一種能夠提氫的循環式礦粉快速還原反應系統和方法與流程
2023-06-26 20:35:11
本發明屬於冶金技術領域，具體涉及一種能夠提氫的循環式礦粉快速還原反應系統和方法。
背景技術：
目前直接還原煉鐵技術是鋼鐵工業發展的前沿技術，是鋼鐵工業發展擺脫焦煤資源的羈絆、降低能耗、減少co2排放、改善鋼鐵產品結構、提高鋼鐵產品質量的重要發展方向。直接還原鐵是優質廢鋼的替代品，是生產高品質純淨鋼的不可短缺的鐵源原料，是轉爐煉鋼的優質冷卻劑。現在達到工業生產水平或仍在繼續試驗的直接還原方法主要分為兩類：使用氣體還原劑的直接還原法和使用固體還原劑的直接還原法。其中，使用氣體還原劑的直接還原法按工藝設備來分又可分為三類，包括豎爐法、反應罐法和流態化法。
豎爐法是指爐料與煤氣在爐內逆向運動，下降的爐料逐步被煤氣加熱和還原的方法。該法以midrex法為代表，是當前發展最快、應用最廣的直接還原煉鐵法。作為原料的氧化球團礦自爐頂加入豎爐後，依次經過預熱、還原及冷卻三個階段。還原所得的海綿鐵，冷卻到50℃後排出爐外，以防再氧化。還原煤氣用天然氣及豎爐本身的一部分煤氣製造，先加熱到760～900℃，在豎爐還原段下部通入。爐頂煤氣回收後分別用於煤氣再生、轉化爐加熱和豎爐冷卻。此法的傳熱傳質效率高，每噸產品能耗可低達2.56×106千卡，產品質量好，金屬化率達92%。墨西哥的hyl法是唯一的工業化反應罐法。爐料在反應罐中固定不動，通入熱還原煤氣依次進行預熱、還原和冷卻，最後定期停氣，把爐料排出罐外。為了克服固定床還原煤氣利用不良的缺點，hyl法採用了4個反應罐串聯操作，還原煤氣用天然氣製造，先在換熱式轉化爐中不充分轉化。經過每一個反應罐反應後都進行脫水、二次轉化和提溫，煤氣在1100℃的高溫下進行還原。在停止通氣下，hyl法使用排料杆強制排料，因此不怕爐料粘結，操作溫度較高，雖系間斷作業，生產率並不低。缺點是煤氣利用差，熱耗大，產品質量不均。流態化法是在流化床中用煤氣還原鐵礦粉的方法。在流態化法還原中，煤氣除用作還原劑及熱載體外，還用作散料層的流化介質。細粒礦石料層被穿過的氣流流態化並依次被加熱、還原和冷卻。還原產品冷卻後壓塊保存。流態化還原有直接使用礦粉省去造塊的優點，並且由於礦石粒度小而能加速還原。缺點是細粒礦粉甚易粘結，一般在600～700℃不高的溫度下操作，不僅還原速度不大，而且極易促成co的析碳反應；碳素沉析過多，則妨礙正常操作。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，提出了一種能夠提氫的循環式礦粉快速還原反應系統和方法，該系統可以直接使用礦粉作為原料，省去造塊工序，且該系統操作簡便，溫控精確且過程易控。
為解決上述技術問題，本發明採取的技術方案為：
本發明提出了一種能夠提氫的循環式礦粉快速還原反應系統，包括：進料系統、反應器、加熱系統、還原氣系統和出料系統，其中，所述反應器的內腔從上往下依次分為進料段、還原段和錐形冷卻段，所述反應器分別與進料系統、還原氣系統和出料系統相連，所述還原氣系統包括：還原氣進氣系統和還原尾氣處理系統，所述還原氣進氣系統包括：還原氣儲罐、還原氣進氣閥、提氫裝置、加熱裝置、風機和布風板，其中，所述還原氣儲罐經所述還原氣進氣閥與所述提氫裝置的入口相連，用於向所述提氫裝置中通入還原氣；所