中低阶煤分质梯级利用的系统和方法技术领域
本发明属于化工技术领域，具体而言，本发明涉及中低阶煤分质梯级利用的系统
和方法。
背景技术
我国能源结构特点是“富煤贫油少气”，资源禀赋现状决定了我国必须要发展煤化
工，以实现通过煤头获得化工产品，实现对石油和天然气的部分替代，以保障我国经济发展
和能源安全。同时，我国经济发展需要大量钢铁，我国多采用高炉炼铁方式生产钢铁，而高
炉炼铁产生大量的铁矿粉，其中含有锌、铁等有价金属，直接堆存不仅造成资源浪费并且污
染环境，难以处理。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的
一个目的在于提出中低阶煤分质梯级利用的系统和方法，利用该系统和方法可以实现中低
阶煤的分质梯级利用。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种中低阶煤分质梯级利用的系统，包括：
中低阶煤破碎装置，所述中低阶煤破碎装置具有中低阶煤入口和中低阶煤粉出
口；
含铁物料破碎装置，所述含铁物料破碎装置具有含铁物料入口和含铁矿粉出口；
混合成型装置，所述混合成型装置具有中低阶煤粉入口、含铁矿粉入口和物料球
团出口，所述中低阶煤粉入口与所述中低阶煤粉出口相连，所述含铁矿粉入口与所述含铁
矿粉出口相连，
热解冶炼炉，所述热解冶炼炉具有本体，所述本体内在水平方向上依次划分为进
料区、热解区和冶炼区和出料区，其中，
所述进料区具有物料球团入口；
所述热解区内设置有加热元件，所述热解区邻近所述进料区的顶壁上设置有热解
油气出口，所述热解区适于中低阶煤粉发生热解得到热解碳并产生热解油气；
所述冶炼区的周壁上设置有含氧气体喷伞，通过所述含氧气体喷伞向所述冶炼区
喷入含氧气体，发生不完全燃烧放热和产生富含一氧化碳的气体，使所述物料球团发生还
原反应得到金属化球团；
所述出料区具有金属化球团出口，所述金属化球团出口与螺旋出料机相连，所述
物料球团入口与所述物料球团出口相连；
熔分炉，所述熔分炉具有金属化球团入口、铁水出口和尾渣出口，所述金属化球团
入口与所述金属化球团出口相连。
通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统，首先将中低阶煤粉
与铁矿粉经混合成型后在热解冶炼炉的热解区内进行热解，从而利用铁矿粉强导热性，提
高中低阶煤粉的热解效率，获得高附加值的油气资源。进一步地，利用中低阶煤粉热解后得
到的热解炭再次与铁矿粉在热解冶炼炉的冶炼区发生还原反应得到金属化球团。由此，通
过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统，可以对中低阶煤进行分质梯级
利用，进而获得高附加值的油气资源，同时实现了铁矿粉的有效处理。
另外，根据本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统还可以具有如下附
加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述热解区内的温度为550-650摄氏度。由此可以进一
步提高热解效率。
在本发明的一些实施例中，所述热解冶炼炉内的压力为0.1-0.5KPa。
在本发明的一些实施例中，所述物料球团在所述热解区内进行热解的时间为40-
80分钟。
在本发明的一些实施例中，所述冶炼区内的温度为1200-1300摄氏度。
根据本发明的第二方面，本发明还提出了一种利用前面实施例所述的中低阶煤分
质梯级利用的系统分质梯级利用中低阶煤的方法，该方法包括：
利用所述中低阶煤破碎装置对中低阶煤进行破碎处理，以便得到中低阶煤粉；
利用所述含铁物料破碎装置对含铁物料进行破碎处理，以便得到含铁矿粉；
将所述中低阶煤粉和所述含铁矿粉在混合成型装置内进行成型处理，以便得到物
料球团；
将所述物料球团送至所述热解冶炼炉内，使所述物料球团中的在中低阶煤在热解
区内发生热解，产生热解油气和热解碳；使热解后物料球团进入冶炼区，向所述冶炼区内通
入含氧气体，发生不完全燃烧放热和产生富含一氧化碳的气体，使所述物料球团发生还原
