CN114395650B - 一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法 - Google Patents

一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法，装置采用两级电阻管加热，使煤气能快速升温至800℃以上，从温度梯度上降低冶金煤气升温过程的析碳反应，通过电阻管结构设计，使电阻加热管内煤气流速高于20m/s,少量析出的碳被煤气流带出，在电阻管加热冶金煤气期间，还通过对电阻管加热器空区充氮，避免冶金煤气在此区域的集聚和析碳，并解决冶金煤气在此区域析碳后导致的电阻管短路击穿事故。在一级电阻管出口设计了解决析碳集聚的二氧化碳和水蒸汽喷口，通过喷入的二氧化碳和水蒸气与析出的碳快速反应，将析出的碳再次快速转化成有效的冶金煤气（CO),降低冶金煤气电加热过程中析碳对煤气品质及系统稳定运行的影响。

Description

一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法
技术领域
本发明涉及冶金煤气加热领域，具体涉及一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法。
背景技术
现阶段炼铁煤气中CO2量约占整个钢铁生产CO2总量的70％。所以，炼铁工序是钢铁生产降低CO2排放的核心环节，冶金煤气加热后高炉回用技术是传统高炉打破低碳冶炼的关键核心技术瓶颈。但冶金煤气在加热过程中会发生析碳反应，析出炭黑不仅仅影响到了煤气的品质，而且还会导致加热系统堵塞、破损等问题，解决不了煤气加热过程中析碳问题，就解决不了煤气加热的技术难点。
其中富含CO、CH4的冶金煤气在升温过程中会发生如下反应：
Figure RE-475868DEST_PATH_IMAGE001
上面的化学反应都是可逆反应，CO的析碳反应会放出热量，从热力学分析可知，如果增加温度或减少体系压力，CH4裂解产生积炭的可能性增大；CO产生积炭的可能性减少。如果降低温度或增大体系压力，则结果正好相反。温度对积炭反应的影响非常大.实验结果表明,温度和CO2体积分数是影响析碳反应的重要因素.在300-700℃范围内,当温度低于500℃时,析碳反应速度随温度的升高而增加;当高于此温度时,反应速度随温度的升高而下降。
发明内容
利用传统的高炉热风加热技术无法有效解决冶金煤气析碳问题，严重情况下会造成加热隔子砖堵塞而无法继续使用，为此，我们提出一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法。
一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法，装置采用两级电阻管加热，使煤气能快速升温至800℃以上，从温度梯度上降低冶金煤气升温过程的析碳反应，通过电阻管结构设计，使电阻加热管内煤气流速高于20m/s,少量析出的碳被煤气流带出而不会集聚在电阻管内，在电阻管加热冶金煤气期间，还通过对电阻管加热器空区充氮，避免冶金煤气在此区域的集聚和析碳，并解决冶金煤气在此区域析碳后导致的电阻管短路击穿事故。在电阻管加热器上部入口及下部出口均设计了解决析碳集聚的二氧化碳和水蒸汽喷口，通过喷入的二氧化碳和水蒸气与析出的碳快速反应，将析出的碳再次快速转化成有效的冶金煤气（CO),降低冶金煤气电加热过程中析碳对煤气品质及系统稳定运行的影响。
本发明的控制过程包括如下步骤：
S1.高压(0.2MPa以上）冶金煤气进入一级电阻管加热器。
S2.调整一级电阻管加热器输入输出功率，快速将通过加热器的煤气加热到800℃以上，减少冶金煤气在550-650℃的析碳反应温度区间的停留时间。
S3.通过流量、压力调节阀调整进入电阻管加热器的煤气量，使进入电阻管加热器加热管内的煤气流速不低于20m/s，减少析出炭黑的沉积。
S4.800℃高温高压冶金煤气进入二级电阻管加热器，将温度提升至1000℃以上后进入高炉，代替焦炭或煤粉，达到降低燃料比的目的。
在一、二级电阻管外表均喷涂一层耐高温绝缘材料，防止在煤气加热过程中析出的少碳炭黑造成电阻管加热器击穿事故。
对电阻管加热器上下隔板空区内充入氮气，流量为50-200m3/h，防止冶金煤气在此区域的集聚和析碳以及因析碳后附着在电阻管表面引起电阻管短路击穿事故。
一级电加热器下部喷入二氧化碳或水蒸汽的喷口设计成内嵌式不绣钢环形喷口。