述提氫裝置的第一出口與所述加熱裝置的入口相連，所述提氫裝置的第二出口與所述風機相連，用於將還原氣進行提氫，產生富co氣體和氫氣；所述風機與布風板相連，所述布風板位於所述錐形冷卻段，用於將所述富co氣體快速通入所述錐形冷卻段，與還原產物進行逆向熱交換和滲碳反應；所述加熱裝置與所述反應器側壁上設置的多個還原氣二次進風口相連，用於將從所述提氫裝置通入所述加熱裝置的氫氣與經所述還原尾氣處理系統處理後得到的未反應的還原氣混合加熱後，通入所述反應器的還原段；所述還原尾氣處理系統分別與所述反應器的還原尾氣出口和所述加熱裝置相連，形成還原氣循環迴路，用於將還原尾氣進行處理後，再次通入所述反應器中。
進一步的，所述反應器包括：一層或多層還原氣二次進風口，所述多層還原氣二次進風口沿所述反應器高度方向間隔分布在所述反應器的側壁上且位於所述還原段的底部並沿反應器周向設置；各層的所述還原氣二次進風口設有多個長短不同的噴嘴，所述噴嘴沿所述反應器的側壁圓周交替環布，用於控制還原氣在所述反應器內腔中徑向上的分布。
進一步的，所述加熱系統位於所述還原段內，包括：中心氣體管道和沿所述反應器高度方向布置的多層蓄熱式輻射管，每層所述蓄熱式輻射管設有多根位於同一水平面上的u型蓄熱式輻射管，所述u型蓄熱式輻射管沿所述中心氣體管道圓周環布且與中心氣體管道相連通，用於精確控制反應器內的溫度場和溫度梯度，上下兩層所述蓄熱式輻射管以相對旋轉角度的方式設置使得各層u型蓄熱式輻射管不重疊，使下落的礦粉分布均勻。
進一步的，所述相對旋轉角度為0°-180°/n，其中n為所述每層蓄熱式輻射管的數量；所述還原段的側壁上設有與所述蓄熱式輻射管連接的空氣入口和燃氣入口，所述空氣入口和燃氣入口均位於所述蓄熱式輻射管的下部。
進一步的，所述進料系統包括：原料倉、鬥提和進料螺旋，其中，所述鬥提分別與原料倉和位於所述反應器頂端的進料螺旋相連，用於提料，所述進料螺旋與反應器的進料口相連。
進一步的，所述還原氣進氣系統還包括：氮氣儲罐和氮氣進氣閥，其中，所述氮氣儲罐經氮氣進氣閥與所述風機相連，用於在還原氣進入所述反應器之前對整個系統進行氮氣吹掃，以保證整個系統處於非氧化氣氛中；所述還原尾氣處理系統包括：洗滌冷卻裝置、壓縮裝置和脫碳裝置，其中，所述洗滌冷卻裝置一端與所述還原尾氣出口相連，其另一端依次與壓縮裝置和脫碳裝置相連，所述脫碳裝置與所述加熱裝置的入口相連，用於將還原尾氣進行處理，得到未反應的還原氣再次通入所述加熱裝置中。
進一步的，所述出料系統包括：熱壓塊裝置、冷卻裝置和產品料倉，其中，所述熱壓塊裝置一端與所述反應器的還原產物出口相連，用於將粉狀還原產物加工為塊狀產物便於運輸，其另一端依次與冷卻裝置和產品料倉相連。
進一步的，所述反應器還包括：還原尾氣出口、進料口、還原產物出口和煙氣出口，所述還原尾氣出口位於所述反應器的側壁上且所述還原段的頂部，進料口位於所述反應器的頂部，所述還原產物出口位於所述反應器的底部，所述煙氣出口位於反應器的上部側壁上與所述中心氣體管道相連通。
在本發明的另一方面，提出了一種利用前面所述的礦粉快速還原反應系統進行礦粉快速還原反應的方法，包括以下步驟：
a.打開所述氮氣進氣閥和風機，氮氣快速進入反應器中進行空氣置換，進而對整個系統進行氮氣吹掃，使整個系統處於非氧化氣氛中；
