CN114457202B - 一种富氢碳循环高炉喷吹高温煤气的煤气加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富氢碳循环高炉喷吹高温煤气的煤气加热系统，富氢碳循环高炉的炉顶通过管路依次连接着湿法除尘脱水减压系统以及富氢炉煤气脱碳装置，富氢炉脱碳煤气与欧冶炉脱碳煤气和焦炉煤气在混合装置混合，混合掺入体积量为富氢碳循环高炉高温提质煤气通入体积量的10～23％，混合后的煤气分成3路分别进入三组电加热器进行加热，同时进入的煤气通过电加热器煤气进气快切装置和流量调节装置进行流量调节或事故切断；第一组电加热器加热的煤气与冷煤气混合均匀达到950℃后，喷入炉身内部；第二组电加热器和第三组电加热器加热的煤气与冷煤气混合均匀达到1100℃后，通过风口煤气稳压缓冲器稳压缓冲后由风口的复合风口喷入炉缸内部。

Description

一种富氢碳循环高炉喷吹高温煤气的煤气加热系统

技术领域

本发明涉及一种富氢碳循环高炉喷吹高温煤气的煤气加热系统，适用于高炉及非高炉熔融还原炼铁工艺领域。

背景技术

传统高炉炼铁工艺中，主要燃料以焦炭和煤粉为主，从炉顶装入含铁炉料和焦炭，同时从炉缸风口喷入高温富氧热空气和煤粉。传统的高炉炼铁工艺需要使用大量化石燃料焦炭和煤粉，焦炭在炉内起着骨架、发热剂、还原剂的作用，传统高炉高温鼓风带入大量高温惰性气体N2，使得炉身煤气中CO所占比例不足40％，铁矿石在炉内发生间接还原的反应程度较低， 因此大量FeO进入高炉炉缸，并在高温区与焦炭发生直接还原，造成焦炭大量消耗；传统高炉需要采用热风炉加热空气消耗了大量的煤气，造成热风炉能耗较大，并造成CO2排放量进一步上升。

另外传统高炉低碳炼铁技术的有效途径就是高富氧冶炼技术的利用，如超过5%的富氧率，但是其弊端在于单位碳素燃烧生成的煤气量减少，风口前理论燃烧温度上升。热量集中于高炉下部，炉缸温度上升，对硅、锰等一些难还原元素的还原十分有利。富氧鼓风使风口前理论燃烧温度提高，可进一步增加喷吹燃料数量，喷吹煤粉超过极限，未燃煤粉增多，易造成炉缸堆积，炉况恶化，同时由于高富氧冶炼（超过5%的富氧率）的高炉流到炉身上部的气体量较之前有了大幅度的减少，因此带入高炉上部的热量随之大幅度减少，从而造成高炉上冷下热的问题，从而影响高炉整体合理温度场的分布，易造成炉况失常，形成悬料、炉凉、甚至炉缸冻结等大的恶性高炉生产事故。

发明内容

本发明的目的在于提出一种富氢碳循环高炉喷吹高温煤气的煤气加热系统，可以实现高炉高富氧全氧冶炼，利用炉顶煤气循环脱除CO2工艺，循环至炉身加热煤气喷吹、循环至风口加热热煤气喷吹，最终实现富氢碳循环冶金，大幅减少炼铁过程中的温室气体CO2排放。

