CN115786607B - 一种喷吹方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及炼铁技术领域，特别是涉及一种喷吹方法及系统。该喷吹方法包括以下步骤：将载氧体置于燃烧反应器中进行燃烧，产生的气体被送入二氧化碳脱除装置中经脱除处理后进入高炉中用于高炉循环喷吹，燃烧后得到的还原态载氧体被送入蒸汽反应器中与水蒸汽发生氧化反应，得到的氢气和水蒸汽混合气经煤气脱水装置处理后被喷吹送入高炉；蒸汽反应器中发生氧化反应后的载氧体被送入空气反应器中与空气中的氧气继续发生氧化反应，反应后的气体被送入水蒸汽发生装置中用于制备水蒸汽。本申请通过使各组件形成循环回路，并将反应过程中产生的氢气用作燃料，替代部分焦炭及煤粉等固体燃料，减少了碳排放量。
Description
技术领域
本发明涉及炼铁技术领域，特别是涉及一种喷吹方法及系统。
背景技术
中国钢铁工业虽然总量居高不下，但在节能减排方面取得了的巨大进步。中钢协有关数据显示，2020年我国钢铁工业碳排放量高达18亿吨，约占全国工业碳排放总量的15％，其中以高炉为核心装备的炼铁工序的碳排放量占钢铁工业总碳排放量的85％以上。高炉工序碳减排技术革新成为钢铁工业碳减排的重要发展方向。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种喷吹方法及系统，以在降低炼铁工序的碳排放量。
第一个方面，本发明提供一种喷吹方法，所述喷吹方法应用于喷吹系统中，所述喷吹系统包括依次连通的空气反应器、燃烧反应器、二氧化碳脱除装置和高炉，还包括依次连通的水蒸汽发生装置、蒸汽反应器和煤气脱水装置，所述水蒸汽发生装置、所述蒸汽反应器和所述煤气脱水装置分别连通所述空气反应器、所述燃烧反应器和所述高炉，所述蒸汽反应器连通所述空气反应器，所述蒸汽反应器位于所述燃烧反应器的下方，所述喷吹方法包括以下步骤：
将载氧体置于所述燃烧反应器中进行燃烧，燃烧后产生的气体被送入二氧化碳脱除装置中经脱除处理后进入高炉中用于高炉循环喷吹，燃烧后得到的还原态载氧体被送入蒸汽反应器中与水蒸汽发生氧化反应，得到的氢气和水蒸汽混合气经气脱水装置脱除水蒸汽后被喷吹送入高炉；蒸汽反应器中发生氧化反应后的载氧体被送入空气反应器中与进入空气反应器中的空气中的氧气继续发生氧化反应，产生的煤气被送入水蒸汽发生装置中用于制备水蒸汽。
可选地，所述载氧体采用铁基载氧体。
可选地，所述载氧体的平均粒径为30μm～1000μm，优选为50μm～1000μm。
可选地，经所述二氧化碳脱除装置处理后得到的气体中，一氧化碳与氢气的总量的体积含量≥85％，优选≥90％。
可选地，所述铁基载氧体中，三氧化二铁的含量为50wt％～85wt％，优选为60wt％～85wt％。
可选地，所述喷吹系统还包括煤气加热装置，所述煤气加热装置位于所述煤气脱水装置与高炉之间的连通管道上，经所述煤气加热装置处理后，将所述氢气热至≥800℃。
可选地，所述空气反应器的温度为900℃～1200℃，优选为1000℃～1200℃；压力为0.1MPa～4MPa，优选为0.2MPa～4MPa。
可选地，所述燃烧反应器的温度为700～1050℃，优选为800℃～1050℃；压力为0.1MPa～4MPa，优选为0.2MPa～4MPa。
可选地，所述蒸汽反应器的温度为600℃～900℃，优选为700℃～900℃；压力为0.1MPa～4MPa，优选为0.2MPa～4MPa。
可选地，所述空气反应器所采用的气体的气速≥载氧体的最大流化速度的2.0倍，优选为2.0倍～3.0倍。
可选地，所述燃烧反应器所采用的气体的气速≥载氧体的最小流化速度的2.4倍，且≤载氧体最大流化速度。
可选地，所述蒸汽反应器所采用的气体的气速为载氧体的最小流化速度的2.4倍～4.0倍，优选为2.5倍～4.0倍。
第二个方面，本申请提供一种喷吹系统，所述喷吹系统包括：
