CN108103254B - 基于低品质氧及大加湿的富氢高炉控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于低品质氧及大加湿的富氢高炉控制系统及方法，属于钢铁生产技术领域。该系统包括高炉本体，高炉本体的顶端设有炉料加入单元和煤气处理单元，高炉本体的底端设有矿渣处理单元，在高炉本体的一侧还设有提供低浓度氧气的制氧单元和高温水蒸气输送单元，制氧单元连接氧煤粉喷吹单元的一端，氧煤粉喷吹单元的另一端连接高炉本体；水蒸气输送单元与高炉本体之间依次设有水蒸气控制单元和混风室，混风室的内部还连通制氧单元。该系统能够使高炉内部产生大量的氢气，降低二氧化碳的排放，同时为抵消热源消耗，使用低浓度氧气在单位时间内燃烧较多的焦炭，从整体上提高了高炉的生产效率。

Description

基于低品质氧及大加湿的富氢高炉控制系统及方法

技术领域

本发明涉及高炉冶炼，属于钢铁生产技术领域，具体地涉及一种基于低品质氧及大加湿的富氢高炉控制系统及方法。

背景技术

现有的高炉流程基本维持在生产一吨铁水，需要消耗500kg/t左右的燃料，鉴于CO₂排放对环境的巨大影响，人们千方百计改进现有高炉流程，希望通过技术手段改善还原，减少CO₂排放。高炉的CO₂排放量占整个钢铁工业的60％，钢铁工业的CO₂排放量占整个工业排放量的15％左右，中国现在每年的CO₂排放量在180吨左右，高炉贡献了接近18亿吨，这个数字对于全球气候的极端变化贡献巨大，目前世界各国都在积极探索减少高炉的CO₂排放的措施。通过文献检索，世界各国在新流程的研究方面进行了大量的探索，目前一共有三种减少高炉CO2排放的技术：(1)改善炉料特性，使用预还原性矿石、高反应性焦炭等；(2)改善炉料使用方法，如矿焦混装、优化布料改进高炉还原效率；(3)通过在高炉风口鼓入附加还原剂，如鼓入天然气、焦炉煤气、氢气制品等改善高炉还原，减少CO₂排放。

如文献1“Masaaki NAITO,Kanji TAKEDA and Yoshiyuki MATSUI，IronmakingTechnology for the Last 100Years:Deployment to Advanced Technologies fromIntroduction of Technological Know-how,and Evolution to Next-generationProcess，ISIJ International,Vol.55(2015),No.1,pp.7–35.”中谈到高炉100年以前结构就基本定型，日本高炉座数有两个高潮，一个是1938年左右，为配合侵华，高炉座数有发展，达到40座左右，二战以后日本发展经济，高炉座数从几座发展到1970年的60多座，此后高炉座数逐渐下降，目前只有20多座，但高炉容积发生了巨大变化，目前日本高炉平均容积几乎是世界上最高的，几乎全是4500m³以上的大型高炉。进入21世纪后，世界各国为应对温室气体对环境的巨大影响，没办法只好开发新型的高炉流程，以千方百计减少炼铁CO₂排放，目前在现有特大型高炉上广泛使用预还原性矿石、高反应性焦炭的技术尚需要进行探索、实验，预还原性矿石、高反应性焦炭的生产需要添加新的生产设备，改进目前钢铁联合企业的布局，投资巨大；矿焦混装、优化布料改进高炉还原效率这不是新技术，几乎所有高炉都会探索适合自己的混装、布料技术；在高炉风口鼓入天然气、焦炉煤气、氢气制品等改善高炉还原技术，同样需要改进装备，改进高炉喷吹设备，加之天然气、焦炉煤气、氢气制品有更高的经济价值，放到高炉下部单纯燃烧，有点得不偿失。

