CN114657317A - 一种低碳冶金方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低碳冶金方法，选择性回收高浓度CO混合荒煤气，不需要高成本且复杂的提纯工艺和设备设施，在正常煤气回收切换阀至转炉煤气总管之间新增可调节的阀门组，引出煤气进入新建的高浓度CO荒煤气缓存柜体中。将煤气柜体与喷煤喷吹系统相连，用压缩的富一氧化碳气体代替原喷吹用的压缩空气或氮气来喷吹煤粉。由于还原性煤气的引入，喷煤及焦炭相应减少，酌量减少焦炭消耗量的前提下，提高高炉产量，降低二氧化碳排放总量。若想进一步增加CO气量喷吹量，可增加附助管道，在风口前补入喷枪内，实现任意量喷吹的调整。

Description

一种低碳冶金方法
技术领域
本发明涉及高炉冶金还原技术领域，特别是涉及一种低碳冶金方法。
背景技术
随着“碳中和”、“碳达峰”政策落地，钢铁碳减排路线图的实施，冶金企业聚焦务实行动，加速绿色转型，探索发展和保护相协同的新路径。而中国的钢铁90％以上是采用高炉的长流程，总资产上万亿计，每年CO2排放18亿吨左右，约占我国总碳排放的15％以上，而整个炼铁的碳排放又占钢铁全流程的85％，因此炼铁的减碳是重中之重。
发明内容
本发明的目的是提供一种低碳冶金方法，以解决上述现有技术存在的问题，在短期内让高炉工序有效降低碳排放，循环利用净化后的高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气以及其他化工相关联的还原性气体，不仅降低焦比，减少碳排放，且可以使高炉得以延续，实现长流程的碳排放强度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种低碳冶金方法，包括以下步骤：
利用转炉煤气回收系统，阶段回收高浓度还原气体混合煤气；
经过除尘后的还原气体混合煤气经过轴流风机或加压风机后，不合格的还原气体混合煤气经阀一排入放散管，合格可回收的还原气体混合煤气经过阀二进入水洗除尘降温器；
所述水洗除尘降温器的出气端分别通过管路连接有转炉煤气柜和专用高浓度煤气柜，所述水洗除尘降温器与专用高浓度煤气柜连通的管路上设置有气体浓度检测仪和阀三，当气体浓度检测仪的检测值低于设定值时，阀三处于关闭状态，还原气体混合煤气直接压入转炉煤气柜中；当气体浓度检测仪的检测值高于等于设定值时，开启阀三，由于专用高浓度煤气柜的柜压低于转炉煤气柜的柜压，还原气体混合煤气先进入专用高浓度煤气柜；
根据生产需要利用煤气加压机自专用高浓度煤气柜取煤气并送入吹气管网，自煤气加压机加压后的高浓度的还原气体混合煤气经过阀门一作为高炉喷煤的工作载体气进入高炉喷煤系统喷吹煤粉，最后高浓度的还原气体混合煤气将煤粉一同喷入高炉中，整个流程系统结束。如果高炉需要增加更多高浓度还原气，可以在高浓度专用煤气加压机后，另增加一路直接喷入高炉风口。
优选地，还原气体混合煤气经所述水洗除尘降温器降温至可入柜温度后输入转炉煤气柜中。
优选地，所述阀三的输出端配置流量测量仪，流量测量仪的开启度小于等于气体浓度检测仪显示的流量。
优选地，当经煤气加压机加压后的高浓度的还原气体混合煤气量大时，可打开阀门二进入旁通管，在高炉风口前合并或分开进入风口喷吹。
优选地，所述还原气体混合煤气为一氧化碳混合煤气或焦炉煤气或化工高氢尾气或纯净CO气体或纯氢。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
1.省略高成本的一氧化碳提纯工序。
2.根据高炉的喷吹管道大小适量喷吹，初期建设成本低。
3.高浓度一氧化碳煤气加压采用常规加压机就能满足，无需新的设备选择。
4.适用于所有黑色冶金高炉，特别是没有富氧能力增加的企业，不需增加富氧就可以提高高炉产量，降低碳排放指标，降低综合燃料比20千克以上；炉前能够配套换热加热系统，效果更好。
附图说明
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为低碳冶金方法的流程图；
