一种用于气基竖炉直接还原铁系统的热量回收系统以及热量回收工艺的制作方法

本发明属于气基竖炉直接还原铁，涉及一种用于气基竖炉直接还原铁系统的热量回收系统以及热量回收工艺。

背景技术：

1、随着钢铁行业的快速发展，传统的长流程烧焦-烧结-高炉-转炉-铸轧炼铁工艺能耗高、污染大，显露出了资源匮乏和环境破坏的问题。传统的高炉方法冶炼铁所产生的单位排放量约1.6tco2/t铁，而气基还原工艺采用纯氢作为还原气时单位碳排放约0.12tco2/t铁，采用天然气作为还原气时单位碳排放约0.34tco2/t铁，采用焦炉煤气作为还原气时单位碳排放约0.4tco2/t铁。气基直接还原铁工艺引领的短流程炼钢代替传统高炉炼铁引领的长流程炼钢工艺，减排优势明显，已被国内大型钢铁企业所采纳。在气基直接还原工艺中炉顶气的余热回收技术对于整个工艺的节能效果具有很大的影响，由于炉顶气量大、温度高、含尘量大，余热经常会用来副产蒸汽送往界区供其它用户使用，但也存在回收不彻底的情况，同时进竖炉之前的工艺气需要用加热炉升温，又会消耗大量的燃气。

2、因此，如何设计一套更为适宜的气基竖炉直接还原铁系统的热量回收系统，使炉顶气余热经济有效的充分利用是气基还原铁绿色发展的关键所在，也是业内诸多一线研究人员广为关注的焦点之一。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于气基竖炉直接还原铁系统的热量回收系统以及热量回收工艺。本发明提供的热回收体系，具有工艺简单、操作方便，热回收效率高的优势，并且对于气基直接还原铁系统来说，经过系统内热平衡优化，可以减少加热炉燃料气的用量，外部锅炉补水量，以及外输蒸汽管网的费用。

2、本发明提供了一种用于气基竖炉直接还原铁系统的热量回收系统，包括：

3、气基竖炉；

4、与气基竖炉顶端的竖炉顶部高温工艺气出口相连的余热回收系统；

5、与所述余热回收系统的回收热量后的低温工艺气出口相连的净化降温装置；

6、与所述净化降温装置相连的工艺气压缩装置；

7、与所述工艺气压缩装置相连的co2脱除装置；

8、与所述co2脱除装置相连的工艺气增湿装置；

9、所述工艺气增湿装置的出口与所述余热回收系统相连接；

10、与所述余热回收系统的预热后工艺气出口相连接的工艺气加热装置；

11、所述工艺气加热装置的加热后的工艺气出口与所述气基竖炉相连接。

12、优选的，所述竖炉顶部高温工艺气出口与所述余热回收系统的热介质进口相连接；

13、所述余热回收系统上还设置有蒸汽出口和补水进口；

14、所述蒸汽出口与所述co2脱除装置的热源进口相连接，所述补水进口与所述co2脱除装置的冷凝液出口相连接；

15、所述净化降温装置的除尘后工艺气出口与所述工艺气压缩装置相连接。

16、优选的，所述工艺气压缩装置的压缩后工艺气出口与所述co2脱除装置相连接；

17、所述co2脱除装置包括胺法co2脱除装置；

18、所述co2脱除装置的脱除co2后的工艺气出口通过第一管路与所述工艺气增湿装置相连接；

19、所述第一管路上还设置有补充工艺气进气管路。

20、优选的，所述工艺气增湿装置的增湿后的工艺气出口与所述余热回收系统冷介质进口相连接；

21、所述余热回收系统的预热后工艺气经由冷介质出口与所述工艺气加热装置的进口相连接；

22、所述工艺气加热装置的加热后的工艺气出口与所述气基竖炉的工艺气循环进气口相连接；

23、所述气基竖炉的工艺气循环进气口设置在气基竖炉的中部。

24、优选的，所述余热回收系统，包括：

25、换热锅炉；

26、与换热锅炉相连的设置在换热锅炉上方的锅炉汽包；

27、与所述锅炉汽包相连的工艺气预热器；

28、所述竖炉顶部高温工艺气出口与所述换热锅炉的热介质进口相连接；所述热介质走换热锅炉的管程；

29、所述热介质进口设置在换热锅炉的顶部，热介质出口设置在换热锅炉的底部；

30、所述换热锅炉的热介质出口与所述净化降温装置的低温工艺气进气口相连接。

31、优选的，所述锅炉汽包的液相出口与所述换热锅炉的冷介质进口相连接；

32、所述锅炉汽包的气液混合相进口与所述换热锅炉的冷介质出口相连接；

33、所述换热锅炉的冷介质进口设置在换热锅炉的下部，冷介质出口设置在换热锅炉的上部；

34、所述锅炉汽包的气相出口与所述工艺气预热器的热介质进口相连接；

35、所述工艺气预热器的热介质出口通过冷凝管路与所述锅炉汽包相连接；

36、所述冷凝管路上设置有u型弯。

37、优选的，所述工艺气预热器的热介质走管程，冷介质走壳层；

38、所述工艺气预热器的冷介质进口与所述工艺气增湿装置的增湿后的工艺气出口相连接；

39、所述工艺气预热器的冷介质出口与所述工艺气加热装置的进口相连接；

40、所述锅炉汽包的气相出口还通过蒸汽出口与所述co2脱除装置的热源进口相连接；

41、所述锅炉汽包的液相进口通过补水进口与所述co2脱除装置的冷凝液出口相连接；

42、所述锅炉汽包通往co2脱除装置的气量通过设置在锅炉汽包的气相出口与co2脱除装置的热源进口之间的第一压力调节装置、设置在工艺气预热器的冷介质进口与冷介质出口之间第二压力调节装置以及设置在锅炉汽包的液相进口与co2脱除装置的冷凝液出口之间的第三压力调节装置中的一个和多个进行调节。

