本發(fā)明涉及氫基豎爐直接還原，特別是涉及一種海綿鐵生產(chǎn)與熱態(tài)海綿鐵熱量回收方法、系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、冷出料是氫基豎爐海綿鐵一種主要的排料方式，對于事故工況下熱態(tài)海綿鐵的處理尤為重要?，F(xiàn)有氫基豎爐直接還原生產(chǎn)海綿鐵的主要工藝有midrex和hyl-zr。兩種工藝采用獨立于豎爐的外部冷卻器進行冷卻，與熱態(tài)海綿鐵換熱后冷卻氣的溫度分別為315℃和265℃，冷卻氣量分別為600nm3/tdri和1200nm3/tdri，具有大量的物理顯熱。然而，冷卻氣的物理熱卻被洗滌塔中的冷卻水所吸收，浪費了大量的熱。

2、為了能夠充分利用熱態(tài)海綿鐵擁有的物理顯熱，與熱態(tài)海綿鐵換熱后的冷卻氣可以采用干法除塵處理，將具有的顯熱交換給需要熱量的介質(zhì)，降低能耗。

3、氫基豎爐需要垂直膠帶機、料罐等裝料設(shè)備將球團礦裝入爐內(nèi)，但是出于礦石粉末和雨水的原因，在料罐的下部存在粉礦粘結(jié)難以裝料的風險，會影響豎爐拱頂溫度的控制。midrex工藝采用高壓水槍對粘結(jié)料進行沖刷，但是會在豎爐頂煤氣中帶入大量的水蒸氣，影響了煤氣成分。采用高壓氮氣對粘結(jié)料進行沖刷，一方面會使得豎爐拱頂壓力波動，另一方面會增加頂煤氣循環(huán)后的氮氣含量，降低豎爐還原氣中有效氣含量。如果能夠?qū)釕B(tài)海綿鐵的熱量交換給球團礦，便能減少料罐粘結(jié)的風險，保證了還原氣的有效成分含量。

4、在豎爐風口以下區(qū)域噴吹一定量的天然氣，可以增加滲碳。如果能夠?qū)釕B(tài)海綿鐵的熱量交換給天然氣形成高溫滲碳氣，既可以減少冷還原氣引起的溫降，又可以改善滲碳效果。

5、因此，有必要開發(fā)一種能將熱態(tài)海綿鐵熱量交換給球團礦和天然氣的技術(shù)，既能盡可能地回收并充分利用熱態(tài)海綿鐵擁有的物理顯熱，又能為降低料罐粘結(jié)風險，改善海綿鐵滲碳效果，降低豎爐工序能耗和co2排放提供重要的技術(shù)支撐。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種海綿鐵生產(chǎn)與熱態(tài)海綿鐵熱量回收方法、系統(tǒng)，在充分利用熱態(tài)海綿鐵擁有的物理顯熱的同時，解決了氫基豎爐料罐粘結(jié)的問題，改善了海綿鐵滲碳效果，降低了豎爐工序能耗和co2排放。

2、為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種海綿鐵生產(chǎn)與熱態(tài)海綿鐵熱量回收方法，包括：

3、將冷態(tài)爐料加熱為熱態(tài)爐料，送入豎爐中，通入還原氣，生產(chǎn)得到熱態(tài)海綿鐵；

4、采用冷卻氣對熱態(tài)海綿鐵進行冷卻處理，得到冷態(tài)海綿鐵，并獲得頂部冷卻氣；

5、所述頂部冷卻氣經(jīng)過多級換熱處理后再回用于冷卻熱態(tài)海綿鐵；

6、所述多級換熱處理包括依次進行的一級換熱、二級換熱和三級換熱；

7、所述一級換熱包括：所述頂部冷卻氣與第一氣體進行換熱，獲得第一冷卻氣和第一加熱氣體；在上料過程中，采用所述第一加熱氣體將冷態(tài)爐料加熱為熱態(tài)爐料；

8、所述二級換熱包括：所述第一冷卻氣與第二氣體進行換熱，獲得第二冷卻氣和第二加熱氣體；在裝料罐裝料后，采用所述第二加熱氣體進行均壓，并對裝料罐中的熱態(tài)爐料進行保溫；

9、所述三級換熱包括：所述第二冷卻氣與滲碳用天然氣進行換熱，獲得第三冷卻氣和高溫滲碳氣；所述第三冷卻氣回用于冷卻熱態(tài)海綿鐵；所述高溫滲碳氣噴吹入豎爐內(nèi)，以減少冷還原氣引起的溫降，增加海綿鐵碳含量。