如文献2“Michitaka SATO,1)*Koichi TAKAHASHI,2)Taihei NOUCHI2)andTatsuro ARIYAMA3)，Predictcion of Next-Generation Ironmaking Process Based onOxygen Blast Furnace Suitable for CO2 Mitigation and Energy Flexibility，(2015),No.10，ISIJ International,Vol.55(2015),No.10,pp.2105–2114.”中论述了基于目前的高炉开发了3种新流程，首先通过富氢喷吹改善还原过程，用H₂替代C，这种工艺需要在高炉炉身下部添加燃料喷吹通道，对现有高炉流程进行大规模改造，花费巨大。另一种方法是将高炉炉顶排出的混合煤气(CO+CO₂+H₂)脱除CO₂后重新鼓入高炉风口，利用剩余的CO、H₂作为还原剂，这样就可以减少新碳消耗，从总体上减少CO₂排放。还有一种就是通过使用纯氧、煤粉、预热的空气、焦炭建立纯氧高炉，进行铁矿石的还原，纯氧高炉目前正在进行工业试验，大规模使用尚待进一步研究。文中日本人提出了一种新氧气高炉流程，从高炉下部鼓入焦炉煤气、热风、喷入煤粉、天然气、氢原料、氧气、脱除CO₂后的高炉炉顶返回煤气，炉顶装入焦炭、烧结矿，在炉身喷入经过加热的脱除CO₂后的高炉炉顶返回煤气作为还原剂，提升炉料的间接还原水平。该流程工艺复杂，设备众多，CO₂捕获、氧气制备、电力消耗都需要消耗大量的能源，在高炉下部鼓入脱除CO₂后的高炉炉顶返回煤气、焦炉煤气、煤粉、天然气等还原剂，这些还原剂都需要分解成H₂、CO等还原剂，这些过程都是吸热过程，都需要消耗大量的能源，高炉下部能源的过度消耗势必破坏以前高炉流程的还原分配，造成高炉能量利用的脆弱平衡，这种流程需要新建高炉，并不能在目前的高炉上实现，但一座高炉一旦建成，其寿命长达15～20年，高炉作为钢铁联合企业的一个环节，高炉不单纯作为一个铁水生产单元，它还有和上下游工序匹配运行的责任，文中提出的流程需要建立很多高炉才能满足目前高炉大型化后的产能需求，同时高炉座数的增加极大增加了生产调度的难度。

如文献3“Koichi TAKAHASHI,Taihei NOUCHI,Michitaka SATO and TatsuroARIYAMA，Perspective on Progressive Development of Oxygen Blast Furnace forEnergy Saving，(2015),No.9,ISIJ International,Vol.55(2015),No.9,pp.1866–1875.”中探讨了氧气高炉，目前越来越多的认识到在高炉流程中节能的重要性，高炉流程中采用了很多节能流程，利用传统方法很难实现高炉的进一步节能，氧气高炉以其灵活、高效被认为是一种大有前途的应对CO₂过度排放的技术流程，本文将基于氧气高炉优化炼铁构成，首先氧气高炉可以大幅度提升高炉生产效率，维持同样的生产效率可以减少高炉容积，高炉容积的减少可以减少高炉对原料强度性能的要求，减少焦炉、烧结机的能源消耗，目前的DEM模型验证了上述思想的实用性，研究发现小容积高炉中应力比传统高炉小20～30％，和传统高炉流程相比，氧气高炉流程可以节能5.3％。氧气高炉流程用O₂取代传统高炉的热风，大幅度提高煤粉的使用量，将传统高炉的煤比从150kg/t提高到300kg/t的水平，该流程将直接还原比例从传统高炉的30％降低到20％，该流程可以减少煤气发生量30％左右，唯一遗憾的是需要在氧气高炉炉身使用预加热的煤气作为能量的补充，该流程最大的问题在于需要新建高炉，并不能在目前的高炉上实现，建设一座特大型高炉动辄20亿元左右，目前传统高炉一旦建成，其寿命长达15～20年，停用传统高炉代价巨大。

