CN113789418A - 一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法及系统，所述方法包括：获取高炉炼铁的第一高炉煤气；制备热风炉原料气；进行第一混合，得到第一热风；获取第一热风的第一含氧量和目标含氧量；根据第一含氧量和目标含氧量，判断是否需要第二混合；若是，根据第一含氧量和目标含氧量，计算第二混合量；根据第二混合量，进行第二混合，得到第二热风；输送至高炉炼铁中，得到第二高炉煤气，实现富氧循环燃烧炼铁工艺；所述系统包括除尘装置、第一混合装置、热风炉、纯氧罐、第二混合装置、高炉、出气装置、二氧化碳储气罐和控制器；通过上述方法和系统，实现高炉炼铁工艺的低碳排放和氧浓度稳定。

Description

一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法及系统

技术领域

本申请涉及高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法及系统。

背景技术

在传统的高炉炼铁工艺中，空气在蓄热式热风炉中加热后，热风温度超过1200℃，被输送至高炉中，为炼铁过程提供热量和氧量，由于空气中含有N₂，传统高炉煤气中，N₂体积分数约为55％～60％，这将导致以下2个问题：

(1)传统的高炉煤气品质低，不利于后续利用；

(2)N₂难以分离，不利于炼铁工艺过程中碳捕集，造成碳排放过多。

针对上述问题，目前已有部分采用纯氧作为助燃剂的高炉炼铁工艺，但是，纯氧在炼铁工艺中存在几个关键问题：

(1)纯氧不能直接加热，高温氧气会加快输氧管道氧化；

(2)输送至高炉中氧气浓度不能太高，高浓度氧气会使炉温过高，不利于炼铁和高炉使用寿命；

(3)送入高炉的风量不能太少，采用纯氧时，风量约为传统高炉的21％，这对于炼铁过程的传质传热产生很大影响，不利于提升炼铁性能。

基于上述问题，本申请提出了一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法及系统，利用高炉煤气(主要含CO₂，CO，O₂)和纯氧燃烧后生成的热风，代替传统高炉炼铁工艺中经蓄热式热风炉加热的空气，被送入高炉中，提供热量和氧量，本发明所提供的方法和系统，有望解决炼铁工艺碳捕集问题和纯氧炼铁过程中的氧浓度稳定问题。

发明内容

本申请提供了一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法及系统，以解决现有技术中炼铁工艺碳捕集问题和纯氧炼铁过程中的氧浓度稳定问题。

