CN110592370B

CN110592370B - 一种基于多类燃气耦合喷吹的低碳低排放烧结方法

Info

Publication number: CN110592370B
Application number: CN201910857539.1A
Authority: CN
Inventors: 季志云; 范晓慧; 赵元杰; 甘敏; 陈许玲; 黄晓贤; 袁礼顺; 张一雄; 黄斌斌; 唐庆余; 汪国靖; 吕薇
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2039-09-09
Also published as: CN110592370A

Abstract

本发明公开了一种基于多类燃气耦合喷吹的低碳低排放烧结方法，该方法是依据不同料层高度处蓄热量的差异，将烧结机料面从保温结束到废气温度上升点之间的区域依据<1250℃、1250～1300℃、1300～1350℃的温度区间依次分成低、中、高三个蓄热量区域，向三个区域分别喷吹热值>30MJ/Nm³的高热值燃气、15～30MJ/Nm³中等热值燃气、<15MJ/Nm³的低热值燃气。该方法有效耦合了烧结料层不同区域热量需求与燃气品质的差异，使得不同高度料层热量均衡分布，形成有利的成矿条件，大幅提高烧结产量、质量指标，同时有效扩大燃气喷吹的覆盖区域，进一步减少了固体燃耗，NO_X、SO₂、CO_X等污染物减排比例提升，实现低碳低排放烧结。

Description

一种基于多类燃气耦合喷吹的低碳低排放烧结方法

技术领域

本发明涉及一种烧结方法，特别涉及一种基于多类燃气耦合喷吹实现低碳低排放烧结的方法，属于钢铁冶金领域的烧结行业。

背景技术

钢铁工业不仅是部分国家战略支柱性产业及经济支柱，且对整个人类社会的发展都发挥了至关重要的作用，但钢铁工业的发展也带来了能源消耗以及环境污染等问题。烧结作为钢铁工业前端工序，具有高能耗高污染的特点。烧结过程主要依靠固体燃料供热，其固体燃料消耗在烧结工序能耗中占比高达75～80％，而烧结工序中固体燃料中燃料氮的转化却是NO_X产生的主要来源，此外，亦是SO_X的重要来源和CO_X的主要来源，因而在保证烧结产质量指标的前提下，降低固体燃料消耗是污染物减排最为直接有效的手段。

近年来烧结料面燃气喷吹技术作为一种有效节能减排烧结新技术而备受青睐。JFE钢铁公司和九州大学合作率先研发了向烧结机料面喷吹液化天然气燃料的技术，研究表明该技术能够有效拓宽高温熔融带，增加高温保持时间，避免上部烧结矿带冷却速率过快，在降低固体燃料的同时提高烧结矿产质量指标。我国韶钢在烧结料面喷入钢铁厂内富余的焦炉煤气，烧结矿在强度和冶金性能方面得到有效的改善。然而，在上述单种轻质、较低热值的气体燃料喷吹的模式下，由于料层中上部蓄热量小需要喷入更多的气体燃料，但是中上部料层透气性却较差，致使气体燃料难以被吸入料层，易导致气体燃料逃逸，引发安全事故，只能削弱固体燃料降低程度来减小燃气喷吹量。如此，在固体燃料更大比例的使用过程中，又将因防止下部料层温度过高进而减小气体燃料喷吹区间，最终导致固体燃耗降低程度有限。

随着烧结过程进行，其具有从上到下蓄热量逐渐增加和料层透气性从前到后逐渐变好的特点。中上部料层蓄热量不足，因而其高温停留时间短、烧结不充分、液相量不足，致使烧结矿强度低，返矿多等问题明显，而下部料层却由于蓄热量大，烧结温度过高导致过熔，致使烧结矿还原性恶化。