本发明采用的技术方案是，一种富氢碳循环高炉喷吹高温煤气的煤气加热系统，主要包括：富氢碳循环高炉、富氢炉煤气脱碳装置、第一组电加热器，第二组电加热器；第三组电加热器，富氢碳循环高炉的炉顶通过管路依次连接着湿法除尘脱水减压系统以及富氢炉煤气脱碳装置，富氢炉煤气脱碳装置、焦炉煤气系统、欧冶炉脱碳煤气系统三者均与一个混合装置相连通，富氢炉脱碳煤气与欧冶炉脱碳煤气和焦炉煤气在混合装置混合，混合掺入体积量为富氢碳循环高炉高温提质煤气通入体积量的10～23％，混合后的煤气分成3路分别进入第一组电加热器，第二组电加热器，第三组电加热器，进行加热，同时进入的煤气通过电加热器煤气进气快切装置和流量调节装置进行流量调节或事故切断；3组电加热器通过进口进气快切装置和流量调节装置，3组电加热器出口设置电加热器出口快切装置，3组电加热器的进气端还分别连接着蒸汽系统；第一组电加热器加热的煤气通过炉身冷热煤气勾兑装置与炉身冷煤气流量控制装置将热煤气与冷煤气混合均匀达到950℃后，通过炉身煤气稳压缓冲器稳压缓冲后由炉身的煤气口喷入炉身内部；第二组电加热器和第三组电加热器加热的煤气通过风口冷热煤气勾兑装置与风口冷煤气流量控制装置将热煤气与冷煤气混合均匀达到1100℃后，通过风口煤气稳压缓冲器稳压缓冲后由风口的复合风口喷入炉缸内部，此时喷入的还必须包括氧气。

进一步，所述的第一组电加热分为3级，温度第一级加热至550℃，温度第二级加热至750℃，温度第三级加热至950℃；所述的第二组电加热分为3级，温度第一级加热至525℃，温度第二级加热至900℃，温度第三级加热至＞1100℃；所述的第三组电加热分为3级，温度第一级加热至525℃，温度第二级加热至900℃，温度第三级加热至＞1100℃；

进一步，所述的三组加热器顶部均与放散系统相连，作为置换煤气使用；所述的第一组电加热器的出口设置有一套冷热煤气勾兑装置；所述的第二组、三组电加热器的出口设置有一套冷热煤气勾兑装置；所述的2套冷热煤气勾兑装置进出口均设置有阀门，冷热煤气勾兑装置为圆柱形，圆柱的两个底面一端为热煤气进口，一端为勾兑混合后的煤气出口，冷煤气由圆柱侧面进入，冷煤气由加热器的进口冷煤气总管引入，冷煤气的引入具有流量调节控制装置。

进一步，所述的2套冷热煤气勾兑装置的出口均设置有一套煤气稳压缓冲器，其容积为15m³。

进一步，所述的第一组电加热器加热的煤气通过冷热煤气勾兑装置的冷煤气流量控制装置，控制煤气温度为950℃后由炉身的煤气口喷入；

进一步，所述的第二组、三组电加热器加热的煤气通过冷热煤气勾兑装置的冷煤气流量控制装置，控制煤气温度为1100℃后由炉缸的组合风口喷入；

进一步，所述的组合风口喷具有喷吹煤气和氧气的功能；

进一步，所述的第一组电加热器和第二组、三组电加热器加热加热煤气后的管道与煤气通过冷热煤气勾兑装置之间设置连通冗余装置，可以作为三组加热器的故障互补。

采用氧气鼓风后，高炉煤气中的N2由安保氮气带入，含量极少，炉腹中还原气体浓度由传统高炉的33-37％ 变为接近70-80％，从而使炉身还原势大幅度提高，改善铁矿石还原条件，直接还原度明显呈下降趋势，向0靠近，使焦比进一步降低。

本发明的主要煤气来源：欧冶炉脱碳煤气；焦炉煤气；富氢碳循环高炉自身的循环脱碳煤气。炉身和炉缸喷吹的煤气均通过电加热的方式进行，炉身下部设一排14个炉身的煤气口，喷入混合后的高温煤气，喷吹量为 20000Nm3/h，温度为950℃左右，用于补偿采用氧气鼓风后煤气水当量不够导致的炉身中上部热量不足。炉缸部位设一排14个组合风口，喷入混合后的高温煤气和氧气，高温煤气喷吹量为50000 Nm3/h，温度为1100℃左右。氧气消耗量为20000~25000 Nm3/h。该生产系统的实现方式，在煤气混合装置还要根据生产实际掺入一部分欧冶炉脱碳煤气和焦炉煤气，掺入体积量为富氢碳循环高炉高温提质煤气通入体积量的10～23％。采用全氧鼓风后，炉顶煤气主要由CO，H2，CO2，H2O和少量N2组成，氮气来源为安保氮气为了减少N2富集，可外供部分高热值煤气量，外供煤气管网的煤气量根据氮气富集情况的多少来调节。由于采用常温氧气鼓风操作，取消了热风炉加热鼓风过程，使用绿电加热煤气，实现CO2减排；同时焦比可大幅度下降，炉内煤气N2含量降低至8-12％，煤气还原势大幅提高，直接还原度降低至0.02～0.08， 减少直接还原耗碳，高炉利用系数大幅度提高至4.5-5.0，技术经济指标得到改善，高炉利用系数提高30％以上。