第一方面，本申请提供了一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法，所述方法包括：

获取高炉炼铁的第一高炉煤气；

对所述高炉炼铁的第一高炉煤气进行除尘、分离，得到热风炉原料气；

对所述热风炉原料气和纯氧进行第一混合，并在热风炉内进行燃烧，得到炼铁高炉的第一热风；

获取所述第一热风中的第一含氧量和所述第一热风的目标含氧量；

根据所述第一含氧量和目标含氧量，判断是否需要对所述第一热风和纯氧进行第二混合；

若是，根据所述第一含氧量和目标含氧量，计算第二混合所需氧气的第二混合量；

根据所述第二混合量，对所述第一热风和纯氧进行第二混合，得到第二热风；

将所述第二热风输送至炼铁高炉，得到高炉炼铁后的第二高炉煤气，用以实现高炉富氧循环燃烧炼铁工艺；

以体积分数计，所述热风炉原料气包括：CO：≥50％，O₂：≤0.5％，其余为CO₂以及不可避免的杂质；

所述第一热风和第二热风都包括：O₂：21％～30％，余量为CO₂。

可选的，所述根据所述第一含氧量和目标含氧量，判断是否需要对所述第一热风和纯氧进行第二混合，包括：

设定标准含氧量差值；

根据所述第一含氧量和目标含氧量的差值，得到第一含氧量差值，

根据第一含氧量差值和标准含氧量差值的大小，判断是否需要对所述第一热风和纯氧进行第二混合；

若第一含氧量差值大于所述标准含氧量差值，则需要对所述第一热风和纯氧进行第二混合；

若第一含氧量差值小于所述标准含氧量差值，则无需对所述第一热风和纯氧进行第二混合。

可选的，所述第二混合量的计算公式为：

第二混合量＝(目标含氧量-第一含氧量)*1.2。

可选的，所述第一混合的压力为2.1MPa～4.2MPa，所述第二混合的压力为0.3MPa～0.5Mpa。

可选的，所述第一热风和第二热风的温度≥1200℃；

所述纯氧的体积浓度≥95％。

可选的，将所述二助燃气热风加热并输送至高炉炼铁中，后进行燃烧，得到高炉炼铁的第二高炉煤气，实现高炉炼铁尾气的循环，之后，包括：

获取所述第一高炉煤气的第一碳含量和第二高炉煤气的第二碳含量；

根据所述第一碳含量和所述第二碳含量，判断是否需要对第二高炉煤气通入含碳气体；

若是，根据所述第一碳含量和所述第二碳含量，计算增碳处理所需的增碳量；

根据所述增碳量，对所述第二高炉煤气进行增碳处理，使所述第二碳含量与第一碳含量的差值≤0.8％。

可选的，所述含碳气体包括二氧化碳和/或一氧化碳。

可选的，所述根据所述第一含碳量和所述第二含碳量，判断是否需要对第二高炉煤气通入含碳气体，包括：

设定标准碳含量差值；

根据所述第一碳含量和所述第二碳含量的差值，得到第一碳含量差值；

根据所述第一碳含量差值和所述标准碳含量差值，判断是否需要对第二高炉煤气通入含碳气体；

若所述第一碳含量差值大于所述标准碳含量差值，则需要对第二高炉煤气通入含碳气体；

若所述第一碳含量差值小于所述标准碳含量差值，则无需对第二高炉煤气通入含碳气体。

第二方面，本申请提供了一种高炉富氧循环燃烧炼铁的系统，所述系统包括除尘装置、第一混合装置、热风炉、纯氧罐、第二混合装置、高炉、出气装置、二氧化碳储气罐和控制器；

所述除尘装置的出气端连接所述第一混合装置的进气端，所述第一混合装置的出气端连接所述热风炉的进气端，所述热风炉的出气端连接所述第二混合装置的进气端，所述第二混合装置的出气端连接所述高炉的进气端，所述高炉的出气端连接所述出气装置的进气端，所述出气装置的出气端连接所述除尘装置的进气端；

所述纯氧罐设有第一支路、第一支路阀、第二支路和第二支路阀；所述纯氧罐通过第一支路联通所述第一混合装置，所述纯氧罐通过第二支路联通所述第二混合装置；所述第一支路的出气端设有所述第一支路阀，所述第二支路的出气端设有所述第二支路阀；

所述第一混合装置包括第一混合室和第一含氧量传感器，所述第一混合室通过第一支路连接所述纯氧罐，所述第一含氧量传感器设置在所述第一混合室内，所述第一含氧量传感器通过电信号连接所述控制器；

所述第二混合装置包括第二混合室和第二含氧量传感器，所述第二混合室通过第二支路连接所述纯氧罐，所述第二含氧量传感器设置在所述第二混合室内，所述第二含氧量传感器通过电信号连接所述控制器；

所述控制器分别通过电信号连接所述第一支路阀和第二支路阀；

所述出气装置包括出气室、复合四合一气体传感器、出气支路和出气支路阀，所述出气室的进气端连接所述高炉的出气端，所述出气室的出气端连接所述除尘装置的进气端，所述出气室通过所述出气支路连接所述二氧化碳储气罐，所述出气支路的出气端设有所述出气支路阀，所述复合四合一气体传感器设置在所述出气室内，所述复合四合一气体传感器通过电信号连接所述控制器，所述控制器通过电信号连接所述出气支路阀。

可选的，所述第二混合装置与所述热风炉之间设有二氧化碳收集装置，所述二氧化碳收集装置的进气端联通所述第二混合装置的进气端，所述二氧化碳收集装置的出气端联通所述热风炉的出气端；

所述二氧化碳收集装置包括二氧化碳收集罐、三通控制阀、气压传感器和增压泵，所述三通控制阀的第一端口连接所述二氧化碳收集罐的进气端，所述三通控制阀的第二端口连接所述热风炉的出气端，所述三通控制阀的第三端口连接所述第二混合装置的进气端，所述二氧化碳收集罐的出气端连接所述增压泵的进气端，所述增压泵的出气端连接所述二氧化碳储气罐，所述气压传感器设置在所述二氧化碳收集罐内，所述气压传感器通过电信号连接所述控制器，所述增压泵通过电信号连接所述控制器，所述三通控制阀通过电信号连接所述控制器。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法，将高炉炼铁后的气体进行处理，得到热风炉原料气，再对热风炉原料气进行第一混合得到第一热风，再对热风加热后第一热风进行氧含量的判定，判定是否需要进行第二氧含量的判定，再通过第二热风作为助燃气进行高炉炼铁再次生成第二高炉煤气，能够可以实现整个高炉尾气循环利用中氧浓度的稳定并且实现高炉煤气的碳循环，减少碳排放。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法中步骤S5的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法中步骤S5的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的一种高炉富氧循环燃烧炼铁的系统的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的含有二氧化碳收集装置11的一种高炉富氧循环燃烧炼铁的系统的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种高炉富氧循环燃烧炼铁的系统的示意图，