依次连通的空气反应器、燃烧反应器、二氧化碳脱除装置和高炉，还包括依次连通的水蒸汽发生装置、蒸汽反应器和煤气脱水装置，所述水蒸汽发生装置、所述蒸汽反应器和所述煤气脱水装置分别连通所述空气反应器、所述燃烧反应器和所述高炉，所述蒸汽反应器连通所述空气反应器，所述蒸汽反应器位于所述燃烧反应器的下方。
可选地，所述空气反应器采用流化床反应器。
可选地，所述二氧化碳脱除装置采用二氧化碳捕集装置或煤气净化器。
可选地，所述燃烧反应器采用鼓泡流化床反应器。
可选地，所述蒸汽反应器采用鼓泡流化床反应器。
可选地，所述空气反应器连通所述水蒸汽发生装置。
可选地，所述喷吹系统还包括煤气加热装置，所述煤气加热装置位于所述煤气脱水装置与高炉之间的连通管道上。
如上所述，本发明的喷吹方法及系统，具有以下效果：
(1)本发明以化学链循环燃烧的方法实现燃料能量的梯级利用，提升了系统能量利用效率。
(2)在能量转化过程中，燃料与空气间无接触，避免了氮气对燃烧产物二氧化碳和水的浓度的影响，可实现高纯度二氧化碳捕集分离而无需过多能量，此外，高纯度二氧化碳可直接应用于合成气或化工产品生产；空气反应器的温度较低(700℃～1050℃)，反应过程中能够有效减少氮氧化物的排放。
(3)由蒸汽反应器产生的氢气可直接喷吹送入高炉，有效替代用于还原的焦炭和煤粉，进而减少高炉工序固体燃料消耗，减少二氧化碳的排放。
附图说明
图1为实施例1的喷吹系统的结构示意图；
图2为实施例2的喷吹系统的结构示意图；
图3为实施例3的喷吹系统的结构示意图；
图4为实施例6的喷吹系统的结构示意图；
图5为炉身喷吹煤气示意图；
图6为风口+炉身喷吹煤气示意图。
附图标记
1-空气反应器；
2-燃烧反应器；
3-二氧化碳捕集器；
4-蒸汽反应器；
5-煤气脱水装置；
6-煤气加热装置；
7-高炉；
8-水蒸汽发生装置；
9-煤气净化器。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明提供一种喷吹方法，该喷吹方法应用于喷吹系统中，喷吹系统包括依次连通的空气反应器、燃烧反应器、二氧化碳脱除装置和高炉，还包括依次连通的水蒸汽发生装置、蒸汽反应器和煤气脱水装置，水蒸汽发生装置、蒸汽反应器和煤气脱水装置分别连通空气反应器、燃烧反应器和高炉，水蒸汽发生装置连通空气反应器，蒸汽反应器位于燃烧反应器的下方，喷吹方法包括以下步骤：
将载氧体置于燃烧反应器中于温度为700～1050℃，压力为0.1MPa～4MPa条件下燃烧，载氧体采用平均粒径为30μm～1000μm且三氧化二铁的含量为50wt％～85wt％的铁基载氧体，燃烧反应器所采用的气体的气速≥载氧体的最小流化速度的2.4倍，且≤载氧体最大流化速度；燃烧后产生的气体被送入二氧化碳脱除装置中经脱除处理后进入高炉中用于高炉循环喷吹，经二氧化碳脱除装置处理后得到的气体中，一氧化碳与氢气的总量的体积含量≥85％；燃烧后得到的还原态载氧体被送入蒸汽反应器中与水蒸汽发生氧化反应，得到的氢气和水蒸汽混合气经气脱水装置脱除水蒸汽后被喷吹送入高炉；蒸汽反应器中发生氧化反应后的载氧体被送入空气反应器中于温度为900℃～1200℃，压力为0.1MPa～4MPa条件下与进入空气反应器中的空气中的氧气继续发生氧化反应，空气反应器所采用的气体的气速≥载氧体的最大流化速度的2.0倍；随后被送入水蒸汽发生装置中于温度为600℃～900℃，压力为0.1MPa～4MPa条件下反应，用于制备水蒸汽，蒸汽反应器所采用的气体的气速为载氧体的最小流化速度的2.4倍～4.0倍。
在本申请的另一实施例中，喷吹系统还包括煤气加热装置，位于煤气脱水装置与高炉之间的连通管道上，经煤气加热装置处理后，将水蒸汽加热至≥800℃。
第二个方面，本申请提供一种喷吹系统，该喷吹系统包括：