其中，1轴流风机；2阀一；3阀二；4水洗除尘降温器；5CO浓度检测仪；6转炉煤气柜；7专用高浓度煤气柜；8煤气加压机；9阀三；10阀门二；11阀门一；12高炉喷煤系统；13高炉。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种低碳冶金方法，以解决上述现有技术存在的问题，在短期内让高炉工序有效降低碳排放，循环利用净化后的高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气以及其他化工相关联的还原性气体，不仅降低焦比，减少碳排放，且可以使高炉得以延续，实现长流程的碳排放强度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种低碳冶金方法，因地制宜，结合钢铁企业自身煤气管网功能，进行必要的工程技术改造，收集、高浓度净化还原性转炉煤气，并网灵活处理，将其作为高炉喷煤的工作载体气或高炉冶炼的还原气。该低碳冶金方法，工艺技术路线简单，投入低，便于实现，鼓入还原性的气体可以改善高炉内的气流分布，改善高炉内还原动力学条件，减轻高炉炉缸负担，提高还原效能，降低高炉还原剂的消耗，预计可实现碳减量5％的目标。
具体地，利用转炉煤气回收系统，将转炉氧枪口、给料口氮封改为蒸汽密封或二氧化碳密封，阶段回收还原气体混合煤气；经过除尘后的还原气体混合煤气经过轴流风机1或加压风机后，不合格的还原气体混合煤气经阀一2排入放散管，合格可回收的还原气体混合煤气经过阀二3进入水洗除尘降温器4；
水洗除尘降温器4的出气端分别通过管路连接有转炉煤气柜5和专用高浓度煤气柜6，水洗除尘降温器4与专用高浓度煤气柜7连通的管路上设置有气体浓度检测仪和阀三9，当气体浓度检测仪的检测值低于设定值时，阀三9处于关闭状态，还原气体混合煤气直接压入转炉煤气柜6中；当气体浓度检测仪的检测值高于等于设定值时，开启阀三9，由于专用高浓度煤气柜7的柜压低于转炉煤气柜6的柜压，还原气体混合煤气先进入专用高浓度煤气柜7；
根据生产需要利用煤气加压机8自专用高浓度煤气柜7取煤气并送入喷吹气管网，自煤气加压机8加压后的高浓度的还原气体混合煤气经过阀门一11作为高炉喷煤的工作载体气进入高炉喷煤系统12喷吹煤粉，最后高浓度的还原气体混合煤气将煤粉一同喷入高炉13中，整个流程系统结束。
高浓度还原气体混合煤气采用选择性回收的简洁方式。阀三9与轴流风机1的流量及CO浓度检测仪5连锁，阀三9的开关取决于CO浓度检测仪5，阀三9的开启度小于等于轴流风机1的流量测量仪显示的流量，不会出现高柜压煤气柜向低柜压煤气柜输送的可能性。当高炉需要高浓度的还原气体混合煤气量大时，可打开阀门二10进入旁通管，在高炉风口前合并或分开进入风口喷吹。
其中，还原气体混合煤气经水洗除尘降温器4降温至可入柜温度后输入转炉煤气柜6中。阀三9的输入分支接口前配置CO浓度检测仪5，阀三9的开启度小于等于加压风机流量计显示的流量。
当高炉需要增加用量时，经煤气加压机8加压后的高浓度的还原气体混合煤气量大时，可打开阀门二10进入旁通管，在高炉12风口前合并或分开进入风口喷吹。
还原气体混合煤气为一氧化碳混合煤气或焦炉煤气或化工高氢尾气或纯净CO气体或纯氢。
本回收方式不仅适用于转炉煤气回收，也适用于电炉煤气回收。为了获得低氮高浓度CO混合气，将转炉或电炉加料口、氧枪口的氮封改用蒸汽密封或二氧化碳密封。
实施例一
本实施例中，还原气体采用一氧化碳气体，选择性富集钢厂本身转炉冶炼过程中产生的还原性CO气体，经净化、加压后作为高炉喷煤的工作载体气，替代空气或氮气，不仅充分利用CO的还原特性，减少因为氮气不参与反应而带走能量，且可以节约综合燃料比，降低吨铁二氧化碳碳排放，是一条低碳冶金的有效实现捷径。
联合钢铁企业无论焦化、炼铁、炼钢等工序均要产生还原性气体，不管是转炉煤气、高炉煤气、热能高的焦炉煤气，均是荒煤气，之前是燃烧放散掉，再后来的燃烧加热轧钢坯，不论是哪种形式，均是燃烧后变成CO2排放。随着高炉喷煤工艺技术的实施，喷吹量越来越多，而工作载体气多为N2，众所周知，N2本身不参与反应，还会产生NXO增加环保负担，若将还原性的CO气体替代N2，二者分子量一样，在做好安全管控的技术条件下，不仅给高炉提供还原气源，且可以节约能耗，减轻环保压力。该发明的实施，无论是从热力学看还是从动力学看，都会非常有利于冶金过程。通过循环，给高炉加入相应的能量，实现碳价值的最大化利用、是一种简单易行的碳减排冶金路径。
