CN114085937A - 一种避免富氧循环燃烧炼铁中高炉顶部凝结的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种避免富氧循环燃烧炼铁中高炉顶部凝结的方法，所述方法包括：获取目标高炉的富氧循环燃烧情况，判断所述目标高炉的运行状况；若所述问题区域为顶部，获取所述富氧循环燃烧情况中的目标参数；根据所述目标参数拟合所述目标高炉的理论燃烧温度计算公式；根据所述理论燃烧温度计算公式计算所述目标高炉的理论燃烧温度；获取述目标高炉的实际燃烧温度，调节所述目标高炉内气体组分和湿度，与所述目标高炉中热风口的风速，以减小所述实际燃烧温度和所述理论燃烧温度的差距。控制目气体组分和湿度，改变实际燃烧温度，调节风速改善顶部氧化硅凝结速度，解决高炉富氧循环燃烧过程中高炉顶部氧化硅凝结的问题。

Description

一种避免富氧循环燃烧炼铁中高炉顶部凝结的方法
技术领域
本申请涉及炼铁技术领域，尤其涉及一种避免富氧循环燃烧炼铁中高炉顶部凝结的方法。
背景技术
富氧燃烧作为能够大规模减少CO2排放的主流碳捕集技术之一，该技术使用纯氧和循环烟气替代空气燃烧，实现炉膛出口烟气中CO2浓度富集，从而实现碳捕集。将富氧燃烧碳捕集技术和传统的高炉炼铁工艺相结合，可以改进高炉炼铁工艺，但由于CO2理化性质不同于N2，这将对炉内流动、传热产生影响，进而导致高炉内温度场发生变化，铁矿中氧化硅挥发，将导致顶部凝结或堵塞等问题。
发明内容
本申请提供了一种避免富氧循环燃烧炼铁中高炉顶部凝结的方法，以解决在高炉富氧循环燃烧炼铁工艺中高炉顶部凝结堵塞的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种避免富氧循环燃烧炼铁中高炉顶部凝结的方法，所述方法包括：
获取目标高炉的富氧循环燃烧情况，判断所述目标高炉的运行状况；
若高炉出现料柱堵塞，确定所述目标高炉的问题区域；
若所述问题区域为顶部，获取所述富氧循环燃烧情况中的目标参数；
根据所述目标参数拟合所述目标高炉的理论燃烧温度计算公式；
根据所述理论燃烧温度计算公式计算所述目标高炉的理论燃烧温度；
获取述目标高炉的实际燃烧温度，调节所述目标高炉内气体组分和湿度，与所述目标高炉中热风口的风速，以减小所述实际燃烧温度和所述理论燃烧温度的差距。
可选的，所述目标参数包括：所述目标高炉的热风口中气体富氧量、气体温度、气体湿度和气体含煤气量。
可选的，所述理论燃烧温度计算公式为：
t＝a+bT+cW湿度+dW氧量+eW煤，
式中，a的范围为1630～2010；b的范围为0.75～0.94；c的范围为-7.4～-3.6；d的范围为3.5～5.4；e的范围为-4～-2；t为理论燃烧温度；T为所述目标高炉热风口中热风湿度；W湿度为气体湿度；W氧量为所述目标高炉的热风口中气体富氧量；W煤为所述目标高炉的热风口中的气体含煤气量。
可选的，所述目标高炉内气体组分包括第二氧气和输出气体。
可选的，所述输出气体包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷和第一氧气。
可选的，所述目标高炉获取的富氧率为21％-30％。
可选的，所述理论燃烧温度区间为2000-2280℃。
可选的，所述方法还包括：获取所述目标高炉内的富氧率，根据所述目标高炉内的富氧率调节所述目标高炉中焦炭的硅含量，与所述目标高炉中热风口的风速和热风口温度，以解决氧化硅挥发导致顶部凝结或堵塞问题。
可选的，所述目标高炉中热风口的风速为260～320m/s。
第二方面，本申请提供了第一方面的方法所使用的系统，所述系统包括：高炉、与高炉输出端相连接的除尘装置和TRT装置、与高炉输入端相连接的氧气罐、CO2收集罐和热风炉输出端，所述热风炉中气体包括氧气、二氧化碳和一氧化碳。
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该方法，根据所述理论燃烧温度计算公式计算所述目标高炉的理论燃烧温度，将实际燃烧温度与理论燃烧温度作为对比并参考，调整实际燃烧温度，减小差距，解决了生产过程中高炉顶部中实际燃烧温度过高带来的顶部凝结，料柱透气性差；通过控制目标高炉内气体组分和湿度，气体组分和湿度可以分别改变实际燃烧温度；调节所述目标高炉中热风口的风速，可以改善顶部凝结速度，延缓凝结时间和使故障幅度减小，便于后续处理，变化的风速可以影响凝结过程，通过风速的改变，改善凝结带来的部分料柱透气性，达到部分疏通的目的。