依次连通的空气反应器、燃烧反应器、二氧化碳脱除装置和高炉，空气反应器采用流化床反应器，燃烧反应器采用鼓泡流化床反应器，二氧化碳脱除装置采用二氧化碳捕集装置或煤气净化器，还包括依次连通的水蒸汽发生装置、蒸汽反应器和煤气脱水装置，水蒸汽发生装置、蒸汽反应器和煤气脱水装置分别连通空气反应器、燃烧反应器和高炉，蒸汽反应器采用鼓泡流化床反应器，空气反应器连通水蒸汽发生装置，水蒸汽发生装置连通空气反应器，蒸汽反应器位于燃烧反应器的下方。
在本申请的另一实施例中，喷吹系统还包括煤气加热装置，位于煤气脱水装置与高炉之间的连通管道上。
需要说明的是，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”“下”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
下面通过具体的例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行具体的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
图1示出了本实施例的喷吹系统。
请参阅图1，本实施例的喷吹系统包括：燃烧反应器2、二氧化碳脱除装置、高炉7、水蒸汽发生装置8、空气反应器1、蒸汽反应器4、煤气脱水装置5和煤气加热装置6。
请参阅图1，燃烧反应器2用于作为载氧体进行燃烧的场所，在燃烧反应器2中，载氧体中的高价氧化物与空气中的氧气在煤粉等燃料的高温作用下发生还原反应，得到还原后的载氧体(高价氧化物被还原为低价铁氧化物)和含二氧化碳、一氧化碳、水、氮气等气体的混合气体。燃烧反应器设置有进料口、气体出口、排料口、温度调节组件(未画出)和压力调节组件(未画出)，通过温度调节组件和压力调节组件，能够调节燃烧反应器2的温度和压力，通过进料口能够将煤粉等燃料及载氧体送入燃烧反应器2中。燃烧反应器2的进料口连通空气反应器设置的出料口。燃烧反应器2采用鼓泡流化床反应器，鼓泡流化床反应器为现有技术，此处不再赘述。
请继续参阅图1，二氧化碳脱除装置用于对在燃烧反应器2中经还原反应得到的混合气体进行脱除处理，以除去混合气体中的二氧化碳等气体。二氧化碳脱除装置的第一端连通燃烧反应器2的气体出口，二氧化碳脱除装置的第二端经高炉煤气管网连通高炉7。二氧化碳脱除装置采用二氧化碳捕集装置，二氧化碳捕集装置为现有技术，此处不再赘述。
请继续参阅图1，高炉7设置有进气口，高炉7的进气口经高炉煤气管网连通二氧化碳脱除装置的第二端。
请继续参阅图1，蒸汽反应器4设置有物料进口、物料出口、水蒸汽进口、出气口、温度调节组件(未画出)和压力调节组件(未画出)，通过温度调节组件和压力调节组件，能够调节蒸汽反应器4的温度和压力。蒸汽反应器4的物料进口连通燃烧反应器2的排料口，且蒸汽反应器4位于燃烧反应器2的下方，蒸汽反应器4的物料出口连通空气反应器。还原后的载氧体在重力作用下经管道进入蒸汽反应器4中，并与通过水蒸汽进口进入蒸汽反应器4中的水蒸汽发生氧化反应，得到发生氧化反应后的载氧体及氢气与水蒸汽的混合气。发生氧化反应后的载氧体经物料出口被送入空气反应器中。蒸汽反应器4采用鼓泡流化床反应器，鼓泡流化床反应器为现有技术，此处不再赘述。
请继续参阅图1，煤气脱水装置5用于脱除在蒸汽反应器4中经氧化反应得到的混合气中的水蒸汽，得到高纯氢气。煤气脱水装置5的第一端连通蒸汽反应器4的出气口，煤气脱水装置5可以采用煤气脱水器等，煤气脱水器为现有技术，此处不再赘述。
请继续参阅图1，煤气加热装置6的第一端连通煤气脱水装置5的第二端，用于对经煤气脱水装置5处理后得到的高纯氢气进行加热。
请继续参阅图1，高炉7经管道连通煤气加热装置6的第二端。
具体而言，通过将高炉7连通煤气脱水装置5的第二端，能够将经煤气加热装置6加热后得到的高纯高温氢气送入高炉7中，进而将高纯高温氢气用作高炉7生产过程中的燃料，替代部分焦炭及煤粉等固体燃料，减少碳排放量。
请继续参阅图1，空气反应器1设置有进料口、出料口、空气进口、出气口、温度调节组件(未画出)和压力调节组件(未画出)，通过温度调节组件和压力调节组件，能够调节空气反应器1的温度和压力。空气反应器1的进料口连通蒸汽反应器4的物料出口，空气反应器1的出料口连通燃烧反应器2的进料口。空气反应器采用流化床反应器，流化床反应器为现有技术，此处不再赘述。