其中，1-除尘装置，2-控制器，3-第一混合装置，31-第一混合室，32-第一含氧量传感器，4-热风炉，5-纯氧罐，51-第一支路，52-第一支路阀，53-第二支路，54-第二支路阀，6-第二混合装置，61-第二混合室，62-第二含氧量传感器，7-高炉，8-出气装置，81-出气室，82-复合四合一气体传感器，83-出气支路，84-出气支路阀，9-二氧化碳储气罐，11-二氧化碳收集装置，111-二氧化碳收集罐，112-三通控制阀，113-气压传感器，114-增压泵。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请一个实施例中，如图1所示，提供一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法，所述方法包括：

S1.获取高炉炼铁的第一高炉煤气；

S2.对所述高炉炼铁的第一高炉煤气进行除尘、分离，得到热风炉原料气；

S3.对所述热风炉原料气和纯氧进行第一混合，并在热风炉内进行燃烧，得到炼铁高炉的第一热风；

S4.获取所述第一热风中的第一含氧量和所述第一热风的目标含氧量；

S5.根据所述第一含氧量和目标含氧量，判断是否需要对所述第一热风和纯氧进行第二混合；

若是，根据所述第一含氧量和目标含氧量，计算第二混合所需氧气的第二混合量；

若否，第二混合量为0；

S6.根据所述第二混合量，对所述第一热风和纯氧进行第二混合，得到第二热风；

S7.将所述第二热风输送至炼铁高炉，得到高炉炼铁后第二高炉煤气，用以实现高炉富氧循环燃烧炼铁工艺；

以体积分数计，所述热风炉原料气包括：CO：≥50％，O₂：≤0.5％，其余为CO₂以及不可避免的杂质；

所述第一热风和第二热风都包括：O₂：21％～30％，余量为CO₂。

本申请中，CO的体积分数≥50％的原因是由于热风炉原料气是以高炉煤气分离出，因此含有大量未充分燃烧的CO。

氧气的体积浓度≤0.5％的原因是由于高炉炼铁的尾气中氧气含量极低，因此氧气浓度不会很高。

热风炉原料气中含有CO₂的积极效果是热风炉原料气中的氧气将增强焦炭与CO₂的气化反应，生成更多CO，炉内还原性气氛增强，有利于矿石还原。

第一热风和第二热风都包括O₂：21％～30％的积极效果是适当的氧含量和二氧化碳含量将增强热风的可然性，同时防止过高的O₂造成设备损坏和对炼铁过程中传质和传热的影响。

作方一个可选的实施例，如图2所示，所述根据所述第一含氧量和目标含氧量，判断是否需要对所述第一热风和纯氧进行第二混合，包括：

S51.设定标准含氧量差值；

S52.根据所述第一含氧量和目标含氧量的差值，得到第一含氧量差值，

S53.根据第一含氧量差值和标准含氧量差值的大小，判断是否需要对所述第一热风和纯氧进行第二混合；

若第一含氧量差值大于所述标准含氧量差值，则需要对所述第一热风和纯氧进行第二混合；

若第一含氧量差值小于所述标准含氧量差值，则无需对所述第一热风和纯氧进行第二混合。

本申请中，通过实际生产要求设定热风加热前的标准含氧量，以标准含氧量为标准进行第一含氧量差值区间的判定，从而准确判断第二混合的必要性，使经过热风炉前后的助燃气中的纯氧环境能够稳定。

作为一个可选的实施例，所述第二混合量的计算公式为：

第二混合量＝(目标含氧量-第一含氧量)*1.2。

本申请中，通过目标含氧量和第一含氧量差值，再通过实际存在的高炉炼铁中的氧损耗系数1.2对氧含量进行补偿，从而能够准确得到进行第二混合的纯氧混合量，能够维持热风炉进行鼓吹阶段的纯氧含量稳定。

作为一个可选的实施例，所述第一混合的压力为2.1MPa～4.2MPa，所述第二混合的压力为0.3MPa～0.5Mpa。

本申请中，第一混合的压力为2.IMPa～4.2MPa的积极效果是由于高炉煤气经过除尘、分离后的压力是经过增压后的，因此限定第一混合的压力，可以与分离后的热风炉原料气的气体压力相匹配，使纯氧稳定与热风炉原料气混合；当该压力的取值范围过大，将导致的不利影响是由于过大的压力相当于对分离后的热风炉原料气进行进一步加压，将需要更大压力的纯氧气体相匹配，增加生产成本，当该压力的取值范围过小，将导致的不利影响是由于分离后高炉烟气压力变小，热风炉原料气在较低的压力条件下会加速扩散，导致纯氧与热风炉原料气的混合随着热风炉原料气的扩散而变化，导致第一混合过程不稳定。