反应，以便得到金属化球团；使金属化球团进入出料区，利用螺旋出料机排出所述出料区内
的金属化球团；
将所述金属化球团在所述熔分炉内进行熔分处理，以便得到铁水和尾渣。
通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的方法，首先将中低阶煤粉
与铁矿粉经混合成型后在热解冶炼炉的热解区内进行热解，从而利用铁矿粉强导热性，提
高中低阶煤粉的热解效率，获得高附加值的油气资源。进一步地，利用中低阶煤粉热解后得
到的热解炭再次与铁矿粉在热解冶炼炉的冶炼区发生还原反应得到金属化球团。由此，通
过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的方法，可以对中低阶煤进行分质梯级
利用，进而获得高附加值的油气资源，同时实现了铁矿粉的有效处理。
在本发明的一些实施例中，将所述中低阶煤粉和所述铁矿粉按照(1.45-1.85):1
的质量比进行所述成型处理。
在本发明的一些实施例中，所述热解是在550-650摄氏度下进行40-80分钟完成
的。
在本发明的一些实施例中，热解冶炼炉内的压力为0.1-0.5KPa。
在本发明的一些实施例中，所述还原反应的温度为1200-1300摄氏度。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统的结构示意图。
图2是根据本发明一个实施例的中低阶煤分质梯级利用的方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种中低阶煤分质梯级利用的系统。下面
参考图1详细描述根据本发明具体实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统，该系统包括：中
低阶煤破碎装置100、含铁物料破碎装置200混合成型装置300、热解冶炼炉400和熔分炉
500。
其中，中低阶煤破碎装置100具有中低阶煤入口110和中低阶煤粉出口120；含铁物
料破碎装置200具有含铁物料入口210和含铁矿粉出口220；混合成型装置300具有中低阶煤
粉入口310，含铁矿粉入口320和物料球团出口330，中低阶煤粉入口310与中低阶煤粉出口
120相连，含铁矿粉入口320与含铁矿粉出口220相连；热解冶炼炉400具有本体410，本体内
在水平方向上依次划分为进料区420、热解区430和冶炼区440和出料区450，其中，进料区
420具有物料球团入口421，物料球团入口421与物料球团出口330相连；热解区430内设置有
加热元件431，热解区430邻近进料区420的顶壁上设置有热解油气出口432，热解区430适于
中低阶煤粉发生热解得到热解碳并产生热解油气；冶炼区440的周壁上设置有含氧气体喷
伞441，通过含氧气体喷伞441向冶炼区440喷入含氧气体，发生不完全燃烧放热和产生富含
一氧化碳的气体，使物料球团发生还原反应得到金属化球团；出料区450具有金属化球团出
口451，金属化球团出口451与螺旋出料机460相连；熔分炉500具有金属化球团入口510、铁
水出口520和尾渣出口530，金属化球团入口510与螺旋出料机460相连。
通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统，首先将中低阶煤粉
与铁矿粉经混合成型后在热解冶炼炉的热解区内进行热解，从而利用铁矿粉强导热性，提
高中低阶煤粉的热解效率，获得高附加值的油气资源。进一步地，利用中低阶煤粉热解后得
到的热解炭再次与铁矿粉在热解冶炼炉的冶炼区发生还原反应得到金属化球团。由此，通
过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统，可以对中低阶煤进行分质梯级
利用，进而获得高附加值的油气资源，同时实现了铁矿粉的有效处理。
根据本发明的具体实施例，下面详细描述本发明具体实施例的中低阶煤分质梯级
利用的系统。
中低阶煤破碎装置100
根据本发明的具体实施例，中低阶煤破碎装置100具有中低阶煤入口110和中低阶