具体而言，通过空气反应器1的进料口连通蒸汽反应器4的物料出口，空气反应器1的出料口连通燃烧反应器2的进料口，能够使经氧化反应得到的发生氧化反应后的载氧体经由空气反应器1与蒸汽反应器4之间的连通管道随高速气流一起进入空气反应器，在空气反应器1中，经氧化反应得到的发生氧化反应后的载氧体与通过空气进口进入空气反应器1中的空气中的氧气继续发生氧化，得到初始状态的载氧体(即最初送入燃烧反应器2的载氧体)和高温气体，回复到初始状态的载氧体经由空气反应器1与燃烧反应器2之间的连通管道随高速气流一起进入燃烧反应器2中，进而实现载氧体的循环使用。
请继续参阅图1，水蒸汽发生装置8的第一端连通空气反应器1的出气口，水蒸汽发生装置8的第二端连通蒸汽反应器4，水蒸汽发生装置8设置有温度调节组件(未画出)和压力调节组件(未画出)，通过温度调节组件和压力调节组件，能够调节水蒸汽发生装置8的温度和压力。
具体而言，通过水蒸汽发生装置8的第一端连通空气反应器的出气口，水蒸汽发生装置8的第二端连通蒸汽反应器4，能够将经由进入水蒸汽发生装置8与空气反应器之间的连通管道进入水蒸汽发生装置8中的高温气体转变为水蒸汽，并使水蒸汽经由水蒸汽发生装置8与蒸汽反应器4之间的连通管道进入蒸汽反应器4，进而实现水蒸汽的循环使用。
以上所有管道上均设置有开关阀(未画出)。
本实施例的喷吹系统的原理为：通过使空气反应器1、燃烧反应器2、二氧化碳脱除装置和高炉7、水蒸汽发生装置8、蒸汽反应器4、煤气脱水装置5形成循环回路，进而实现载氧体的循环使用和水蒸汽的循环利用，在此过程中，产生的氢气等进入高炉7中，将氢气用作高炉7生产过程中的燃料，替代部分焦炭及煤粉等固体燃料，从而减少了碳排放量。
采用本实施例的系统炼铁，具体步骤如下：
调节燃烧反应器2的温度为850℃，压力为2MPa，向燃烧反应器中加入平均粒径为3044.9μm的铁基载氧体(循环量为42000kg/h)和高炉7(容积为450m3)喷吹所用煤粉(具体组成如表1所示)，铁基载氧体的组成为：Fe2O365％，Al2O330wt％，Na2O 22wt％，SiO23wt％；
表1煤粉组成
向燃烧反应器2中通入空气，空气的气速为载氧体的最小流化速度的3.0倍，载氧体中的高价氧化物与煤粉等燃料发生还原反应，得到还原后的铁基载氧体(高价氧化物被还原为低价铁氧化物)和含53.8％CO2、6.1％CO、35.2％H2O、4.6％H2、0.3％N2的混合煤气，混合煤气经二氧化碳捕集装置脱除二氧化碳后，经检测(检测方法为《GB/T 12208-2008人工煤气组分与杂质含量测定方法》)，经二氧化碳捕集装置脱除二氧化碳后得到的气体中，一氧化碳与氢气的总量的体积含量为87.3％；
随后，经二氧化碳脱除装置处理后得到的气体中经由高炉煤气管网进入预先放入有铁矿(组成如表2所示)的高炉7用于冶炼钢铁；
表2高炉7矿石入炉品位
| FeO | Fe2O3 | TFe | 其它 |
| 7.24wt％ | 73.78wt％ | 57.28wt％ | 18.98wt％ |
燃烧后得到的还原态铁基载氧体被送入蒸汽反应器4中与4137.3m3/h的水蒸汽发生氧化反应，还原态铁基载氧体中的低价铁氧化物与水蒸汽发生氧化反应，得到氢气和水蒸汽的混合气，经煤气脱水装置5脱水后得到3754.2m3/h氢气(纯度99％)；
脱水后的高纯氢气进入煤气加热装置6中被加热至900℃，随后经由管道被喷吹送入高炉7中用于冶炼钢铁；
蒸汽反应器4中发生氧化反应后的载氧体被送入空气反应器中于温度为900℃，压力为2MPa条件下与进入空气反应器中的氧气继续发生氧化反应，随后经空气反应器处理后温度升高并成为气体，空气反应器所采用的空气的气速为载氧体的最大流化速度的3.0倍；随后被送入水蒸汽发生装置8中于温度为700℃，压力为2MPa反应，用于制备水蒸汽，蒸汽反应器4所采用的气体的气速为载氧体的最小流化速度的3.0倍；得到的氢气与水蒸汽的混合煤气依次经煤气脱水装置5和煤气加热器处理后被喷吹送入高炉7中用于冶炼钢铁。