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的介绍，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避免富氧循环燃烧炼铁中高炉顶部凝结的方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种避免富氧循环燃烧炼铁中高炉顶部凝结的方法所用的系统结构示意图。
其中，1、高炉；2、除尘装置；3、TRT装置；4、高炉煤气电力用户；5、热风炉；6、三向阀；7、CO2收集罐；8、氧气罐；81、高炉煤气管路注氧点；82、热风管路注氧点。
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。
第一方面，本申请提供了一种避免富氧循环燃烧炼铁中高炉顶部凝结的方法，如图1所示，所述方法包括：
S1.获取目标高炉的富氧循环燃烧情况，判断所述目标高炉的运行状况；
S2.若高炉出现料柱堵塞，确定所述目标高炉的问题区域；
S3.若所述问题区域为顶部，获取所述富氧循环燃烧情况中的目标参数；
S4.根据所述目标参数拟合所述目标高炉的理论燃烧温度计算公式；
S5.根据所述理论燃烧温度计算公式计算所述目标高炉的理论燃烧温度；
S6.获取述目标高炉的实际燃烧温度，调节所述目标高炉内气体组分和湿度，与所述目标高炉中热风口的风速，以减小所述实际燃烧温度和所述理论燃烧温度的差距。
本申请实施例中，富氧燃烧作为能够大规模减少CO2排放的主流碳捕集技术之一，是高碳能源低碳化的战略性选择。该技术使用纯氧和循环烟气(O2/CO2)替代空气燃烧，实现炉膛出口烟气中CO2浓度富集，从而便于CO2的利用与封存。将富氧燃烧碳捕集技术耦合到高炉炼铁工艺中，能够实现高炉炼铁行业大规模CO2减排。
本申请实施例中，高炉出现料柱堵塞可以是由氧化硅凝结造成的。
本申请实施例中，富氧燃烧碳捕集技术耦合到高炉炼铁工艺，可以改善高炉冶金性能：由于热风成分为O2/CO2，这势必增强焦炭与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；可以提高高炉煤气品质。一方面隔绝了N2，简化了高炉煤气的利用工艺；二是CO浓度势必升高，提升了燃料热值；可以实现高炉低碳排放。高炉煤气经热风炉后，转化为高浓度CO2，一部分可以继续用于高炉炼铁，另一部分则被压缩处理。
作为一种可选的实施方式，所述目标参数包括：所述目标高炉的热风口中气体富氧量、气体温度、气体湿度和气体含煤气量。
本申请实施例中，采用“氧气+循环烟气”代替传统的热风；大量喷吹煤粉；炉顶煤气经重整处理后循环喷吹利用，用“纯氧+高炉煤气”作为热风炉的加热燃料，得到没有氮气的高二氧化碳和一氧化碳浓度的混合气体。
本申请实施例中，采用氧气代替传统的热风；与传统的高炉炼铁相比，氧气高炉炼铁的技术特点：1)可大幅度提高生产效率；2)采用全氧鼓风，由于煤气中N2含量大幅度下降，致使煤气重整CO2分离过程成本降低，为降低大气碳排放而做的CO2封存捕集和综合利用创造条件；3)通过工序能耗测算对比，氧气高炉工序能耗较传统高炉相比降低10％以上。
作为一种可选的实施方式，所述理论燃烧温度计算公式为：
t＝a+bT+cW湿度+dW氧量+eW煤，
式中，a的范围为1630～2010；b的范围为0.75～0.94；c的范围为-7.4～-3.6；d的范围为3.5～5.4；e的范围为-4～-2；t为理论燃烧温度；T为所述目标高炉热风口中热风湿度； W湿度为气体湿度；W氧量为所述目标高炉的热风口中气体富氧量；W煤为所述目标高炉的热风口中的气体含煤气量。
本申请实施例中，所述理论燃烧温度计算公式可以为：t＝1640+0.88T-4.35W湿度+4.8W氧量-3.1W煤，t＝1850+0.81T-6.2W湿度+3.6W氧量-3.6W煤，t＝1920+0.78T-5.8W湿度+5.2W氧量-2.7W 煤等。
作为一种可选的实施方式，所述目标高炉内气体组分包括第二氧气和输出气体。
作为一种可选的实施方式，所述输出气体包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷和第一氧气。本申请实施例中，所述热风炉中混合气体可以显著改变炉内铁矿石、煤焦、煤粉等转化行为。