b.當氮氣吹掃完畢後，設置所述反應器中蓄熱式輻射管的溫度，通過調整通入所述蓄熱式輻射管的燃氣流量和空氣流量，實現精準控溫；
c.當所述反應器內腔溫度達到預設值並穩定後，關閉氮氣進氣閥門，打開還原氣進氣閥，還原氣體進入反應器還原段，之後再通過鬥提將原料倉中的礦粉提升至所述進料螺旋中再經所述進料口進入反應器中：打開所述還原氣進氣閥時，向所述提氫裝置中通入還原氣進行提氫，產生富co氣體和氫氣，所述富co氣體依次通過風機和布風板進入錐形冷卻段，與還原產物進行逆向熱交換和滲碳反應，所述氫氣通入所述加熱裝置中與從所述還原尾氣處理系統處理後得到的未反應的還原氣混合加熱為熱態還原氣，熱態還原氣經所述多個還原氣二次進風口通入所述還原段與礦粉進行還原反應；
d.反應生成的還原產物從所述反應器的底部排出，並經所述熱壓塊裝置形成塊狀產物，再經冷卻裝置冷卻後送入產品料倉；
e.參加還原反應後的還原尾氣從所述還原尾氣出口排出，並依次經洗滌冷卻裝置、壓縮裝置和脫碳裝置對應進行冷卻除塵、壓縮、脫碳後得到未反應的還原氣再通入所述加熱裝置中。
進一步的，在所述步驟c中，所述反應器內腔溫度的穩定預設值為900-1200℃；所述加熱裝置中加熱的熱態還原氣溫度為800-1000℃。
本發明至少包括以下有益效果：
1）本發明反應器的橫截面為圓形，相比方形反應器，在礦粉均勻分布、裝置加壓方面有明顯優勢，採用多層輻射管、每層輻射管由連接於中心氣體管道的多個u型輻射管組成，採用該種形式的輻射管配合圓形橫截面反應器，可使反應器內溫度分布更加均勻，避免了方形橫截面反應器在4個邊角處溫度分布不均的情況；
2）該系統可以直接使用礦粉作為原料，省去造塊工序，且該系統操作簡便，通過輻射管的布置方式溫控精確且過程易控，同時通過多層還原氣二次進風口的設置方式可以控制還原氣在所述反應器內腔中徑向上的分布；
3）本發明所述還原氣進氣系統分為兩股還原氣分別進入反應器的冷卻段和還原段，其中一股還原氣進入冷卻段之前先經過提氫處理，得到氫氣和富一氧化碳氣體，得到的富一氧化碳氣體通過快速進入反應器的冷卻段，與還原產物進行逆向熱交換和滲碳反應後向上進入還原段並進行還原反應；提氫後的得到的氫氣和另一股還原氣混合後，進入加熱裝置變成溫度為800-1000℃的熱態還原氣，直接進入快速還原反應器的還原段，補充了反應器內部還原氣量，同時也使得反應器內部氣體分布更加均勻。另外，進入反應器的熱態還原氣，可以直接與尚未反應完全的礦粉繼續發生還原反應，有利於提高還原產物中的金屬化率，增強還原效果；
4）本發明採用還原尾氣循環利用方法，還原尾氣經過冷卻除塵、壓縮、脫碳後得到未反應的還原氣，然後與提氫後得到的氫氣混合後進行加熱處理，然後進入反應器中循環利用，經濟效益高，節約成本。
附圖說明
圖1為本發明循環式礦粉快速還原反應系統的結構示意圖。
圖2為本發明蓄熱式輻射管布置示意圖。
圖3為本發明還原氣二次進風口的側視圖。
圖4為本發明還原氣二次進風口的俯視圖。
其中，原料倉1、鬥提2、進料螺旋3、反應器4、還原氣二次進風口401、噴嘴402、蓄熱式輻射管5、中心氣體管道501、布風板6、風機7、還原氣進氣閥8、氮氣進氣閥9、還原氣儲罐10、氮氣儲罐11、洗滌冷卻裝置12、壓縮裝置13、脫碳裝置14、熱壓塊裝置15、冷卻裝置16、產品料倉17、燃氣入口18、空氣入口19、煙氣出口20、進料口21、還原尾氣出口22、加熱裝置23、提氫裝置24、還原產物出口25。
