CN112501373A - 一种高炉气体喷吹装置、高炉气体喷吹系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高炉气体喷吹气流分布装置，包括环形管和自环形管向下倾斜延伸而出的多根均匀间隔的支管，支管分别与环形管连通，环形管和支管上设置有多个喷吹孔，其中环形管和支管被设置为使得通过支管进入的气体进入环形管，并通过各个喷吹孔喷出。

Description

一种高炉气体喷吹装置、高炉气体喷吹系统和方法
技术领域
本发明涉及高炉冶炼领域，尤其涉及一种高炉炉身下部或炉腰喷吹含氢气体和循环炉顶煤气的炉内气流分布方法。
背景技术
为应对全球气候变化，降低CO2温室气体排放、低碳生产成为社会关注的焦点。当前，全球超过75％的钢铁生产是采用将铁矿石转化为钢铁的初级生产方式来实现的，90％的粗钢生产是以碳冶金和矿石为基础的高炉—转炉生产路线。该路线采用焦炭和煤粉作为还原剂和燃料，能源消耗大、碳排放高，环境污染严重。高炉炼铁CO2排放量最大的工序，约占整个钢铁生产CO2排放总量的70％-90％。并且，高炉炼铁工艺技术成熟、生产能力大、效率高，未来几十年高炉仍将是支撑对钢铁材料庞大需求的主流炼铁装备。因此，高炉低碳冶炼是规模化实现钢铁工业低碳的首要路径。高炉低碳冶炼是综合采取各种措施，最大限度地降低吨铁碳质原料的消耗量、减少CO2排放。随着高炉技术的不断发展，采用传统炼铁操作技术诸如精料、高风温、富氧喷煤、合理布料等来降低碳消耗与碳排放，已接近常规高炉操作的极限，进一步减排CO2的空间极其有限。从高炉炼铁的基本原理出发，进一步大幅降低高炉炼铁CO2排放量的主要途径是炉顶煤气循环技术和喷吹富氢气体技术。这些喷吹主要是从高炉炉身下部或炉腰喷入高炉内部。
传统的高炉分为五个区，包括块状带、软熔带、滴落带、焦炭回旋区、渣铁区。传统喷吹煤气从炉缸风口处喷入，炉缸风口处产生的煤气要经过软熔带的二次分布，分布均匀，流程合适，因为风口形成的煤气绕过软熔带根部，流入块状带，软熔带的透气阻力较大，而块状带中气体的流线与炉墙平行，间隔距离几乎相等，煤气流分布均匀。而炉顶煤气循环技术和喷吹富氢气体技术，这些喷吹主要是从高炉炉身下部或炉腰喷入高炉内部，喷入点在软熔带之上，没有软熔带对气流进行二次分布，而块状带中气体的流线与炉墙平行，喷入的含氢气体和循环炉顶煤气只能在边缘发展。特别是对于大高炉，在软熔带上部喷吹含氢气体或循环炉顶煤气，高炉炉径过大，含氢气体和炉顶循环煤气很难吹入中心发展，在整个高炉直径方向也不能均匀分布，含氢气体和炉顶循环煤气利用率低，气流也会对炉墙造成冲刷侵蚀，降低高炉炉墙寿命。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何改善高炉内喷吹气体的分布，使得气流分布成倒V形，并且平均分布到高炉中。
为实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种高炉气体喷吹气流分布装置，包括环形管和自环形管向下倾斜延伸而出的多根均匀间隔的支管，支管分别与环形管连通，环形管和支管上设置有多个喷吹孔，环形管和支管被设置为使得通过支管进入的气体进入环形管后通过各个喷吹孔喷出。
进一步地，喷吹孔向上或向下设置在环形管和支管上。
本发明在第二方面提供了一种高炉气体喷吹系统，包括前述的高炉气体喷吹气流分布装置，高炉气体喷吹气流分布装置被设置在高炉的软熔部上方，支管设置在高炉炉身下部或炉腰部风口处，还包括预热装置和喷吹控制装置，喷吹控制装置控制喷吹气体通过预热装置预热后，通过支管进入高炉气体喷吹气流分布装置。
进一步地，喷吹控制装置与含氢气体气源相连，用于喷吹含氢气体。