作为一种可选的实施方式，所述目标高炉获取的富氧率为21％-30％。
作为一种可选的实施方式，所述理论燃烧温度区间为2000-2280℃。
本申请实施例中，富氧率可以为25％、26％和28.5％等；理论燃烧温度可以为2014℃、2240℃、2160℃和2180℃等。随着富氧率的提高，理论燃烧温度上升，可以导致高炉运行不顺。控制高炉的富氧率为21％-30％，在增加煤气量，降低理论燃烧温度的同时，可以逐步降低热风口面积，设计合理的风速。
作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：获取所述目标高炉内的富氧率，根据所述目标高炉内的富氧率调节所述目标高炉中焦炭的硅含量，与所述目标高炉中热风口的风速和热风口温度，以解决顶部凝结或堵塞问题。
本申请实施例中，高炉顶部不顺可以是焦炭中氧化硅大量挥发到上部重新凝结，而高炉顶部的环境导致氧化硅容易再次凝结，导致料柱透气性变差，调节焦炭的硅含量可以改善凝结情况，从而增加料柱透气性，而所述目标高炉中热风口的风速和热风口温度可以改变高炉顶部的环境，使内部环境不适合氧化硅凝结，确保高炉顺行。
作为一种可选的实施方式，所述目标高炉中热风口的风速为260～320m/s。
本申请实施例中，控制风速为260～320m/s，可以延后凝结速度，保证高炉内部环境的改变。
第二方面，本申请提供了一种避免富氧循环燃烧炼铁中高炉顶部凝结的方法所用的系统，如图2所示，所述系统包括：高炉1、与高炉输出端相连接的除尘装置2和TRT装置3、与高炉输入端相连接的氧气罐8、CO2收集罐7和热风炉5输出端，所述热风炉中气体包括氧气、二氧化碳和一氧化碳；整个系统一端连接高炉煤气电力用户4，其中CO2收集罐7和热风炉5输出端均连接三向阀6，由三向阀6和氧气罐8分别与热风管路注氧点82相连，实现高炉富氧循环燃烧炼铁。
本申请实施例中，TRT——(BlastFurnaceTopGasRecoveryTurbineUnit，以下简称TRT) 高炉煤气余压透平发电装置(即TRT)是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，再将机械能转化为电能。
本申请实施例中，本系统中，高炉富氧循环燃烧炼铁可以改善高炉冶金性能，系统结构简单，减少了建设成本。
本申请实施例中，一种避免富氧循环燃烧炼铁中高炉顶部凝结的方法适用于550m3高炉。
高炉煤气和高压鼓风机鼓风，通过热风炉加热后进入了高炉，这种热风和焦炭助燃，产生的是二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳又和炙热的焦炭产生一氧化碳，一氧化碳在上升的过程中，还原了铁矿石中的铁元素，使之成为生铁，这就是炼铁的化学过程。铁水在炉底暂时存留，定时放出用于直接炼铁或铸锭。
在高炉的炉气中，还有大量的含过剩的一氧化碳混合气体，就是高炉煤气。每炼一吨铁可产生2100-2200立方米的高炉煤气。含有可燃一氧化碳的气体，是一种低热值的气体燃料，可以用于冶金的自用燃气，如加热热轧的钢锭、预热钢水包等。也可以供给民用，加入焦炉煤气，就叫做混合煤气，这样就提高了热值。高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为：CO、CO2、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量约占25％左右，H2、CH2的含量很少，CO2、N2的含量分别占15％和55％，热值仅为3500KJ/m3左右。高炉煤气的成分和热值与高炉所用的燃料、所炼生铁的品种及冶炼工艺有关，现代的炼铁生产普遍采用大容积、高风温、高冶炼强度、高喷煤粉量的生产工艺，采用这些先进的高炉富氧循环燃烧炼铁，提高了劳动生产率并降低能耗，但所产的高炉煤气热值更低，增加了利用难度。
以下的实例用于阐述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。
实施例1～3
实施例1～3应用于550立方高炉，理论燃烧温度的相关参数相关控制及实施效果如表1 所示。对比例1～3同样应用于550立方高炉，理论燃烧温度的相关参数相关控制及实施效果如表1所示。
表1理论燃烧温度的控制相关参数。
Figure RE-GDA0003482142170000061
