CN115491446A - 一种高效利用高炉渣余热的低碳冶炼方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效利用高炉渣余热的低碳冶炼方法及系统，所述方法包括：(1)由高炉排出的液态高炉渣进入粒化装置进行粒化，粒化的过程中向所述液态高炉渣的表面喷淋煤粉，使所述液态高炉渣的颗粒表面负载煤粉后排出；(2)将负载煤粉的炉渣送入反应装置内，作为热载体与预热后的所述高炉工作中产生的一次煤气中的CO2接触反应，煤粉与CO2发生还原反应生成CO气体，使所述一次煤气的成分改变，同时对所述一次煤气进行预热，得到二次煤气；(3)对二次煤气进行加压，然后喷入所述高炉的炉内，作为原料降低所述高炉的碳素消耗。采用上述方法对高炉渣和高炉煤气进行回收利用，可以节约资源，减少气体排放，具有环保效益和经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及高炉炼铁资源回收技术，尤其是一种高效利用高炉渣余热的低碳冶炼方法及系统。
背景技术
钢铁行业中的高炉生产技术不断突破，在最新的研究中，采用富氧或者全氧高炉炉顶煤气循环技术，该方法通过将高炉煤气进行CO2分离后，重新喷入高炉，以提高燃料化学能的利用率，非常有利于高炉的低碳生产。
但是，分离后的CO2气体再利用后如果直接的排放，无疑会增加环境的负担，同时CO2分离提取的过程也有大量的能源消耗。在《高炉喷吹煤气工艺中炉顶煤气循环的变化规律》一文中(钢铁,2018,53(2):5)，报道了利用造气炉将高炉炉顶煤气中的CO2转换成CO的方法，但是该方法本身需要大量的热作为条件，不仅不能降低整个工序的CO2排放，还会使整个工序的能耗增加。
另一方面，在钢铁企业中，虽然大量的废气的显热已经得到了有效的回收利用，但是高温产品以及高温炉渣的显热并未得到有效利用，特别是高温炉渣。高炉渣是高炉生产过程中的主要副产品，含热量丰富，每生产1吨生产要副产大约0.3-0.5吨的炉渣，每吨渣约含有(1260-1880)MJ的显热。约为60多公斤标煤所含热量，为高炉生产1t生铁所需能量的13％，是钢铁企业不可多得的高品质热源。
因此，对高温炉渣余热进行高效利用，不仅可以有效的降低钢铁企业的能源消耗，带来可观的经济效率，还能帮助企业实现节能减排的目标。但是目前高炉上最常用的炉渣处理，无论工艺如何其本质都是水淬法，该方法不仅浪费大量的水资源，而且炉渣所带的显热都被水带走了。因此，开发一种新的利用高炉渣的技术是一个亟待解决问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的高炉渣回收技术存在的不足，提供一种高效利用高炉渣余热的低碳冶炼方法及系统，该方法通过将高炉渣与煤粉进行混合粒化，然后与高炉产生的一次煤气进行反应，形成还原性的二次煤气，回用到高炉的冶炼过程，不仅可以降低原本炼铁的能耗，还能减少废气的排放，符合绿色、环保要求。
具体方案如下：
一种高效利用高炉渣余热的低碳冶炼方法，包括：
(1)由高炉排出的液态高炉渣进入粒化器进行粒化，粒化的过程中向所述液态高炉渣的表面喷淋煤粉，使所述液态高炉渣的颗粒表面负载煤粉后排出，得到负载煤粉的炉渣；
(2)所述负载煤粉的炉渣送入反应装置内，作为热载体与预热后的所述高炉工作中产生的一次煤气中的CO2接触反应，煤粉与CO2发生还原反应生成CO气体，使所述一次煤气的成分改变，同时对所述一次煤气进行预热，得到二次煤气和固相混合物；
