CN112760137B - 一种多段气流床煤炭气化及悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置和方法 - Google Patents

一种多段气流床煤炭气化及悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置和方法

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Abstract

本发明公开一种多段气流床煤炭气化及悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置和方法。该装置包括多段气流床粉煤气化装置和悬态熔融还原冶炼装置为一体的成套装置；本发明集成多段气流床煤炭气化技术和悬态熔融还原冶炼技术为一体，为煤炭气化和悬态熔融还原冶炼的集成融合创新。形成一种全新的节能、环保、高效的煤炭气化和悬态熔融还原冶炼一体化的装置和方法，二者的集成、融合，克服了各自的缺陷，发挥了各自的优势，实现了新的技术突破，具有显著的新颖性、创造性和实用性。

Description

一种多段气流床煤炭气化及悬态熔融还原冶炼一体化节能环 保装置和方法
技术领域
本发明涉及一种多段气流床煤炭气化及悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置和方法，属于煤炭气化节能环保技术领域。
背景技术
煤气化是煤炭高效清洁利用的关键技术。目前生产中使用的各种炉型，如航天炉、清华炉等，都存在：（1）高温激冷工艺，1200-1800°c的粗煤气激冷降温至200-250°C，煤气显热损失大；（2）煤炭气化率85-95%,有约5-15%的煤焦进入灰渣，造成炭的损失；（3）需要专门的灰渣处理系统，增加了投资。怎么改变这些状况，减少气化热损失，提高炭的利用率，低成本的处理气化灰渣，是科研技术人员一直思考的问题。
高炉炼铁存在高能耗、需要炼焦和环境污染问题。为了降低能耗保护环境，人们竞相研究各种非高炉直接熔融还原炼铁技术。近年来人们借鉴闪速炼铜技术提出闪速炼铁概念。但闪速炼铜是放热反应，其自身反应带来的强大的热动力条件使得铜的闪速熔炼成为可能；而炼铁是一种吸热反应，只有强大的热动力和氢气尽量多的还原气体才能推动反应快速进行。因此，寻找低成本而且强大的热动力和氢气尽量多的还原气体，是闪速炼铁技术走向可能的关键。
本发明在《一种耦合高温变换的多段气流床煤气化的方法及设备》发明专利（专利号 201510655258.X）的基础上，用多段气流床煤气化技术集成融合闪速炼铜和熔池还原炼铁的成熟工艺，为闪速炼铁提供了强大的热动力和氢气尽量多的还原气体。三者的集成融合，既克服了气流床煤炭气化存在的三个问题，同时给闪速还原熔炼提供了强大的热能支持和氢气尽量多的还原气氛支持，使闪速还原冶炼成为可能。
但它同时又带来一个新的问题，即过量的热能和还原气如何利用。如果不利用，将极大地增加炼铁能耗，使闪速炼铁能耗超过高炉炼铁能耗，这也是目前人们诟病闪速炼铁技术的关键。因此，我们提出进一步集成融合成熟的热能发电和煤气化产技术，实现“粉煤气化-闪速炼铁-热能发电-煤气化产”一体化技术，使本发明在具有显著的技术新颖性、创造性、实用性的基础上，兼具了经济合理性。
发明内容
本发明旨在提供一种多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置和方法，是煤炭气化技术和悬态熔融还原冶炼技术的融合集成，给煤炭气化、悬态熔融还原炼铁及固废处理提供一个节能环保的新装置、新方法。
