Midrex竖炉化学能与物理能匹配及最大利用的数值分析

针对诸如Midrex类型直接还原炼铁竖炉生产过程中存在煤气还原势化学能未能充分利用问题,设计出一种上部增设吹氧装置将过剩化学势转变成热能的竖炉。新型竖炉实现煤气化学能与物理能匹配,从而实现能的最大化利用和减少煤气消耗。根据质量和能量守恒建立了竖炉静态模型对比分析传统和新型竖炉的煤气消耗,同时开发一维动力学模型计算了炉内温度及煤气成分变化,获得了在热力学上盈余煤气的体积分数,即还原煤气过剩化学能的分布。结果表明,吹氧竖炉上部气固两相温度提高,CO和H2浓度明显下降,因而煤气利用率显著增加。在吹氧量为536.40m3.h-1,吹氧位置为6.5m高度情况下,煤气量消耗下降25.94%,尾气还原势下降53.69%。

气基竖炉直接还原工艺发展现状及展望

钢铁工业碳减排是我国达成“碳达峰”、“碳中和”目标的工作重心,发展气基竖炉直接还原技术对实现我国钢铁工业低碳转型意义重大。本文介绍了Midrex、HYL-Ⅲ、Energiron-ZR等典型的气基竖炉直接还原工艺流程及其技术特点,总结了我国当前气基竖炉直接还原发展现状,并对气基竖炉直接还原工艺的发展方向进行展望,提出提升竖炉产能、确保竖炉长效运行、开展全氢直接还原竖炉研究的建议,以期为我国钢铁工业低碳冶金技术发展提供参考。

氢基竖炉直接还原工艺发展现状及思考

介绍了竖炉直接还原工艺Midrex和HYL/Energiron的基本流程及近年来各工艺的直接还原铁产量,并对比分析了两种工艺的装置、原料和工艺特性。阐述了目前全球钢铁企业在该领域的技术研发和项目投资情况,同时指出氢基竖炉直接还原技术的发展与球团矿品位、氢还原反应过程吸热、大规模绿氢制备技术以及绿氢制备成本等问题息息相关。选择符合我国国情的氢基竖炉直接还原技术,是我国钢铁行业低碳可持续发展的重要方向。

直接还原铁的制造工艺及设备

介绍了生产高纯度直接还原铁(DRI)的米德雷克斯竖炉的生产工艺流程、及向电弧炉中输送热态直接还原铁的不同方案,最后给出该种工艺的节能指标。

直接还原铁生产概况及发展

介绍了近年国内外直接还原铁生产概况 ,分析了不同直接还原工艺的状况 ,认为Midrex是最主要的直接还原铁生产工艺 ,资源条件决定了煤基回转窑法仍将是我国直接还原铁生产的主要方法 ,但应重视气基竖炉还原工艺的开发研究工作。我国直接还原铁仍将有较大的市场需求。生产规模过小、工艺设备落后是限制我国直接还原生产发展主要原因。此外 。

两种钢铁生产新流程的比较

ＣＯＲＥＸ，ＭＩＤＲＥＸ，电炉，薄板坯连铸连轧（ＣＭＥ流程）与德士古，ＨＹＬ－Ⅲ，电炉，薄板坯连铸连轧（ＴＨＥ流程）是两种钢铁生产新流程。比较了这两种流程１４０万ｔ／ａ钢铁厂的设备组成、投入产出与经济效益，并分析其原因。ＴＨＥ流程能耗偏高，经济效益还不如ＣＭＥ流程，但ＴＥＸＡＣＯ，ＨＹＬ－Ⅲ作为一种生产海绵铁的方法，尚有发展可能。

Midrex还原竖炉反应的数值模拟

根据气相和固相的质量和能量守恒方程,建立Midrex还原竖炉反应的一维数学模型。含铁原料的还原采用逐级的单界面未反应核模型,并考虑了热量损失,得到了各物质的浓度和温度的变化曲线。模型模拟结果与Gilmore厂生产数据相符,验证了模型的准确性。模拟结果显示,竖炉的绝大部分区域内气相和固相的温度基本一致。在竖炉1.18 m深以上发生的反应为放热反应,反之为吸热反应。模型又模拟了不同的还原气入口温度、气体流量、产铁量和球团半径条件下的结果,为Midrex还原竖炉的生产提供参考。

非焦煤炼铁工艺及装备的未来(2)——气基直接还原炼铁工艺及装备的前景研究(上)

气基直接还原铁以比废钢价格低、有害元素少的优势逐渐成为冶炼高端金属材料的优质原料。我国的气基直接还原铁生产工艺处在成长阶段,既要消化吸收国外的技术,也要开发自有的国产技术,尤其是关键设备和技术成为实验室技术扩大到工业化生产的瓶颈。从气基直接还原铁的原理出发,以MIDREX法为例重点介绍直接还原铁生产工艺原理、装备特点,为我国直接还原铁的发展提供参考。

非焦煤炼铁工艺及装备的未来(2)——气基直接还原炼铁工艺及装备的前景研究(下)

气基直接还原工艺中以MIDREX法和HYL法为首的竖炉法占据主要地位,本文承接上篇,分析了HYL-Ⅲ与Energiron工艺的操作流程和工艺特点,并与MIDREX工艺做对比:HYL以水蒸气裂化天然气产生的75%以上氢气的还原气,带来工艺上的重大变革,可以提升反应温度、放宽原料硫含量的要求,还原气的利用率和反应速率得以大幅提高,一举多得。但其高压操作的特性,增加了投资和维护成本。HYL/Energiron运用了气动输送技术,高级自动化技术,CO2吸收技术等提升工艺的可靠性和环境友好性。

气基竖炉直接还原炼铁流程重构优化

直接还原铁比较纯净、成分稳定,是电炉炼钢的优质原料。中国焦化行业产生大量焦炉煤气,适宜发展以焦炉煤气为还原气的竖炉直接还原炼铁流程,现有工艺主要有Midrex工艺和HYL-ZR工艺。为了解决Midrex工艺和HYL-ZR工艺所存在的问题,通过流程功能分析,提出气基竖炉直接还原重构优化流程,主要工序包括焦炉煤气压缩、TSA预处理、PSA脱碳、PSA提纯CH_(4)、富氢气加热、竖炉直接还原炼铁等。该流程不仅净化焦炉煤气,而且可分离CH_(4),使还原气中H_(2)与CO的比例达到8,并省去CH_(4)重整环节,提高炉内直接还原效率。该流程前端与焦化工序连接,后端与电弧炉连接,不仅有利于钢铁联合企业资源优化配置,而且可以生产天然气,提高能源利用效率。