本发明是从高富氧到全氧富氢碳循环煤气加热技术的革新，最终在进行富氢碳循环高炉喷吹高温煤气时使风口喷入高炉的主要的还原物质由煤粉变成了加热的富氢碳循环高炉的脱碳煤气、欧冶炉脱碳煤气和焦炉煤气，焦炭作用由骨架、发热剂、还原剂的作用变成最主要的作用为其骨架作用，取消风口喷煤造气功能，具体的主要发热剂、还原剂的作用由加热的富氢碳循环高炉的脱碳煤气、欧冶炉脱碳煤气和焦炉煤气来替代。大幅度降低化石燃料焦炭的用量，替代了煤粉的用量。同时富氢碳循环高炉喷入的高温煤气，既是还原剂又是加热的热载体，高温煤气由下而上的运动，既还原了炉内矿石，又将高温热量传递给了炉料，提供了炉料反应的物理化学条件，由于是加热煤气，富氢碳循环高炉沿圆周及半径方向的温度分布形成合理的规律，由于温度场分布合理，满足了富氢碳循环高炉煤气流的合理分布，炉料加热均匀，下料顺畅，间接还原发展。同时富氢碳循环高炉喷吹高温煤气使炉腹煤气、炉身上部的气体量大幅度上升并可以通过调节煤气量，稳定炉腹煤气指数，进一步稳定炉内压差，确保炉况顺行。解决了带入高炉上部的热量不足、高炉上冷下热的问题，从而确保了炉料的还原效率及顺畅下行。同时解决了传统高炉炼铁工艺带来的CO2排放大，环境污染严重，生产率较低等问题。

附图说明：

图1为本发明的生产系统流程图。

1、富氢碳循环高炉；2、炉身的煤气口；3、复合风口；4、湿法除尘脱水减压系统；5、炉身煤气稳压缓冲器；6、炉身冷热煤气勾兑装置；7、风口煤气稳压缓冲器；8、风口冷热煤气勾兑装置；9、第一组电加热器；10、第二组电加热器；11、电加热器煤气进气快切装置和流量调节装置；12、放散系统；13、富氢炉煤气脱碳装置；14、外供煤气管网；15、焦炉煤气系统；16、欧冶炉脱碳煤气系统；17、混合装置；18、蒸汽系统；19、氮气系统；20、蒸汽流量调节装置；21、氮气流量调节装置；22、第三组电加热器；23、电加热器出口快切装置；24、连通冗余装置；25、炉身冷煤气流量控制装置；26、风口冷煤气流量控制装置；27、炉顶加料系统。

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。

一种富氢碳循环高炉喷吹高温煤气的煤气加热系统，如图1所示，主要包括：富氢碳循环高炉1、富氢炉煤气脱碳装置13、第一组电加热器9，第二组电加热器10；第三组电加热器22；其中，富氢碳循环高炉1所使用的原燃料由加料系统27通过称量后由传输带及料车运输至炉顶，加入炉内。富氢碳循环高炉1用于炼铁，以便得到合格的铁水，并产生高炉炉顶粗煤气；富氢碳循环高炉1的炉顶通过管路依次连接着湿法除尘脱水减压系统4以及富氢炉煤气脱碳装置13，将高炉炉顶的粗煤气进行粗除尘和精细除尘，含尘处理后通过煤气脱水减压后，分成2路，一路经过富氢炉煤气脱碳装置13，一路作为消除氮气富集的措施进入外供煤气管网14，富氢炉煤气脱碳装置13、焦炉煤气系统15、欧冶炉脱碳煤气系统16三者均与一个混合装置17相连通，富氢炉脱碳煤气与欧冶炉脱碳煤气和焦炉煤气在混合装置17混合，混合掺入体积量为富氢碳循环高炉高温提质煤气通入体积量的10～23％，混合后的煤气分成3路分别进入第一组电加热器9，第二组电加热器10，第三组电加热器22，进行加热，同时进入的煤气通过电加热器煤气进气快切装置和流量调节装置11进行流量调节或事故切断；3组电加热器通过进口进气快切装置和流量调节装置11，3组电加热器出口设置电加热器出口快切装置23，遇紧急停机时快切阀关闭。另外3组电加热器其中一组故障后，可以利用连通冗余装置24将3组电加热器的加热煤气互通，减少生产的大幅度波动。

