【文章內(nèi)容簡介】 x豎爐法特點是設(shè)備緊湊，充分利用余熱，生產(chǎn)率高，但對礦石和還原氣的含硫量要求嚴(yán)格。HYL法希爾法(HYL法)為墨西哥鍍錫板和薄板公司的發(fā)明，HYL是這家公司英文縮寫。20世紀(jì)70年代墨西哥在固定床HYLI法基礎(chǔ)上發(fā)展為HYLⅢ式豎爐，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，約占世界直接還原鐵產(chǎn)量的17％。HYL法工藝爐料（鐵礦石球團(tuán)）自反應(yīng)器頂部加入，還原氣由中部還原區(qū)進(jìn)入。從上至下，還原分四個階段進(jìn)行：第一為加熱和初還原階段；第二為主還原階段；第三為冷卻和滲碳階段；第四為卸料階段。其特點是對CO和H2比例要求不嚴(yán)格。從發(fā)展的角度來看，Midrex技術(shù)工藝的市場占有率在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)仍將占據(jù)統(tǒng)治地位。綜合考慮設(shè)備費、專利費、運行費、工藝成熟性和技術(shù)易得性，該項目擬采改進(jìn)的Midrex法。 鐵浴爐鐵水方案鐵浴爐生產(chǎn)工藝是一個正壓操作的直立的縮口的熔煉容器，由耐火材料爐襯砌筑而成的爐膛和水冷爐頂結(jié)構(gòu)構(gòu)成。耐火材料爐膛包括鐵水熔池，熔渣浮于鐵水之上。入爐原料(煤，焦粉，礦粉，熔劑)用氮氣從安裝在側(cè)面的盆腔同時吹入熔池。原料主要是從爐身上部加入的直接還原鐵，含鐵污泥干燥后從爐身側(cè)部的槍噴入爐內(nèi)。熔劑主要是粉狀氧化鈣、氧化鎂等。氧化鈣調(diào)節(jié)堿度和脫硫效果，氧化鎂調(diào)節(jié)渣的流動性。煤和焦為發(fā)熱劑和還原劑。鐵熔池上面，分散著隨煤加入的碳素發(fā)生氧化反應(yīng)，與含鐵原料發(fā)生氧化反應(yīng)，生成一氧化碳，煤炭里面的揮發(fā)份分解產(chǎn)生氫氣。隨著一氧化碳、氫氣、氮氣載體從熔池快速逸出，金屬和爐渣射流從頂部噴入，從熱風(fēng)爐送過來的1200℃的熱空氣通過水冷噴槍從頂部鼓入，一氧化碳和氫氣在熱空氣中快速燃燒，高溫金屬和熔渣落回到熔池。金屬和熔渣射流覆蓋在水冷壁表面，減少能量損失，保護(hù)水冷壁，有點類似于轉(zhuǎn)爐的濺渣護(hù)爐。過程產(chǎn)生的煤氣從爐頂先經(jīng)過熱旋風(fēng)粗除塵，粗除塵顆粒返回鐵浴爐作原料，半凈熱煤氣由一座水冷洗滌裝置冷卻和凈化，一部份用于熱風(fēng)爐燒爐用，一部份用于豎爐還原氣加熱爐作燃料，一部份供球團(tuán)、鍋爐使用，富余的煤氣降溫進(jìn)煤氣管網(wǎng)。渣鐵產(chǎn)品連續(xù)地通過直立縮口的熔煉容器的避渣器，進(jìn)入渣腔分離。焦碳在冶煉的過程主要是還原劑和發(fā)熱劑，因而對強度要求不高，三級冶金焦可滿足工藝的要求，同時因焦比低大大降低了冶煉成本。但對焦碳和煤的入硫總量要控制，否則下道工序難以控制質(zhì)量，本方案焦碳為外購或唐鋼供應(yīng)。鐵浴爐可冶煉高磷礦。如果下道工序要精煉，則必須脫硫脫磷。生產(chǎn)過程產(chǎn)生的爐渣可以作為原料供水泥或建筑材料。鐵浴爐的原料為直接還原鐵，也可以是扎鋼皮或含鐵污泥。大大地擴展原料的來源，能利用大多數(shù)的鋼鐵產(chǎn)品廢棄物，促成鋼鐵生產(chǎn)的零污染。