本发明提供了一种多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置和方法，特别关注了既克服气流床煤炭气化存在的三个问题，同时又给闪速还原熔炼提供了强大的热能和氢气尽量多的还原气氛支持，使闪速还原熔炼成为可能。针对带来的新问题，又进一步提出“粉煤气化-闪速炼铁-热能发电-煤气化产”一体化技术，使本发明在具有显著的新颖性、创造性、实用性的基础上，兼具经济合理性。
本发明提供了一种多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置，所述的一体化节能环保装置，包括自上到下依次连接的气流床煤炭气化装置、煤气变换制氢装置、悬态熔融还原冶炼装置、熔池装置，熔池另一侧设有上升烟道和高温煤气出口，出口外端依次连接热能发电装置和煤气化产装置；
所述气流床煤炭气化装置位于一体化装置的上部，炉体顶部设有煤粉进口、氧气进口和第一水蒸汽进口；气化装置高度小于1.5米；
在气流床煤炭气化装置下方连接煤气变换制氢装置，煤气变换制氢装置的上部两侧面设有物料进口和第二水蒸气进口；该物料进口与物料预热装置连接；
在煤气变换制氢装置下方连接悬态熔融还原冶炼装置；
所述气流床煤炭气化装置、煤气变换制氢装置和悬态熔融还原冶炼装置为带有水冷壁、内衬耐火材料的一体化装置 ；
所述一体化装置可以是圆形的，可以是方形或多边形的；
所述一体化装置下部有熔池，熔池为长方形或长圆形，熔池上设有渣出口、铁水出口和交错分布于熔池两侧的高温煤气、氧气和氧化钙喷吹进口，熔池底部向铁水出口倾斜；熔池另一端为上升烟道和高温煤气出口。
所述一体化装置，依气流床煤炭气化装置、煤气变换制氢装置、悬态熔融还原冶炼装置组成为一体化立式气化悬态还原冶炼炉，炉体直径从上到下为依次增大的喇叭形。
所述熔池的上升烟道的直径，比悬态熔融还原冶炼装置的直径大。
本发明采用上述多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化装置，提供了一种煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保方法，包括以下步骤：
（1）粉煤气化过程：
将粉煤、氧气、水蒸汽总量的30%，从气流床煤炭气化装置顶部的进口喷入气化炉；上述物料进入气化炉进行粉煤气化，煤气温度达到1500-1800℃；气化炉内工作压力为常压；粉煤是粒度低于2毫米粉煤的混合体，其中粒度低于75μm的粉煤占比不高于85%；
（2）煤气变换制氢和物料喷入过程：
上部气化后的粗煤气和灰分熔渣高温混合气流进入位于中部的煤气变换制氢装置，第二水蒸汽进口喷入水蒸气总量的70%，进行CO变换制H2，提高煤气成分中的氢气含量；物料经物料预热装置预热后进入煤气变换制氢装置；
（3）悬态熔融还原冶炼：
物料进入炉内后，在高温还原气氛和悬浮飘落状态下，进行熔融还原反应，完成80%以上物料的还原熔炼；
（4）通过熔池上的高温煤气、氧气和氧化钙喷吹口向熔池内的铁渣混合物间歇喷吹高温煤气、氧气和氧化钙粉，为熔池补充热量并搅动铁、渣混合物促进造渣、铁渣分离和渗碳过程：
（5）利用煤炭气化过程没有完全气化的碳颗粒不断飘落进入熔池补充熔池的炭，并漂浮于熔池的铁水上层形成一个碳层，完成悬态熔融还原降落下来的没有彻底还原的氧化亚铁的继续还原反应，实现煤炭气化过程碳的充分、完全利用；
（6）利用悬态熔融还原熔池的造渣、析渣、排渣功能，解决煤炭气化过程的渣处理；
（7）完成悬态熔融还原冶炼过程的从上升烟道出口出来的高温气流，用于热能发电和煤气制氢或其它化产生产，实现“煤炭气化-悬态冶炼-热能发电-煤气化产”技术的一体化。
上述方法中的具体工艺流程说明如下：
步骤（2）中所述的物料，包括冶金尘、泥、渣固体废物，铁矿粉及难冶炼铬、镍金属矿 ；其中铁矿粉及难冶炼铬、镍金属矿粉粒度小于200目；