10、進一步，所述冷卻氣為氮氣。

11、進一步，所述冷卻氣的溫度為35℃~45℃，和/或，氣壓為0.23~0.53mpa。

12、進一步，所述熱態(tài)海綿鐵的金屬化率高于92%，和/或，溫度為650~750℃。

13、進一步，所述冷態(tài)海綿鐵的溫度≤50℃。

14、進一步，所述頂部冷卻氣的溫度為380~450℃，和/或，氣壓為0.195~0.495mpa。

15、進一步，所述第一氣體為氮氣。

16、進一步，所述第一氣體的溫度為35℃~45℃，和/或，氣壓為0.2~0.4mpa。

17、進一步，所述第一加熱氣體的溫度為202℃以上。

18、進一步，所述冷態(tài)爐料的溫度為常溫，所述熱態(tài)爐料的溫度為128℃以上。

19、進一步，所述一級換熱過程的換熱效率不低于90%。

20、進一步，上料方式采用垂直上料。

21、進一步，上料過程中，沿爐料運輸方向上設(shè)置多個間隔分布的點位，所述第一加熱氣體從每個點位進入，加熱冷態(tài)爐料，獲得熱態(tài)爐料。

22、進一步，所述第一加熱氣體在上料過程中將冷態(tài)爐料加熱為熱態(tài)爐料后，經(jīng)除塵后排放。

23、進一步，所述第二氣體為氮氣。

24、進一步，所述第二氣體的溫度為35℃~45℃，和/或，氣壓為0.6~0.8mpa。

25、進一步，所述第二加熱氣體的溫度為181℃以上。

26、進一步，采用所述第二加熱氣體對裝料罐中的熱態(tài)爐料進行保溫，并使所述熱態(tài)爐料的溫度升高5~10℃。

27、進一步，所述二級換熱過程的換熱效率不低于80%。

28、進一步，裝料罐內(nèi)的熱態(tài)爐料通過布料器送入豎爐中；均壓過程中，采用所述第二加熱氣體控制裝料罐內(nèi)的氣壓比布料器內(nèi)的氣壓高0.005~0.015mpa。

29、進一步，當裝料罐內(nèi)的熱態(tài)爐料排空后，將裝料罐內(nèi)的氣體排出，經(jīng)除塵后排放。

30、進一步，所述第二加熱氣體儲存于氣罐中，且所述氣罐的容積大于所述裝料罐的容積。

31、進一步，所述滲碳用天然氣的溫度為35℃~45℃，和/或，氣壓為0.5~0.6mpa。

32、進一步，所述高溫滲碳氣的溫度為172℃~195℃，和/或，氣壓為0.45~0.55mpa。

33、進一步，冷還原氣引起的溫降減少了5℃~10℃。

34、進一步，海綿鐵碳含量增加了0~3.6%。

35、進一步，所述三級換熱過程的換熱效率不低于80%。

36、進一步，所述方法還包括：在所述頂部冷卻氣在進行多級換熱處理之前，對所述頂部冷卻氣進行除塵處理。

37、進一步，所述方法還包括：所述第三冷卻氣經(jīng)降溫和/或加壓后再回用于冷卻熱態(tài)海綿鐵。

38、進一步，所述方法還包括：加入補充氣體，與所述第三冷卻氣共同作為冷卻氣。

39、本發(fā)明還提供一種熱態(tài)海綿鐵熱量回收系統(tǒng)，所述熱態(tài)海綿鐵熱量回收系統(tǒng)可作為海綿鐵生產(chǎn)系統(tǒng)的附屬設(shè)施，用于回收利用所述海綿鐵生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的熱態(tài)海綿鐵的熱量；

40、所述海綿鐵生產(chǎn)系統(tǒng)包括：

41、上料機構(gòu)，用于運輸爐料；

42、裝料機構(gòu)，包括用于盛裝爐料的裝料罐，以及為豎爐布料的布料器；

43、豎爐，為生產(chǎn)熱態(tài)海綿鐵的場所；

44、冷卻器，為冷卻氣將熱態(tài)海綿鐵冷卻為冷態(tài)海綿鐵，并獲得頂部冷卻氣的場所；

45、所述熱態(tài)海綿鐵熱量回收系統(tǒng)包括多級換熱機構(gòu)、第一氣源、第二氣源和天然氣源，所述多級換熱機構(gòu)包括依次相連的一級換熱器、二級換熱器和三級換熱器；所述第一氣源用于提供第一氣體，所述第二氣源用于提供第二氣體，所述天然氣源用于提供滲碳用天然氣；

46、所述一級換熱器可分別與所述冷卻器和所述上料機構(gòu)相連，用于將所述頂部冷卻氣與第一氣體進行換熱，獲得第一冷卻氣和第一加熱氣體，然后在上料過程中采用所述第一加熱氣體將冷態(tài)爐料加熱為熱態(tài)爐料；

47、所述二級換熱器可與所述裝料罐相連，用于將所述第一冷卻氣與第二氣體進行換熱，獲得第二冷卻氣和第二加熱氣體，然后在裝料罐裝料后采用所述第二加熱氣體進行均壓，并對裝料罐中的熱態(tài)爐料進行保溫；

48、所述三級換熱器可分別與所述冷卻器和所述豎爐相連，用于將所述第二冷卻氣與滲碳用天然氣進行換熱，獲得第三冷卻氣和高溫滲碳氣，然后將所述第三冷卻氣回用于冷卻熱態(tài)海綿鐵，并將所述高溫滲碳氣噴吹入豎爐內(nèi)，以減少冷還原氣引起的溫降，增加海綿鐵碳含量。

