发布者:admin
发布时间:2014/10/22 10:32:00
成本效益良好、现代化水平最高的直接还原铁生产技术

  钢材生产商需要提高他们的作业效率和设备生产能力。这种需求在近些年来有扩大趋势;其结果是生产成本增高。环境保护法规也是人们关心的一个问题。对铁矿石进行气基直接还原,以生产海绵铁(DRI),是更具生命力的一种选择,可有效解决上述成本和环保问题。
   气基直接还原铁生产工艺是通过使处于循环过程的还原气体通过一个装有最高温度可达1000℃的散粒铁矿石的移动床实现的。通过化学还原方法,可将铁矿石中的氧去除,从而生产出金属化率较高的DRI直接还原铁。
  由于在ESI(阿布扎比)建设的第一套Energiron直接还原铁生产设备  顺利投产,达涅利与它的合作伙伴Tenova Hyl公司,在DRP直接还原铁生产领域,目前已成为新的世界领先者。这不仅是一种能效高、环境友好的生产工艺,而且具有很高的生产操作灵活性,包括设备生产能力和产品质量;而原材料对它的影响却不大。这使Energiron直接还原设备成为钢铁产业中极具竞争能力的最佳解决方案。
  1 生产工艺说明
  Energiron直接还原铁生产工艺是一项世界领先技术;利用一个单模块反应器,年生产能力变化范围就可以从20万t~200万t;而且可处理各种不同的原材料:比如100%铁矿石球团、100%块矿、高炉球团或是上述几种原料的混合料。
  这种生产工艺的显著特点是,它可以独立控制DRI金属化率和碳含量水平。特别是可以根据人们的需要调节碳含量,调节范围可从1%~3.5%,以满足电炉炼钢工艺的需要。
  由于该工艺具有很高的生产操作灵活性,Energiron直接还原设备可设计成采用下列几种不同的还原气体:
  ◆  天然气:在这种情况下,碳氢化合物可通过外部或“就地”重整,转化为所需要还原气体H2和CO;
  ◆  来自气化装置或其他炼铁设备  (如Corex、Finex)的合成气:煤经过气化后,可生成同样的还原气体  (CO,H2和CH4);
  ◆  焦炉煤气  (COG)。
  当使用外部重整器生产还原介质  (H2和CO)时,首先要将湿重整气在急冷塔内进行干燥处理,然后送入工艺管路内。重整气在工艺管道内与来自反应器的循环气体混合。
  由此产生的还原气在工艺气体加热器内进行加热,然后输送到反应器分配环管。在将合成气、焦炉煤气或天然气直接送入反应器时,采用相同的工艺流程,不同的只是需要根据特定用途调整设备相关尺寸。
  在加热器和反应器之间吹入氧气,以增加可供使用的化学能,用于增加碳含量,或者促进铁矿石还原。离开反应器的炉顶气要进行处理,以使气体洁净,同时去除在还原反应过程中产生的氧化成份  (H2O和CO2)。此后,炉顶气通过炉顶气换热器  (用于回收气体中的热能,并将这些热能输送给PG加热器进入气体),以及洗涤和急冷系统  (去除气体中灰尘,并将气体冷却,以去除气体中的水份)。
  经过处理的气体在工艺气体压缩机中加压后,输送到CO2吸收器内,通过气体与一种溶液直接接触,利用它对CO2的吸附作用,将CO2气体去除。这样,离开吸收器的气体将不再含有氧化成份,从而完全恢复了它原有的还原能力。当它与重整气混合后,将再次通过工艺气体加热器,并最终结束工艺气体处理过程。CO2吸收器自身具有这样一个特点,它在吸收CO2的同时,可一并去除H2S气体。其结果是使我们得到一种几乎不含硫的工艺气体,从而可以最大限度地减少生产的DRI中沉积的硫。
  反应器可设计成通过一种相同的工艺设备配置,既可生产热DRI,也可生产冷DRI:
  ◆  热装DRI可经过加压,制成HBI热压块  (通常用于商业销售,便于远距离运输),或者通过Hytemp R气力输送系统  ,直接送到电弧炉  (或外部冷却器);
  ◆  直接来自反应器的冷装DRI,可在环境温度下输送到贮料场。在这种情况下,温度为40℃的冷却气体输送到反应炉下圆锥炉体内,与DRI流动床相反的方向,向上流动。这样,冷却气体从上圆锥炉体内出来,经过冷却水急冷/洗涤后,再返回到炉身区进行循环  (经过加压)。
  此外,作为一项专利技术的双反应器,可从同一个炉身排出冷、热DRI。
  还原反应器的设计可使反应器在气体和固体物质在整个区段内均匀流动的条件下,能够正常工作。采用特殊设计的流动给料器,是由达涅利独家开发的,现已安装在阿布扎比ESI钢厂第一套Energiron直接还原设备上,看起来是取得如此卓越效果的关键因素,特别是用在这种热排料反应器上。流动给料器密封装置的压力等级设计,可确保它在气体压力超过6 bar的环境中能够稳定工作;这也显示出达涅利在大负荷设备设计方面,拥有丰富的经验。
  2 气力输送
  对于与电炉车间连在一起的Energiron直接还原铁生产设备,可通过Hytemp R气力输送系统,将热DRI直接送至电炉车间(当需要生产冷DRI铁,也可以送到外部冷却器内)。
  利用Hytemp系统,从反应器排出的温度约为600℃的产品,可通过能够与热DRI相容的载运气体,以气力输送方式输送到电炉车间中间料仓内,以防止降低产品质量。通过这种方式,热DRI中所含的热能,可得到充分利用,因此它直接给电炉炼钢车间带来许多好处,其中包括降低电能消耗和缩短出钢周期。
  举例来说,阿布扎比ESI钢厂电炉车间,当采用热DRI装料时,吨钢电耗可降低大约120kWh/t。外部DRI冷却器只有在电炉车间停机时才投入运行。因此,即使在电炉炼钢车间停产时,它仍可确保直接还原铁生产设备连续运行,且保持平稳。
  3 先进的自动控制系统
  Energiron直接还原工艺可将各种不同的物理-化学反应过程合为一体。这些过程必须进行优化,以便在各种气相、液相和固相中得到所需要的化学反应,以及热量和物质交换。为实现这一目的,Energiron直接还原铁生产设备配备有全套自动控制系统  (1级和2级)。它采用了在过程控制器、软件诊断、提高设备利用率和失效保护等各个领域中的最新技术。
  1级基础自动化系统——用于每个小设备区和专用HMI的控制器——可实现所有设备和系统的远程控制。
  Emirates钢厂的Energiron直接还原铁生产设备,由西门子PCS7系统控制。该系统又可分为以下5个设备区:
  ◆  还原区  (反应塔、冷却塔、Hytemp R塔、空气压缩机、PTS系统、加热器);
  ◆  重整器、蒸汽系统和CO2吸收器;
  ◆  原材料输送系统  (铁矿石和冷DRI);
  ◆  水处理设备;
  ◆  安全仪表系统  (SIS)。
  新建2级过程控制系统  采用各项先进技术,其中包括多个数学模型和经验模型,用于稳定和优化生产工艺过程。要做到这一点,就要使设备工作在尽可能接近最佳条件的区域。这样做的结果是能够最大限度地减小过程变量的标准差,以获得最佳产品质量、最大产量和生产效率。
   在先进的控制系统中,可将多个“虚变量”(短模拟过程)添加到传统的现场检测中。这些检测通常是通过1级系统控制回路进行管理,以实现某些就地优化功能。
              来源: 《炼钢 》

 

 

 

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