流化床直接还原技术及其应用综述4.0.docx

流化床直接还原技术及其应用综述feigeoer摘要：流化床技术用于直接还原铁具有环保的特点，流化床新技术有循环流化床法，此技术处理粉矿具有优势，另一种新方法是与其它炼铁和还原技术结合在一起的Finmet技术，此技术能源利用率高,排污少，在澳大利亚已有投产。但因为其投资大,天然气用量大在国内尚没有应用。关键字：流化床，循环流化床,Finmet技术，问题SummaryonTechnologyandApplicationofFluidizedBedAbstract：FlUidiZedbedtechnologyisacleantechnologyyordirectreducediron.OneofthenewtechnologyisCirclefluidizedbed,theproductionisimprovedwithittheothertechnologyisfinmet,theenergyisusedmosteffectivelyandthepollutionisreducedthelowest.However,FinmettechnologyisnotusedinChinabecauseofthehighinvestmentandhighuseofthenaturalgas.Keywords：FlUidiZedbed,Circlefluidizedbed.Finmettechnology.Problems当前，炼铁工艺的原料需要将粉矿烧结造球或者使用天然块矿，对于粉铁矿（包括天然粉铁矿、各种筛下粉铁矿）尚无法直接利用，如传统的高炉炼铁工艺的原料由烧结矿、球团矿和天然块矿组成，作为熔融还原炼铁工艺代表的COREX工艺使用的原料也主要是球团和天然块矿。粉铁矿烧结或造球工艺不仅延长了炼铁工艺流程，而且工序能耗高、环境污染严重。冷固造球是利用粉铁矿的工艺路线，但冷固造球工艺尚不成熟，而且由于冷固球团的特性，冶炼工序中添加比例受到较大限制。同时，随着世界上高品位铁矿资源的枯竭，天然块矿将越来越少，低品位铁矿的利用需要经过选矿得到精矿粉的处理过程，这样使用粉铁矿的炼铁工艺需求会日益增加。','相比之下，流化床是一种有效直接利用粉铁矿的工艺装置，相对其它的技术，流化床处理工艺具有原料成本低，设备利用率较高、热交换效率高等诸多优势。最突出的优点是，流化床技术省去了烧结或造球的过程，对环境不造成污染，是环保型直接还原技术。1 .流化床技术介绍流化床是煤基直接还原技术,其基本原理是用煤气或天然气作还原剂在循环流化床中将铁矿石中氧化铁在固态温度下还原成海绵铁。流化床法的优点是采用粉矿，从而免去了球团加工成本。炉料与炉气充分接触，炉料在流化床内强烈翻动，使气固两相间的物理、化学反应大大加速，传热传质效果最佳。粉矿经过两段预热后进入反应器内，在高于900C下被还原。反应器由还原单元、再循环旋风收尘器和气化器组成。还原反应器中的流态化介质为还原性气体。在气化器（固体燃料在高温并通入氧气的情况下变成可燃气体的反应器）中,煤与氧部分氧化，气体和再循环物料将反应热带入还原反应器内，氧化铁被还原为金属铁。同时一部分COz与循环碳通过气化反应转化为CO。由于各种物料的粒度不同，产生气体分级现象，大部分残碳被排出气体带出，随后又在循环旋风分离器中被分离出来，构成循环物料。气体循环使用，其显热用于预热矿粉和生产蒸汽后，经冷却、脱除Co2和再加热后，成为还原气体作为流态化介质重新供给循环流化床。循环流化床法通过控制工艺过程，可得到金属化率大于93%的成品，但必须注意原料粒度要小于3mm,且此工艺均需取用H2或富H2还原气体在高压下操作，最终分选出来的还原成品将会在空气中自燃，应用复合式压块机压块，且必须严格控制气体和料流，否则会产生料层粘结这一自恶化现象。2 .流化床技术的新发展流化床技术不断发展,除上面提到的循环流化床技术，其比较成功的技术还有是Finmet技术，最新的Finmet技术是在韩国浦项开发的熔融还原炼铁新技术。Finmet技术是将成熟的COREX技术和HOR流化床直接还原技术及热压块技术组合后发展起来的。所用的廉价粉矿和非焦煤不需要进行预处理，被誉为对环境友好的炼铁生产技术。2.1 Finmet的工艺描述Finmet工艺流程如图向2-1所示，以粒度小于12mm的铁粉矿为原料，无需进一步分类处理（与烧结原料类似）。粉矿必须干燥到可自由流动通过贮存罐的程度，这个过程在流化床干燥器内完成，粉矿被加热到约100,使其自由水含量降至0.1%0.2%。干燥后的粉矿运至反应器顶部，然后再喂入闭锁料斗系统，该系统内部压力在1.1MPa左右,即反应器顶部的压力。