如文献4“Yotaro OHN0.Masahiro MATSUURA.Hiroyuki MITSUFUJ and TakeshiFURUKAWA，Process Characteristics of a Commercial-scale Oxygen Blast FurnaceProcess with Shaft Gas Injection，ISIJ International,Vol,32(1992),No.7,pp.838-847.”中就氧气高炉的商业化运作提供了一个案例，和传统高炉相比氧气高炉具有下列特点：(1)通过预加热的还原气体完成高炉内部炉料的加入与还原。(2)合适的预加热还原气体应满足高炉上部热流比的0.74～0.9，温度控制在600～1200℃。(3)预加热气体对高炉下部几乎没有影响。(4)只要热传递是安全的，预热气体的喷吹位置可以满足高炉上部需求。(5)氧气高炉燃料变化很宽泛，从500kg/t～1200kg/t。该实验高炉遗憾的是同样需要在高炉炉身使用预加热的煤气作为能量的补充，该工艺流程并不适合于传统高炉，因一旦传统高炉建成，不可能在炉身进行改造，鉴于传统高炉的半永久性寿命，该流程发挥作用的时机目前并不成熟，同时停用传统高炉意味着改变目前钢铁联合企业的物流、能量流，很可能牵一发动全身，代价巨大。

如文献5“Yusuke KASHIHARA,1)*Yoshitaka SAWA1)and Michitaka SATO2，Effect of Hydrogen Addition on Reduction Behavior of Ore Layer Mixed withCoke，ISIJ International,Vol.52(2012),No.11,pp.1979–1985.”为了减少CO₂排放提出了一种低燃料比操作的技术体系，通过矿焦的混装以改善透气性、还原性来实现低燃料比冶炼，同时含氢还原剂也是一个有效的选择，本文研究了焦炭中混入含氢还原剂对矿石还原行为的影响，焦炭中混入含氢还原剂可以加速矿石还原效率，减少阻力损失，同时用二维数学模型研究了焦炭中混入含氢还原剂对高炉操作的影响，在矿焦、含氢还原剂混装的情况下将提高氢还原效率，降低高炉直接还原比例，获得降低高炉燃料比的目标。

如文献6“Shiro WATAKABE,Kazuya MIYAGAWA,Shinroku MATSUZAKI,TakanobuINADA,Yukio TOMITA,Koji SAITO,Masao OSAME,PeterLena Sundqvistand Jan-Olov.WIKSTROM，Operation Trial of Hydrogenous Gas Injectionof COURSE50Project at an Experimental Blast Furnace，ISIJ International,Vol.53(2013),No.12,pp.2065–2071.”中就COURSE50项目进展进行了说明，COURSE50项目是欧洲通过在高炉炉身使用焦炉煤气、高炉煤气重整技术实现高炉节能减排的研究计划，Maintargets of COURSE50project are development of technologies to reduce CO2emissions from blast furnace and development of technologies to capture,separate and recover CO2 from blast furnace gas.该计划在欧洲LKAB厂的实验高炉上进行了试验，因氢气的还原能力降低了高炉直接还原比例，高炉生产过程中所用的还原碳量较基准期减少了，但由于炉身风口的喷吹煤气动能不足使高炉炉身效率变差，热煤气喷吹使得炉顶煤气温度、炉身上部温度升高，由于炉身烧结矿还原分化不明显故难以评价热煤气喷吹的效率。

如文献7“Seiji NOMURA,Kenichi HIGUCHI,Kazuya KUNITOMO and MasaakiNAITO，Reaction behavior of Formed Iron Coke and Its Effect on DecreasingThermal Reserve Zone Temperature in Blast Furnace，ISIJ International,Vol.50(2010),No.10,pp.1388–1395.”就使用高反应性焦炭降低高炉热储备区温度进行了研究，高反应性焦炭将促进提高炉身反应效率，降低高炉燃料消耗，本文成功制备了高反应性铁焦，本文中研究了在碱金属存在时铁焦混入传统焦炭中时的反应行为，当铁焦混入传统焦炭中在还原性气体中加热时，铁焦在900℃热储备区反应良好，这就意味着可以降低热储备区的温度，这就可以保护传统焦炭，防止传统焦炭的反应，减少传统焦炭的劣化，研究表明铁焦的反应开始温度小于传统焦炭，铁焦和传统焦炭的混用有利于降低高炉燃料消耗。这种技术需要制备专门的炉料，消耗巨大，目前只存在试验阶段。