第二混合的压力为0.3MPa～0.5Mpa的积极效果是由于高炉助燃气进入高炉阶段的压力要求为0.3MPa～0.5Mpa，因此设定第二混合的压力为0.3MPa～0.5Mpa，可以使第一热风和纯氧再次稳定混合；当该压力的取值范围过大，将导致的不利影响是第二热风压力过大，导入高炉将使铁水受大压力而翻动，影响高炉炼铁的稳定，当该压力取值范围过小，将导致的不利影响是无法将助燃气导入铁水中，导致助燃气在铁水表面助燃，而铁水的内部无法助燃，导致铁水质量不均匀。

作为一个可选的实施例，所述第一热风和第二热风的温度≥1200℃；

所述纯氧的体积浓度≥95％。

本申请中，所述第一热风和第二热风的温度≥1200℃积极效果是符合高炉炼铁的温度要求，使高炉炼铁中因热风加热导入的助燃气而导致温度降低的影响最小化；当该温度范围取值过大，将导致的不利影响是过高温度的热风加热会增加高炉炼铁的炉内温度，导致铁水温度无法有效控制，当该温度范围取值过小，将导致的不利影响是热风加热阶段导入的助燃气温度过低，导致高炉炼铁的铁水温度过低，使铁水温度无法有效控制。

纯氧的体积浓度≥95％的积极效果是高浓度含量的纯氧有利于第一混合和第二混合的进行，当体积浓度过低，第一混合和第二混合的进程越缓慢并且混合后的混合气中杂质过多，导致循环过程中的氧含量不稳定。

作为一个可选的实施例，将所述二助燃气热风加热并输送至高炉炼铁中，后进行燃烧，得到高炉炼铁的第二高炉煤气，实现高炉炼铁尾气的循环，之后，包括：

S8.获取所述第一高炉煤气的第一碳含量和第二高炉煤气的第二碳含量；

S9.根据所述第一碳含量和所述第二碳含量，判断是否需要对第二高炉煤气通入含碳气体；

若是，根据所述第一碳含量和所述第二碳含量，计算增碳处理所需的增碳量；

若否，增碳量为0；

S10.根据所述增碳量，对所述第二高炉煤气进行增碳处理，使所述第二碳含量与第一碳含量的差值≤0.8％。

作为一个可选的实施例，所述含碳气体包括二氧化碳和/或一氧化碳。

本申请中，含碳气体包括二氧化碳和/或一氧化碳的积极效果是在增加碳元素含量的基础上，加入二氧化碳和/或一氧化碳能够保证热风炉原料气的二氧化碳和/或一氧化碳的量达到标准数值。

作为一个可选的实施例，如图3所示，所述根据所述第一含碳量和所述第二含碳量，判断是否需要对第二高炉煤气通入含碳气体，包括：

S91.设定标准碳含量差值；

S92.根据所述第一碳含量和所述第二碳含量的差值，得到第一碳含量差值；

S93.根据所述第一碳含量差值和所述标准含量差值，判断是否需要对第二高炉煤气通入含碳气体；

若所述第一碳含量差值大于所述标准碳含量差值，则需要对第二高炉煤气通入含碳气体；

若所述第一碳含量差值小于所述标准碳含量差值，则无需对第二高炉煤气通入含碳气体。

本申请中，通过实际生产要求没定第一次循环和后续循环产生尾气的标准碳含量差值，以标准碳含量差值为标准进行第一碳含量差值区间的判定，从而准确判断增碳处理的必要性，使循环过程中的含碳气体中的碳含量在稳定范围内，有利于第一混合和第二混合的进行，维持循环过程的氧含量的稳定，并且能够稳定循环过程中碳含量的稳定，有利于减少碳排放。

作为一个可选的实施方式，所述增碳量的计算公式为：

增碳量＝(第一碳含量-第二碳含量)*0.8。

本申请中，通过第一碳含量和第二碳含量的差值，再通过实际存在的高炉炼铁中的碳消耗系数0.8对碳含量进行补偿，从而能够准确得到进行增碳处理的增碳量，能够维持高炉进行高炉烟气的稳定，有利于第一混合和第二混合中纯氧的加入，实现循环过程的氧含量的稳定。

在本申请一个实施例中，如图4和图6所示，提供一种高炉富氧循环燃烧炼铁的系统，所述系统包括除尘装置1、第一混合装置3、热风炉4、纯氧罐5、第二混合装置6、高炉7、出气装置8、二氧化碳储气罐9和控制器10；其中，所述除尘装置1按照气体流动方向依次包括重力除尘器和布袋除尘器，

所述除尘装置1的出气端连接所述第一混合装置3的进气端，所述第一混合装置3的出气端连接所述热风炉4的进气端，所述热风炉4的出气端连接所述第二混合装置6的进气端，所述第二混合装置6的出气端连接所述高炉7的进气端，所述高炉7的出气端连接所述出气装置8的进气端，所述出气装置8的出气端连接所述除尘装置1的进气端；

