CN113549717B - 一种高炉喷吹欧冶炉煤气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉喷吹欧冶炉煤气系统，其喷吹装置包括围绕高炉设置的煤气环管，煤气环管通过安全止回阀与一组并联设置着的双主管路相连，双主管路的进气端通过所述的储气罐、二级压缩机、脱除二氧化碳装置与一个初级压缩机相连，初级压缩机与气化炉或还原炉相连通；煤气环管还通过15根支管与高炉下部周缘上设置着的各吹管内部的15个偶数喷枪相连通，在15个偶数喷枪的各支管上分别设有欧冶炉脱CO2还原煤气支管流量测量装置和切断阀。通过脱除欧冶炉煤气中的CO2，产生还原煤气，将此高还原欧冶炉煤气输送至高炉，由高炉风口喷入，进一步降低高炉燃料消耗，降低吨铁成本，实现欧冶炉还原煤气综合利用。
Description
技术领域
本发明属于炼铁技术领域，涉及一种高炉喷吹欧冶炉煤气系统。
背景技术
现代高炉炼铁流程的工艺技术已经发展了几百年，目前在高产、低耗、长寿、效率、优质、环保等许多方面都有了长足的进步，高炉法炼铁无论从理论和技术上讲可以说发展到鼎盛时期，已达到十分完善的程度。但是随着全球气候变暖问题的日益突出，减少CO2排放成为全人类面临的挑战。钢铁工业以碳冶金为基础，生产过程中CO2的排放量占全球CO2排放总量的5％～6％，高炉炼铁CO2排放量约占整个钢铁生产CO2排放量的70％，所以减少炼铁工序CO2排放是实现钢铁工业减炭量化的关键途径。
高炉是炼铁行业中最主要的能量消耗者和CO2释放源，在不断完善传统节能减排方法(如大喷煤和高风温等)的基础上，还需要进一步开发应用各种新技术和新措施，如高炉喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气，以便不断提高节能减排效果。但是高炉喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气的加压和安全等问题普遍存在。长期喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气，欧冶炉脱CO2还原煤气中的焦油带入压缩机气缸内，影响压缩机入口工况，增大系统阻力损失，进而影响压缩机正常生产，故障率很高。同时还存在诸多安全隐患：如喷吹管道上切断阀、逆止阀等附着焦油等杂质造成关不严，漏煤气等故障；高炉内热风倒流，易引起爆炸等等。
发明内容
为了克服高炉喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气的弊端，本发明的目的是提供一种高炉喷吹欧冶炉煤气系统。通过脱除欧冶炉煤气中的CO2，产生还原煤气，将此高还原欧冶炉煤气输送至高炉，由高炉风口喷入，进一步降低高炉燃料消耗，降低吨铁成本，实现欧冶炉还原煤气综合利用。
本发明采用的技术方案是：一种高炉喷吹欧冶炉煤气系统，包括脱除CO2装置、二级压缩机、储气罐、喷吹装置、计量调节装置以及安全止回阀，所述喷吹装置包括围绕高炉设置的煤气环管，煤气环管通过安全止回阀与一组并联设置着的第一主管路和第二主管路相连，第一主管路和第二主管路的进气端通过所述的储气罐、二级压缩机、脱除CO2装置与一个初级压缩机相连，初级压缩机与气化炉或还原炉相连通；煤气环管还通过15根支管与高炉下部周缘上设置着的各吹管内部的15个偶数喷枪相连通，在15个偶数喷枪的各支管上分别设有欧冶炉脱CO2还原煤气支管流量测量装置和切断阀，以对各支管的喷吹煤气量进行显示入炉支管流量，煤气总流量通过设置在第一主管路和第二主管路上的调节阀控制喷吹进高炉的欧冶炉脱CO2还原煤气总量，15个偶数喷枪上分别设置有止回安全阀，在所述煤气环管上设置着放散装置，在所述的第一主管路和第二主管路上连接有氮气源和氮气吹扫装置，氮气吹扫装置还通过支管吹扫装置连接于喷枪支管上，在第一主管路和第二主管路上还连接有蒸汽源和蒸汽吹扫装置。
欧冶炉煤气产生量为23-28Nm3/h万，热值在9550kJ/Nm3,高炉煤气为3400kJ/Nm3，欧冶炉没有热风炉的煤气消耗，同时可以输出高出高炉2.5倍的高热值煤气，由于煤气输出量较大，造成煤气富裕放散率达到10％。欧冶炉煤气通过气源厂(气化炉和还原炉)经煤气除尘净化后，煤气含尘量控制在小于5mg/m3，含水量小于2.8％，煤气经过净化，品质(杂质含量较低)较优，进入压缩机加压，之后通过脱除CO2装置脱除煤气中的CO2，产生还原煤气，还原煤气中的品质为CO:65.9％、H2：15.3％、CO2:1％。向高炉输送，由于存在距离远(3km)，管道阻损大，需要在高炉附近设置二级压缩机，以克服喷入高炉风口的压力损失(阻损)，安全的喷入炉内。