氮气系统19提供氮气源，利用氮气流量调节装置21进行安保或煤气置换，通过放散系统12进行安全置换。3组电加热器的进气端还分别连接着蒸汽系统18，由蒸汽系统18提供蒸汽源，利用蒸汽流量调节装置20进行抑制析碳反应和预热煤气，同时氮气和蒸汽系统相连，具有介质临时应急替换作用。

第一组电加热器9加热的煤气通过炉身冷热煤气勾兑装置6与炉身冷煤气流量控制装置25将热煤气与冷煤气混合均匀达到950℃后，通过炉身煤气稳压缓冲器5稳压缓冲后由炉身的煤气口2喷入炉身内部；第二组电加热器10和第三组电加热器22加热的煤气通过风口冷热煤气勾兑装置8与风口冷煤气流量控制装置26将热煤气与冷煤气混合均匀达到1100℃后，通过风口煤气稳压缓冲器7稳压缓冲后由风口的复合风口3喷入炉缸内部，此时喷入的还必须包括氧气。

进一步，所述的第一组电加热9分为3级，温度第一级加热至550℃，温度第二级加热至750℃，温度第三级加热至950℃；所述的第二组电加热器10分为3级，温度第一级加热至525℃，温度第二级加热至900℃，温度第三级加热至＞1100℃；所述的第三组电加热器22分为3级，温度第一级加热至525℃，温度第二级加热至900℃，温度第三级加热至＞1100℃；

进一步，所述的三组加热器顶部均与放散系统12相连，作为置换煤气使用；所述的第一组电加热器9的出口设置有一套炉身冷热煤气勾兑装置6；所述的第二组、三组电加热器的出口设置有一套风口冷热煤气勾兑装置8；所述的2套冷热煤气勾兑装置6、8进出口均设置有阀门，冷热煤气勾兑装置6、8为圆柱形，圆柱的两个底面一端为热煤气进口，一端为勾兑混合后的煤气出口，冷煤气由圆柱侧面进入，冷煤气由加热器的进口冷煤气总管引入，冷煤气的引入具有流量调节控制装置。

进一步，所述的2套冷热煤气勾兑装置6、8的出口均设置有一套煤气稳压缓冲器5、7，其容积分别为15m³。

进一步，所述的第一组电加热器9加热的煤气通过冷热煤气勾兑装置的冷煤气流量控制装置25，控制煤气温度为950℃后由炉身的煤气口2喷入；

进一步，所述的第二组、三组电加热器10、22加热的煤气通过冷热煤气勾兑装置的冷煤气流量控制装置26，控制煤气温度为1100℃后由炉缸的复合风口3喷入；

进一步，所述的复合风口3具有喷吹煤气和氧气的功能；

进一步，所述的第一组电加热器和第二组、三组电加热器加热加热煤气后的管道与煤气通过冷热煤气勾兑装置之间设置连通冗余装置24，可以作为三组加热器的故障互补。

采用氧气鼓风后，高炉煤气中的N2由安保氮气带入，含量极少，炉腹中还原气体浓度由传统高炉的33-37％ 变为接近70-80％，从而使炉身还原势大幅度提高，改善铁矿石还原条件，直接还原度明显呈下降趋势，向0靠近，使焦比进一步降低。