所述纯氧罐5设有第一支路51、第一支路阀52、第二支路53和第二支路阀54；所述纯氧罐5通过第一支路51联通所述第一混合装置3，所述纯氧罐5通过第二支路联通所述第二混合装置6；所述第一支路51的出气端设有所述第一支路阀52，所述第二支路53的出气端设有所述第二支路阀54；

所述第一混合装置3包括第一混合室31和第一含氧量传感器32，所述第一混合室31通过第一支路51连接所述纯氧罐5，所述第一含氧量传感器31设置在所述第一混合室32内，所述第一含氧量传感器31通过电信号连接所述控制器10；

所述第二混合装置6包括第二混合室61和第二含氧量传感器62，所述第二混合室61通过第二支路53连接所述纯氧罐5，所述第二含氧量传感器62设置在所述第二混合室61内，所述第二含氧量传感器62通过电信号连接所述控制器10，其中，所述第一含氧量传感器32和第二氧含量传感器62都采用MIX8410型的电化学式氧气传感器；

所述控制器10分别通过电信号连接所述第一支路阀52和第二支路阀54，其中，控制器10采用AGM-1303型气体流量控制器；

所述出气装置8包括出气室81、复合四合一气体传感器82、出气支路83和出气支路阀84，所述出气室81的进气端连接所述高炉7的出气端，所述出气室81的出气端连接所述除尘装置1的进气端，所述出气室81通过所述出气支路83连接所述二氧化碳储气罐9，所述出气支路83的出气端设有所述出气支路阀84，所述复合四合一气体传感器82设置在所述出气室81内，所述复合四合一气体传感器82通过电信号连接所述控制器10，所述控制器10通过电信号连接所述出气支路阀84，其中，复合四合一气体传感器82可以是复合四合一气体分析仪GT-2000-K4的传感器。

本申请中，通过控制器10连接第一氧含量传感器32和第一支路阀52，利用第一氧含量传感器32收集第一混合装置3的含氧量数据，再通过控制器10内的PLC处理收集的含氧量数据并存储，控制第一支路阀52开启，进行第一混合；

随后再通过控制器10收集第二氧含量传感器62的氧含量数据，再经过pLC处理收集第二混合装置6内的含氧量数据，再通过预先设置的目标氧含量，判断是否需要进行第二混合，若需要，控制器10控制第二支路阀54开启，进行第二混合；

当第一高炉煤气经过复合四合一气体传感器82时，控制器10记录数据，为第一二氧化碳量，当第二高炉煤气经过复合四合一气体传感器802时，控制器10记录数据，为第二二氧化碳量，控制器10经过计算，和设定标准碳含量差值进行比对，判定是否需要增碳操作，若需要，控制器10控制出气支路阀84开启，二氧化碳进入出气装置8中与第二高炉煤气混合，进行增碳操作。

作为一个可选的实施例，如图5和图6所示，所述第二混合装置6与所述热风炉4之间设有二氧化碳收集装置11，所述二氧化碳收集装置11的进气端联通所述第二混合装置6的进气端，所述二氧化碳收集装置11的出气端联通所述热风炉4的出气端；

所述二氧化碳收集装置11包括二氧化碳收集罐111、三通控制阀112、气压传感器113和增压泵114，所述三通控制阀112的第一端口连接所述二氧化碳收集罐111的进气端，所述三通控制阀112的第二端口连接所述热风炉4的出气端，所述三通控制阀112的第三端口连接所述第二混合装置6的进气端，所述二氧化碳收集罐111的出气端连接所述增压泵114的进气端，所述增压泵114的出气端连接所述二氧化碳储气罐9，所述气压传感器113设置在所述二氧化碳收集罐111内，所述气压传感器113通过电信号连接所述控制器10，所述增压泵114通过电信号连接所述控制器10，所述三通控制阀112通过电信号连接所述控制器10，其中，三通控制阀112选用SENMIWK-2型的三通智能控制阀，气压传感器113选用ASAIRADP810型的工业空气压力传感器。

本申请中，在高炉炼铁的尾气回收循环开启前，先在整个系统中通入纯的二氧化碳气体，此时控制器10控制三通控制阀112的第一端口和第二端口开启，第三端口关闭，使二氧化碳收集罐111联通到系统的管路中，管路中的纯二氧化碳气体被导入二氧化碳收集罐111中，若气压传感器113测得二氧化碳收集罐111中气压过大时，控制器10控制增压泵114工作，将二氧化碳收集罐111中的多余二氧化碳气体导入到二氧化碳储气罐9中存储，当控制器10控制第一支路阀52开启后，控制器10控制三通控制阀112的驱动电机工作，使三通控制阀112的第一端口关闭，第二端口和第三端口开启，使第二混合装置6和热风炉4联通，可实现管路净化用的纯二氧化碳的循环利用。