49、進一步，所述熱態(tài)海綿鐵熱量回收系統(tǒng)還包括第一送氣機構(gòu)，所述第一送氣機構(gòu)包括多根用于輸送所述第一加熱氣體且并列設(shè)置的第一氣體支管，所述上料機構(gòu)沿爐料運輸方向上設(shè)置多個間隔分布的點位，所述第一氣體支管可與所述點位一一對應(yīng)相連。

50、進一步，所述熱態(tài)海綿鐵熱量回收系統(tǒng)還包括第二送氣機構(gòu)，所述第二送氣機構(gòu)包括氣罐、多級均壓單元、多級排壓單元或放散單元中的至少一個；所述氣罐用于儲存所述第二加熱氣體；所述多級均壓單元包括多根用于輸送所述第二加熱氣體且并列設(shè)置的第二氣體支管，每根第二氣體支管上均設(shè)置有均壓閥和調(diào)節(jié)閥，所述均壓閥用于控制第二氣體支管的通斷，所述調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)第二氣體支管的流量；所述多級排壓單元包括多根用于排放所述裝料罐中氣體的排壓支管，每根排壓支管上均設(shè)有排壓閥，所述排壓閥用于控制所述排壓支管的通斷；所述放散單元包括放散閥和/或安全閥，所述放散閥用于控制裝料罐內(nèi)氣體的放散，所述安全閥用于控制裝料罐氣體的超壓放散。

51、進一步，所述熱態(tài)海綿鐵熱量回收系統(tǒng)還包括第三送氣機構(gòu)，所述第三送氣機構(gòu)包括高溫滲碳氣管和高溫滲碳閥，所述高溫滲碳閥用于控制高溫滲碳氣管的通斷。

52、進一步，所述熱態(tài)海綿鐵熱量回收系統(tǒng)還包括第一除塵器，所述第一除塵器用于對在所述頂部冷卻氣在進行多級換熱處理之前，對所述頂部冷卻氣進行除塵處理。

53、進一步，所述熱態(tài)海綿鐵熱量回收系統(tǒng)還包括氣體降溫設(shè)備，所述氣體降溫設(shè)備用于對所述第三冷卻氣進行降溫處理。

54、進一步，所述熱態(tài)海綿鐵熱量回收系統(tǒng)還包括氣體加壓機，所述氣體加壓機用于對所述第三冷卻氣進行加壓處理。

55、進一步，所述熱態(tài)海綿鐵熱量回收系統(tǒng)還包括第二除塵器，所述第二除塵器用于對所述上料機構(gòu)和/或裝料罐內(nèi)排出的氣體進行除塵。

56、進一步，所述熱態(tài)海綿鐵熱量回收系統(tǒng)還包括補充氣源，所述補充氣源用于提供補充氣體。

57、進一步，所述氣罐的容積大于所述裝料罐的容積。

58、本發(fā)明還提供一種海綿鐵生產(chǎn)系統(tǒng)，包括：

59、上料機構(gòu)，用于運輸爐料；

60、裝料機構(gòu)，包括用于盛裝爐料的裝料罐，以及為豎爐布料的布料器；

61、豎爐，為生產(chǎn)熱態(tài)海綿鐵的場所；

62、冷卻器，為冷卻氣將熱態(tài)海綿鐵冷卻為冷態(tài)海綿鐵，并獲得頂部冷卻氣的場所；

63、以及，如上所述的熱態(tài)海綿鐵熱量回收系統(tǒng)。

64、如上所述，本發(fā)明的海綿鐵生產(chǎn)與熱態(tài)海綿鐵熱量回收方法、系統(tǒng)，具有以下有益效果：

65、本發(fā)明在海綿鐵生產(chǎn)過程中，通過多級換熱及冷卻氣的循環(huán)回用，將熱態(tài)海綿鐵的熱量回收，并有效降低氫基豎爐的工序能耗和co2排放。其中，多級換熱過程包括：先通過一級換熱將頂部冷卻氣的部分熱量交換給第一氣體，并用在上料過程中加熱爐料；再通過二級換熱將頂部冷卻氣的部分熱量交換給豎爐裝料罐的均壓氣體，能夠進一步提高爐料溫度，減少料罐粘結(jié)難以下料的風險；接著通過三級換熱將頂部冷卻氣的部分熱量交換給滲碳用的天然氣，能夠提高滲碳氣的溫度，減少冷還原氣引起的溫降，并改善滲碳效果。

66、本發(fā)明提供的技術(shù)不僅為解決氫基豎爐熱態(tài)海綿鐵大量顯熱浪費的問題提供了一種熱量回收的新方法，還對于降低料罐粘結(jié)難以下料的風險、改善滲碳效果，降低豎爐工序能耗和co2排放具有非常重要的意義，具有極高的工業(yè)化應(yīng)用潛力。