短流程和快速恢復(fù)的鐵浴爐流程，可以迅速簡單地改變原料類型或產(chǎn)品。其操作的彈性，可以根據(jù)市場變化，迅速調(diào)整原料成本。鐵浴爐停產(chǎn)時，豎爐的產(chǎn)品做成熱壓塊HBI轉(zhuǎn)入料倉儲運。料倉中的HBI也可在生產(chǎn)時少量配比加入鐵浴爐，但配比不能超過4%，料倉中的HBI因密度較大，不能浮在渣液表面直接吸收爐膛燃燒熱，同時因料倉HBI為致密冷料，反應(yīng)速度慢，降低了生產(chǎn)效率，增加了能耗。 鐵浴爐兩臺爐缸為水冷綜合爐底，爐底水冷管上砌兩層半石墨高導(dǎo)熱碳磚，兩層微孔熱壓焙燒碳磚和兩層剛玉磚。爐缸側(cè)壁為冷卻壁加半石墨磚綜合結(jié)構(gòu)，爐腹為氮化硅結(jié)合碳化硅磚砌筑外加冷卻壁結(jié)構(gòu)，錐臺部份磷酸浸漬粘土磚加水冷壁，熱風(fēng)從頂部水冷槍噴入，熱煤氣通過上升管進(jìn)入熱旋風(fēng)粗除塵。礦槽為混凝土結(jié)構(gòu)，所裝物料為熱壓塊、球團(tuán)礦、小塊焦、塊礦。煤粉制備系統(tǒng)包括中速磨、煙氣爐、布袋粉塵收集器、收粉罐、噴吹罐、氮氣罐、壓縮空氣站、噴吹管線、噴槍。噴槍為特殊雙腔結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為耐熱不銹鋼0Cr18Ni9，內(nèi)腔通煤粉，外腔通氧。熱旋風(fēng)外部為鋼殼，材質(zhì)Q235A，內(nèi)襯鋼玉磚耐高溫荒煤氣沖刷，殼體內(nèi)噴FN130涂料，砌50mm厚硅酸鋁纖維磚，殼體溫度在工作在80℃以下。能長期穩(wěn)定工作。鐵浴爐設(shè)鼓風(fēng)機及風(fēng)機房。設(shè)熱風(fēng)爐及管線使鼓入鐵浴爐內(nèi)的風(fēng)溫加熱到1200℃，同時利用鐵浴爐產(chǎn)生的煤氣加熱爐體耐火磚。設(shè)出鐵場除塵、出鐵場及爐前開口機、液壓炮。 ，鐵浴爐與高爐對比分析項目高爐鐵浴爐備注成本 (元/噸)36403185隨著目前焦碳價格上揚，兩者的差價會進(jìn)一步擴大投資總額(億)12(包括焦?fàn)t、燒結(jié))建設(shè)周期2年SO2年排放量413噸120噸CO2年排放量138萬噸41萬噸粉塵年排放量64噸18噸生產(chǎn)組織高爐停爐、開爐周期長，長期休風(fēng)后的復(fù)風(fēng)生產(chǎn)困難。 高爐不能配吃粉狀含鐵原料，焦碳質(zhì)量低于二級冶金焦影響高爐順行，導(dǎo)致成本大幅度上升。 焦化、燒結(jié)、煉鐵之間的生產(chǎn)調(diào)度復(fù)雜，難度大。 停爐、開爐迅速，轉(zhuǎn)產(chǎn)靈活，可根據(jù)原料變化配粉狀含鐵原料。生產(chǎn)調(diào)度靈活。對焦碳強度要求不高。定員287人(包括焦?fàn)t、燒結(jié))242人占地大少(省去了焦化、燒結(jié)占地)固廢處理產(chǎn)生瓦斯灰、除塵污泥，要另設(shè)處理裝置可消化含鐵粉塵，循環(huán)使用。產(chǎn)業(yè)政策限制類鼓勵類 技術(shù)來源直接還原鐵豎爐及熱壓塊機，采用國外先進(jìn)技術(shù)。其他均采用成熟的國內(nèi)技術(shù)。 工藝流程及消耗定額 備煤原料煤經(jīng)汽車運輸進(jìn)廠，貯煤場由橋式抓斗起重機和推土機承擔(dān)原料煤的倒運。原料煤被送入受料槽中，由受料槽下地皮帶運走，通過膠帶輸送機轉(zhuǎn)運、計量、除鐵、破碎、篩分，送至磨機前貯煤倉待用。