工作过程或原理：如图6所示，在使用该系统前，在出气装置8中通入二氧化碳，依次经过除尘装1、第一混合装置3、热风炉4、第二混合装置6后再通过三通控制阀112的第二端口和第一端口，导入到二氧化碳收集装置11的二氧化碳收集罐111中，此时二氧化碳收集罐111中的气压传感器113检测到二氧化碳收集罐111的二氧化碳和系统管路中的残留气体的气体压力并将压力数据传输到控制器10中，与设定的二氧化碳收集罐111的规格压力进行比对，当压力过大时，控制器10控制二氧化碳收集罐11的出气阀和增压泵114工作，混合气经过增压泵114的输送与增压，导入到二氧化碳储气罐9中，当排除管路中气体完毕后，关闭三通阀112的第一端口，开启三通阀的第三端口，完成系统的前期准备；

当高炉7产生的第一高炉煤气，经过出气装置8中的复合四合一气体传感器82，测定第一高炉煤气的第一碳含量，并传输到控制器10中存储，第一高炉煤气经过除尘装置1去除漂浮的烟尘，得到含有二氧化碳、一氧化碳的热风炉原料气，随后热风炉原料气进入第一混合装置3的第一混合室31中，第一混合室31的第一含氧量传感器32检测热风炉原料气中的氧气含量，并将数据传输到控制器10中，控制器10收到信号后，再控制纯氧罐5的第一支路阀52开启，第一支路阀52开启后，纯氧罐5内的氧气经过第一支路51注入到第一混合室31中，进行第一混合，混合后气体导入热风炉4中进行热风加热，得到第一热风，加热后的第一热风导入第二混合装置6的第二混合室61中，此时第二混合室61内的第二含氧量传感器62测定第一热风的第一含氧量，并将数据传输给控制器10的PLC中进行处理，根据第二含氧量传感器62测定的第一含氧量与设定的目标含氧量进行比对和判断，判定是否需要进行第二混合，若需要进行第二混合，控制器10将控制第二支路阀54开启，氧气管5中的氧气将经过第二支路53传输到第二混合室62中，进行混合，得到第二热风，将得到的第二热风通过三通控制阀112的第二端口和第三端口导入到高炉7中进行燃烧，而高炉7燃烧后产生第二高炉煤气，将第二高炉煤气导入到出气装置8的出气室81中，通过复合四合一气体传感器82检测第二高炉煤气的第二碳含量，并将二氧化碳含量的数据传输到PLC中进行处理，判断是否需要对第二高炉煤气中通入含碳气体进行碳元素的含量补充，当需要通入含碳气体时，控制器10控制出气支路阀84开启，二氧化碳储气罐9中的气体经过出气支路83通入到出气室8中，与第二高炉煤气进行混合，增加碳含量，后再进入除尘装置1中进行循环处理，从而在实现整个高炉尾气循环利用中纯氧含量稳定的同时能够维持整个系统的碳含量稳定，使炼铁过程稳定。