对于实施案例的450m3高炉而言，由蒸汽反应器4产生的3754.2m3/h氢气折算为每生产1吨铁水后为50.1m3/t，经高炉热平衡和物料平衡计算，将加热后的50.1m3/t氢气喷吹至高炉后，高炉燃料比为498kg/t，其中煤比156kg/t，焦比342kg/t，富氧率为3％，用于燃烧反应器2中的煤粉用量转化为吨铁消耗量为13.3kg/t。
表3常规高炉炼铁工艺参数
| 焦比 | 煤比 | 燃料比 | 矿耗 | 富氧率 |
| 349kg/tFe | 184kg/tFe | 533kg/tFe | 1674kg/tFe | 5％ |
因此，基于本实施例的喷吹系统炼铁，在扣除燃料反应器消耗的煤粉量后，与常规高炉系统(如表3所示)对比，冶炼一吨铁固体燃料消耗降低量为21.7kg/t(349kg/t+184kg/t-498kg/t-13.3kg/t＝21.7kg/t)，高炉直接减碳比例约为4.1％(21.7kg/t/(349kg/t+184kg/t)≈4.1％)，以吨铁CO2排放1600kg/t计，吨铁CO2排放降低约65.6kg/t(4.1％×1600kg/t＝65.6kg/t)。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：
二氧化碳脱除装置采用煤气净化器9；
燃烧反应器2产生的煤气与23656.4m3/h的高炉煤气混合后经煤气净化器9处理，得到8200.7m3/h的净化煤气，高炉煤气与净化煤气的成分如表4所示。
表4高炉煤气与净化煤气成分
| 成分 | CO | CO2 | H2 | N2 |
| 高炉煤气 | 26.8％ | 21.2％ | 3.8％ | 48.2％ |
| 净化煤气 | 77.9％ | 1.0％ | 12.1％ | 10.0％ |
净化煤气与蒸汽反应器产生的氢气混合后经煤气加热装置6被加热至900℃后喷入高炉7，有助于促进高炉的间接还原，降低高炉的吨铁燃料消耗，进而减少高炉炼铁系统的二氧化碳排放。
经高炉热平衡和物料平衡计算，将净化、加热后的净化煤气与氢气混合喷吹至高炉后，燃料比为475kg/t，其中煤比142kg/t，焦比333kg/t，富氧率为4％。
因此，基于本实施例的喷吹系统炼铁，在扣除燃料反应器消耗的煤粉量后，与常规高炉系统(如表3所示)对比，固体燃料消耗降低44.7kg/t(349kg/t+184kg/t-475kg/t-13.3kg/t＝44.7kg/t)，直接减碳比例约为8.4％(44.7kg/t/(349kg/t+184kg/t)≈8.4％)，吨铁降低CO2排放约134.4kg/t(8.4％×1600kg/t＝134.4kg/t)。
实施例3
如图3所示喷吹系统。
本实施例与实施例2的不同之处在于：不含煤气加热装置6，煤气脱水装置5的第二端连通高炉7。
经高炉热平衡和物料平衡计算，将净化、加热后的净化煤气与氢气混合喷吹至高炉后，燃料比为497kg/t，其中煤比155kg/t，焦比342kg/t，富氧率为3％。
因此，基于本实施例的喷吹系统炼铁，在扣除燃料反应器消耗的煤粉量后，与常规高炉系统(如表3所示)对比，固体燃料消耗降低22.7kg/t(349kg/t+184kg/t-497kg/t-13.3kg/t＝22.7kg/t)，直接减碳比例约为4.3％(22.7kg/t/(349kg/t+184kg/t)≈4.3％)，吨铁降低CO2排放约68.8kg/t(4.3％×1600kg/t＝68.8kg/t)。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：
