整个系统看，富氢改质不会造成明显的额外能量消耗；
21.(3)通过气化剂喷吹系统调节高温气化剂中氧气和水蒸气的含量，可以提高煤气中h2含量，同时也可以起到调节煤气温度的作用；
22.(4)煤气换热器和余热锅炉使煤气显热得到有效利用，同时余热锅炉产生的水蒸汽是煤气富氢的重要气化剂原料。
23.总的来说，本实用新型的制备流程可得到高热值的富氢煤气，煤种适应性好，碳的转化率高，有效提高煤炭能源利用率，并且本实用新型将富氢煤气安全地喷吹到高炉中进行还原冶炼，提高了高炉还原气氛中h2比例，可以提高炉内还原反应速度和减少碳素直接还原反应，降低焦炭消耗，降低冶炼成本；同时，利用富氢煤气代替部分煤粉，可以减少入炉碳量，大幅度降低高炉二氧化碳排放量，实现高炉低碳减排的目的。
附图说明
24.下面结合附图说明对本实用新型作进一步说明。
25.图1为本实用新型富氢煤气制备并用于高炉喷吹的系统的结构示意图；
26.图2为本实用新型气力输送系统结构示意图；
27.图3为本实用新型煤气喷吹系统的结构示意图；
28.图4为本实用新型煤气支管与在高炉周围的布置示意图。
29.附图标记说明：1、高温炉；2、高温气化剂入口；3、点火装置；4、煤粉入口；5、中温炉；6、气固分离装置；7、富氢改质器；8、煤气换热器；9、余热锅炉；10、除尘装置；11、一级煤气加压机；12、二级煤气加压机；13、热风炉；14、高炉；15、气力输送装置；16、混合器；17、粉焦入口；18、盲板阀；19、流量孔板；20、调节阀；21、快切阀；22、安全阀；23、炉体煤气环管；24、煤气支管；25、截止阀；26、煤气逆止阀；27、球阀；28、喷枪； 29、放散阀；30、耐高温水冷
挡料阀；31、锁气罐；32、耐高温水冷圆顶阀； 33、喷吹罐；34、耐高温气力螺旋给料装置；35、耐高温膨胀节；36、耐磨耐高温输送管道。
具体实施方式
30.需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
32.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作优选的详细说明。
33.如图1所示，本实用新型实施例中公开了一种富氢煤气制备并用于高炉喷吹的系统，包括两段炉，两段炉高温侧的顶部设置有点火装置3，侧壁由上而下依次设有粉焦入口17、高温气化剂入口2。高温气化剂入口2与气化剂喷吹系统连接。
34.两段炉低温侧的侧壁上设置有煤粉入口4，两段炉低温侧的顶部与气固分离装置6的入口连接，气固分离装置6上部的煤气出口依次连接煤气换热器8、余热锅炉9、除尘装置10和一级煤气加压机11，气固分离装置6下部的固体出口连接至气力输送系统15。
35.余热锅炉9的安装连接方式具体来说，余热锅炉9进口端部与煤气换热器8 出口连接，余热锅炉9的煤气出口端进入除尘装置10，余热锅炉10底部粉焦料斗连接至气力输送系统15。
36.具体的，所述除尘装置10的出口分为两路，其中一路与二级煤气加压机12 入口连通，所述二级煤气加压机12出口与所述煤气换热器8连通，所述煤气换热器8通过煤气喷吹系统与高炉14连接；所述除尘装置10出口的另一路与一级煤气加压机11入口连接，所述一级煤气加压机11出口与所述气力输送系统 15的入口端连接，所述气力输送系统15的出口端与所述粉焦入口17连接；所述高温气化剂入口2与气化剂喷吹系统连接。通过二级煤气加压机的设计，使得净化后的富氢煤气进行加压再通过煤气换热器升温后喷吹至高炉，提高了煤气温度，减少煤气进入高炉后需要升温吸热反应；虽然h2o+c＝h2+co为吸热反应，但整个气化炉的高温煤气需要降温，可以认为生成氢气的反应为煤气初步降温，因此从整个系统看，富氢改质不会造成明显的额外能量消耗。
37.为了优选的提高煤气中的氢含量，在煤气换热器8的上游管路上设置有富氢改质器7。
38.煤粉入口4与煤粉制备系统连接，煤粉制备系统包括依次连接的原煤仓、破碎机、碎煤仓、磨煤机、粗煤分离器和煤粉给料机，煤粉给料机最终与煤粉入口4连接。
39.作为一种可能的实现方式，在本实施中，气固分离装置6为旋风分离器。除尘装置10为布袋式除尘器。
40.作为一种可能的实现方式，在本实施中，两段炉包括一侧为煤粉热解的中温炉5，另一侧为粉焦气化的高温炉1，高温炉1和中温炉5的底部相通为u型连通结构。
41.作为一种可能的实现方式，在本实施中，气化剂喷吹系统包括连接在一起的热风炉13和混合器16，热风炉13产生的高温热空气与混合器16中的氧气、水蒸气充分混合由高温气化剂入口2进入高温炉1中参与粉焦气化。