电加热器下部设计了析碳沉积吹口，通过0.8MPa以上的高压氮气将少量析出的炭黑吹出，防止析碳后在下部的沉积。
在电阻管加热器管壁四周及煤气出口设置有温度监测，监测到电阻管管壁温度过高或出口温度降低时，及时发出析碳预警，及时采取调整喷入蒸气或二氧化碳、调整电阻管加热器输入功率、调整煤气流速等一系列消除析碳及析碳影响的措施。
本发明能够显著降低电加热煤气过程中的析碳量，通过向电加热器内喷入蒸汽，能够抑制析碳反应的发生，使用高压氮气喷吹，将产生的炭黑吹扫出系统，防止炭黑堆积，发生加热器击穿事故，通过两级加热，避免煤气在析碳反应的温度区间停留时间过长，减少析碳发生。
附图说明
附图1为本发明的方法实施示意图。
具体实施方式
一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法，如图1所示，加热装置采用两级电阻管加热，使煤气能快速升温至800℃以上，从温度梯度上减少冶金煤气升温过程的析碳反应；控制电阻加热管内煤气流速高于20m/s,少量析出的碳被煤气流带出而不会集聚在电阻管内，在电阻管加热冶金煤气期间，还通过对电阻管加热器空区充氮，避免冶金煤气在此区域的集聚和析碳，并解决冶金煤气在此区域析碳后导致的电阻管短路击穿事故。在电阻管加热器出口通入二氧化碳和水蒸汽，通过喷入的二氧化碳和水蒸气与析出的碳快速反应，将析出的碳再次快速转化成有效的冶金煤气（CO),降低冶金煤气电加热过程中析碳对煤气品质及系统稳定运行的影响。
本发明的控制过程包括如下步骤：
S1.高压(0.2MPa以上）冶金煤气进入一级电阻管加热器。
S2.调整一级电阻管加热器输入输出功率，快速将通过加热器的煤气加热到800℃以上，减少冶金煤气在550-650℃的析碳反应温度区间的停留时间。
S3.通过流量、压力调节阀调整进入电阻管加热器的煤气量，使进入电阻管加热器加热管内的煤气流速不低于20m/s，减少析出炭黑的沉积。
S4.800℃高温高压冶金煤气进入二级电阻管加热器，将温度提升至1000℃以上后进入高炉，代替焦炭或煤粉，达到降低燃料比的目的。
在一、二级电阻管外表均喷涂一层耐高温绝缘材料，防止在煤气加热过程中析出的少碳炭黑造成电阻管加热器击穿事故。
对电阻管加热器上下隔板空区内充入氮气，流量为50-200m3/h，防止冶金煤气在此区域的集聚和析碳以及因析碳后附着在电阻管表面引起电阻管短路击穿事故。
一级电加热器下部喷入二氧化碳或水蒸汽的喷口设计成内嵌式不绣钢环形喷口。
一级电加热器下部设计了析碳沉积吹口。通过0.8MPa以上的高压氮气将少量析出的炭黑吹出，防止析碳后在下部的沉积。
在电阻管加热器管壁四周及煤气出口设置有温度监测，监测到电阻管管壁温度过高或出口温度降低时，及时发出析碳预警，及时采取调整喷入蒸气或二氧化碳、调整电阻管加热器输入功率、调整煤气流速等一系列消除析碳及析碳影响的措施。
实施例
结合附图1、本实施例以新疆八钢2号炉430m3高炉试验平台为例，炉身所需的冶金煤气量为20000m3/h，其中高还原性脱碳煤气占60%，其余为焦炉煤气。
脱碳煤气与焦炉煤气混合的后煤气煤气组分为CO 63%、H2 25%、CO2 4%、CH4 5%，其它3%。上述混合煤气在阀台经过压力调整、流量调整，依照上述比例进入一级6-8MW镍铬系合金材料制做电阻管加热器，使其在1-2秒内快速升温至800℃以上。在时间了有效降低了混合煤气析碳反应的进行。在设定的流量下，电阻管加热器内煤气流速达到20m/s以上。即使有少量的析碳也会被煤气流带出。800℃以上的高温煤气再次进入二级3-5MW铁铬铝材质的电阻管加热器，使其温度进一步提升至1000℃后出高炉风口或炉身喷入。
在电阻管加热器运行期间，在电阻管上下隔板空腔内通入少量氮气，有效阻止了混合煤气进入此区间，并抑制在此区间的析碳反应。
在电阻管加热器运行期间，在一级电组管加热器的热煤气出口，设置有水蒸汽或二氧化碳喷吹口，向一级电阻管加热器内持续喷入水蒸汽或二氧化碳，将电阻管加热器内析出的少量碳再次转化为有效的气态组分。
在电阻管加热器运行期间，在电加热器底部通入0.8MPa以上的高压氮气将少量析出的炭黑吹出，有效消除了析碳后在下部的沉积。
在电阻管加热器运行期间，通过电阻管加热器管壁温度监测数据、电阻管加热器热煤气出口温度监测数据，确定析碳反应的程度，若管壁温度上升，出口煤气温度下降，立即采取增大喷入蒸气或二氧化碳量、调整电阻管加热器输入功率、调整煤气流速等一系列消除析碳及析碳影响的措施。降低析碳反应及其影响。