实施例1

判定需要进行第一混合、第二混合和增碳处理，

第一混合的压力为3.3MPa，第二混合的压力为0.4MPa。

第一热风和第二热风的温度为1300℃。

以体积分数计，第一热风和第二热风都包括：O₂：25％，其余为CO₂。

实施例2

将实施例2和实施例1进行对比，实施例2和实施例1的区别在于：

判定需要进行第一混合、第二混合和增碳处理，

第一混合的压力为2.1MPa，第二混合的压力为0.3MPa。

第一热风和第二热风的温度为1200℃。

以体积分数计，第一热风和第二热风都包括：O₂：21％，其余为CO₂。

实施例3

将实施例3和实施例1进行对比，实施例3和实施例1的区别在于：

判定需要进行第一混合、第二混合和增碳处理，

第一混合的压力为4.2MPa，第二混合的压力为0.5MPa。

第一热风和第二热风的温度为1200℃。

以体积分数计，第一热风和第二热风都包括：O₂：30％，其余为CO₂。

实施例4

将实施例4和实施例1进行对比，实施例4和实施例1的区别在于：

判定需要进行第一混合和增碳处理，

第一混合的压力为3.3MPa。

第一热风和第二热风的温度为1250℃。

以体积分数计，第一热风和第二热风都包括：O₂：28％，其余为CO₂。

实施例5

将实施例5和实施例1进行对比，实施例2和实施例1的区别在于：

判定需要进行第一混合和第二混合，

第一混合的压力为3.3MPa，第二混合的压力为0.5MPa。

第一热风和第二热风的温度为1200℃。

以体积分数计，第一热风和第二热风都包括：O₂：28％，其余为CO₂。

对比例1

将对比例1和实施例1进行对比，对比例1和实施例1的区别在于：

直接将第一热风通入高炉炼铁工序中。

对比例2

将对比例2和实施例1进行对比，对比例2和实施例1的区别在于：

纯氧的体积浓度≥85％。

对比例3

将对比例3和实施例1进行对比，对比例3和实施例1的区别在于：

第一混合的压力为1.5MPa。

对比例4

将对比例4和实施例1进行对比，对比例4和实施例1的区别在于：

第二混合的压力为1.0MPa。

对比例5

将对比例5和实施例1进行对比，对比例5和实施例1的区别在于：

第二混合的压力为0.1MPa。

相关实验：

对实施例1-5和对比例1-5得到的高炉铁水进行检测，同时对进入高炉中的助燃气进行检测，得到表1。

相关实验测试方法：

铁水含氧量平均偏移率：收集各实施例和对比例的循环5次以上的十个炉次的高炉铁水，每一炉次都检测高炉铁水中的含氧量，与铁水的目标含氧量作差，所得差值除以目标含氧量，得到偏移率，统计十个炉次的偏移率，取平均数。

助燃气含氧量平均偏移率：收集各实施例和对比例的循环5次以上的十个炉次中进入高炉的助燃气的含氧量，与助燃气的目标含氧量作差，所得差值除以目标含氧量，得到偏移率，统计十个炉次的偏移率，取平均数。

表1

表1的具体分析：

铁水含氧量平均偏移率是指制备出的高炉铁水的含氧量和根据原料设定的目标铁水含氧量的偏差概率，铁水含氧量平均偏移率越低，说明铁水含氧量越接近目标铁水含氧量。

助燃气含氧量平均偏移率是指通入高炉中助燃气的含氧量和高炉所需的目标含氧量的偏差概率，助燃气含氧量平均偏移率越低，说明助燃气含氧量越接近目标助燃气含氧量。

从表1中实施例1-5数据可知：

当判定需要第一混合、第二混合和增碳处理时，可通过调节第一混合压力、第二混合的压力和热风加热的温度，以降低成本并得到稳定的高炉铁水，如实施例1-5。

从表1中对比例1-5数据可知：

不采用第一混合、第一混合和增碳处理，对高炉铁水中氧含量的稳定具有决定影响因素，同时纯氧体积浓度过低，对氧含量的偏移率影响较小，但第一混合压力、第二混合的压力和热风加热的温度在实施例的范围之外，将对偏移率有较大的影响，如对比例1-5。

本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

(1)本申请实施例中，由于采用了第一混合和第二混合，并且进行增碳处理，能准确控制整个高炉炼铁中的氧气浓度，进而能够控制出炉铁水的含氧量，并且由于只需要一台热风炉，较常规热风加热过程中采用三台以上热风炉，能充分降低热风炉的数量和高炉炼铁过程的能耗；

(2)本申请实施例中，通过含有二氧化碳和氧气的热风炉原料气，可以有效避免采用空气进行助燃导致的氮气，同时可提高高炉内的一氧化碳浓度，增强高炉炉内的还原气氛；

(3)本申请实施例提供的增碳处理，虽然增加了高炉尾气处理的步骤，但是可稳定高炉煤气处理后二氧化碳的浓度，进而稳定热风炉原料气中氧气的浓度，实现整个高炉尾气循环利用中纯氧含量和碳含量的稳定，进而可实现对高炉炼铁产生的高炉煤气进行连续处理；

(4)本申请实施例提供的系统，可以应用到高炉炼铁的循环处理工艺上，自动化程度高，可有效节约冶炼产业的综合成本。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高炉富氧循环燃烧炼铁的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取高炉炼铁的第一高炉煤气；

对所述高炉炼铁的第一高炉煤气进行除尘、分离，得到热风炉原料气；

对所述热风炉原料气和纯氧进行第一混合，并在热风炉内进行燃烧，得到炼铁高炉的第一热风；

获取所述第一热风中的第一含氧量和所述第一热风的目标含氧量；

根据所述第一含氧量和目标含氧量，判断是否需要对所述第一热风和纯氧进行第二混合；

若是，根据所述第一含氧量和目标含氧量，计算第二混合所需氧气的第二混合量；

根据所述第二混合量，对所述第一热风和纯氧进行第二混合，得到第二热风；

将所述第二热风输送至炼铁高炉，得到高炉炼铁后第二高炉煤气，用以实现高炉富氧循环燃烧炼铁工艺；

以体积分数计，所述热风炉原料气包括：CO：≥50％，O₂：≤0.5％，其余为CO₂以及不可避免的杂质；

所述第一热风和第二热风都包括：O₂：21％～30％，余量为CO₂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一含氧量和目标含氧量，判断是否需要对所述第一热风和纯氧进行第二混合，包括：