如文献8“Tatsuro ARIYAMA1)and Michitaka SATO2)，Optimization ofIronmaking Process for Reducing CO₂Emissions in the Integrated Steel Works，ISIJ International,Vol.46(2006),No.12,pp.1736–1744.”讲到对于高炉而言有很多减少燃料消耗的方法，然而可行的方法必须考虑整个钢厂的能量平衡，主动追求节能。废塑料喷吹、替代性碳质材料如木炭等是很好的选择，在不久的将来，氢也是非常有潜力的能源。在使用氧气高炉及熔融还原流程时，需要考虑整个流程的优化和匹配，在现有流程装备和能力前提下在炉顶加入预还原烧结矿和高反应性焦炭是一种有效的选择。

如文献9“Tatsuro ARIYAMA,1)*Michitaka SATO,2)Taihei NOUCHI3)and KoichiTAKAHASHI3)，Evolution of Blast Furnace Process toward Reductant Flexibilityand Carbon Dioxide Mitigation in Steel Works，56(2016),No.10，ISIJInternational,Vol.56(2016),No.10,pp.1681–1696.”将注意力放在了高炉未来的设计上，本文首先回顾了高炉降焦、减少燃料消耗的技术史，煤粉喷吹目前在高炉中很普遍，然而现在可以采用高反应性焦炭来来降低高炉炉身温度从而减少高炉能量消耗，带炉顶煤气循环使用的氧气高炉也是一个选项，尽管基于氧气高炉的炉顶煤气循环使用技术是一个有效的节能减排的选项，但是所有的技术都需要考虑到高炉产生的煤气是钢铁工业自循环使用的，氧气高炉适于喷吹大量的天然气，也适于综合喷吹天然气和煤粉，该流程能在维持能量平衡的同时减少CO₂排放，但是基于氧气高炉的极高生产率，高炉容积需要减少，本文中同时讨论了应对CO₂排放的下一代高等氧气高炉。

综上所述，基于目前的高炉开发了3种新流程，首先通过富氢喷吹改善还原过程，用H₂替代C，这种工艺需要在高炉炉身下部添加燃料喷吹通道，对现有高炉流程进行大规模改造，花费巨大。另一种方法是将高炉炉顶排出的混合煤气(CO+CO₂+H₂)脱除CO₂后重新鼓入高炉风口，利用剩余的CO、H₂作为还原剂，这样就可以减少新碳消耗，从总体上减少CO₂排放。还有一种就是通过使用纯氧、煤粉、预热的空气、焦炭建立纯氧高炉，进行铁矿石的还原，纯氧高炉目前正在进行工业试验，大规模使用尚待进一步研究。

但其均存在相关的技术问题，具体如下：

(1)氧气高炉需要在炉身使用预加热的煤气作为能量的补充，氧气高炉效率可以大幅度提升，不需要现在这么巨大的高炉设备，故氧气高炉流程最大的问题在于需要新建高炉，并不能在目前的高炉上实现，建设一座特大型高炉动辄20亿元左右，目前传统高炉一旦建成，其寿命长达15-20年，停用传统高炉代价巨大。

(2)高炉下部鼓入脱除CO₂后的高炉炉顶返回煤气、焦炉煤气、煤粉、天然气等还原剂流程。由于这些还原剂都需要分解成H₂、CO等还原剂，这些过程都是吸热过程，都需要消耗大量的能源，高炉下部能源的过度消耗势必破坏以前高炉流程的还原分配，造成高炉能量利用的脆弱平衡，这种流程同样需要新建利于喷吹各种设施、装备，并不能在目前的高炉上实现。