石灰石粉由汽車運來，直接送至磨機前貯倉待用。磨機前貯倉中原料煤和石灰石粉（低灰熔點煤不加），按配比經(jīng)計量后送入磨機。 氣化 煤漿制備工藝流程由煤貯運系統(tǒng)送來的原料煤（干）送至煤貯斗，經(jīng)稱重給料機控制輸送量送入棒磨機，加入一定量的水，物料在棒磨機中進(jìn)行濕法磨煤。為了控制煤漿粘度及保持煤漿的穩(wěn)定性加入添加劑，為了調(diào)整煤漿的pH值，加入堿液或氨水，共同磨制漿達(dá)到要求的粒度分布，制得料漿濃度約為60％左右。磨機溢流出的料漿經(jīng)圓筒篩除去料漿中的大顆粒后，依靠重力流入磨機出料槽，磨機出料槽攪拌器使料漿均化并保持懸浮狀態(tài)。料漿再通過磨煤機出料槽泵送入氣化系統(tǒng)的煤漿槽供氣化用。制漿用水由制漿水泵將水由制漿水槽經(jīng)計量后送入磨機。制漿用水為來自灰水處理單元，其余部分根據(jù)需要，用原水補充。 氣化在本工段，煤漿與氧進(jìn)行部分氧化反應(yīng)制得粗還原氣。煤漿由煤漿槽經(jīng)煤漿加壓泵加壓后連同空分送來的高壓氧通過燒咀進(jìn)入氣化爐，在氣化爐中煤漿與氧發(fā)生如下主要反應(yīng)：CmHnSr+m/2 O2—→mCO+（n/2r）H2+rH2S CmHnSr—→（n /4 r/2）CH4+（m n/4+ r/2）C+ r H2SC+O2—→CO2C+CO2—→2COC+H2O—→CO+ H2CO+H2O—→H2+CO2（G）、1350～1400℃下進(jìn)行。氣化反應(yīng)在氣化爐反應(yīng)段瞬間完成，生成CO、HCOH2O和少量CHH2S等氣體。煤漿經(jīng)高壓料漿泵從煤漿槽送入工藝燒嘴。料漿和氧氣經(jīng)工藝燒嘴噴入氣化爐內(nèi)，進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成粗煤氣。氣化原料中的少量未轉(zhuǎn)化組份和由部分灰形成的液態(tài)熔渣與生成的粗煤氣一起并流進(jìn)入氣化爐下部的激冷室。進(jìn)入氣化爐激冷室的激冷水來自于洗滌塔旁的激冷水泵，激冷水進(jìn)入位于激冷室下降管頂端的激冷環(huán)，并沿下降管內(nèi)壁向下流入激冷室。激冷水與出氣化爐渣口的高溫氣流接觸，部分激冷水汽化對粗煤氣和夾帶的固體及熔渣進(jìn)行淬冷、降溫。激冷水中較大固體顆粒經(jīng)黑水過濾器除去。氣化爐激冷室中的黑水通過液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)連續(xù)排出，并送往氣化高溫?zé)崴鳎厥栈宜祷貧饣到y(tǒng)使用。氣化反應(yīng)生成粗煤氣及少量的其它物質(zhì)（包括氯化物、硫化物、氮氣、氬氣及甲烷等）、液態(tài)熔渣及細(xì)灰顆粒。這些物質(zhì)出氣化爐燃燒室，沿下降管進(jìn)入激冷室水浴。熔渣在水中淬冷固化，并沉入氣化爐底部水浴。粗煤氣與水直接接觸進(jìn)行冷卻，大部分細(xì)灰留在水中。粗煤氣沿下降管與導(dǎo)氣管之間的環(huán)隙上升，經(jīng)激冷室上部折流板折流分離出部分粗煤氣中夾帶的水分，從氣化爐旁側(cè)的出氣口引出，送往文丘里管和洗滌塔。粗煤氣與來自激冷水泵的水經(jīng)文丘里管混合。細(xì)灰在此被水完全浸濕，在洗滌塔中從粗煤氣中除去。濕粗煤氣進(jìn)入洗滌塔沿下降管進(jìn)入洗滌塔底部水浴，粗煤氣中夾帶的大部分細(xì)灰在此從粗煤氣中除去。