设定标准含氧量差值；

根据所述第一含氧量和目标含氧量的差值，得到第一含氧量差值，

根据第一含氧量差值和标准含氧量差值的大小，判断是否需要对所述第一热风和纯氧进行第二混合；

若第一含氧量差值大于所述标准含氧量差值，则需要对所述第一热风和纯氧进行第二混合；

若第一含氧量差值小于所述标准含氧量差值，则无需对所述第一热风和纯氧进行第二混合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二混合量的计算公式为：

第二混合量＝(目标含氧量-第一含氧量)*1.2。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一混合的压力为2.1MPa～4.2MPa，所述第二混合的压力为0.3MPa～0.5Mpa。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一热风和第二热风的温度≥1200℃；

所述纯氧的体积分数≥95％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述第二热风输送至炼铁高炉，得到高炉炼铁后第二高炉煤气之后，包括：

获取所述第一高炉煤气的第一碳含量和第二高炉煤气的第二碳含量；

根据所述第一碳含量和所述第二碳含量，判断是否需要对第二高炉煤气通入含碳气体；

若是，根据所述第一碳含量和所述第二碳含量，计算增碳处理所需的增碳量；

根据所述增碳量，对所述第二高炉煤气进行增碳处理，使所述第二碳含量与第一碳含量的差值≤0.8％。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述含碳气体包括二氧化碳和/或一氧化碳。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一含碳量和所述第二含碳量，判断是否需要对第二高炉煤气通入含碳气体，包括：

设定标准碳含量差值；

根据所述第一碳含量和所述第二碳含量的差值，得到第一碳含量差值；

根据所述第一碳含量差值和所述标准碳含量差值，判断是否需要对第二高炉煤气通入含碳气体；

若所述第一碳含量差值大于所述标准碳含量差值，则需要对第二高炉煤气通入含碳气体；

若所述第一碳含量差值小于所述标准碳含量差值，则无需对第高炉煤气通入含碳气体。

9.一种高炉富氧循环燃烧炼铁的系统，其特征在于，所述系统包括除尘装置、第一混合装置、热风炉、纯氧罐、第二混合装置、高炉、出气装置、二氧化碳储气罐和控制器；

所述除尘装置的出气端连接所述第一混合装置的进气端，所述第一混合装置的出气端连接所述热风炉的进气端，所述热风炉的出气端连接所述第二混合装置的进气端，所述第二混合装置的出气端连接所述高炉的进气端，所述高炉的出气端连接所述出气装置的进气端，所述出气装置的出气端连接所述除尘装置的进气端；

所述纯氧罐设有第一支路、第一支路阀、第二支路和第二支路阀；所述纯氧罐通过第一支路联通所述第一混合装置，所述纯氧罐通过第二支路联通所述第二混合装置；所述第一支路的出气端设有所述第一支路阀，所述第二支路的出气端设有所述第二支路阀；

所述第一混合装置包括第一混合室和第一含氧量传感器，所述第一混合室通过第一支路连接所述纯氧罐，所述第一含氧量传感器设置在所述第一混合室内，所述第一含氧量传感器通过电信号连接所述控制器；

所述第二混合装置包括第二混合室和第二含氧量传感器，所述第二混合室通过第二支路连接所述纯氧罐，所述第二含氧量传感器设置在所述第二混合室内，所述第二含氧量传感器通过电信号连接所述控制器；

所述控制器分别通过电信号连接所述第一支路阀和第二支路阀；

所述出气装置包括出气室、复合四合一气体传感器、出气支路和出气支路阀，所述出气室的进气端连接所述高炉的出气端，所述出气室的出气端连接所述除尘装置的进气端，所述出气室通过所述出气支路连接所述二氧化碳储气罐，所述出气支路的出气端设有所述出气支路阀，所述复合四合一气体传感器设置在所述出气室内，所述复合四合一气体传感器通过电信号连接所述控制器，所述控制器通过电信号连接所述出气支路阀。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第二混合装置与所述热风炉之间设有二氧化碳收集装置，所述二氧化碳收集装置的进气端联通所述第二混合装置的进气端，所述二氧化碳收集装置的出气端联通所述热风炉的出气端；

所述二氧化碳收集装置包括二氧化碳收集罐、三通控制阀、气压传感器和增压泵，所述三通控制阀的第一端口连接所述二氧化碳收集罐的进气端，所述三通控制阀的第二端口连接所述热风炉的出气端，所述三通控制阀的第三端口连接所述第二混合装置的进气端，所述二氧化碳收集罐的出气端连接所述增压泵的进气端，所述增压泵的出气端连接所述二氧化碳储气罐，所述气压传感器设置在所述二氧化碳收集罐内，所述气压传感器通过电信号连接所述控制器，所述增压泵通过电信号连接所述控制器，所述三通控制阀通过电信号连接所述控制器。

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