步骤（2）中物料是经过预热的，预热温度在100-500℃ ；水蒸汽与粉煤的重量比为0.1-0.2：1。
所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：上部煤炭气化过程加入的粉煤产生的热量和还原剂量，为下部物料悬态熔融还原冶炼需要热量和还原剂量的1.2—2倍；
所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于 ：根据渣中具体硅、镁、铝、钙含量，向熔池的渣层喷入相应量的氧化钙粉，形成低熔点钙盐，促进造渣和渣铁分离；
所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：所述熔池出口高温煤气流的温度在1200-1500℃，其CO+H2的含量大于50%。
所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：气化炉水冷壁产生的水蒸气和热能发电装置相连接用于热能发电，提高整个一体化装置的热利用率。
本发明的技术特点和有益效果在于：a、克服了气流床煤炭气化存在的三个问题：减少气化热损失，提高炭的利用率，低成本的处理气化灰渣；b、同时给闪速还原熔炼提供了强大的热能支持和氢气尽量多的还原气氛支持，使闪速还原冶炼成为可能 ；c、一体化成套装置气化后系统微负压操作，环境污染小；d、进一步集成融合成熟的热能发电和煤气化产技术，使过量的高温气体热能和煤气得以利用，通过“粉煤气化-闪速炼铁-热能发电-煤气化产”一体化，使本发明不仅具有新颖性、创造性、实用性，还具有经济合理性。
附图说明
图1是本发明多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置工艺流程框图。
图2是本发明多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保 成套装置示意图。
图中：1.、粉煤进口、2、氧气进口、3、第一水蒸汽进口、4、气流床煤炭气化装置、5、物料预热装置、6、物料进口、7、第二水蒸汽进口、8、煤气变换制氢装置、9、悬态熔融还原冶炼装置、10、熔池、11、高温煤气、氧气和氧化钙粉喷吹进口、12、渣出口、13、铁水出口、14、上升烟道和高温煤气出口、15、水冷壁蒸汽包、16、热能发电装置、17、煤气化产装置。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
如图1~2所示，一种多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置；所述的一体化节能环保装置，包括自上到下依次连接的气流床煤炭气化装置4、煤气变换制氢装置8、悬态熔融还原冶炼装置9、熔池10，熔池10另一侧设有上升烟道和高温煤气出口14，出口外端依次连接热能发电装置16和煤气化产装置17；
所述气流床煤炭气化装置4位于一体化装置的上部，炉体顶部设有煤粉进口1、氧气进口2和第一水蒸汽进口3；气化装置4高度小于1.5米；
在气流床煤炭气化装置4下方连接煤气变换制氢装置8，煤气变换制氢装置8的上部两侧面设有物料进口6和第二水蒸气进口7；该物料进口6与物料预热装置5连接；
在煤气变换制氢装置8下方连接悬态熔融还原冶炼装置9；
所述气流床煤炭气化装置4、煤气变换制氢装置8和悬态熔融还原冶炼装置9为带有水冷壁、内衬耐火材料的一体化装置 ；
所述一体化装置可以是圆形的，可以是方形或多边形的；
所述一体化装置下部有熔池10，熔池10为长方形或长圆形，熔池10上设有渣出口12、铁水出口13和交错分布于熔池两侧的高温煤气、氧气和氧化钙喷吹进口11，熔池10底部向铁水出口3倾斜；熔池10另一端为上升烟道和高温煤气出口14。