Finmet系统包括4个串联的流化床反应器,且彼此间通过气体和固体输送管路相连。粉矿在重力作用下从较高的反应器流向较低的反应器，而还原气体则以相反方向自下而上流动。此种逆向流动机理可以提高效率，因为在同样的还原气体和同样的流速条件下，多段系统比单一反应器还原得更充分。在第一个反应器中，粉矿被来自下一个反应器的部分消耗的还原气体加热到约500,还原气体通过一个气体分布格栅同粉矿接触。离开流化床的气体中夹带着粉尘，这些粉尘由反应器内部的收尘器加以去除，随后再返回到流化床中。反应器排出的还原气体到达气体处理系统，然后回到工艺中循环利用。粉矿逐步下降通过其余的反应器，每经过一个反应器都因与还原性更强的气体相接触而提高金属化率。反应器内的温度各不相同，最高位置反应器约为550C,而最低位置反应器达到800C左右。反应器内的压力在1.1-1.3MPa范围内变化。循环气体压缩机图2-1Finmet工艺流程图直接还原铁产品的碳含量可在0.5%3.0%范围内进行调整，碳化过程主要发生在最后一个反应器内。高温的还原铁粉通过气动提升系统运至压块区，在通过重力送入双辐压块机之前临时在绝热3罐内贮存。经压块机挤压后块铁密度超过5gcm3o压块机出来的条状热压块铁使用转鼓将其分块。因挤压而产生的还原铁粉再返回到压块机重新进行挤压。然后,热压块铁经强制空冷，并加以堆积贮存。还原过程所需气体，是回收的反应器排出煤气与来自蒸汽重整炉的新鲜煤气的混合物,新鲜煤气是为了补充还原过程中的消耗。反应器排出气体首先在湿式洗涤器中冷却和清洗除去剩余的粉尘，然后排放掉一小部分以控制系统中惰性气氛的积聚这部分气体可用作还原煤气炉的燃料。其余气体通过一个循环压缩机返回到工艺中。重整的煤气和循环的煤气通过一个CCh去除系统，然后在还原煤气炉内被加热到850C左右，最后进入流化床反应器。2.2 Finmet的工艺的原材料全球铁矿石产量从1990年的约8亿t增加到2008年的17.9亿t左右，在此期间内矿石海运贸易也相应从每年3.5亿t增至6.38亿t,其中各种原料所占比例：块矿20%,计1.476亿t;球团15%,计0.957亿t;粉矿65%,计4.147亿t。2008年世界粉矿产量达8.775亿t,其中大约4.5亿t是纯赤铁矿。巴西和澳大利亚是赤铁矿的主要产地，总量超过3.5亿to另外，印度和南非也是重要的赤铁矿生产者。Finmet技术是澳钢委托韩国浦项公司开发的新型直接还原铁技术。Finmet工艺最早在澳大利亚应用,其技术是韩国最先进。3 .流化床技术存在的问题3.1 与高炉工艺相比，Finmet工艺的特点(1)占地面积大。Finmet工艺设备的占地面积至少是3个4350高炉所占的面积之和，大于30万m3o(2)先进的大型高炉燃料比约500kgt,而FINMET的用煤量约为850kgt,还要消耗500m3t的氯气。因此，人们往往认为熔融还原工艺的能耗远大于高炉炼铁工艺。(3)技术引进费用高。COREXC2000系统(含氧气站)比相同生产能力的高炉系统投资高9.7%,而11NMET工艺较高炉系统投资高16.8%。(4)FlNMET工艺的总投资很高。是相同生产能力高炉的2倍多。(5在原材料相同的前提下，FINMET工艺的产量比高炉的产量并不高多少，仅8%。(6)流化床技术产生的N2O气体在大气对流层的积累会破坏臭氧层，而且温室作用比CO2强230倍。对这部分气体处理有待研究。曲(7)Finmet工艺采用了天然气,而天然气在我国的储量少,为了国民生产生活不能用于此项技术。W因此,只有在天然气资源丰富,价格低廉的地区才有发展此技术的潜力。正因为有上述的问题存在，虽然我国煤炭资源和铁精粉资源能满足需要，但此技术在国内仍没有得到推广。参考文献范建峰,李维国,周渝生.流化床处理粉铁矿工艺研究J钢铁,2007,42(11)“720汪怡.国内直接还原与熔融还原技术的发展J.科技资讯,2008(32):243.阴阴继翔.煤基直接还原技术的发展J太原理工大学学报,2000,31(3):314316.4邵剑华,张虎成,方觉.流化床和竖炉对熔融还原流程煤耗的影响J钢铁研究学报,2008,20(3):69.5GerhardDeimek.FINMET直接还原铁厂的生产情况【J.钢铁,2000,35(12):1315.GFritSch.FINMET技术对亚洲钢铁的适用性J.中国冶金,2003,71(10)U042.171倚掏汗,乱偌脾,膜尚.浦项FINNEX熔融还原工艺技术研究J.本钢技术,2007(4):14.侯祥松,李金平,张海.石灰石脱硫对循环流化床中NzO排放浓度的影响J电站系统工程,2005,21(3):1-3.9张殿伟,郭培民,赵沛.现代炼铁技术进展J.钢铁帆钛,2006,27:2623.