具體實施方式
為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。下面描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。實施例中未註明具體技術或條件的，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件或者按照產品說明書進行。
本發明提出了一種能夠提氫的循環式礦粉快速還原反應系統，包括：進料系統、反應器4、加熱系統、還原氣系統和出料系統，其中，所述反應器的內腔從上往下依次分為進料段、還原段和錐形冷卻段，將冷卻段設置為錐形，便於粉狀物料滑落至還原產物出口25，避免產物局部堆積，造成堵塞；所述反應器分別與進料系統、還原氣系統和出料系統相連。
根據本發明的實施例，本發明所述還原氣系統包括：還原氣進氣系統和還原尾氣處理系統，圖1為本發明循環式礦粉快速還原反應系統的結構示意圖，參照圖1所示，所述還原氣進氣系統包括：還原氣儲罐10、還原氣進氣閥8、提氫裝置24、加熱裝置23、風機7、布風板6、氮氣儲罐11和氮氣進氣閥9，其中，所述氮氣儲罐經氮氣進氣閥與所述風機相連，在還原氣進入反應器之前需要對整個系統進行氮氣吹掃，以保證整個系統處於非氧化氣氛中，氮氣吹掃時，關閉還原氣進氣閥8，打開氮氣進氣閥，然後打開風機，使氮氣儲罐中的氮氣進入反應器中；氮氣吹掃完畢，關閉氮氣進氣閥，打開還原氣進氣閥，然後打開風機，進行還原反應。
根據本發明的實施例，參照圖1所示，所述還原氣儲罐經所述還原氣進氣閥與所述提氫裝置24的入口相連，用於向所述提氫裝置中通入還原氣進行提氫處理；所述提氫裝置的第一出口與所述加熱裝置的入口相連，所述提氫裝置的第二出口與所述風機相連，將還原氣進行提氫，產生富co氣體和氫氣；所述風機與布風板相連，所述布風板位於所述錐形冷卻段，用於將所述富co氣體快速通入所述錐形冷卻段，與還原產物進行逆向熱交換（二者運動方向相反）和滲碳反應，有效提高系統熱利用率，同時降低還原產物被氧化的風險；所述加熱裝置與所述反應器側壁上設置的多個還原氣二次進風口401相連，用於將從所述提氫裝置通入所述加熱裝置的氫氣與經所述還原尾氣處理系統處理後得到的未反應的還原氣混合加熱後變成溫度為800~1000℃的熱態還原氣，直接通入所述反應器的還原段，使得反應器內部氣體分布更加均勻，同時也補充了向上運動的還原氣量，更有利於還原反應。另外，進入反應器的熱態還原氣，可以直接與尚未反應完全的礦粉繼續發生還原反應，有利於提高還原產物中的金屬化率，增強還原效果。
根據本發明的實施例，參照圖1所示，所述還原尾氣處理系統包括：洗滌冷卻裝置12、壓縮裝置13和脫碳裝置14，其中，所述洗滌冷卻裝置一端與所述反應器的還原尾氣出口相連，其另一端依次與壓縮裝置和脫碳裝置相連，所述脫碳裝置與所述加熱裝置的入口相連，形成還原氣循環迴路，用於將還原尾氣進行處理，得到未反應的還原氣再次通入所述加熱裝置中，循環利用資源，節約成本，具有很好的經濟效益。
根據本發明的實施例，圖2為本發明蓄熱式輻射管布置示意圖，參照圖2所示，所述加熱系統位於所述還原段內，包括：中心氣體管道501和沿所述反應器高度方向布置的多層蓄熱式輻射管，每層所述蓄熱式輻射管設有多根位於同一水平面上的u型蓄熱式輻射管，所述u型蓄熱式輻射管5沿所述中心氣體管道圓周環布且與中心氣體管道相連通。