(3)高炉作为钢铁联合企业的一个环节，高炉不单纯作为一个铁水生产单元，它还有和上下游工序匹配运行的责任，新流程需要建立很多高炉才能满足目前高炉大型化后的产能需求，同时高炉座数的增加极大增加了生产调度的难度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明在现有的高炉流程基础上提供了一种基于低品质氧及大加湿的富氢高炉控制系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种基于低品质氧及大加湿的富氢高炉控制系统，它包括高炉本体，所述高炉本体的顶端设有炉料加入单元和煤气处理单元，所述高炉本体的底端设有矿渣处理单元，在所述高炉本体的一侧还设有制氧单元和水蒸气输送单元，所述制氧单元连接氧煤粉喷吹单元的一端，所述氧煤粉喷吹单元的另一端连接高炉本体；所述水蒸气输送单元与高炉本体之间依次设有水蒸气控制单元和混风室，所述混风室的内部还连通制氧单元。

进一步地，所述制氧单元与氧煤粉喷吹单元之间的运输管道为独立的富氧管道。

再进一步地，所述制氧单元与混风室之间的运输管道为独立的富氧管道。

更进一步地，所述水蒸气输送单元与混风室之间的运输管道为经保温处理后的管道。

更进一步地，所述混风室上还设置有风量风温控制单元。

更进一步地，所述氧煤粉喷吹单元包括双层氧煤枪，所述双层氧煤枪内部设置有输送氧气的内层和输送煤粉的外层。

为了更好的实现本发明的技术方案，本发明还公开了一种基于低品质氧及大加湿的富氢高炉的控制方法，具体控制过程为：

所述制氧单元采用制氧机制备纯度≥90％的氧气，经制氧单元与氧煤粉喷吹单元之间独立安装的富氧管道输送至氧煤粉喷吹单元中；

其中，可计算高炉本体实际鼓入的氧气含量：

设定氧气纯度为Υ，制氧机的制氧量为χ，高炉风量为α，按照富氧率为f_O来计算，则高炉实际鼓入的富氧量W满足如下数学关系式：

W＝f_O×(Υ-0.21)；

则每分钟需要鼓入的氧气量：W×α；

单位：α：高炉风量，m³/min；

f_O：富氧率，％；

Υ：氧气纯度，％；

χ：制氧机的制氧量，m³/h；

W：实际鼓入的富氧量，m³/min。

所述氧煤粉喷吹单元采用氧煤枪喷吹煤粉和氧气并完成输送；

所述水蒸气控制单元精确计算高炉需要高温水蒸气的量并反馈给水蒸气输送单元；

其中，计算高炉本体需要喷吹的水蒸气含量：

设定管道加湿输送量为则每小时的输送水蒸气X满足如下数学关系式：

单位：g/m³ X：吨/h；

所述风量风温控制单元用于控制煤粉燃烧、水分分解所需要的风量、风温，这里的风量、风温并不单纯由热风炉控制，还需要综合计算所需要的热风所带入的热量以满足高炉下部需求，否则会造成炉凉。

所述混风室用于加湿、富氧、风量的混合，以均匀送风质量。

高炉的其它单元，如炉料加入单元、煤气处理单元及矿渣处理单元等都保持原样，不做改变。

有益效果：

(1)本发明的控制系统对现有流程不作大的改动，通过直接通过鼓风从风口鼓入高温水蒸气，高温水蒸气在风口区域会和焦炭发生水煤气反应，产生大量的CO、H₂，可以将目前高炉风口区域的H₂含量从3～5％提高到15％左右，H₂具有很高的还原特性，加大炉料H₂还原比例，利用H₂的高还原效率实现减排CO₂的目标。

(2)本发明的控制系统及方法能有效补充热量消耗，由于水蒸气分解会消耗大量的热量，为了抵消热量的损耗，该工艺通过使用低浓度O₂来在单位时间内燃烧更多的焦炭，产生更多的热量，以补充水蒸气分解的热量损耗。

(3)本发明的控制系统及方法充分降低冶炼成本，为降低成本，也不需要纯氧，只需要制备90％以上纯度的氧气就可以，该工艺使用低纯度氧气、大量水蒸气并不需要改变工艺流程，唯一的变化就是建设专门的低纯度制氧站，将一定量的低纯度氧气鼓入高炉内即可，该流程能够在现有工艺基础上改善炉料还原，故可以提高高炉生产效率，从总体上看可以减少高炉生产座数，减少粉尘、CO₂、噪声等污染，净化钢铁生产。