所述一体化装置，依气流床煤炭气化装置4、煤气变换制氢装置8、悬态熔融还原冶炼装置9组成为一体化立式气化悬态还原冶炼炉，炉体直径从上到下为依次增大的喇叭形。
所述熔池10的上升烟道的直径，比悬态熔融还原冶炼装置9的直径大。
本发明采用上述装置，提供了一种多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保方法，包括以下步骤：
（1）粉煤气化过程：
将粉煤、氧气、水蒸汽总量的30% ，从气流床煤炭气化装置顶部的进口喷入气化炉；上述物料进入气化炉进行粉煤气化，煤气温度达到1500-1800℃；气化炉内工作压力为常压；煤粉粒度为2毫米以下和75μm粉煤的混合体，其中粒度低于75μm的粉煤占比不高于85%；
（2）煤气变换制氢和物料喷入过程：
上部气化后的粗煤气和灰分熔渣高温混合气流进入位于中部的煤气变换制氢装置，通过喷入水蒸气进行CO变换制H2，提高煤气成分中的氢气含量；通过物料进口喷入预热的物料；
（3）悬态熔融还原冶炼：
物料进入炉内后，在高温还原气氛和悬浮飘落状态下，进行熔融还原反应，完成80%以上物料的还原熔炼；
（4）通过熔池上的高温煤气、氧气和氧化钙喷吹进口向熔池内的铁渣混合物间歇喷吹高温煤气、氧气和氧化钙粉，为熔池补充热量并搅动铁、渣混合物促进造渣、铁渣分离和渗碳过程：
（5）利用煤炭气化过程没有完全气化的碳颗粒不断飘落进入熔池补充熔池的炭，并漂浮于熔池的铁水上层形成一个碳层，完成悬态熔融还原降落下来的没有彻底还原的氧化亚铁的继续还原反应，实现煤炭气化过程碳的充分、完全利用；
（6）利用悬态熔融还原熔池的造渣、析渣、排渣功能，解决煤炭气化过程的渣处理；
（7）完成悬态熔融还原冶炼过程的从上升烟道出口出来的高温气流，用于热能发电和煤气制氢或其它化产生产，实现“煤炭气化-悬态冶炼-热能发电-煤气化产”技术的一体化。
所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化装置与方法，其特征在于：所述的物料，包括冶金尘、泥、渣固体废物，铁矿粉及难冶炼铬、镍金属矿 ；其中铁矿粉及难冶炼铬、镍金属矿粉粒度小于75μm；
所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：物料是经过预热的，预热温度在100-500℃；水蒸汽与粉煤的重量比为0.1-0.2：1。
所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：上部煤炭气化过程加入的粉煤产生的热量和还原剂量，为下部物料悬态熔融还原冶炼需要热量和还原剂量的1.2—2倍；
所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于 ：根据渣中具体硅、镁、铝、钙含量，向熔池的渣层喷入相应量的氧化钙粉，形成低熔点钙盐，促进造渣和渣铁分离；
所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：所述熔池出口高温煤气流的温度在1200-1500℃，其CO+H2的含量大于50%。
所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：气化炉水冷壁产生的水蒸气和热能发电装置相连接用于热能发电，提高整个一体化装置的热利用率。
下面通过具体的实施过程，详述上述成套装置进行煤炭气化悬态熔融还原冶炼以及热能发电和煤气制氢或其他化产生产的方法。
实施例一：