粗煤氣經(jīng)下降管和導(dǎo)氣管間的環(huán)隙上升，進(jìn)入洗滌塔頂部的塔板，來自高壓冷凝液罐的工藝熱冷凝液將粗煤氣中殘留的細(xì)灰洗滌下來。粗煤氣夾帶的水滴在塔板上方的除沫器中分離下來?；旧喜缓?xì)灰的粗煤氣出洗滌塔送到凈化系統(tǒng)。沉積在氣化爐激冷室底部的粗渣及其它固體顆粒，通過循環(huán)水流的循環(huán)作用帶入鎖斗。大的渣塊經(jīng)破渣機進(jìn)行破碎。從氣化爐排出的大部分灰渣沉降在鎖斗底部，定時排入渣池，由扒渣機撈出后裝車外運。從鎖斗頂部抽出較清的水，經(jīng)鎖斗循環(huán)泵循環(huán)進(jìn)入氣化爐激冷室水浴。 灰水處理本工段將氣化來的黑水進(jìn)行渣水分離，處理后的水循環(huán)使用。從氣化爐和碳洗塔排出的高溫黑水分別進(jìn)入高壓閃蒸器，經(jīng)高壓閃蒸濃縮后的黑水再經(jīng)真空閃蒸濃縮后由渣池泵送入澄清槽，水中加入絮凝劑使其加速沉淀。澄清槽底部的細(xì)渣漿經(jīng)泵抽出送往過濾機給料槽，經(jīng)由過濾機給料泵加壓后送至真空過濾機脫水，渣餅由汽車?yán)鰪S外。閃蒸出的高壓氣體經(jīng)過灰水加熱器回收熱量之后，通過氣液分離器分離掉酸性氣體，冷凝液作為洗滌用水。閃蒸出的低壓氣體直接送至洗滌塔給料槽，澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵分別送至洗滌塔給料槽、氣化鎖斗、磨煤水槽，少量灰水作為廢水排往廢水處理。 變換來自氣化工段被蒸汽充分飽和的原料氣（ MPaG，216℃），經(jīng)氣液分離器分離液體后，與凈化后的還原氣換熱（還原氣升溫至～190℃并減壓至～ MPaG送直接還原鐵系統(tǒng)加熱爐）和副產(chǎn)蒸汽降溫，調(diào)整煤氣中的水碳比，以達(dá)到適宜的變換率。然后煤氣與變換氣換熱升溫后，依次進(jìn)入預(yù)變換爐和變換爐，預(yù)變換爐的作用是除去煤氣中灰塵和會使催化劑中毒的有毒物質(zhì)，煤氣在變換爐內(nèi)發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)： CO+H2O CO2+H2+Q 由于一氧化碳變換反應(yīng)是放熱過程，出變換爐的氣體溫度升高，首先與進(jìn)預(yù)變換爐的煤氣進(jìn)行換熱。然后依次進(jìn)入廢熱鍋爐、鍋爐給水加熱器、脫鹽水預(yù)熱器、凈化還原氣預(yù)熱器進(jìn)行熱量回收。最后經(jīng)水冷器進(jìn)一步降溫后送NHD脫硫。 脫硫脫碳脫硫：來自變換工段的變換氣經(jīng)NHD脫碳工段的氣—氣換熱器換熱冷卻后進(jìn)入脫硫塔底部，與塔內(nèi)自上而下的NHD溶液逆流接觸吸收絕大部分H2S氣體及部分COCOS、H2等氣體，出脫硫塔的脫硫后的常溫變換氣去經(jīng)脫硫氣分離器分離掉夾帶的NHD溶液后，去NHD脫碳工段脫除剩余CO2。脫硫塔底排出的富液，進(jìn)入脫硫水力透平回收能量減壓后，進(jìn)入高壓閃蒸槽閃蒸，該閃蒸氣與脫碳工段的高壓閃蒸氣合并一起進(jìn)入脫碳閃壓機，升壓后同變換氣一起進(jìn)脫硫系統(tǒng)以回收高壓閃蒸氣中的H2。高壓閃蒸槽液相進(jìn)入濃縮塔和低壓閃蒸氣一起與自上而下的NHD貧液逆流接觸，閃蒸氣中的大部分H2S氣體及部分CO2氣體被NHD貧液吸收，CO2氣體經(jīng)濃縮塔分離器分離出夾帶的NHD 溶液后高空排放。