(3)对所述二次煤气进行加压，然后喷入所述高炉的炉内，作为原料降低所述高炉的碳素消耗。
进一步的，还包括步骤(4)，采用鼓风装置对步骤(2)中所述固相混合物进行冷却处理，所述鼓风装置产生的冷风被加热后，进入余热锅炉内进行余热利用。
进一步的，步骤(1)中所述负载煤粉的炉渣的温度在1000-1200℃，粒度控制在2mm以下。
本发明还保护一种高效利用高炉渣余热的低碳冶炼系统，包括高炉冶炼单元，高炉渣粒化单元、反应冷却单元和气体处理单元；
所述高炉冶炼单元包括高炉本体，所述高炉本体连接加压装置、输送装置，从而将所述高炉本体工作中产出的一次煤气输送进入所述反应冷却单元；还包括喷吹装置，用于将所述气体处理单元中的气体输送进入所述高炉本体；
所述高炉渣粒化单元用于将所述高炉本体产生的液态高炉渣与煤粉混合粒化，包括用于通入液态高炉渣的导渣槽，用于通入煤粉的煤粉导入装置，粒化器和渣粒收集器；所述粒化器置于所述渣粒收集器内，所述导渣槽和所述煤粉导入装置均与所述粒化器的进料口连接，所述渣粒收集器的底部为物料出口；
所述反应冷却单元置于所述渣粒收集器的下方，所述反应冷却单元包括反应装置，所述反应装置的物料进口与所述渣粒收集器的物料出口相连通，所述反应装置设置气相物料进口，所述气相物料进口与所述高炉冶炼单元的所述输送装置相连，从而使经过所述高炉渣粒化单元粒化后的负载煤粉的炉渣，在所述反应装置内与所述一次煤气中的CO2发生反应生成二次煤气，所述二次煤气的出口设置于所述反应装置的上部；
所述气体处理单元用于将所述二次煤气输送进入所述高炉冶炼单元，所述气体处理单元的进气口与所述二次煤气的出口相连，所述气体处理单元的出气口与所述高炉冶炼单元相连。
进一步的，所述煤粉导入装置为煤粉喷枪。
进一步的，所述粒化器包括位于内层的粒化装置和位于外层的气体预热装置，所述粒化装置的上部设有煤粉喷吹装置，所述煤粉喷吹装置与煤粉导入装置相连；所述气体预热装置在工作状态下的上部设置气体进口，下部设置预热气体出口，所述预热气体出口与所述二次煤气的出口相通。
进一步的，所述高炉冶炼单元中的所述输送装置与所述反应冷却单元的所述反应装置的两端或者四周相连。
进一步的，所述高炉冶炼单元中，所述喷吹装置的一端与所述所述气体处理单元相连，另一端连接所述高炉本体的风口和/或所述高炉的炉身下部。
进一步的，还包括炉渣二次冷却处理单元，所述炉渣二次冷却处理单元包括储渣器、鼓风装置和余热锅炉，所述反应冷却单元的固相物料出口通过排料装置与所述储渣器的进料端连接，所述鼓风装置的出风口与所述储渣器的内部连通，所述储渣器通过换热气体输送管线与所述余热锅炉连接。
进一步的，所述高炉本体进行炼铁操作，产生的一次煤气经所述加压装置、所述输送装置进入所述反应冷却单元；
所述高炉本体炼铁操作产生的液态高炉渣与煤粉在所述高炉渣粒化单元进行混合粒化，首先将所述液态高炉渣通过所述导渣槽，送入粒化器；同时，将煤粉通过导入装置送入所述粒化器，在所述粒化器内使所述液态高炉渣的颗粒表面负载煤粉后排出，得到负载煤粉的炉渣，通过所述渣粒收集器进行收集；
将所述渣粒收集器中收集到的负载煤粉的炉渣，送入所述反应冷却单元的反应装置中，同时通过所述反应装置的所述气相物料进口输入所述一次煤气，使所述负载煤粉的炉渣，在所述反应装置内与所述一次煤气中的CO2发生反应生成二次煤气；