煤粉出口120。由此利用中低阶煤破碎装置100对中低阶煤进行破碎处理，以便得到中低阶
煤粉。由此可以便于后续与铁矿粉混合均匀，提高二者的接触面积，进而提高后续铁矿粉的
冶炼效果。
含铁物料破碎装置200
根据本发明的具体实施例，含铁物料破碎装置200具有含铁物料入口210和含铁矿
粉出口220。由此利用含铁物料破碎装置200对含铁矿粉进行破碎处理，以便得到含铁矿粉。
由此可以便于后续与中低阶煤粉混合均匀，提高二者的接触面积，进而提高后续铁矿粉的
冶炼效果。
混合成型装置300
根据本发明的具体实施例，混合成型装置300具有中低阶煤粉入口310、含铁矿粉
入口320和物料球团出口330，中低阶煤粉入口310与中低阶煤粉出口120相连，含铁矿粉入
口320与含铁矿粉出口220相连。由此利用混合成型装置300对中低阶煤粉和铁矿粉进行成
型处理，以便得到物料球团。由此可以便于后续进行热解和冶炼处理。
根据本发明的具体实施例，可以将中低阶煤粉和含铁矿粉按照(1.45-1.85):1的
质量比进行成型处理。发明人发现，若中低阶煤粉添加量过低，则不能提供足够含碳原料不
完全燃烧放热，无法提供足够热量，影响金属化球团金属化率，若中低阶煤粉添加量过多，
则产生浪费，增加系统能耗。由此通过采用上述配比可以使得后续中低阶煤热解后得到的
热解炭能够充分还原含铁矿粉，进而提高金属化球团的金属化率。
热解冶炼炉400
根据本发明的具体实施例，热解冶炼炉400具有本体410，本体内在水平方向上依
次划分为进料区420、解区430和冶炼区440和出料区450。
其中，进料区420具有物料球团入口421，物料球团入口421与物料球团出口330相
连。由此可以将中低阶煤和铁矿粉成型得到的物料球团由物料球团入口421送至进料区420
内。
热解区430内设置有加热元件431，热解区430邻近进料区420的顶壁上设置有热解
油气出口432，热解区430适于中低阶煤粉发生热解得到热解碳并产生热解油气。首先，使物
料球团在热解区430内发生热解得到热解碳并能产生热解油气。其中主要是对中低阶煤进
行热解，从而获得高附加值的油气资源，并且使得物料球团中仅剩余热解炭和含铁矿粉。进
而可以便于后续进一步利用热解炭还原含铁矿粉。从而实现中低阶煤的分质梯级利用。
根据本发明的具体实施例，铁矿粉导热性能强于煤炭。因此，预先将中低阶煤与其
进行混合成型后进行热解，可以利用铁矿粉导热性提高中低阶煤热解中的传热效率，进而
促进和提高热解效率。
根据本发明的具体实施例，热解区内的温度可以为550-650摄氏度；并且物料球团
在热解区内进行热解的时间为40-80分钟。由此可以进一步提高中低阶煤的热解效率，同时
提高高附加值的油气资源的产率。
根据本发明的具体实施例，冶炼区440的周壁上设置有含氧气体喷伞441。由此，使
热解后物料球团进入冶炼区，并通过含氧气体喷伞441向冶炼区440喷入含氧气体，物料球
团中的碳发生不完全燃烧放热并产生富含一氧化碳的气体，放热将物料温度升高至1200-
1300摄氏度，物料球团中的碳和气体中CO与铁的氧化物发生还原反应，得到金属化球团。同
时冶炼区内产生的含有部分一氧化碳的高温烟气由设置在热解区的油气出口排出。由此高
温尾气在排出炉外的过程中，持续与物料球团逆流接触，加热物料球团，利用高温烟气显
热，提升热解冶炼炉的热效率。
出料区450具有金属化球团出口451，金属化球团出口451与螺旋出料机460相连。
由此，使金属化球团进入出料区450，利用螺旋出料机460排出出料区内的金属化球团。
根据本发明的具体实施例，热解冶炼炉内的压力为0.1-0.5KPa。发明人发现，热解
反应是气体增加的反应，同时装置内温度较高，并存在大量可燃物，因此通过保持微正压，
一方面有利于保证装置内不进入空气，引发安全事故；另一方面，有利于热解反应的进行。
由此，发明人巧妙地将铁矿粉的还原工艺与氧热法相结合，通过向冶炼区内喷入
含氧气体(如空气或氧气等)，使得物料球团中热解产生的碳与氧气接触发生不完全燃烧放
热，加热球团至还原温度，发生还原反应，产出金属化球团。因此，通过采用上述热解冶炼炉