发明内容

针对现有技术中烧结料面燃气喷吹技术存在的问题，本发明的目的是在于依据随烧结过程进行料面负压和料层蓄热量逐渐增加特点，设计在不同特征料面区域喷入不同热值、比重、品质的耦合气体燃料，实现安全、高效、最大化程度降低固体燃料消耗的低碳低排放烧结方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于多类燃气耦合喷吹的低碳低排放烧结方法，该方法依据不同料层高度处温度不同的特征对烧结料层温度进行划分区域，从保温结束到废气温度上升点之间依次划分为低蓄热量区域、中等蓄热量区域和高蓄热量区域三个区域，在低蓄热量区域喷入高热值燃气，在中等蓄热量区域喷入中等热值燃气，在高蓄热量区域喷入低热值燃气。

优选的方案，所述低蓄热量区域为采用100％固体燃料时，点火后料层最高温度<1250℃的区域。

优选的方案，所述中等蓄热量区域为采用100％固体燃料时，料层最高温度在1250～1300℃范围内的区域。

优选的方案，所述高蓄热量区域为采用100％固体燃料时，废气温度上升前料层最高温度>1300℃的区域。

优选的方案，所述高热值燃气为热值>30MJ/Nm³的燃气。

优选的方案，所述中等热值燃气为热值15～30MJ/Nm³的燃气。

优选的方案，所述低热值燃气为热值为<15MJ/Nm³的燃气。

优选的方案，高热值燃气、中等热值燃气或低热值燃气由液化石油气、液化石油气混空气、油田气、气田气、煤层气、页岩气、煤制天然气、生物天然气和人工煤气中至少一种组成。燃气是以碳氢化合物为主或以氢气为主的气体燃料，通过上述燃气的任意组合可以耦合成不同热值的燃气。

优选的方案，在高蓄热量区域内，对料层最高温度>1350℃的区域不再进行燃气喷吹。

优选的方案，所述料层厚度不低于700mm。优选为700～1000mm。

优选的方案，低蓄热量区域、中等蓄热量区域和高蓄热量区域三个区域之间通过设置金属挡板分隔开，相应的高热值燃气、中等热值燃气及低热值燃气燃气由料面上方布置的多孔喷头均匀喷入料面。

优选的方案，在喷吹燃气条件下，相应减少固体燃料配比，固体燃料减少量按照燃气和固体燃料热量置换比1:2～1:5喷吹燃气予以补偿。

本发明通过在蓄热量小、透气性差所对应的料面区域喷入高热值、高比重以碳氢类化合物为主的燃气，在蓄热量一般、透气性中等所对应的料面区域喷入中等热值、中等比重燃气，在蓄热量大、透气性好所对应的料面区域喷入低热值、低比重以氢气为主的燃气，将气体燃料热值、比重、品质与烧结过程料面负压变化特征和料层不同高度处蓄热量大小有效结合，在使得不同高度料层热量更为均衡的同时延长高温保持时间，形成有利的成矿条件，大幅提高烧结产量、质量指标，此外在安全性保障得到提高的同时实现有效扩大燃气喷吹的覆盖区域并提高固体燃料燃烧效率，进一步提高固体燃耗降低程度，有效降低NO_X、SO₂、CO_X排放量，对烧结行业清洁生产做出重要贡献。

本发明的低蓄热量区域、中等蓄热量区域和高蓄热量区域的划分主要依据不同料层高度处温度特征，将烧结料层从保温结束到废气温度上升点之间依次划分为低蓄热量区域、中等蓄热量区域、高蓄热量区域三个区域；沿烧结台车运行方向，将低蓄热量区域对应的烧结料面记为区域Ⅰ，中等蓄热量区域对应的烧结料面记为区域Ⅱ，高蓄热量区域对应的烧结料面记为区域Ⅲ；在区域Ⅰ喷入高热值燃气，在区域Ⅱ喷入中等热值燃气，区域Ⅲ喷入低热值燃气。