根據本發明的一些實施例，所述還原段的側壁上設有與所述蓄熱式輻射管連接的空氣入口19和燃氣入口18，所述空氣入口和燃氣入口均位於所述蓄熱式輻射管的下部；本發明所述蓄熱式輻射管的層數m優選為m≥5，所述蓄熱式輻射管可以為燃氣蓄熱式輻射管，即經所述燃氣入口和空氣入口進入蓄熱式輻射管中的燃氣和空氣發生燃燒反應，由此產生的熱量主要以輻射的方式將熱量傳遞給反應器中礦粉和還原性氣體，使其發生還原反應獲得還原產物，燃燒後產生的煙氣從煙氣出口20排出。蓄熱式輻射管內的燃氣流動系統與反應器內的還原氣流動系統彼此隔絕，不會影響反應器內的還原過程。通過調節通入蓄熱式輻射管的燃氣流量可以精確控制反應器內的溫度場，由此可以控制反應器內溫度場個數以及溫度梯度，實現對反應器內還原過程的精確控溫。參照圖2所示，本發明所述蓄熱式輻射管採取獨特設置方式，將上下兩層所述蓄熱式輻射管以0°-180°/n的相對旋轉角度設置使得各層u型蓄熱式輻射管不重疊，其中n為所述每層u型蓄熱式輻射管的數量，使下落的礦粉分布均勻。
根據本發明的一些實施例，本發明所述反應器的橫截面優選為圓形，相比方形反應器，在礦粉均勻分布、裝置加壓方面有明顯優勢，同時採用多層輻射管、每層輻射管由連接於中心氣體管道的多個u型輻射管組成，採用該種形式的輻射管配合圓形橫截面反應器，可使反應器內溫度分布更加均勻，避免了方形橫截面反應器在4個邊角處溫度分布不均的情況。
根據本發明的實施例，圖3為本發明還原氣二次進風口的側視圖，圖4為本發明還原氣二次進風口的俯視圖，參照圖1、圖3和圖4所示，所述反應器包括：還原尾氣出口22、進料口21、還原產物出口25、煙氣出口20和一層或多層還原氣二次進風口401，其中，所述還原尾氣出口位於所述反應器的側壁上且所述還原段的頂部，進料口位於所述反應器的頂部，所述還原產物出口位於所述反應器的底部，所述煙氣出口位於反應器的上部側壁上與所述中心氣體管道相連通；所述多層還原氣二次進風口沿所述反應器高度方向間隔分布在所述反應器的側壁上且位於所述還原段的底部並沿反應器圓周方向設置，各層的所述還原氣二次進風口設有多個長短不同的噴嘴，用於更好地控制還原氣在所述反應器內腔中徑向上的分布，所述噴嘴沿所述反應器的側壁圓周交替環布，用於控制還原氣在所述反應器內腔中徑向上的分布。根據本發明的一些實施例，本發明所述噴嘴的個數n優選為n≥2。
根據本發明的實施例，參照圖1所示，所述進料系統包括：原料倉1、鬥提2和進料螺旋3，其中，所述鬥提分別與原料倉和位於所述反應器頂端的進料螺旋相連，用於從原料倉向反應器送料，所述進料螺旋與反應器的進料口相連；所述出料系統包括：熱壓塊裝置15、冷卻裝置16和產品料倉17，其中，所述熱壓塊裝置一端與所述反應器的還原產物出口相連，用於將粉狀還原產物加工為塊狀產物便於運輸，其另一端依次與冷卻裝置和產品料倉相連。所述原料倉中的礦粉經過鬥提提升至位於反應器頂部的進料螺旋，在其作用下，礦粉由進料口快速進入反應器中，經過所述反應器內快速還原過程後，生成的還原產物熱態出料，並在熱壓塊裝置下由粉狀變成塊狀產物，由此可以減小還原產物與空氣的接觸面積，減少還原產物的氧化。另外，塊狀產物便於運輸，塊狀產物經過冷卻裝置後送至所述產品料倉進行保存。