将所述二次煤气经所述气体处理单元输送到所述高炉冶炼单元，经所述喷吹装置进入所述高炉本体，用作炼铁的原料；
优选地，还包括采用鼓风装置对反应装置产生的固相混合物进行冷却处理，所述鼓风装置产生的冷风被加热后，进入余热锅炉内进行余热利用。
有益效果：
本发明中，所述高效利用高炉渣余热的低碳冶炼方法，采用高炉渣余热作为热源对CO2进行还原，替代了传统的造气炉，降低了造气的成本。
再则，所述高效利用高炉渣余热的低碳冶炼方法，采用负载煤粉的炉渣热载体与CO2气体进行还原，充分的利用了炉渣的显热，生产了高CO含量的二次煤气，并将其作为高炉冶炼的还原剂，以替代高炉的焦炭或煤粉，不仅可以帮助钢铁企业降低能耗，还能帮助钢铁企业实现减排。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1是本发明一个实施例1提供的系统结构示意图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在下面的实施例中，如未明确说明，“％”均指重量百分比。
实施例1
高效利用高炉渣余热的低碳冶炼系统，如图1所示，具体的，该系统包括：高炉冶炼单元1，高炉渣粒化单元2、反应冷却单元3和气体处理单元4；其中，
所述高炉冶炼单元1包括高炉本体，所述高炉本体连接加压装置、输送装置，从而将所述高炉本体工作中产出的一次煤气输送进入所述反应冷却单元2。所述高炉冶炼单元1还包括喷吹装置6，用于将所述气体处理单元中的气体输送进入所述高炉本体。
所述高炉渣粒化单元2用于将所述高炉本体产生的液态高炉渣与煤粉混合粒化，包括用于通入液态高炉渣的导渣槽，用于通入煤粉的煤粉导入装置，粒化器和渣粒收集器；所述粒化器置于所述渣粒收集器内，所述导渣槽和所述煤粉导入装置均与所述粒化器的进料口连接，所述渣粒收集器的底部为物料出口；优选地，煤粉导入装置为煤粉喷枪。
在具体的实施例中，粒化器包括位于内层的粒化装置和位于外层的气体预热装置，所述粒化装置的上部设有煤粉喷吹装置，所述煤粉喷吹装置与煤粉导入装置相连；所述气体预热装置在工作状态下的上部设置气体进口，下部设置预热气体出口，所述预热气体出口与二次煤气的出口相通。
所述反应冷却单元3置于所述渣粒收集器的下方，所述反应冷却单元包括反应装置，所述反应装置的物料进口与所述渣粒收集器的物料出口相连通，所述反应装置设置气相物料进口，所述气相物料进口与所述高炉冶炼单元的所述输送装置相连，从而使经过所述高炉渣粒化单元粒化后的负载煤粉的炉渣，在所述反应装置内与所述一次煤气中的CO2发生反应生成二次煤气，所述二次煤气的出口设置于所述反应装置的上部。
优选地，所述高炉冶炼单元1中的所述输送装置与所述反应冷却单元3的所述反应装置的两端或者四周相连，以提高一次煤气的输送效率。
所述气体处理单元4用于将所述二次煤气输送进入所述高炉冶炼单元1，所述气体处理单元4的进气口与所述二次煤气的出口相连，所述气体处理单元4的出气口与所述高炉冶炼单元1中的喷吹装置6相连。
优选地，所述喷吹装置6的一端与所述所述气体处理单元4相连，另一端连接所述高炉本体的风口和/或所述高炉的炉身下部，以保证二次煤气与冶炼物料充分接触，提高反应效率。
为了提高热量利用效率，在其他实施例中，还可以包括炉渣二次冷却处理单元5，包括储渣器、鼓风装置和余热锅炉，所述反应冷却单元3的固相物料出口通过排料装置与所述储渣器的进料端连接，所述鼓风装置的出风口与所述储渣器的内部连通，所述储渣器通过换热气体输送管线与所述余热锅炉连接。