将粉碎到200目的粉煤及助燃剂氧气和水蒸气总量的30%，从装置1、2、3进口送入气流床煤炭气化装置4内，控制炉温在1600℃，完成粉煤气化过程，粗煤气和气化渣进入中部的煤气变换制氢装置8；将物料预热装置5预热到100℃的冶金固体废物（尘、泥、渣）从物料进口6喷入炉内；从第二水蒸汽进口7喷入水蒸气总量的70%对粗煤气中的CO变换制H2；以上高温煤气和物料混合物进入下部悬态熔融还原装置9进行还原冶炼；冶金固体废物熔融还原为铁水和渣混合物连带没有气化的炭粒进入熔池10；从高温煤气、氧气和氧化钙粉喷吹进口11间歇喷入高温煤气和氧化钙粉，对熔池进行补温和搅动，促使铁和渣分离为铁水和渣，在搅动中使未还原彻底的物料继续完成还原反应；渣定期从渣出口12中排出；铁水定期从出口13排出；含高温烟气从出口14中排出进入装置16副产蒸汽，并和从装置15来的水冷壁蒸汽共同发电，之后降温至200℃以下的煤气进入装置17生产氢气或其他化工产品 。粉煤进入量是冶金固体废物（尘、泥、渣）冶炼需要量的1.3倍。
实施例二：
将粉碎到200目的粉煤和助燃剂氧气和水蒸气总量的30%，从装置1、2、3进口送入气流床煤炭气化装置4内，控制炉温在1500℃，完成粉煤气化过程，粗煤气和气化渣进入中部的煤气变换制氢装置8；将物料预热装置5预热到200℃的冶金固体废物（尘、泥、渣）从物料进口6喷入炉内；从进口7喷入水蒸气总量的70%对粗煤气中的CO变换制H2；以上高温煤气和物料混合物进入下部悬态熔融还原装置9进行还原冶炼；冶金固体废物熔融还原为铁水和渣混合物连带没有气化的炭粒进入熔池10；从高温煤气、氧气和氧化钙粉喷吹进口11间歇喷入高温煤气和氧化钙粉，对熔池进行补温和搅动，促使铁和渣分离为铁水和渣，在搅动中使未还原彻底的物料继续完成还原反应并渗碳；渣定期从渣出口12中排出；铁水定期从出口13排出；高温烟气从出口14中排出进入装置16副产蒸汽，并和从装置15来的水冷壁蒸汽共同发电，之后降温至200℃以下的煤气进入装置17生产氢气或其他化工产品 。粉煤进入量是冶金固体废物（尘、泥、渣）冶炼需要量的1.2倍。
实施例三：
将粉碎到200目的粉煤及助燃剂氧气和水蒸气总量的30%，从装置1、2、3进口送入气流床气化炉4内，控制炉温在1500℃，完成有机固体废物的气化过程，粗煤气和气化渣进入中部的煤气变换制氢装置8，将物料预热装置5预热到200℃的冶金固体废物（尘、泥、渣）喷入物料进口6；从第二水蒸气进口7喷入水蒸气总量的70%对粗煤气中的CO变换制H2；以上高温煤气和物料混合物进入下部悬态熔融还原装置9进行还原冶炼；冶金固体废物熔融还原为铁水和渣混合物连带没有气化的炭粒进入熔池10；从高温煤气、氧气和氧化钙粉喷吹进口11间歇喷入氧气和石灰石粉，对熔池进行补温和搅动，促使铁和渣分离为铁水和渣，在搅动中使未还原彻底的物料继续完成还原反应；渣定期从渣出口12中排出；铁水定期从出口13排出；含煤气高温烟气从出口14中排出，进入装置16副产蒸汽，并和从装置15来的水冷壁蒸汽共同发电，之后降温至200℃以下的煤气进入装置17生产氢气或其他化工产品。粉煤进入量是冶金固体废物（尘、泥、渣）冶炼需要量的1.2倍。
实施例四：
将粉碎到200目的粉煤及助燃剂氧气和水蒸气总量的30%，从装置1、2、3进口送入气流床煤炭气化装置4内，控制炉温在1800℃，完成粉煤气化过程，粗煤气和气化渣进入中部的煤气变换制氢装置8，将物料预热装置5预热到500℃的铁矿粉喷入物料进口6；从第二水蒸气进口7喷入水蒸气总量的70%对粗煤气中的CO变换制H2；以上高温煤气和物料混合物进入下部悬态熔融还原装置9进行还原冶炼；铁矿粉熔融还原为铁水和渣混合物连带没有气化的炭粒进入熔池10；从高温煤气、氧气和氧化钙粉喷吹进口11间歇喷入煤气、氧气和氧化钙粉，对熔池进行补温和搅动，促使铁和渣分离为铁水和渣，在搅动中使未还原彻底的物料继续完成还原反应；渣定期从渣出口12中排出；铁水定期从出口13排出；含煤气高温烟气从出口14中排出；进入装置16副产蒸汽，并和从装置15来的水冷壁蒸汽共同发电，之后降温至200℃以下的煤气进入装置17生产氢气或其他化工产品。粉煤进入量是铁矿粉冶炼需要量的2倍。