Claims (6)

1.一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法，其特征在于：装置采用两级电阻管加热，使煤气快速升温至800℃以上，使电阻加热管内煤气流速高于20m/s,少量析出的碳被煤气流带出而不会集聚在电阻管内，在电阻管加热冶金煤气期间，对电阻管加热器空区充氮，避免冶金煤气在此区域的集聚和析碳，防止析碳后导致的电阻管短路击穿事故，在电阻管加热器上部入口及下部出口均设有二氧化碳和水蒸气喷口，通过喷入的二氧化碳和水蒸气与析出的碳快速反应，将析出的碳再次快速转化成有效的CO,降低冶金煤气电加热过程中析碳对煤气品质及系统稳定运行的影响。
2.根据权利要求1所述的一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.高压冶金煤气进入一级电阻管加热器；
S2.调整一级电阻管加热器输入输出功率，快速将通过加热器的煤气加热到800℃以上，减少冶金煤气在550-650℃的析碳反应温度区间的停留时间；
S3.通过流量、压力调节阀调整进入电阻管加热器的煤气量，使进入电阻管加热器加热管内的煤气流速高于20m/s，减少析出炭黑的沉积；
S4.800℃高温高压冶金煤气进入二级电阻管加热器，将温度提升至1000℃以上后进入高炉，代替焦炭或煤粉，达到降低燃料比的目的。
3.根据权利要求2所述的一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法，其特征在于：一、二级电阻管外表均喷涂一层耐高温绝缘材料，防止在煤气加热过程中析出的少量炭黑造成电阻管加热器击穿事故。
4.根据权利要求2所述的一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法，其特征在于：对电阻管加热器上下隔板空区内充入氮气，流量为50-200m3/h，防止冶金煤气在此区域的集聚和析碳以及因析碳后附着在电阻管表面引起电阻管短路击穿事故。
5.根据权利要求2所述的一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法，其特征在于：电阻管加热器下部设计了析碳沉积吹口，通过0.8MPa以上的高压氮气将析碳沉积吹口处的少量析出的炭黑吹出，防止析碳后在下部的沉积。
6.根据权利要求2所述的一种电加热冶金煤气的防析碳控制方法，其特征在于：在电阻管加热器管壁四周及煤气出口设置有温度监测。
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