從濃縮塔底出來的富含H2S、CO2的溶液與NHD貧液在貧富液換熱器I換熱升溫，進(jìn)入脫硫中間閃蒸槽進(jìn)一步降壓閃蒸，閃蒸出一定量含有大量CO2和少量H2的閃蒸氣，閃蒸氣經(jīng)冷卻去閃蒸氣分離器，閃蒸液又與NHD貧液在貧富液換熱器II中換熱后，進(jìn)入脫硫低壓閃蒸槽，富液中大量的CO2閃蒸出來，經(jīng)閃蒸氣水冷器冷卻到40℃，也進(jìn)入閃蒸氣分離器分離出水分及夾帶的NHD溶液，最后進(jìn)入脫硫閃壓機增壓后，進(jìn)入濃縮塔。從脫硫低壓閃蒸槽出來的富液與來自再生塔底的NHD貧液換熱，使NHD富液中的氣體全部解吸出來，NHD貧液先經(jīng)貧富液換熱器III冷卻，然后由脫硫貧液泵II提壓，進(jìn)入貧富液換熱器II和貧富液換熱器I降溫，經(jīng)過水冷器換熱，再去NHD脫碳工段，部分在溶液換熱器中與脫碳富液換熱。將此貧液分成兩股，一股去脫硫貧液泵I升壓后進(jìn)入脫硫塔上部， 另一股由濃縮泵升壓后進(jìn)入濃縮塔上部。出再生塔填料段的再生氣經(jīng)塔上部的旋流板，用塔頂回流的冷凝液洗滌冷卻后進(jìn)入再生氣水冷器，之后在再生氣氨冷器中進(jìn)一步冷卻，經(jīng)再生氣分離器分離掉再生氣中夾帶水分后，富含H2S的再生氣用再生氣鼓風(fēng)機送到硫回收系統(tǒng)。吸收了的NHD富液分三級閃蒸，高壓閃蒸氣中含有H2S、COH2等，為回收H2，高壓閃蒸氣經(jīng)脫碳閃壓機壓縮后返回變換氣。后兩級閃蒸氣中含有H2S、CO2等，經(jīng)脫硫閃壓機壓縮后去濃縮塔，被NHD溶液吸收H2S后放空。脫碳：來自脫硫工段的脫硫氣和來自爐頂氣壓縮機壓縮的爐頂氣混合后進(jìn)入脫碳塔，氣體自下而上與從塔頂來的NHD溶劑逆流接觸，塔內(nèi)有5層碳鋼扁環(huán)散堆填料，氣體中的CO2被溶劑吸收，部分H2S、COS被吸收。從塔頂出來的凈化氣經(jīng)凈化氣分離器除去少量霧沫夾帶的NHD后，凈化氣送變換工段經(jīng)過多級換熱后送加熱爐加熱。進(jìn)脫碳塔塔頂?shù)腘HD貧液在塔內(nèi)吸收的CO2工程中，由于CO2的溶解熱使溶液溫度升高，進(jìn)入水力透平回收靜壓能后，分兩路分別進(jìn)入脫碳高壓閃蒸槽，脫碳高壓閃蒸槽設(shè)備為板式塔，部分溶解的CO2和大部分H2在此解吸塔內(nèi)解吸出來。此氣體即為高壓閃蒸氣，和脫硫工段來的脫硫閃蒸氣混合后進(jìn)入脫碳閃壓機，閃蒸氣升壓、冷卻后與變換氣混合后，經(jīng)氣氣換熱器降溫后再去脫硫工段循環(huán)吸收。從高壓閃蒸槽底部出來的溶液先和脫硫貧液換熱，然后減壓進(jìn)入低壓閃蒸槽，在此塔內(nèi)大部分溶解的CO2氣體解吸出來，此氣體CO2純度≥%，即為CO2氣可作為副產(chǎn)品出售。低壓閃蒸槽底部出來的富液自流進(jìn)入汽提塔，塔內(nèi)有5層碳鋼扁環(huán)散堆填料，溶液與汽提氮氣在填料塔內(nèi)逆流接觸，此時溶液中溶解的CO2被汽提出來，排入大氣。從汽提塔底出來的貧液經(jīng)脫碳貧液泵提壓進(jìn)入脫碳塔上部。系統(tǒng)中各排液、導(dǎo)淋回收的NHD溶液，經(jīng)排液總管進(jìn)入溶劑系統(tǒng)貯槽內(nèi)。 硫回收酸性氣體經(jīng)氣液分離后，被絡(luò)合鐵脫硫液自吸進(jìn)入吸收塔上部，在噴射器內(nèi)氣液兩相混合，并不斷的更新接觸面積，氣液兩相進(jìn)入下部分離段，氣相分離液滴后，進(jìn)入填料吸收塔，經(jīng)噴淋段、填料段吸收硫化氫后，尾氣集中排放。絡(luò)合鐵脫硫液富液自噴射吸