43、本发明提供了一种用于气基竖炉直接还原铁系统的热量回收工艺，包括以下步骤：

44、1)将直接还原铁工艺中气基竖炉的炉顶工艺气导出后，先经过余热回收系统进行余热回收，得到回收热量后的低温工艺气，然后经过净化除尘后，得到除尘后的工艺气；

45、2)将上述步骤得到的除尘后的工艺气进行压缩和co2脱除后，得到脱除co2后的工艺气，再经过增湿，得到增湿后的工艺气，然后将增湿后的工艺气回送至余热回收系统进行升温，得到预热后的工艺气；

46、3)将上述步骤得到的预热后的工艺气经过加热后，回送至气基竖炉中。

47、优选的，所述直接还原铁工艺中的还原气包括氢气、天然气和焦炉煤气中的一种或多种；

48、所述炉顶工艺气，按摩尔含量计，包括：h2：10％～80％、co：5％～20％、co2：0％～10％、ch4：10％～15％、n2：5％～10％以及h2o：15％～25％，上述含量满足100％；

49、所述炉顶工艺气的温度为400～600℃；

50、所述炉顶工艺气的压力为0.4～1.2mpag；

51、所述炉顶工艺气的气量为150000～350000nm3/h；

52、所述预热后的工艺气的温度为140～180℃；

53、所述余热回收产生热量还进入co2脱除过程中；

54、所述增湿前，还包括补充工艺气进行调质的步骤。

55、优选的，所述低温工艺气的温度为180～220℃；

56、所述压缩后的工艺气的压力为0.5～1.2mpag；

57、所述余热回收的过程，包括以下步骤：

58、(1)将炉顶工艺气送入余热回收系统的换热锅炉中，与来自换热锅炉的汽包中的水进行逆流换热后，换热锅炉中的水升温形成气液混合物返回汽包中，经过分离后，得到蒸汽和液相；

59、(2)将上述步骤得到的汽包中的蒸汽作为热源与增湿后的工艺气进行逆流换热，增湿后的工艺气吸收热量后，得到预热后的工艺气；

60、所述逆流换热后，蒸汽冷凝形成的冷凝液返回汽包中；

61、所述步骤2)还包括，将汽包中的蒸汽的一部分作为热源与增湿后的工艺气进行逆流换热，另一部分蒸汽送入co2脱除过程中，作为溶剂再生的加热热源；

62、所述co2脱除过程中产生的冷凝液回送至汽包中，作为补充锅炉水；

63、所述一部分与另一部分蒸汽的比例，通过增湿后的工艺气逆流换热前后的参数、另一部分蒸汽的参数以及补充锅炉水的参数中的一个或多个进行连锁控制；

64、所述参数包括温度、压力和流量中的一种或多种。

65、本发明提供了一种用于气基竖炉直接还原铁系统的热量回收系统，包括：气基竖炉；与气基竖炉顶端的竖炉顶部高温工艺气出口相连的余热回收系统；与所述余热回收系统的回收热量后的低温工艺气出口相连的净化降温装置；与所述净化降温装置相连的工艺气压缩装置；与所述工艺气压缩装置相连的co2脱除装置；与所述co2脱除装置相连的工艺气增湿装置；所述工艺气增湿装置的出口与所述余热回收系统相连接；与所述余热回收系统的预热后工艺气出口相连接的工艺气加热装置；所述工艺气加热装置的加热后的工艺气出口与所述气基竖炉相连接。与现有技术相比，本发明设计了一种具有特定结构的用于气基竖炉直接还原铁系统的热量回收系统，这是一套高效节能的新型余热回收工艺系统。本发明将竖炉炉顶出来的高温气体经过衬耐火砖的管道首先进入炉顶气换热器，换热器立式安装，炉顶气走管程，从上封头进入，下封头流出；壳程走从炉顶气换热器汽包过来的锅炉水或者回收的蒸汽凝液，锅炉水由一股或者多股从炉顶气换热器下部进入壳程，壳程流体与管程炉顶气逆流接触换热，锅炉水吸收热量后气化，汽液两相一股或多股由管道送往炉顶气换热器汽包，汽包采用卧式容器，汽包产生的蒸汽一部分通过加热工艺气消耗回收的余热，一部分供气基直接还原脱碳系统使用，在此余热回收系统中，工艺气加热器、炉顶气换热器和汽包三者形成自循环，余热回收系统补充水连续进入到汽包底部补充，工艺气回收热量的多少由脱碳单元使用的蒸汽量决定。对于气基竖炉工艺来说，系统内部产生的热优先内部充分利用，热利用效率高。

66、本发明提供的余热回收系统和回收工艺，具有工艺简单、操作方便，热回收效率高的优势，并且对于气基直接还原铁系统来说，经过系统内热平衡优化，可以减少加热炉燃料气的用量，外部锅炉补水量，以及外输蒸汽管网的费用。

67、研究结果表明，本发明提供的余热回收工艺系统，在还原气采用天然气时，每吨还原铁可以回收约241.5mj热量，加热炉每生产1吨铁至少可以节约6.7nm3的天然气，单位碳减排0.013tco2/t铁；还原气采用焦炉煤气时，每吨还原铁可以回收约351mj热量，加热炉每生产1吨铁至少可以节约9.8nm3的天然气，单位碳减排0.019tco2/t铁；还原气采用纯氢气时，每吨还原铁可以回收约32.05mj热量，加热炉每生产1吨铁至少可以节约0.9nm3的天然气，单位碳减排0.002tco2/t铁，经济效益、环保效益、节能效益明显。