二级加压后，压力为0.5-0.6MPa，通过储气罐、主管路送到高炉的炉体欧冶炉煤气环管，此煤气环管设置于高炉围管上部，沿高炉炉身下部圆周设置，方便各风口取气。本发明高炉采用高炉的偶数风口用来进行喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气，偶数风口欧冶炉煤气喷吹风口之间还设置有奇数风口用来喷吹煤粉，其目的实现欧冶炉煤气与煤粉混合喷吹，同时若遇气源厂停止欧冶炉还原气供应时，预防高炉炉内热损失，稳定高炉热制度。欧冶炉煤气喷吹风口采用间隔均匀布置方式。欧冶炉煤气环管分别引出的支管分别与相应风口的吹管内喷枪相连，并且各支管通过金属软管与各喷枪相连。欧冶炉脱CO2还原煤气喷枪采用耐高温耐腐蚀设计。
为了防止喷吹管路的阀门故障而影响喷吹，从储气罐进入高炉炉体欧冶炉喷吹主管道到煤气环管的主管路设有两路互为备用。两条主管路上都设有氮气吹扫装置和蒸汽吹扫装置用作安保吹扫。
对高炉喷吹欧冶炉煤气的喷吹主管道的总量进行计量，利用设置在各支管上的欧冶炉煤气流量测量装置同时对各支管的喷吹煤气流量进行指示，并通过设置在主管路上的调节阀来控制高炉的喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气量。当某个风口需要停时，手动关闭支管上的喷吹阀，同时打开连接于支管上的氮气吹扫装置。然后，根据停喷时间的长短，决定是否拔枪。总之，为保证系统的安全，本系统设置了完备的安全监测手段和保护设施。主要包括：(1)设置逆止阀和手动球阀，防止高炉内煤气倒流。(2)喷吹主管设置紧急吹扫用氮气和安全吹扫蒸汽。并在每个支管设置手动氮气吹扫。(3)炉体欧冶炉脱CO2还原煤气环管设吹扫及放散管，放散管一直引到炉顶放散阀平台。(4)炉体欧冶炉脱CO2还原煤气环管设氧含量监测系统，并设置必要的消防设施。(5)控制系统设置必要的安全连锁，出现异常情况时，自动关闭快速切断阀并进行吹扫。
高炉喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气是指将来自气源厂(欧冶炉气化炉和还原炉)的欧冶炉煤气经过净化处理，脱除CO2后的还原煤气，通过一、二级压缩机加压至高于高炉风口的压力，然后利用喷吹设施，通过各个风口直吹管内部的喷枪喷入高炉内部。
本发明的高炉喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气系统的优势及效果：
1、以欧冶炉煤气制取还原气来调控全厂的煤气总平衡：通过还原气制取喷吹入高炉，既可降低生产燃料消耗，又可显著改善和减少煤气外排。根据煤气放散率达到10％(平均每个月放散量6000～7000万m3左右)，相当于节约煤气费7000*0.09＝630万元/月，全厂的煤气平衡调控更为灵活。
2、根据高炉工艺特点，增加欧冶炉脱CO2还原煤气喷吹，有助于降低高炉吨铁入炉燃料消耗，改善风口区域活跃程度，为高炉后期发展创造条件。采用喷吹脱CO2还原煤气，可降低高炉对焦炭强度需求，提高煤气的附加值，进一步降低炼铁成本，提高高炉工艺的竞争优势。
3、其还原产物环保，喷入高炉煤粉中的碳替代焦炭中的碳，其最终的气态还原产物仍是二氧化碳。因此，输入高炉的总碳量基本没变化，因而高炉最终的二氧化碳排放量并未减少。而喷入高炉中的欧冶炉脱CO2还原煤气H2含量15.3％，最终成分氢气的还原产物是水，不仅可减少入炉碳含量，而且可降低高炉的二氧化碳排放量。
4、可提高欧冶炉脱CO2还原煤气价值，改善能量利用率。高炉喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气是一个有效的节焦技术，它的直接效益体现在降低焦比或节约煤比两方面，作为喷煤的补充和完善，以期取得最大的节焦效益。目前，欧冶炉脱CO2还原煤气基本作为燃料使用，喷吹1Nm3欧冶炉煤气可节焦0.4～0.5kg。焦炭按照1700元/t计算，高炉喷吹4.5万Nm3/h欧冶炉还原气，每天可降低生产成本约50万元，年降本1.65亿元。高炉喷吹4.5万m3/h欧冶炉还原气，可实现CO2减排：2557t/天，可减少91.5万吨CO2排放量。而且，欧冶炉脱CO2还原煤气在完成还原反应后的剩余能量，即炉顶煤气中的氢气和一氧化碳，仍可继续当作燃料，用于热风炉加热或其他煤气用户，因此，总的能量利用率会得到大幅度提高。
5、喷吹工艺简单，技术可靠。高炉喷煤工艺的制粉和喷吹系统复杂，而喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气主要是气体的处理过程，包括净化、脱碳、加压、输送以及喷吹。该系统设备投资低，计量和控制易于实现，而且控制灵活，精度高。各主管路上设有调节阀和快速切断阀，以调节或控制切断欧冶炉脱CO2还原煤气的输送量。当氧气浓度大于1％时系统报警，快速切断阀关闭并将放散装置打开，将管道内还原煤气放散；压力低于0.45MPa时，工艺上为保证喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气安全，自动关闭快速切断阀，并打开氮气吹扫装置进行氮气吹扫。系统所有调节阀和快切阀均采用气动控制。