附图说明

图1为本发明控制系统的流程图；

其中，图1中的各部件标号如下：

高炉本体1、制氧单元2、水蒸气输送单元3、氧煤粉喷吹单元4、水蒸气控制单元5、混风室6、风量风温控制单元7。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

如1所示，本发明公开了一种基于低品质氧及大加湿的富氢高炉控制系统，它包括高炉本体1，所述高炉本体1的顶端设有炉料加入单元和煤气处理单元，所述高炉本体1的底端设有矿渣处理单元，所述炉料加入单元、煤气处理单元及矿渣处理单元等都在被发明中保持原样，不做任何的改动；在所述高炉本体1的一侧还设有制氧单元2和水蒸气输送单元3，其中，所述制氧单元2采用制氧机制备纯度≥90％的氧气，对于制氧机的型号市场上出售的即可，不做特别限定；所述水蒸气输送单元3用于储存大量的高温水蒸汽。

再次结合图1可知，所述制氧单元2连接氧煤粉喷吹单元4的一端，所述氧煤粉喷吹单元4的另一端连接高炉本体1；同时，制氧单元2与氧煤粉喷吹单元4之间独立安装富氧管道，该管道用于输送制氧机制备的氧气至氧煤粉喷吹单元4中，所述氧煤粉喷吹单元4中还设置有双层氧煤枪，该双层氧煤枪的内部设置有输送氧气的内层和输送煤粉的外层，分别输送至高炉本体1中；

所述水蒸气输送单元3与高炉本体1之间依次设有水蒸气控制单元5和混风室6，所述混风室6的内部还连通制氧单元2(优选制氧单元2与混风室6之间的运输管道为独立的富氧管道)；所述水蒸气控制单元5能够精确计算高炉需要高温水蒸气的量并反馈给水蒸气输送单元3；所述混风室用于加湿、富氧、风量的混合，以均匀送风质量，为了保证高温水蒸气能被送入高炉本体1中，所述水蒸气输送单元3与混风室6之间的运输管道为经保温处理后的管道。

此外，在混风室6上还设置有风量风温控制单元7。

为了更好的实现本发明的技术方案，本发明还公开了一种基于低品质氧及大加湿的富氢高炉的控制方法，以4000m³高炉为例，

该4000m³高炉有4座热风炉，具备1230℃以上风温水平，有独立的低浓度制氧机，加装了独立的富氧管道，供氧能力为100000m³/hour，加湿管道具备50g/m³的加湿能力。

(1)制氧单元2制备低浓度氧气：该单元通过专用制氧机制备低浓度氧气，氧气纯度95％，制氧能力10万m³/hour，高炉风量为7300m³/min，按照富氧率18％计算，可以计算高炉实际鼓入的富氧量为：

W＝f₀(0.95-0.21)＝0.18*(0.95-0.21)＝0.1332m³/m³

也就是说每立方米风量中需要鼓入0.1332m³的低浓度氧气。

则每分钟需要鼓入的氧气为：0.1332*7300＝973.36m³/min

小时耗氧量为：973.36*60＝58341.6m³/hour。

(2)水蒸气输送单元3输送高温水蒸气：该单元主要用于输送喷吹到高炉的水蒸气，水蒸气是高温蒸汽，所用管道必须保温处理，这里加湿输送量为45g/m³，总加湿量为：

45*7300/(1000*1000)*60＝19.71吨/hour

每小时向炉内添加近20吨水蒸气。

(3)水蒸气控制单元5根据水分条件计算需要添加到高炉的水蒸气的量，计量精度必须满足高炉调控要求，控制精度在±2g/m³。

(4)风量风温控制单元7用于控制煤粉燃烧、水分分解所需要的风量、风温，这里的风量、风温并不单纯由热风炉控制，综合风量要考虑到富氧总量的影响，风温按照1230℃控制，保证风口前有足够的热量在分解水蒸气的同时，完成煤粉的燃烧，这里喷煤量按照150～170kg/t控制，煤粉喷吹一定要均衡稳定，严控所带入的热量不足造成的炉凉事故。