本实施例是利用钢铁企业转炉煤气回收系统，选择性回收高浓度CO混合荒煤气，不需要高成本且复杂的提纯工艺和设备设施，在正常煤气回收切换阀至转炉煤气总管之间新增可调节的阀门组，引出煤气进入新建的高浓度CO荒煤气缓存柜体中。将煤气柜体与喷煤喷吹系统相连，用加压的富一氧化碳气体代替原喷吹用的压缩空气或氮气来喷吹煤粉。由于还原性煤气的引入，喷煤及焦炭相应减少，酌量减少焦炭消耗量的前提下，提高高炉产量，降低二氧化碳排放总量。若想进一步增加CO气量喷吹量，可增加附助管道，在风口前补入喷枪内，实现任意量喷吹的调整。
具体地，利用转炉煤气回收系统，阶段回收高浓度一氧化碳混合荒煤气，经过除尘后的煤气经轴流风机1(或加压风机)，不可回收的转炉煤气经阀一2排入放散管，可回收的转炉煤气经过阀二3进入水洗除尘降温器4，合格可回收煤气降温至可入柜温度后输入常规通用转炉煤气柜6，根据CO浓度检测仪5判断浓度，浓度可根据用户需求自由调整，不需要特别要求，一般控制CO含量不低于70％。低于设定值阀三9处于关闭状态，可回收煤气直接压入转炉煤气柜6，此柜是现有标准配置转炉煤气柜。当CO浓度检测仪5检测到浓度高于等于设定值时，开启阀三9，该阀三9的输出端配置流量测量仪，它的开启度小于等于轴流风机1显示的流量。专用高浓度煤气柜7的柜压低于转炉煤气柜6的柜压500pa，只要打开阀三9可回收煤气优先进入专用高浓度煤气柜7，实现高浓度煤气自动分离，反之当检测到浓度低于设定值时，关闭阀三9，系统配置PLC自动控制运行。
高浓度一氧化碳煤气经阀三9进入专用高浓度煤气柜7，根据生产需要利用煤气加压机8自专用高浓度煤气柜7取煤气送入专用富一氧化碳煤气管网。自煤气加压机8加压后的高浓度CO煤气经过阀门一11代替压缩空气(或氮气)作为高炉喷煤的工作载体气进入高炉喷煤系统12喷吹煤粉，最后高浓度CO气体将煤粉一同喷入高炉13中，整个流程系统结束。
自煤气加压机8加压后的高浓度CO煤气在高炉需要量大时，可打开阀门二10进入旁通管，在高炉13风口前合并或分开进入风口喷吹。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种低碳冶金方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用转炉煤气回收系统，阶段回收还原气体混合煤气；
经过除尘后的还原气体混合煤气经过轴流风机或加压风机后，不合格的还原气体混合煤气经阀一排入放散管，合格可回收的还原气体混合煤气经过阀二进入水洗除尘降温器；
所述水洗除尘降温器的出气端分别通过管路连接有转炉煤气柜和专用高浓度煤气柜，所述水洗除尘降温器与专用高浓度煤气柜连通的管路上设置有气体浓度检测仪和阀三，当气体浓度检测仪的检测值低于设定值时，阀三处于关闭状态，还原气体混合煤气直接压入转炉煤气柜中；当气体浓度检测仪的检测值高于等于设定值时，开启阀三，由于专用高浓度煤气柜的柜压低于转炉煤气柜的柜压，还原气体混合煤气先进入专用高浓度煤气柜；
根据生产需要利用煤气加压机自专用高浓度煤气柜取煤气并送入吹气管网，自煤气加压机加压后的高浓度的还原气体混合煤气经过阀门一作为高炉喷煤的工作载体气进入高炉喷煤系统喷吹煤粉，最后高浓度的还原气体混合煤气将煤粉一同喷入高炉中，整个流程系统结束。
2.根据权利要求1所述的低碳冶金方法，其特征在于：还原气体混合煤气经所述水洗除尘降温器降温至可入柜温度后输入转炉煤气柜中。
3.根据权利要求1所述的低碳冶金方法，其特征在于：所述阀三的输出端配置流量测量仪，流量测量仪的开启度小于等于气体浓度检测仪显示的流量。
4.根据权利要求1所述的低碳冶金方法，其特征在于：当经煤气加压机加压后的高浓度的还原气体混合煤气量大时，可打开阀门二进入旁通管，在高炉风口前合并或分开进入风口喷吹。
5.根据权利要求1所述的低碳冶金方法，其特征在于：所述还原气体混合煤气为一氧化碳混合煤气或焦炉煤气或化工高氢尾气或纯净CO气体或纯氢。
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