CN114410862A - 一种富氢燃气低co2排放的富氢碳高炉炼铁工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富氢燃气低CO2排放的富氢碳高炉炼铁工艺，包括连接有加料系统的富氢碳高炉，富氢碳高炉下部炉身上均匀间隔设置着复合风口，复合风口与富氢气体环管相连通，富氢碳高炉顶部煤气出气管依次通过煤气重力除尘装置、煤气精细除尘装置、煤气脱水装置与调压阀组相连，调压阀组的出气端连接着一组鼓风加热炉，鼓风加热炉还分别连接着鼓风装置以及氧气供给装置，所述的富氢气体环管分别连接着鼓风加热炉的出气管、天然气供给系统、焦炉煤气供给系统以及煤粉供给系统；鼓风加热炉的鼓风风量：700Nm3/min；风温：950℃；富氢碳高炉的顶压95kPa；焦比：384kg/t；煤比100kg/t；鼓风含氧量50%，富氧率29%；风口喷吹燃气250 Nm3/t。
Description
技术领域
本发明属于高炉炼铁工艺，具体涉及一种富氢燃气低CO2排放的富氢碳高炉炼铁工艺。
背景技术
CO2是造成温室效应的气体之一，而钢铁企业是CO2排放的大户， 其中高炉在钢铁工业中排放的CO2占到总排放量的70%左右。在传统高炉炼铁工艺中， 一般以焦炭为主要燃料，辅助喷吹煤粉以降低焦比，并在风口鼓热风(风温1000-1200℃)， 风中少量富氧，极限富氧率一般为5％。高炉加入的焦炭或煤粉最终都以CO2形式排放到大气，排放量约为1.7t/t铁，目前国内外的高炉炼铁工艺的燃料结构发展已达到极致，仅靠工艺和设备的改进以减少CO2的排放是非常有限度的。
高炉操作制度下，喷吹焦炉煤气或天然气还具有减排二氧化碳、增加高炉送风制度的操作调节调剂手段，利于炉况稳定顺行。焦炉煤气和天然气是优质还原剂，而非优质燃烧剂。焦炉煤气和天然气用作还原剂主要可用于替代焦炭，其成本远远低于焦炭成本，同时其成分主要是H2，在炉内还原反应后主要生成H2O,减少高炉CO2排放，降低炼铁成本、提高产量。但是，目前仍没有与高炉配套使用，向高炉内大量喷吹焦炉煤气和天然气的装置，使得大量的煤气无法作为还原剂在高炉内应用，突破不了高炉还原剂主要依靠焦炭和煤粉的工艺条件。
发明内容
本发明的目的提供一种富氢燃气低CO2排放的富氢碳高炉炼铁工艺，它可解决现在技术存在的问题，具有减排二氧化碳，降低固体化石燃料焦炭的效果，焦炉煤气或天然气等富氢气体通过本发明所述炼铁高炉喷吹煤气装置在高炉内加以利用，还可具有显著的降低炼铁成本的效果。
针对上述目的，本发明一种富氢燃气低CO2排放的富氢碳高炉炼铁工艺主要技术内容包括：连接有加料系统的富氢碳高炉，富氢碳高炉下部炉身上均匀间隔设置着复合风口，复合风口与富氢气体环管相连通，富氢碳高炉顶部煤气出气管依次通过煤气重力除尘装置、煤气精细除尘装置、煤气脱水装置与调压阀组相连，调压阀组的出气端连接着一组鼓风加热炉，鼓风加热炉还分别连接着鼓风装置以及氧气供给装置，所述的富氢气体环管分别连接着鼓风加热炉的出气管、天然气供给系统、焦炉煤气供给系统以及煤粉供给系统；鼓风加热炉的鼓风风量：700Nm3/min；风温：950℃；富氢碳高炉的顶压95kPa；焦比：384kg/t；煤比100kg/t；鼓风含氧量50%，富氧率29%；风口喷吹燃气250 Nm3/t。