不仅利用了中低阶煤热解产生的碳发生不完全燃烧加热物料，同时利用炭发生不完全燃烧
产生CO提高还原气氛，进而显著提高铁矿粉的还原效果，提高金属化球团的金属化率。
熔分炉500
根据本发明的具体实施例，熔分炉500具有金属化球团入口510、铁水出口520和尾
渣出口530，金属化球团入口510与螺旋出料机460相连。由此，将金属化球团在熔分炉内进
行熔分处理，以便得到铁水和尾渣。
根据本发明的第二方面，本发明还提出了一种利用前面实施例的中低阶煤分质梯
级利用的系统分质梯级利用中低阶煤的方法。下面参考图2详细描述本发明具体实施例的
中低阶煤分质梯级利用的方法。
根据本发明的具体实施例，该方法包括：利用中低阶煤破碎装置对中低阶煤进行
破碎处理，以便得到中低阶煤粉；利用含铁物料破碎装置对含铁物料进行破碎处理，以便得
到含铁矿粉；将中低阶煤粉和含铁矿粉在混合成型装置内进行成型处理，以便得到物料球
团；将物料球团送至热解冶炼炉内，使物料球团中的在中低阶煤在热解区内发生热解，产生
热解油气和热解碳；使热解后物料球团进入冶炼区，向冶炼区内通入含氧气体，发生不完全
燃烧放热和产生富含一氧化碳的气体，使物料球团发生还原反应，以便得到金属化球团；使
金属化球团进入出料区，利用螺旋出料机排出出料区内的金属化球团；将金属化球团在熔
分炉内进行熔分处理，以便得到铁水和尾渣。
通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的方法，首先将中低阶煤粉
与含铁矿粉经混合成型后在热解冶炼炉的热解区内进行热解，从而利用铁矿粉强导热性，
提高中低阶煤粉的热解效率，获得高附加值的油气资源。进一步地，利用中低阶煤粉热解后
得到的热解炭再次与铁矿粉在热解冶炼炉的冶炼区发生还原反应得到金属化球团。由此，
通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的方法，可以对中低阶煤进行分质梯
级利用，进而获得高附加值的油气资源，同时实现了铁矿粉的有效处理。
S100：中低阶煤破碎处理
根据本发明的具体实施例，利用中低阶煤破碎装置对中低阶煤进行破碎处理，以
便得到中低阶煤粉。由此可以便于后续与铁矿粉混合均匀，提高二者的接触面积，进而提高
后续铁矿粉的冶炼效果。
S200：含铁物料破碎处理
根据本发明的具体实施例，利用含铁物料破碎装置对含铁物料进行破碎处理，以
便得到含铁矿粉。由此可以便于后续与中低阶煤粉混合均匀，提高二者的接触面积，进而提
高后续含铁矿粉的冶炼效果。
S300：成型处理
根据本发明的具体实施例，将中低阶煤粉和含铁矿粉在混合成型装置内进行成型
处理，以便得到物料球团。由此可以便于后续进行热解和冶炼处理。
根据本发明的具体实施例，可以将中低阶煤粉和含铁矿粉按照(1.45-1.85):1的
质量比进行成型处理。发明人发现，若中低阶煤粉添加量过低，则不能提供足够含碳原料不
完全燃烧放热，无法提供足够热量，影响金属化球团金属化率，若中低阶煤粉添加量过多，
则产生浪费，增加系统能耗。由此通过采用上述配比可以使得后续中低阶煤热解后得到的
热解炭能够充分还原含铁矿粉，进而提高金属化球团的金属化率。
S400：热解冶炼炉内热解和冶炼处理
根据本发明的具体实施例，将物料球团送至热解冶炼炉内，使物料球团中的在中
低阶煤在热解区内发生热解得到热解碳并能产生热解油气。从而获得高附加值的油气资
源，并且使得物料球团中仅剩余热解炭和铁矿粉。进而可以便于后续进一步利用热解炭还
原铁矿粉。从而实现中低阶煤的分质梯级利用。
根据本发明的具体实施例，铁矿粉导热性能强于煤炭。因此，预先将中低阶煤与其
进行混合成型后进行热解，可以利用铁矿粉导热性提高中低阶煤热解中的传热效率，进而
促进和提高热解效率。
根据本发明的具体实施例，热解区内发生热解的温度可以为550-650摄氏度，热解
时间可以为40-80分钟。由此可以进一步提高中低阶煤的热解效率，同时提高高附加值的油
气资源的产率。
根据本发明的具体实施例，使热解后物料球团进入冶炼区，向冶炼区内通入含氧
气体，物料球团中的碳发生不完全燃烧放热并产生富含一氧化碳的气体，放热将物料温度