与现有技术相比，本发明技术方案的优点在于：

1)本发明依据随烧结过程进行料面负压逐渐增大的特点，在不同特征料面区域分别喷吹高比重(高热值)、中等比重(中等热值)、低比重(低热值)等不同特性气体燃料，上部料层气体燃料需要量大，透气性差，喷入比重大的高热值气体燃料，下部料层气体燃料需要量小，透气好，喷入比重小的低热值气体燃料，将气体燃料特性与烧结过程特征有效结合，有效克服厚料层烧结因料层自身阻力大、气体燃料被吸入难、安全性差等问题，并将厚料层烧结的料层自身蓄热作用与烧结料面多类燃气耦合喷吹强化烧结相结合，进一步提高能量利用效率，降低固体燃料消耗。

2)本发明依据随烧结过程进行料层蓄热量逐渐增加的特征，在不同特征料面区域分别喷入高热值(高比重)、中等热值(中等比重)、低热值(低比重)等气体燃料，上部料层蓄热量小、需要热量大，高热值气体燃料单位体积热值大、比重大，在上部料层透气性差的情况下能够进一步增加喷吹量，提高热值输入量，下部料层蓄热量大、需要热量小、透气性好，喷入单位体积热值小、比重小的低热值气体燃料，可以适量增加单位面积喷吹体积流量，适当气体体积流量的气体燃料更利于喷加以及在下行中充分混匀。此外，沿烧结台车方向实现能量的梯级补入，喷吹的高热值燃气热量释放更为集中，可以快速弥补低蓄热区域的热量需求，在使得不同高度料层热量更为均衡的同时延长高温保持时间，形成有利的成矿条件，大幅提高烧结产量、质量指标。

3)本发明通过将不同料层高度热状态与不同燃气品质相结合，先后喷入不同品质的气体燃料，由于蓄热作用，下部料层最高温度逐渐上升，固体燃料不完全燃烧程度加大，喷入的燃气H/C比逐渐增加，含氢物质能够有效提高CO反应性，减少CO的排放，进而提高能量利用效率，减少固体燃料用量，削减污染物排放。

4)本发明的方法，能够实现较现有单种燃气料面喷吹技术气体燃料喷吹覆盖面积增加20％～45％。与常规烧结相比，烧结矿成品率提高3～5％、转鼓强度提高3～8％，每吨烧结矿降低固体燃料消耗4～8kg，NO_X减排20～40％，SO₂减排10～20％，CO₂减排10～20％，有益于钢铁工业绿色发展。

附图说明

图1为燃气耦合喷吹示意图。

具体实施方式

下面结合较佳的实施案例对本发明进行进一步的详细说明，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

实施例1

一种本发明多类燃气耦合喷吹强化烧结的方法，在混合料配炭量5.6％、二元碱度1.85、烧结水分6.75％、料层高度700mm的条件下，烧结料面到最高温度为1250℃所在位置之间区域为区域Ⅰ，1250℃～1300℃的区域为区域Ⅱ，1300℃～1350℃的区域为区域Ⅲ。其他条件相同的烧结杯试验下，区域Ⅰ喷入热值为35MJ/Nm³的高热值燃气，区域Ⅱ喷入热值为18MJ/Nm³的中等热值燃气，区域Ⅲ喷入热值11MJ/Nm³低热值燃气，并降低混合料配炭量至5.15％。烧结指标、NO_X、SO₂和CO_X减排量如表1所示。

实施例2

一种本发明多类燃气耦合喷吹强化烧结的方法，在混合料配炭量5.6％、二元碱度1.85、烧结水分6.75％、料层高度800mm的条件下，烧结料面到最高温度为1250℃所在位置之间区域为区域Ⅰ，1250℃～1300℃的区域为区域Ⅱ，1300℃～1350℃的区域为区域Ⅲ。其他条件相同的烧结杯试验下，区域Ⅰ喷入热值为42MJ/Nm³的高热值燃气，区域Ⅱ喷入热值为25MJ/Nm³的中等热值燃气，区域Ⅲ喷入热值13MJ/Nm³低热值燃气，并降低混合料配炭量至5.0％。