在本發明的另一方面，提出了一種利用前面所述的礦粉快速還原反應系統進行礦粉快速還原反應的方法，根據本發明的實施例，包括以下步驟：
a.本發明系統在試驗前需要進行檢查及氣密性試驗，確認整個系統具備正常生產條件，並保證整個管線的密封性，具體操作如下：打開所述氮氣進氣閥9和風機，氮氣快速進入反應器4中進行空氣置換，進而對整個系統進行氮氣吹掃，使整個系統處於非氧化氣氛中；b.當氮氣吹掃完畢後，設置所述反應器中蓄熱式輻射管的溫度，通過調整通入所述蓄熱式輻射管的燃氣流量和空氣流量，實現精準控溫。
c.當所述反應器內腔溫度達到預設值900-1200℃並穩定後，先進行通還原氣，再進行進料操作。
根據本發明的實施例，參照圖1所示，操作具體為：關閉氮氣進氣閥門，打開還原氣進氣閥，還原氣體進入反應器還原段，之後再通過鬥提將原料倉中的礦粉提升至所述進料螺旋中再經所述進料口進入反應器中：打開所述還原氣進氣閥時，向所述提氫裝置中通入還原氣進行提氫，產生富co氣體和氫氣，所述富co氣體依次通過風機和布風板進入錐形冷卻段，與還原產物進行逆向熱交換和滲碳反應，所述氫氣通入所述加熱裝置中與從所述還原尾氣處理系統處理後得到的未反應的還原氣混合加熱為溫度為800-1000℃的熱態還原氣，熱態還原氣經所述多個還原氣二次進風口通入所述還原段與礦粉進行還原反應，使得反應器內部氣體分布更加均勻，同時也補充了向上運動的還原氣量，更有利於還原反應。另外，進入反應器的熱態還原氣，可以直接與尚未反應完全的礦粉繼續發生還原反應，有利於提高還原產物中的金屬化率，增強還原效果。
d.反應生成的還原產物從所述反應器的底部排出，並經所述熱壓塊裝置形成塊狀產物，再經冷卻裝置冷卻後送入產品料倉。
e.參加還原反應後的還原尾氣從所述還原尾氣出口排出，並依次經洗滌冷卻裝置、壓縮裝置和脫碳裝置對應進行冷卻除塵、壓縮、脫碳後得到未反應的還原氣再通入所述加熱裝置中，充分循環利用資源，具有經濟效益好的特點。
根據本發明的一些實施例，本發明所述礦粉的具體種類不受限制，可以為鎂、鐵礦等，本發明以鐵精礦粉對本發明所述的循環式礦粉快速還原系統進行礦粉快速還原反應的方法進行進一步地闡述。
實施例1：本實施例循環式鐵精礦粉快速還原的方法，包括以下步驟：
1）利用氮氣對整個系統進行吹掃，使整個系統處於非氧化氣氛中；
2）利用蓄熱式輻射管進行加熱至950℃並穩定後，先進行通入還原氣，再進行進料；
3）將鐵精礦粉從反應器頂部加入，依次經進料段、還原段和錐形冷卻段；其中，所述鐵精礦鐵品位為65%，礦粉顆粒粒徑小於0.074mm的比例不少於80%；
4）打開所述還原氣進氣閥向所述提氫裝置中通入還原氣進行提氫，產生體積分數為90%的富co氣體和體積分數為5%的氫氣，所述富co氣體依次通過風機和布風板進入錐形冷卻段，與還原產物進行逆向熱交換和滲碳反應；所述氫氣通入所述加熱裝置中與還原氣混合加熱為溫度為950℃的熱態還原氣，熱態還原氣經所述多層還原氣二次進風口和噴嘴通入所述還原段與礦粉進行還原反應，其中，所述熱態還原氣中co體積分數為35%，h2體積分數為55%；
5）反應產生的還原尾氣經過除塵冷卻、加壓、脫碳後得到的未反應還原氣，送入還原氣儲罐中與新制還原氣進行混合，再次通入所述反應器中；