实施例：

根据生产实践，在富氢碳循环高炉喷吹高温煤气的煤气加热炼铁工艺的生产系统上使用60％烧结矿、35％球团矿、5％块矿作为入炉原料， 并采用该工艺从炉缸复合风口和炉身煤气口喷入高温煤气来代替全部循环煤气，同时由炉缸复合风口喷入氧气，工艺流程图如说明书附图页图1所示， 其经济技术指标如下所示：

焦比：280kg/tHM

风口耗氧量：400Nm³/tHM

炉缸风口煤气量：910Nm3/Thm

炉缸风口煤气温度：≮1100℃

炉身煤气口循环煤气量：310Nm3/tHM

炉身煤气口温度：≮950℃

炉顶煤气量：1455Nm3/tHM

理论燃烧温度：2134℃

直接还原度：0.1。

Claims (4)

1.一种富氢碳循环高炉喷吹高温煤气的煤气加热系统，主要包括：富氢碳循环高炉（1）、富氢炉煤气脱碳装置（13）、第一组电加热器（9），第二组电加热器（10）；第三组电加热器（22）；其特征是：富氢碳循环高炉（1）的炉顶通过管路依次连接着湿法除尘脱水减压系统（4）以及富氢炉煤气脱碳装置（13），富氢炉煤气脱碳装置（13）、焦炉煤气系统（15）、欧冶炉脱碳煤气系统（16）三者均与一个混合装置（17）相连通，富氢炉脱碳煤气与欧冶炉脱碳煤气和焦炉煤气在混合装置（17）混合，混合掺入体积量为富氢碳循环高炉高温提质煤气通入体积量的10～23％，混合后的煤气分成3路分别进入第一组电加热器（9），第二组电加热器（10），第三组电加热器（22）进行加热，同时进入的煤气通过电加热器煤气进气快切装置和流量调节装置（11）进行流量调节或事故切断；3组电加热器通过进口进气快切装置和流量调节装置（11），3组电加热器出口设置电加热器出口快切装置（23），3组电加热器的进气端还分别连接着蒸汽系统（18）；第一组电加热器（9）加热的煤气通过炉身冷热煤气勾兑装置（6）与炉身冷煤气流量控制装置（25）将热煤气与冷煤气混合均匀达到950℃后，通过炉身煤气稳压缓冲器（5）稳压缓冲后由炉身的煤气口（2）喷入炉身内部；第二组电加热器（10）和第三组电加热器（22）加热的煤气通过风口冷热煤气勾兑装置（8）与风口冷煤气流量控制装置（26）将热煤气与冷煤气混合均匀达到1100℃后，通过风口煤气稳压缓冲器（7）稳压缓冲后由风口的复合风口（3）喷入炉缸内部，此时喷入的还必须包括氧气。

2.根据权利要求1所述的一种富氢碳循环高炉喷吹高温煤气的煤气加热系统，其特征是：所述的第一组电加热分为3级，温度第一级加热至550℃，温度第二级加热至750℃，温度第三级加热至950℃；所述的第二组电加热分为3级，温度第一级加热至525℃，温度第二级加热至900℃，温度第三级加热至＞1100℃；所述的第三组电加热分为3级，温度第一级加热至525℃，温度第二级加热至900℃，温度第三级加热至＞1100℃。

3.根据权利要求1或2所述的一种富氢碳循环高炉喷吹高温煤气的煤气加热系统，其特征是：所述的三组加热器顶部均与放散系统相连，作为置换煤气使用；所述的第一组电加热器的出口设置有一套冷热煤气勾兑装置；所述的第二组、三组电加热器的出口设置有一套冷热煤气勾兑装置；所述的2套冷热煤气勾兑装置进出口均设置有阀门，冷热煤气勾兑装置为圆柱形，圆柱的两个底面一端为热煤气进口，一端为勾兑混合后的煤气出口，冷煤气由圆柱侧面进入，冷煤气由加热器的进口冷煤气总管引入，冷煤气的引入具有流量调节控制装置。

4.根据权利要求3所述的一种富氢碳循环高炉喷吹高温煤气的煤气加热系统，其特征是：所述的2套冷热煤气勾兑装置的出口均设置有一套煤气稳压缓冲器，其容积为15m³。

Images