进一步地，还包括用于循环炉顶煤气的两级除尘装置和分离富集装置，分离富集装置被设置为可去除循环炉顶煤气中的CO2和N2，从而对循环炉顶煤气中的H2和CO气体进行富集，喷吹控制装置与分离富集装置相连，用于喷吹循环炉顶煤气。
进一步地，在两级除尘装置和分离富集装置间还设置有冷凝水分离装置；喷吹控制装置同时与含氢气体气源和分离富集装置相连，用于同时喷吹循环炉顶煤气和来自外部气源的含氢气体。
本发明在第三方面提供了一种高炉气体喷吹方法，包括步骤：
在高炉的软熔部上方设置如权利要求1高炉气体喷吹气流分布装置，支管设置在高炉炉身下部或炉腰部风口处；
将喷吹气体通过喷吹控制装置，经预热装置预热后，通过支管进入高炉气体喷吹气流分布装置喷吹入高炉内，使气流在高炉内以倒V形均匀分布。
进一步地，喷吹气体为与喷吹控制装置相连的外部气源提供的含氢气体。
进一步地，喷吹气体为循环炉顶煤气，循环炉顶煤气经过两级除尘装置和分离富集装置后进入喷吹控制装置。
进一步地，在两级除尘装置和分离富集装置间还设置有冷凝水分离装置；喷吹控制装置同时与含氢气体气源和分离富集装置相连，同时喷吹循环炉顶煤气和来自外部气源的含氢气体。
本发明灵活利用软熔带二次分布原理，使含氢气体和循环炉顶煤气在高炉内均匀合理的分布，解决了气体从炉身下部或炉腰部喷吹存在的问题，大大增加炉顶循环煤气和氢气与铁矿石的接触，提高了含氢气体和循环炉顶煤气的利用率，加快了铁矿石还原速率，提高高炉的生产效率。并且节省能耗，不仅含氢气体和循环炉顶煤气无需加热到喷入高炉炉缸风口所需的温度，而且避免氢气与氧气生成水再分解成氢气这一复杂过程。同时降低高温对氢气输送的难度
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例中的高炉气体喷吹气流分布装置示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明的一个较佳实施例中的高炉内喷吹气体的气流分布示意图；
图4是本发明的一个较佳实施例中高炉炉身下部或炉腰风口处仅喷吹含氢气体的流程图；
图5是本发明的一个较佳实施例中高炉炉身下部或炉腰风口处仅喷吹含氢气体的流程图；
图6是本发明的一个较佳实施例中高炉炉身下部或炉腰风口处喷吹含氢气体和循环炉顶煤气的流程图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
如图1-2所示，本发明首先提供了一种高炉气体喷吹气流分布装置，包括环形管2和自环形管向下倾斜延伸而出的多根均匀间隔的支管3，支管3分别与环形管2连通，环形管和支管上设置有多个喷吹孔1，环形管2和支管3被设置为使得通过支管3进入的气体通过环形管2，并通过各个喷吹孔1喷出。
图3示出采用了本发明的高炉气体喷吹气流分布装置的高炉内喷吹气体的气流分布示意图，其中4为含氢气体和循环炉顶煤气的流线，5为块状带，6为高炉，7为气体喷吹分布器，8为炉身下部或炉腰风口，9为软熔带，10为滴落带，11为焦炭回旋区，12为炉缸风口，13为死料柱，14为渣铁区。可见通过本发明的高炉气体喷吹气流分布装置，气流在高炉中实现倒V形，且平均分布到高炉中。
本发明进一步提供了高炉炉身下部或炉腰喷吹含氢气体和/或循环炉顶煤气的炉内气流分布系统
从高炉炉身下部或炉腰部吹入含氢气体和循环炉顶煤气，利用气体喷吹气流分布装置把含氢气体和循环炉顶煤气传送到高炉中间部位，引导含氢气体或循环炉顶煤气在高炉炉料中形成合理的气流分布。
所述方法适用于不同工艺，包括高炉炉身下部或炉腰风口处仅喷吹含氢气体的工艺、仅喷吹循环炉顶煤气的工艺、同时喷吹含氢气体和循环炉顶煤气的工艺。
一种上述高炉炉身下部或炉腰风口处仅喷吹含氢气体的系统和方法如图4所示，其具体如下：