实施例3

一种本发明多类燃气耦合喷吹强化烧结的方法，在混合料配炭量5.6％、二元碱度1.85、烧结水分6.75％、料层高度900mm的条件下，烧结料面到最高温度为1250℃所在位置之间区域为区域Ⅰ，1250℃～1300℃的区域为区域Ⅱ，1300℃～1350℃的区域为区域Ⅲ。其他条件相同的烧结杯试验下，区域Ⅰ喷入热值为50MJ/Nm³的高热值燃气，区域Ⅱ喷入热值为28MJ/Nm³的中等热值燃气，区域Ⅲ喷入热值13MJ/Nm³低热值燃气，并降低混合料配炭量至4.85％。

对比例1

在混合料配炭量5.6％、二元碱度1.85、烧结水分6.75％、料层高度700mm的条件下，料面经点火、保温完成后进行烧结，整个烧结过程不向料面喷入任何气体燃料，直至烧结完成。

对比例2

在混合料配炭量5.3％、二元碱度1.85、烧结水分6.75％、料层高度700mm的条件下，料面经点火、保温完成后进行烧结，3min后开始向烧结料面连续喷入浓度为VOL0.6％的焦炉煤气，喷吹区间占整个烧结料层高度的1/3(喷吹浓度为喷吹区间时间段内所对应的风箱抽吸空气体积平均流量的百分含量)。

对比例3

在混合料配炭量5.3％、二元碱度1.85、烧结水分6.75％、料层高度700mm的条件下，料面经点火、保温完成后进行烧结，1min后开始向烧结料面喷入浓度为VOL0.4％的天然气，喷吹区间占整个烧结料层高度的2/5(喷吹浓度为喷吹区间时间段内所对应的风箱抽吸空气体积平均流量的百分含量)。

表1不同实施例烧结指标及NO_X、SO₂和CO_x减排量

Claims

1.一种基于多类燃气耦合喷吹的低碳低排放烧结方法，其特征在于：依据不同料层高度处温度不同的特征对烧结料层温度进行划分区域，从保温结束到废气温度上升点之间依次划分为低蓄热量区域、中等蓄热量区域和高蓄热量区域三个区域，在低蓄热量区域喷入高热值燃气，在中等蓄热量区域喷入中等热值燃气，在高蓄热量区域喷入低热值燃气；

所述低蓄热量区域为采用100％固体燃料时，点火后料层最高温度<1250℃的区域；

所述中等蓄热量区域为采用100％固体燃料时，料层最高温度在1250～1300℃范围内的区域；

所述高蓄热量区域为采用100％固体燃料时，废气温度上升前料层最高温度>1300℃的区域；

所述高热值燃气为热值>30MJ/Nm³的燃气；

所述中等热值燃气为热值15～30MJ/Nm³的燃气；

所述低热值燃气为热值为<15MJ/Nm³的燃气。

2.根据权利要求1所述的一种基于多类燃气耦合喷吹的低碳低排放烧结方法，其特征在于：高热值燃气、中等热值燃气或低热值燃气由液化石油气、液化石油气混空气、油田气、气田气、煤层气、页岩气、煤制天然气、生物天然气和人工煤气中至少一种组成。

3.根据权利要求1～2任一项所述的一种基于多类燃气耦合喷吹的低碳低排放烧结方法，其特征在于：在高蓄热量区域内，对料层最高温度>1350℃的区域不再进行燃气喷吹。

4.根据权利要求1～2任一项所述的一种基于多类燃气耦合喷吹的低碳低排放烧结方法，其特征在于：所述料层厚度不低于700mm。

5.根据权利要求1～2任一项所述的一种基于多类燃气耦合喷吹的低碳低排放烧结方法，其特征在于：低蓄热量区域、中等蓄热量区域和高蓄热量区域三个区域之间通过设置金属挡板分隔开，相应的高热值燃气、中等热值燃气及低热值燃气由料面上方布置的多孔喷头均匀喷入料面。

6.根据权利要求1～2任一项所述的一种基于多类燃气耦合喷吹的低碳低排放烧结方法，其特征在于：在喷吹燃气条件下，相应减少固体燃料配比，固体燃料减少量按照燃气和固体燃料热量置换比1:2～1:5喷吹燃气予以补偿。