实施例2
采用实施例1中的系统进行高效利用高炉渣余热的低碳冶炼，包括以下步骤：
(1)由高炉排出的液态高炉渣进入粒化器进行粒化，粒化的过程中向所述液态高炉渣的表面喷淋煤粉，使所述液态高炉渣的颗粒表面负载煤粉后排出，得到负载煤粉的炉渣；
(2)所述负载煤粉的炉渣送入反应装置内，作为热载体与预热后的所述高炉工作中产生的一次煤气中的CO2接触反应，煤粉与CO2发生还原反应生成CO气体，使所述一次煤气的成分改变，同时对所述一次煤气进行预热，得到二次煤气和固相混合物；
(3)对所述二次煤气进行加压，然后喷入所述高炉的炉内，作为原料降低所述高炉的碳素消耗。
具体的，所述高炉本体进行炼铁操作，产生的一次煤气经所述加压装置、所述输送装置进入所述反应冷却单元；
所述高炉本体炼铁操作产生的液态高炉渣与煤粉在所述高炉渣粒化单元2进行混合粒化，首先将所述液态高炉渣通过所述导渣槽，送入粒化器；同时，将煤粉通过导入装置送入所述粒化器，在所述粒化器内使所述液态高炉渣的颗粒表面负载煤粉后排出，得到负载煤粉的炉渣，通过所述渣粒收集器进行收集；
将所述渣粒收集器中收集到的负载煤粉的炉渣，送入所述反应冷却单元3的反应装置中，同时通过所述反应装置的所述气相物料进口输入所述一次煤气，使所述负载煤粉的炉渣，在所述反应装置内与所述一次煤气中的CO2发生反应生成二次煤气；
将所述二次煤气经所述气体处理单元4输送到所述高炉冶炼单元1，经所述喷吹装置6进入所述高炉本体，用作炼铁的原料；
优选地，还包括采用鼓风装置对反应装置产生的固相混合物进行冷却处理，所述鼓风装置产生的冷风被加热后，进入余热锅炉内进行余热利用。
优选地，所述负载煤粉的炉渣的温度在1000-1200℃，粒度控制在2mm以下，其能够保证有足够的温度，同时较小的炉渣粒度，可以使其更加充分的和煤气接触，使得CO2更好的和负载煤气反应。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种高效利用高炉渣余热的低碳冶炼方法，其特征在于：包括：
(1)由高炉排出的液态高炉渣进入粒化器进行粒化，粒化的过程中向所述液态高炉渣的表面喷淋煤粉，使所述液态高炉渣的颗粒表面负载煤粉后排出，得到负载煤粉的炉渣；
(2)所述负载煤粉的炉渣送入反应装置内，作为热载体与预热后的所述高炉工作中产生的一次煤气中的CO2接触反应，煤粉与CO2发生还原反应生成CO气体，使所述一次煤气的成分改变，同时对所述一次煤气进行预热，得到二次煤气和固相混合物；
(3)对所述二次煤气进行加压，然后喷入所述高炉的炉内，作为原料降低所述高炉的碳素消耗。
2.根据权利要求1所述高效利用高炉渣余热的低碳冶炼方法，其特征在于：还包括步骤(4)，采用鼓风装置对步骤(2)中所述固相混合物进行冷却处理，所述鼓风装置产生的冷风被加热后，进入余热锅炉内进行余热利用。
3.根据权利要求1或2所述高效利用高炉渣余热的低碳冶炼方法，其特征在于：步骤(1)中所述负载煤粉的炉渣的温度在1000-1200℃，粒度控制在2mm以下。
4.一种高效利用高炉渣余热的低碳冶炼系统，其特征在于：包括高炉冶炼单元，高炉渣粒化单元、反应冷却单元和气体处理单元；
所述高炉冶炼单元包括高炉本体，所述高炉本体连接加压装置、输送装置，从而将所述高炉本体工作中产出的一次煤气输送进入所述反应冷却单元；还包括喷吹装置，用于将所述气体处理单元中的气体输送进入所述高炉本体；