实施例五：
将粉碎到200目的粉煤及助燃剂氧气和水蒸气总量的30%，从装置1、2、3进口送入气流床煤炭气化装置4内，控制炉温在1700℃，完成粉煤气化过程，粗煤气和气化渣进入中部的煤气变换制氢装置8，将物料预热装置5预热到500℃的铁矿粉喷入物料进口6；从第二水蒸气进口7喷入水蒸气总量的70%对粗煤气中的CO变换制H2；以上高温煤气和物料混合物进入下部悬态熔融还原装置9进行还原冶炼；铁矿粉熔融还原为铁水和渣混合物连带没有气化的炭粒进入熔池10；从高温煤气、氧气和氧化钙粉喷吹进口11间歇喷入煤气、氧气和氧化钙粉，对熔池进行补温和搅动，促使铁和渣分离为铁水和渣，在搅动中使未还原彻底的物料继续完成还原反应；渣定期从渣出口12中排出；铁水定期从出口13排出；含煤气高温烟气从出口14中排出；进入装置16副产蒸汽，并和从装置15来的水冷壁蒸汽共同发电，之后降温至200℃以下的煤气进入装置17生产氢气或其他化工产品 。粉煤进入量是铁矿粉冶炼需要量的2倍。
实施例六：
将粉碎到200目的粉煤、助燃剂氧气和水蒸气总量的30%，从装置1、2、3进口送入气流床煤炭气化装置4内，控制炉温在1700℃，完成粉煤气化过程，粗煤气和气化渣进入中部的煤气变换制氢装置8，将物料预热装置5预热到400℃的难炼金属矿粉（如红土镍矿等）从物料进口6喷入装置内；从第二水蒸气进口7喷入水蒸气总量70%的水蒸气，对粗煤气中的CO变换制H2；以上高温煤气及物料混合物进入悬态熔融还原装置9进行还原冶炼；难炼金属矿粉中的镍等熔融还原为镍水和渣混合物连带没有气化的炭粒进入熔池10；从高温煤气、氧气和氧化钙粉喷吹进口11间歇喷入氧气和氧化钙粉，对熔池进行补温和搅动，促使镍和渣分离为镍水和渣，在搅动中使未还原彻底的物料继续完成还原反应；渣定期从渣出口12中排出；镍水定期从出口13排出；含煤气高温烟气从出口14 中排出进入装置16副产蒸汽，并和从装置15来的水冷壁蒸汽共同发电，之后降温至200℃以下的煤气进入装置17生产氢气或其他化工产品 。粉煤进入量是难炼金属矿粉冶炼需要量的2倍。

Claims (6)

1.一种多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置，其特征在于：包括自上到下依次连接的气流床煤炭气化装置、煤气变换制氢装置、悬态熔融还原冶炼装置、熔池，熔池另一侧设有上升烟道和高温煤气出口，出口外端依次连接热能发电装置和煤气化产装置；
所述气流床煤炭气化装置位于一体化装置的上部，炉体顶部设有煤粉进口、氧气进口和第一水蒸汽进口；该装置中进行粉煤气化过程，将粉煤、氧气、水蒸汽总量的30%，从气流床煤炭气化装置顶部的进口喷入气化炉；上述物料进入气化炉进行粉煤气化；气流床煤炭气化装置高度小于1.5米；
在气流床煤炭气化装置下方连接煤气变换制氢装置，煤气变换制氢装置的上部两侧面设有物料进口和第二水蒸汽进口；该物料进口与物料预热装置连接；煤气变换制氢装置中，进行煤气变换制氢和物料喷入过程：气化后的粗煤气和灰分熔渣高温混合气流进入位于中部的煤气变换制氢装置，第二水蒸汽进口喷入水蒸汽总量的70%，进行CO变换制H2，提高煤气成分中的氢气含量；物料经物料预热装置预热后进入煤气变换制氢装置；
在煤气变换制氢装置下方连接悬态熔融还原冶炼装置；悬态熔融还原冶炼装置中，物料进入炉内，在高温还原气氛和悬浮飘落状态下，进行熔融还原反应，完成80%以上物料的还原熔炼；
所述气流床煤炭气化装置、煤气变换制氢装置和悬态熔融还原冶炼装置为带有水冷壁、内衬耐火材料的一体化装置；