升高至1200-1300摄氏度，物料球团中的碳和气体中CO与铁的氧化物发生还原反应，得到金
属化球团。
根据本发明的具体实施例，在冶炼区内产生的含有部分一氧化碳的高温烟气由设
置在热解区的油气出口排出。由此高温尾气在排出炉外的过程中，持续与物料球团逆流接
触，加热物料球团，利用高温烟气显热，提升热解冶炼炉的热效率。
根据本发明的具体实施例，使金属化球团进入出料区，利用螺旋出料机排出出料
区内的金属化球团。
S500：熔分处理
根据本发明的具体实施例，将金属化球团在熔分炉内进行熔分处理，以便得到铁
水和尾渣。
由此本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的方法中，发明人巧妙地将铁矿
粉的还原工艺与氧热法相结合，通过向冶炼区内喷入含氧气体(如空气或氧气等)，使得物
料球团中热解产生的碳与氧气接触发生不完全燃烧放热，加热球团至还原温度，发生还原
反应，产出含锌粉尘，剩余的物料继续被加热升温，物料中的碳及气体中的CO共同与铁的氧
化物发生还原反应，产出金属化球团。因此，通过采用上述热解冶炼炉不仅利用了中低阶煤
热解产生的碳发生不完全燃烧加热物料，同时利用炭发生不完全燃烧产生CO提高还原气
氛，进而显著提高铁矿粉的还原效果，提高金属化球团的金属化率。
实施例
中低阶煤炭：以某地煤炭为例，其主要性质见表1。
表1原煤成分分析
项目
单位
数值
备注
全水
wt％
10.3
收到基
固定碳
wt％
54.3
干基
挥发分
wt％
36.1
干基
灰分
wt％
9.6
干基
某地铁矿粉，其主要性质见表2。
表2铁矿粉成分分析
热解区内的加热元件：辐射管
将中低阶煤炭和铁矿分别使用破碎机破碎，然后使用立式磨磨制成粉，原料粒度
＜100目。将中低阶煤粉和铁矿粉混合在一起，中低阶煤粉适当过量，中低阶煤粉：铁矿粉＝
1.63:1。混合后物料送入对辊成型机中挤压成型，获得物料球团。物料球团经输送装置送入
热解冶炼炉中，热解冶炼炉具有热解区和冶炼区，在热解区采用辐射管加热，炉内热解终温
为650℃，原料在热解区停留55min，物料球团在热解区内升温至650℃，发生热解反应，产出
热解油气热并经开设在炉进料口附近的油气出口排出炉外，热解油气经冷凝净化分离后，
热解气送入气柜储存，热解油直接售卖。热解区产出的高温物料球团在布料板上输送至冶
炼区，在冶炼区上部设置含氧气体喷伞，向冶炼区中喷入氧气，450m3/t原料，物料球团中的
碳与氧气接触发生不完全燃烧反应放出热量，将物料球团逐渐升温至1250℃左右，物料球
团中的碳将其中的铁氧化物还原，产出金属化球团。碳不完全燃烧产出的高温富含CO的尾
气，经由热解冶炼炉进料口附近的油气出口排出炉外，经净化冷凝后送至气柜储存，高温尾
气在排出炉外的过程中，持续与固体原料逆流接触，加热固体原料，利用高温尾气显热，提
升热解冶炼炉的热效率。由热解冶炼炉产出的金属化球团，送入燃气熔分炉中，将其加热至
1500℃，进行渣铁分离，铁水由略靠下的出口排出燃气熔分炉外，铁水中Fe含量达到94％。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等
术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情
况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示
例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一
个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术
人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合
和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例
性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。