由表1可知，实施例组中的实际燃烧温度和理论燃烧温度差值相比对比例组小，实施例组高炉顶部故障率远低于对比例组，解决了生产过程中顶部中实际燃烧温度过高带来的顶部凝结；而实施例组中的高炉顶部故障时气体排出变化率相比对比例组小，说明对比例组的故障主要是由于料柱不透气，被阻滞带来的故障，调节实际燃烧温度和理论燃烧温度差值可以改善料柱透气性；而通过控制目标高炉内气体组分和湿度，气体组分和湿度可以分别改变实际燃烧温度；调节所述目标高炉中热风口的风速，可以改善顶部凝结速度，延缓凝结时间和使故障幅度减小，便于后续处理，变化的风速可以影响高炉内氧化硅的凝结过程，氧化硅的凝结受环境中气体组分、气体温度和炉压等影响，通过风速的改变，可以改变氧化硅的凝结环境，改善凝结带来的部分料柱透气性，达到部分疏通的目的。
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”或者任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，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，在其他实施例中实现。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)

1.一种避免富氧循环燃烧炼铁中高炉顶部凝结的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标高炉的富氧循环燃烧情况，判断所述目标高炉的运行状况；
若高炉出现料柱堵塞，确定所述目标高炉的问题区域；
若所述问题区域为顶部，获取所述富氧循环燃烧情况中的目标参数；
根据所述目标参数拟合所述目标高炉的理论燃烧温度计算公式；
根据所述理论燃烧温度计算公式计算所述目标高炉的理论燃烧温度；
获取所述目标高炉的实际燃烧温度，调节所述目标高炉内气体组分和湿度，与所述目标高炉中热风口的风速，以减小所述实际燃烧温度和所述理论燃烧温度的差距。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标参数包括：所述目标高炉的热风口中气体富氧量、气体温度、气体湿度和气体含煤量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述理论燃烧温度计算公式为：
t＝a+bT+cW湿度+dW氧量+eW煤，
式中，a的范围为1630～2010；b的范围为0.75～0.94；c的范围为-7.4～-3.6；d的范围为3.5～5.4；e的范围为-4～-2；t为理论燃烧温度；T为所述目标高炉热风口中热风湿度；W湿度为气体湿度；W氧量为所述目标高炉的热风口中气体富氧量；W煤为所述目标高炉的热风口中气体含煤量。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标高炉内气体组分包括第二氧气和输出气体。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述输出气体包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷和第一氧气。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标高炉获取的富氧率为21％-30％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述理论燃烧温度区间为2000-2280℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述目标高炉内的富氧率；
根据所述目标高炉内的富氧率调节所述目标高炉中焦炭的硅含量，与所述目标高炉中热风口的风速和热风口温度，以解决氧化硅挥发导致顶部凝结或堵塞问题。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标高炉中热风口的风速为260～320m/s。
10.一种如权利要求1-9中任意一项所述方法所使用的系统，其特征在于，所述系统包括：高炉、与高炉输出端相连接的除尘装置和TRT装置、与高炉输入端相连接的氧气罐、CO2收集罐和热风炉输出端。
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