6、应用效果良好，高炉喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气无论对于高炉生产的节能减排，还是提高欧冶炉脱CO2还原煤气的自身价值和能量利用率，都具有十分重要的现实意义，而且系统简便易行，技术可靠，有利于推广应用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
一种高炉喷吹欧冶炉煤气系统，如图1所示，包括脱除CO2装置3、二级压缩机4、储气罐5、喷吹装置、计量调节装置以及安全止回阀12，所述喷吹装置包括围绕高炉13设置的煤气环管14，煤气环管14通过安全止回阀12与一组并联设置着的第一主管路6和第二主管路7相连，第一主管路6和第二主管路7的进气端通过所述的储气罐5、二级压缩机4、脱除CO2装置3与一个初级压缩机2相连，初级压缩机2与气化炉或还原炉1相连通；煤气环管14还通过15根支管15与高炉13下部周缘上设置着的各吹管内部的15个偶数喷枪相连通，在15个偶数喷枪的各支管上分别设有欧冶炉脱CO2还原煤气支管流量测量装置和切断阀16，以对各支管的喷吹煤气量进行显示入炉支管流量，煤气总流量通过设置在第一主管路6和第二主管路7上的调节阀控制喷吹进高炉的欧冶炉脱CO2还原煤气总量，15个偶数喷枪上分别设置有止回安全阀，在所述煤气环管14上设置着放散装置19，在所述的第一主管路6和第二主管路7上连接有氮气源9和氮气吹扫装置8，氮气吹扫装置8还通过支管吹扫装置18连接于喷枪支管15上，在第一主管路6和第二主管路7上还连接有蒸汽源11和蒸汽吹扫装置10。
本发明通过以下方式完成其功能:气源厂(气化炉和还原炉)1经煤气除尘净化后，进入初级压缩机2加压，之后通过脱除CO2装置3脱除煤气中的CO2，利用二级压缩机4加压后进入储气罐5，起到稳压和缓冲煤气系统的作用。高炉喷吹欧冶炉脱CO2还原煤气的第一主管路6和第二主管路7由储气罐5引出，进入安全止回阀12后接至高炉13的煤气环管14；同时欧冶炉脱CO2还原煤气环管14通过支管15与吹管内部的喷枪17连通，设有偶数枪15个支管，分别与欧冶炉脱CO2还原煤气风口的吹管连接，图1中A向仅详细示出了1个支管的连接，将欧冶炉脱CO2还原煤气喷吹进高炉13；在偶数枪各支管上设有欧冶炉脱CO2还原煤气支管流量测量装置和切断阀16，以对各支管的喷吹煤气量进行显示入炉支管流量，煤气总流量通过设置在第一主管路6、第二主管路7上的调节阀控制喷吹进高炉的欧冶炉脱CO2还原煤气总量(15支偶数枪的总流量)。安全保护装置：包括第一主管路6、第二主管路7汇合后的安全止回阀和15路偶数枪上设置的止回安全阀，用来防止高炉内煤气倒流。连接于所述欧冶炉脱CO2还原煤气环管14的放散装置19和设置在主管路上的氮气源9和氮气吹扫装置8。氮气吹扫装置8还通过支管吹扫装置18连接于喷枪17支管上。本发明的安全保护装置还包括设置在煤气环管14上设置的含氧量检测装置、压力检测装置、温度检测装置，以实时监测煤气的含氧量、压力、温度，以保证系统安全运行。在主管路上还设有蒸汽源11和蒸汽吹扫装置10。
Claims (1)
1.一种高炉喷吹欧冶炉煤气系统，包括脱除CO2装置、二级压缩机、储气罐、喷吹装置、计量调节装置以及安全止回阀，其特征是：所述喷吹装置包括围绕高炉设置的煤气环管，煤气环管通过安全止回阀与一组并联设置着的第一主管路以及第二主管路相连，第一主管路以及第二主管路的进气端通过所述的储气罐、二级压缩机、脱除CO2装置与一个初级压缩机相连，初级压缩机与气化炉或还原炉相连通；煤气环管还通过15根支管与高炉下部周缘上设置着的各吹管内部的15个偶数喷枪相连通，在15个偶数喷枪的各支管上分别设有欧冶炉脱CO2还原煤气支管流量测量装置和切断阀，以对各支管的喷吹煤气量进行显示入炉支管流量，煤气总流量通过设置在第一主管路以及第二主管路上的调节阀控制喷吹进高炉的欧冶炉脱CO2还原煤气总量，15个偶数喷枪上分别设置有止回安全阀，在所述煤气环管上设置着放散装置，在所述的第一主管路以及第二主管路上连接有氮气源和氮气吹扫装置，氮气吹扫装置还通过支管吹扫装置连接于喷枪支管上，在第一主管路以及第二主管路上还连接有蒸汽源和蒸汽吹扫装置。
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