外界喷入含氢气体或纯氢气体经过喷吹控制装置15，预热装置21，从高炉炉身下部或炉腰风口处8喷入，含氢气体或纯氢气体经过气体喷吹气流分布装置7传送到高炉内部,气流如图2中流线4分布；
一种上述高炉炉身下部或炉腰风口处仅喷吹循环炉顶煤气的系统和方法如图4所示，具体如下：
循环炉顶煤气经过两级除尘17，直接分离富集装置18，去除CO2和N2,剩余的H2和CO气体通过喷吹控制装置15，预热装置21，从高炉炉身下部或炉腰风口处8喷入气体喷吹气流分布装置7进入高炉，并且气流如图3中的流线4分布；
一种上述高炉炉身下部或炉腰风口处同时喷吹含氢气体和循环炉顶煤气的系统和方法如图6，具体如下：
首先循环炉顶煤气经过两级除尘装置17，再冷凝分离水装置20，分离富集装置18，排出其中的CO2和N2，剩余的一氧化碳气体和氢气通入喷吹控制装置15，同时从外界喷入含氢气体16，再通过预热装置21预热气体，达到高炉气体所需温度。预热后的气体从高炉炉身下部或炉腰风口处8喷入炉内喷吹气流分布装置7，喷入高炉的气体如图6流线4分布。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高炉气体喷吹气流分布装置，其特征在于，包括环形管和自所述环形管向下倾斜延伸而出的多根均匀间隔的支管，所述支管分别与所述环形管连通，所述的环形管和所述的支管上设置有多个喷吹孔，所述的环形管和所述的支管被设置为使得通过所述支管进入的气体进入所述环形管，并通过各个所述的喷吹孔喷出。
2.如权利要求所述的高炉气体喷吹气流分布装置，其中，所述的喷吹孔向上或向下设置在所述的环形管和所述的支管上。
3.一种高炉气体喷吹系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的高炉气体喷吹气流分布装置，所述的高炉气体喷吹气流分布装置被设置在高炉的软熔部上方，所述的支管设置在高炉炉身下部或炉腰部风口处，还包括预热装置和喷吹控制装置，所述的喷吹控制装置控制喷吹气体通过所述预热装置预热后，通过所述的支管进入所述的高炉气体喷吹气流分布装置。
4.如权利要求3所述的高炉气体喷吹系统，其中，所述的喷吹控制装置与含氢气体气源相连，用于喷吹含氢气体。
5.如权利要求3所述的高炉气体喷吹系统，其中，还包括用于循环炉顶煤气的两级除尘装置和分离富集装置，所述的分离富集装置被设置为可去除循环炉顶煤气中的CO2和N2，从而对循环炉顶煤气中的H2和CO气体进行富集，所述的喷吹控制装置与所述的分离富集装置相连，用于喷吹循环炉顶煤气。
6.如权利要求5所述的高炉气体喷吹系统，其中，在所述的两级除尘装置和所述的分离富集装置间还设置有冷凝水分离装置；所述的喷吹控制装置同时与含氢气体气源和所述的分离富集装置相连，用于同时喷吹循环炉顶煤气和来自外部气源的含氢气体。
7.一种高炉气体喷吹方法，其特征在于，包括步骤：
在高炉的软熔部上方设置如权利要求1所述的高炉气体喷吹气流分布装置，所述的支管设置在高炉炉身下部或炉腰部风口处；
将喷吹气体通过喷吹控制装置，经预热装置预热后，通过所述的支管进入所述的高炉气体喷吹气流分布装置喷吹入高炉内，使气流在高炉内以倒V形均匀分布。
8.如权利要求7所述的高炉气体喷吹方法，其中，所述的喷吹气体为与所述喷吹控制装置相连的外部气源提供的含氢气体。
9.如权利要求7所述的高炉气体喷吹方法，其中，所述的喷吹气体为循环炉顶煤气，所述的循环炉顶煤气经过两级除尘装置和分离富集装置后进入所述的喷吹控制装置。
10.如权利要求9所述的高炉气体喷吹方法，其中，在所述的两级除尘装置和所述的分离富集装置间还设置有冷凝水分离装置；所述的喷吹控制装置同时与含氢气体气源和所述的分离富集装置相连，同时喷吹循环炉顶煤气和来自外部气源的含氢气体。
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