将富氢燃气(天然气或焦炉煤气)喷入高炉风口，在高炉的风口区，天然气或焦炉煤气首先裂解，并与氧发生燃烧反应：CH4＝C+2H2；CnHm＝nC+m/2H2； C+O2＝CO2；CO2+C＝CO。如有水份，则有水煤气反应发生：C+H2O＝CO+H2，上述反应生成还原性气体CO和H2。因喷入富氢气体替代煤粉和焦炭，富氧量提高，鼓风量降低，炉腹煤气的氮气含量下降， CO和H2上升，还原气氛增加，其中H2含量可达到或高于20％-30％，炉腹煤气量与低富氧高炉相比体积增加不大；由于富氢燃气在风口区的裂解需要吸收部分热量，但是超高富氧冶炼，可以采用调整综合焦比、富氢燃气喷吹量及风温等参数来控制理论燃烧温度，使其在2200-2400℃的范围，不会导致理论燃烧温度降低而影响高炉生产和铁水质量。
富氢碳高炉，所述富氢碳高炉用于炼铁，以便得到铁水，并产生炉渣和高炉炉顶气；矿石由炉顶加入后，高炉中由于还原性气体浓度升高，与CO和H2发生还原反应：富氢燃气低CO2排放的富氢碳高炉工艺在高含氢量的煤气条件下，氢气会大量参与矿石的还原过程，高炉内铁矿石的还原得到极大的加强，矿石在 炉内很快得到较充分的还原得到富氢碳高炉煤气。
除尘装置，所述除尘装置分别与所述富氢碳高炉的高炉炉顶煤气经过粗除尘、精细除尘脱水减压后，进入管网，一部分煤气给加热炉提供燃料加热鼓风和氧气使用。
本发明的富氢燃气低CO2排放的富氢碳高炉炼铁工艺，将鼓风超高50%以上含氧量的超高氧含量鼓风、焦炉煤气、天然气由高炉下部的复合式风口喷入到富氢碳高炉中，替代下部的喷煤及加入炉内的焦炭。天然气供给系统，焦炉煤气供给系统提供2种喷吹富氢燃气系统，可以增加对高炉热制度的调剂手段，通过经验置换比调整热制度，同时也可以在某种气体量有所限制时实现互补。
所述复合风口装置用于鼓风和风口喷吹煤气，风口喷吹煤粉的组合功能。
本发明的积极效果在于：
1）喷吹工艺简单、可靠，计量和控制易于实现且精度较高。
2）可以提高煤气价值。按焦炉煤气进行测算，由于焦炉煤气含H250～60%，是优质还原剂，而非优质燃料，作为燃料和作为原料气用作还原剂在钢铁企业里所体现的价值不同。作为燃料燃烧，用于CCPP发电的价值0.9元/Nm3；用于供热（蒸汽）的价值0.7元/Nm3。作为还原剂使用的价值（置换焦炭）1.0元/Nm3；另外，高炉使用焦炉煤气后炉顶煤气中的H2和CO含量增加，即煤气被富化，再用作燃料时，总的能量利用率会提高。
3）可以显著减排CO2。据体积每喷吹1Nm3/tFe焦炉煤气时，吨铁可以减排CO21.23kg。高炉的冶炼效率大大提高， 高炉利用系数能进一步提高。相同容积高炉其产量将大幅度提高。
4）以喷吹富氢焦炉煤气为例：喷吹焦炉煤气时可以显著降低炼铁成本。按当前市场价格测算：焦炉煤气单一置换焦炭时：当置换比分别为0.3，0.4，0.5时，吨铁降成本分别为81.08元，98.08元，118.08元；考虑吨铁动力最大消耗48.90元，实际吨铁效益分别为32.18元，49.18元，69.18元。焦炉煤气置换焦炭和煤粉各一半时：当置换比分别为0.3，0.4，0.5时，吨铁降成本分别为65.19元，77.83元，89.90元；考虑吨铁动力最大消耗48.90元，实际吨铁效益分别为16.29元，28.93元，41.00元。
附图说明
图1为本发明富氢燃气低CO2排放的富氢碳高炉炼铁工艺示意图。
其中：1-加料系统，2-富氢碳高炉，3-复合风口，31-富氢气体环管，4-煤气重力除尘装置，5-煤气精细除尘装置，6-煤气脱水装置，7-调压阀组，8-鼓风加热炉，9-鼓风装置，10-煤气管网，11-氧气供给装置，12-天然气供给系统，13-焦炉煤气供给系统，14-煤粉供给系统。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明富氢燃气低CO2排放的富氢碳高炉炼铁工艺。