所述一体化装置是圆形的或方形或多边形的；
所述一体化装置下部有熔池，熔池为长方形或长圆形，熔池上设有渣出口、铁水出口和交错分布于熔池两侧的高温煤气、氧气和氧化钙喷吹进口，熔池底部向铁水出口倾斜；熔池另一端为上升烟道和高温煤气出口；所述熔池的上升烟道的直径，比悬态熔融还原冶炼装置的直径大。
2.根据权利要求1所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置，其特征在于：所述气流床煤炭气化装置、煤气变换制氢装置、悬态熔融还原冶炼装置组成一体化立式气化还原冶炼炉，炉体直径为从上到下依次增大的喇叭形。
3.一种多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，采用权利要求1~2任一项所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化装置，其特征在于包括以下步骤：
（1）粉煤气化过程：
将粉煤、氧气、水蒸汽总量的30%，从气流床煤炭气化装置顶部的进口喷入气化炉；上述物料进入气化炉进行粉煤气化，煤气温度达到1500-1800℃；气化炉内工作压力为常压；
粉煤是粒度低于2毫米粉煤的混合体，其中粒度低于75μm的粉煤占比不高于85%；
（2）煤气变换制氢和物料喷入过程：
上部气化后的粗煤气和灰分熔渣高温混合气流进入位于中部的煤气变换制氢装置，第二水蒸汽进口喷入水蒸汽总量的70%，进行CO变换制H2，提高煤气成分中的氢气含量；物料经物料预热装置预热后进入煤气变换制氢装置；
反应物料经过预热，预热温度在100-500℃；水蒸汽与粉煤的重量比为0.1-0.2：1；
（3）悬态熔融还原冶炼：
物料进入炉内后，在高温还原气氛和悬浮飘落状态下，进行熔融还原反应，完成80%以上物料的还原熔炼；
上部煤炭气化过程加入的粉煤产生的热量和还原剂量，为下部物料悬态熔融还原冶炼需要热量和还原剂量的1.2—2倍；
（4）通过熔池上的高温煤气、氧气和氧化钙喷吹进口向熔池内的铁渣混合物间歇喷吹高温煤气、氧气和氧化钙粉，为熔池补充热量并搅动铁、渣混合物促进造渣、铁渣分离和渗碳过程；
（5）利用煤炭气化过程没有完全气化的碳颗粒不断飘落进入熔池补充熔池的炭，并漂浮于熔池的上层形成一个碳层，完成悬态熔融还原降落下来的没有彻底还原的氧化亚铁的继续还原反应，实现煤炭气化过程碳的充分、完全利用；
（6）利用悬态熔融还原熔池的造渣、析渣、排渣功能，解决煤炭气化过程的渣处理；
（7）完成悬态熔融还原冶炼过程的从上升烟道出口出来的高温气流，用于热能发电和煤气制氢或其它化产生产，实现“煤炭气化-悬态冶炼-热能发电-煤气化产”技术的一体化；所述熔池出口高温煤气流的温度在1200-1500℃，其CO+H2的含量大于50%。
4.根据权利要求3所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：步骤（2）中所述的物料，包括各种冶金尘、泥、渣固体废物，铁矿粉及难冶炼铬、镍金属矿；其中铁矿粉及难冶炼铬、镍金属矿粉粒度小于75μm。
5.根据权利要求3所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：根据渣中具体硅、镁、铝、钙含量，向熔池的渣层喷入相应量的氧化钙粉，形成低熔点钙盐，促进造渣和渣铁分离。
6.根据权利要求3所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：气化炉水冷壁产生的水蒸汽和热能发电装置相连接用于热能发电，提高整个一体化装置的热利用率。
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