6）反應產生的金屬化粉料經反應器底部排出，所述金屬化粉料鐵的金屬化率為93%。
實施例2：本實施例循環式鐵精礦粉快速還原的方法，包括以下步驟：
1）利用氮氣對整個系統進行吹掃，使整個系統處於非氧化氣氛中；
2）利用蓄熱式輻射管進行加熱至：上部三分之一高度範圍內輻射管設為920℃，下部三分之二高度範圍內輻射管溫度設為950℃並穩定後，先進行通入還原氣，再進行進料；
3）將鐵精礦粉從反應器頂部加入，依次經進料段、還原段和錐形冷卻段；其中，所述鐵精礦鐵品位為65%，礦粉顆粒粒徑小於1mm的比例不少於80%；
4）打開所述還原氣進氣閥向所述提氫裝置中通入還原氣進行提氫，產生體積分數為90%的富co氣體和體積分數為5%的氫氣，所述富co氣體依次通過風機和布風板進入錐形冷卻段，與還原產物進行逆向熱交換和滲碳反應；所述氫氣通入所述加熱裝置中與還原氣混合加熱為溫度為950℃的熱態還原氣，熱態還原氣經所述多層還原氣二次進風口和噴嘴通入所述還原段與礦粉進行還原反應，其中，所述熱態還原氣中co體積分數為35%，h2體積分數為55%；
5）反應產生的還原尾氣經過除塵冷卻、加壓、脫碳後得到的未反應還原氣，送入還原氣儲罐中與新制還原氣進行混合，再次通入所述反應器中；
6）反應產生的金屬化粉料經反應器底部排出，所述金屬化粉料鐵的金屬化率為91%。
發明人發現，根據本發明所述的循環式礦粉快速還原反應系統和方法，首先本發明反應器的橫截面為圓形，相比方形反應器，在礦粉均勻分布、裝置加壓方面有明顯優勢，採用多層輻射管、每層輻射管由連接於中心氣體管道的多個u型輻射管組成，採用該種形式的輻射管配合圓形橫截面反應器，可使反應器內溫度分布更加均勻，避免了方形橫截面反應器在4個邊角處溫度分布不均的情況；並且該系統可以直接使用礦粉作為原料，省去造塊工序，且該系統操作簡便，通過輻射管的布置方式溫控精確且過程易控，同時通過多層還原氣二次進風口的設置方式可以控制還原氣在所述反應器內腔中徑向上的分布；同時本發明所述還原氣進氣系統分為兩股還原氣分別進入反應器的冷卻段和還原段，其中一股還原氣進入冷卻段之前先經過提氫處理，得到氫氣和富一氧化碳氣體，得到的富一氧化碳氣體通過快速進入反應器的冷卻段，與還原產物進行逆向熱交換和滲碳反應後向上進入還原段並進行還原反應；提氫後的得到的氫氣和另一股還原氣混合後，進入加熱裝置變成溫度為800-1000℃的熱態還原氣，直接進入快速還原反應器的還原段，補充了反應器內部還原氣量，同時也使得反應器內部氣體分布更加均勻。另外，進入反應器的熱態還原氣，可以直接與尚未反應完全的礦粉繼續發生還原反應，有利於提高還原產物中的金屬化率，增強還原效果；此外，本發明採用還原尾氣循環利用方法，還原尾氣經過冷卻除塵、壓縮、脫碳後得到未反應的還原氣，然後與提氫後得到的氫氣混合後進行加熱處理，然後進入反應器中循環利用，經濟效益高，節約成本。
在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「相連」、「連接」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型，同時，對於本領域的一般技術人員，依據本申請的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處。