一种富氢燃气低CO2排放的富氢碳高炉炼铁工艺，如图1所示，包括连接有加料系统1的富氢碳高炉2，富氢碳高炉2下部炉身上均匀间隔设置着复合风口3，复合风口3与富氢气体环管31相连通，富氢碳高炉2顶部煤气出气管依次通过煤气重力除尘装置4、煤气精细除尘装置5、煤气脱水装置6与调压阀组7相连，调压阀组7的出气端连接着一组鼓风加热炉8，鼓风加热炉8还分别连接着鼓风装置9以及氧气供给装置11，所述的富氢气体环管31分别连接着鼓风加热炉8的出气管、天然气供给系统12、焦炉煤气供给系统13以及煤粉供给系统14；鼓风加热炉的鼓风风量：700Nm3/min；风温：950℃；富氢碳高炉的顶压95kPa；焦比：384kg/t；煤比100kg/t；鼓风含氧量50%，富氧率29%；风口喷吹燃气250 Nm3/t。
富氢燃气低CO2排放的富氢碳高炉炼铁工艺所使用的原燃料由加料系统1通过称量后由传输带及料车运输至炉顶，加入炉内。富氢碳高炉2用于炼铁，以便得到合格的铁水，并产生炉渣和高炉炉顶粗煤气；除尘装置4、5分别对高炉炉顶的粗煤气进行粗除尘和精细除尘，进行除尘处理，含尘处理后通过煤气脱水装置6脱水后进入调压阀组7调整富氢碳高炉的炉顶压力。
经过含尘处理的煤气一部分煤气并入煤气管网10外送，另一部分煤气给鼓风加热炉8提供燃料加热鼓风和氧气使用。
本发明的富氢燃气低CO2排放的富氢碳高炉炼铁工艺，利用鼓风装置9和氧气供给系统11调节鼓风中的含氧量，最终将鼓风超高50%以上含氧量的超高氧含量鼓风由高炉下部的复合式风口3喷入到富氢碳高炉中。
所述的天然气供给系统12，焦炉煤气供给系统13提供2种喷吹煤气系统通过定流量调节，在富氢气体环管31内混合后由高炉下部的复合式风口3喷入到富氢碳高炉中。
所述的煤粉供给系统14通过复合式风口3喷入到富氢碳高炉中。
所述复合风口3具有同时喷吹鼓风和风口喷吹煤气，风口喷吹煤粉的组合功能。
以下为对比实施例：
现有技术实施例1：产量：1150t/d；利用系数3.03；风量：1000Nm3/min；顶压95kPa；风温：950℃；焦比：504kg/t；煤比160kg/t；鼓风含氧量26%，富氧率5%；风口喷吹燃气0 Nm3/t。
现有技术实施例2：产量：1200t/d；利用系数3.15；风量：950Nm3/min；顶压95kPa；风温：950℃；焦比：464kg/t；煤比140kg/t；鼓风含氧量35%，富氧率14%；风口喷吹燃气100Nm3/t。
本发明对比实施例3：产量：1250t/d；利用系数3.3；风量：700Nm3/min；顶压95kPa；风温：950℃；焦比：384kg/t；煤比100kg/t；鼓风含氧量50%，富氧率29%；风口喷吹燃气250Nm3/t。
采用本发明工艺方法，在高炉风口喷吹富氢燃气：天然气或焦炉煤气，喷吹量200-300m3/ 吨铁；采用高富氧+鼓风的送风制度；高炉焦比可以降低到360kg/吨铁，燃料比可以降低420 kg/吨铁以下；高炉CO2排放量降低100-200kg/吨铁。
Claims (1)
1.一种富氢燃气低CO2排放的富氢碳高炉炼铁工艺，包括连接有加料系统的富氢碳高炉，富氢碳高炉下部炉身上均匀间隔设置着复合风口，复合风口与富氢气体环管相连通，富氢碳高炉顶部煤气出气管依次通过煤气重力除尘装置、煤气精细除尘装置、煤气脱水装置与调压阀组相连，其特征是：调压阀组的出气端连接着一组鼓风加热炉，鼓风加热炉还分别连接着鼓风装置以及氧气供给装置，所述的富氢气体环管分别连接着鼓风加热炉的出气管、天然气供给系统、焦炉煤气供给系统以及煤粉供给系统；鼓风加热炉的鼓风风量：700Nm3/min；风温：950℃；富氢碳高炉的顶压95kPa；焦比：384kg/t；煤比100kg/t；鼓风含氧量50%，富氧率29%；风口喷吹燃气250 Nm3/t。
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