所述高炉渣粒化单元用于将所述高炉本体产生的液态高炉渣与煤粉混合粒化，包括用于通入液态高炉渣的导渣槽，用于通入煤粉的煤粉导入装置，粒化器和渣粒收集器；所述粒化器置于所述渣粒收集器内，所述导渣槽和所述煤粉导入装置均与所述粒化器的进料口连接，所述渣粒收集器的底部为物料出口；
所述反应冷却单元置于所述渣粒收集器的下方，所述反应冷却单元包括反应装置，所述反应装置的物料进口与所述渣粒收集器的物料出口相连通，所述反应装置设置气相物料进口，所述气相物料进口与所述高炉冶炼单元的所述输送装置相连，从而使经过所述高炉渣粒化单元粒化后的负载煤粉的炉渣，在所述反应装置内与所述一次煤气中的CO2发生反应生成二次煤气，所述二次煤气的出口设置于所述反应装置的上部；
所述气体处理单元用于将所述二次煤气输送进入所述高炉冶炼单元，所述气体处理单元的进气口与所述二次煤气的出口相连，所述气体处理单元的出气口与所述高炉冶炼单元相连。
5.根据权利要求4所述高效利用高炉渣余热的低碳冶炼系统，其特征在于：所述煤粉导入装置为煤粉喷枪。
6.根据权利要求4所述高效利用高炉渣余热的低碳冶炼系统，其特征在于：所述粒化器包括位于内层的粒化装置和位于外层的气体预热装置，所述粒化装置的上部设有煤粉喷吹装置，所述煤粉喷吹装置与煤粉导入装置相连；所述气体预热装置在工作状态下的上部设置气体进口，下部设置预热气体出口，所述预热气体出口与所述二次煤气的出口相通。
7.根据权利要求4所述高效利用高炉渣余热的低碳冶炼系统，其特征在于：所述高炉冶炼单元中的所述输送装置与所述反应冷却单元的所述反应装置的两端或者四周相连。
8.根据权利要求4所述高效利用高炉渣余热的低碳冶炼系统，其特征在于：所述高炉冶炼单元中，所述喷吹装置的一端与所述所述气体处理单元相连，另一端连接所述高炉本体的风口和/或所述高炉的炉身下部。
9.根据权利要求4-8任一项所述高效利用高炉渣余热的低碳冶炼系统，其特征在于：还包括炉渣二次冷却处理单元，所述炉渣二次冷却处理单元包括储渣器、鼓风装置和余热锅炉，所述反应冷却单元的固相物料出口通过排料装置与所述储渣器的进料端连接，所述鼓风装置的出风口与所述储渣器的内部连通，所述储渣器通过换热气体输送管线与所述余热锅炉连接。
10.根据权利要求4-8任一项所述高效利用高炉渣余热的低碳冶炼系统，其特征在于：所述高炉本体进行炼铁操作，产生的一次煤气经所述加压装置、所述输送装置进入所述反应冷却单元；
所述高炉本体炼铁操作产生的液态高炉渣与煤粉在所述高炉渣粒化单元进行混合粒化，首先将所述液态高炉渣通过所述导渣槽，送入粒化器；同时，将煤粉通过导入装置送入所述粒化器，在所述粒化器内使所述液态高炉渣的颗粒表面负载煤粉后排出，得到负载煤粉的炉渣，通过所述渣粒收集器进行收集；
将所述渣粒收集器中收集到的负载煤粉的炉渣，送入所述反应冷却单元的反应装置中，同时通过所述反应装置的所述气相物料进口输入所述一次煤气，使所述负载煤粉的炉渣，在所述反应装置内与所述一次煤气中的CO2发生反应生成二次煤气；
将所述二次煤气经所述气体处理单元输送到所述高炉冶炼单元，经所述喷吹装置进入所述高炉本体，用作炼铁的原料；
优选地，还包括采用鼓风装置对反应装置产生的固相混合物进行冷却处理，所述鼓风装置产生的冷风被加热后，进入余热锅炉内进行余热利用。
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