42.如图2所示，作为一种可能的实现方式，在本实施中，气力输送系统15中的输送物料焦粉由气固分离装置6上的底部灰斗进入，由上而下依次连接焦粉灰斗、耐高温膨胀节35、耐高温水冷挡料阀30(称重计量)；耐高温水冷挡料阀30下部连接锁气罐31，锁气罐31与喷吹罐33之间通过两台耐高温水冷圆顶阀32隔断；喷吹罐33下边连接一台耐高温气力螺旋给料装置34(平稳精确的控制给料量)；螺旋给料装置下部连接耐磨耐高温输送管道36，利用煤气将物料喷吹至高温炉1中。耐高温气力螺旋给料装置34可采用水冷螺旋给料器。
43.余热锅炉9进口端部与煤气换热器8出口连接，由于进口端温度较高，需要设置金属膨胀补偿器，余热锅炉煤气出口端进入除尘装置10，余热锅炉底部粉焦料斗与气力输送系统15中的耐高温耐磨输送管道36连接，利用一级煤气加压机11产生的煤气压力，将粉焦由粉焦入口17喷入高温炉1中。
44.一级煤气加压机11的一路出口与气力输送系统15中的耐高温耐磨输送管道36连接，将煤气增压至70～100kpa后，进入喷吹系统输送高温粉焦，耐高温耐磨输送管道36的末端通过一根喷吹管道及一个“一分二”分配器(竖直方向)预先分成2路支管，2路支管路再各经过一个“一分四”分配器共分成8路支管，分两层(一层4根支管)把高温焦粉均匀从粉焦入口17喷入高温炉1内。
45.作为一种可能的实现方式，在本实施中，如图3所示，煤气喷吹系统包括连通的煤气干路和炉体煤气环管23，煤气干路上按气体流通方向依次设置有盲板阀18、流量孔板19、调节阀20和快切阀21，炉体煤气环管23上设置有多根煤气支管24。煤气支管24上设置有截止阀25、煤气逆止阀26和球阀27，防止高炉煤气倒流。
46.如图4所示，煤气支管24的末端设置有喷枪28，喷枪28位于高炉14的风口处。为保证富氢煤气进入高炉14后均匀分布，共设计一半的风口进行喷吹富氢煤气，其余一半风口仍喷吹煤粉，喷吹富氢煤气的风口与喷吹煤粉的风口采用交叉均匀布置。
47.为保证煤气喷吹系统安全运行，煤气干路为两条，其中一条为主用，另一条为备用，煤气干路上设置有安全阀22以及氮气紧急吹扫。正常检修或紧急休风时，需要对喷吹系统进行吹扫，具体操作为：打开安全阀22，关闭快切阀21、截止阀25，打开放散阀29，进行管路吹扫。
48.炉体煤气环管23上设置有放散阀29，作为紧急情况下煤气放散或用于氮气吹扫放散，放散管一直引到炉顶放散平台。炉体煤气环管23上设有若干排污点，用于定期清扫管内杂质，防止堵塞。
49.基于图1和2中富氢煤气制备并用于高炉喷吹的系统结构图，本实用新型实施例中还公开了一种富氢煤气制备并用于高炉喷吹的系统的工作流程，包括以下步骤：
50.s1，将细煤粉由煤粉入口4添加到中温炉5中，煤粉在中温炉5中利用高温炉1气化产生的高温煤气进一步发生热解，中温炉5出口的荒煤气温度为 950～1050℃，其中细煤粉的粒径分布为20～500μm。
51.s2，荒煤气连同粉焦共同进入气固分离装置6，荒煤气经气固分离后，气体依次进入富氢改制器7、换热器8，经换热降温后荒煤气温度降为600～700℃，然后进入余热锅炉9，余热锅炉9的煤气出口温度为150～200℃，然后进入除尘装置10进行净化，产生洁净的富氢煤气，富氢煤气颗粒物浓度在10mg/m3以下，富氢煤气颗粒物浓度在10mg/m3以下，富氢煤气热值为1200～1500kcal/nm3；富氢煤气成分为：co为30％～35％；h2为10～30％，可根据高温气化剂中水蒸气及氧气含量进行调节。
52.s3，洁净的富氢煤气分两路输送，其中一路经过二级煤气加压机12加压，由煤气喷吹系统喷吹到高炉14中参与冶炼，此时富氢煤气的压力500～600kpa，温度升至600～700℃。另一路经过一级煤气加压机11后，富氢煤气进入到气力输送系统15，气力输送系统15用煤气作为输送介质，携带气固分离装置6底部分离下来的高温粉焦由粉焦入口17喷入高温炉1中；同时，热风炉13产生的高温热空气与混合器16中的氧气、水蒸气充分混合由高温气化剂入口2进入高温炉1参与粉焦气化。
53.s4，粉焦高温气化产生的高温煤气由底部进入中温炉5参与煤粉的热解，中温炉5内煤气气流速度为5m/s，停留时间5s。
54.在本实施例中，余热锅炉9产生水蒸气可以通过蒸汽管道输送至混合器16，作为高温气化剂成分。
55.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。