(5)混风室6充分混合加湿、富氧和风量。

(6)氧煤粉喷吹单元中的双层氧煤枪输送喷吹煤粉，该氧煤枪内层通氧气，外层输送煤粉，氧煤枪创造燃烧环境足以满足煤粉强化燃烧的需要，煤粉喷出氧煤枪后和氧气充分混合，可以在0.1s内完成燃烧，降水蒸气的影响降低到最小。

为安全起见，低浓度氧气需要专用管道进行输送，管道压力和热风管道压力保持平衡，以防止氧气倒灌，压力控制在4.5kg/cm²左右。

以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于低品质氧及大加湿的富氢高炉的控制方法，其特征在于：该控制方法在控制系统中完成，所述控制系统包括高炉本体(1)，所述高炉本体(1)的顶端设有炉料加入单元和煤气处理单元，所述高炉本体(1)的底端设有矿渣处理单元，其特征在于：在所述高炉本体(1)的一侧还设有制氧单元(2)和水蒸气输送单元(3)，所述制氧单元(2)连接氧煤粉喷吹单元(4)的一端，所述氧煤粉喷吹单元(4)的另一端连接高炉本体(1)；所述水蒸气输送单元(3)与高炉本体(1)之间依次设有水蒸气控制单元(5)和混风室(6)，所述混风室(6)的内部还连通制氧单元(2)；所述制氧单元(2)与氧煤粉喷吹单元(4)之间的运输管道为独立的富氧管道；所述制氧单元(2)与混风室(6)之间的运输管道为独立的富氧管道；所述控制方法包括如下过程：

所述制氧单元(2)采用制氧机制备纯度≥90％的氧气，所述氧气经制氧单元(2)与氧煤粉喷吹单元(4)之间独立安装的富氧管道输送至氧煤粉喷吹单元(4)中，煤粉与氧气进入高炉本体(1)中完成燃烧；

所述水蒸气控制单元(5)精确计算高炉本体(1)需要高温水蒸气的量并反馈给水蒸气输送单元(3)，所述水蒸气输送单元(3)中的水蒸气经保温管道输送至混风室(6)并最终进入高炉本体(1)。

2.根据权利要求1所述基于低品质氧及大加湿的富氢高炉的控制方法，其特征在于：所述水蒸气输送单元(3)与混风室(6)之间的运输管道为经保温处理后的管道。

3.根据权利要求1所述基于低品质氧及大加湿的富氢高炉的控制方法，其特征在于：所述混风室(6)上还设置有风量风温控制单元(7)。

4.根据权利要求1所述基于低品质氧及大加湿的富氢高炉的控制方法，其特征在于：所述氧煤粉喷吹单元(4)包括双层氧煤枪，所述双层氧煤枪内部设置有输送氧气的内层和输送煤粉的外层。

5.根据权利要求1或2或3或4所述基于低品质氧及大加湿的富氢高炉的控制方法，其特征在于：计算高炉本体实际鼓入的氧气含量：

设定氧气纯度为γ，制氧机的制氧量为χ，高炉风量为α，按照富氧率为f_O来计算，则高炉实际鼓入的富氧量W满足如下数学关系式：

W＝f_O×(γ-0.21)；

则每分钟需要鼓入的氧气量：W×α；

单位：α：高炉风量，m³/min；

f_O：富氧率，％；

γ：氧气纯度，％；

χ：制氧机的制氧量，m³/h；

W：实际鼓入的富氧量，m³/min。

6.根据权利要求1或2或3或4所述基于低品质氧及大加湿的富氢高炉的控制方法，其特征在于：计算高炉本体需要喷吹的水蒸气含量：

设定管道加湿输送量为则每小时的输送水蒸气X满足如下数学关系式：

单位：g/m³ X：吨/h。