燃烧反应器2所采用的燃料为高炉煤气经净化后的净化煤气(组成如表4所示)，高炉煤气与由燃烧反应器2产生的煤气混合后经煤气净化器9处理后，得到4600.0m3/h净化煤气(组成如表5所示)；
燃烧反应器2中经还原反应得到4600.0m3/h混合煤气，其中(体积比)77.5％CO2、2.5％CO、11.0％H2O、9.0％N2，混合煤气通入煤气净化器9；还原后的载氧体从燃烧反应器2排料口流入蒸汽反应器4，在温度700℃、气速为3.0倍载氧体最小流化速度、压力2MPa条件下，与4352.6m3/h的水蒸汽发生氧化反应，产生的煤气经煤气脱水装置5后得到4025.0m3/h氢气(纯度99％)；空气反应器的温度为950℃。
表5净化煤气成分
| 成分 | CO | CO2 | H2 | N2 |
| 净化煤气 | 79.0％ | 1.0％ | 11.0％ | 9.0％ |
对于实施案例的450m3高炉而言，由蒸汽反应器4产生的3754.2m3/h氢气折算为每生产1吨铁水后为53.7m3/t。
经高炉热平衡和物料平衡计算，将加热后的煤气喷吹至高炉后，燃料比为497kg/t，其中煤比155kg/t，焦比342kg/t，富氧率为3％。
因此，基于本实施例的喷吹系统炼铁，在扣除燃料反应器消耗的煤粉量后，与常规高炉系统(如表3所示)对比，固体燃料消耗降低36kg/t(349kg/t+184kg/t-497kg/t＝36kg/t)，直接减碳比例约为6.8％(36kg/t/(349kg/t+184kg/t)≈6.8％)，吨铁降低CO2排放约108.1kg/t(6.8％×1600kg/t≈108.1kg/t)。
实施例5
本实施例与实施例4的不同之处在于：净化煤气除用作燃烧反应器2的燃料外，还与由蒸汽反应器4产生的氢气混合经加热后喷入高炉7内；
用作燃烧反应器2燃料的净化煤气量为4600.0m3/t；用于高炉7喷吹的净化煤气量为7747.3m3/t。
经高炉热平衡和物料平衡计算，将经净化后的部分高炉煤气用于燃烧反应器2燃料，剩余净化煤气与由蒸汽反应器4产生的氢气经煤气加热直接喷入高炉后，燃料比为471kg/t，其中煤比140kg/t，焦比331kg/t，富氧率为4％。
因此，基于本实施例的喷吹系统炼铁，在扣除燃料反应器消耗的煤粉量后，与常规高炉系统(如表3所示)对比，固体燃料消耗降低62kg/t(349kg/t+184kg/t-471kg/t＝62kg/t)，直接减碳比例约为11.46％(62kg/t/(349kg/t+184kg/t)≈11.46％)，吨铁降低CO2排放约186.4kg/t(11.46％×1600kg/t≈186.4kg/t)。
实施例6
如图4所示喷吹系统。
本实施例与实施例1的不同之处在于：不含煤气加热装置6，煤气脱水装置5的第二端连通高炉7。
经高炉热平衡和物料平衡计算，将经净化后的部分高炉煤气用于燃烧反应器2燃料，剩余净化煤气与由蒸汽反应器4产生的氢气混合不经加热直接喷入高炉7后，燃料比为493kg/t，其中煤比152kg/t，焦比341kg/t，富氧率为4％。
因此，基于本实施例的喷吹系统炼铁，在扣除燃料反应器消耗的煤粉量后，与常规高炉系统(如表3所示)对比，固体燃料消耗降低40kg/t(349kg/t+184kg/t-493kg/t＝40kg/t)，直接减碳比例约为7.35％(40kg/t/(349kg/t+184kg/t)≈11.46％)，吨铁降低CO2排放约120kg/t(7.35％×1600kg/t≈120kg/t)。
对比例1
本对比例1与实施例1的不同之处在于：空气反应器1所采用的空气的气速为载氧体的最大流化速度的1.5倍。
对于实施案例的450m3高炉而言，空气反应器1的工作效率显著降低，由蒸汽反应器4产生的氢气约982.4m3/h，折算为每生产1吨铁水后为13.1m3/t，经高炉热平衡和物料平衡计算，将加热后的13.1m3/t氢气喷吹至高炉后，高炉燃料比为522kg/t，其中煤比176kg/t，焦比346kg/t，富氧率为4.3％，用于燃烧反应器2中的煤粉用量转化为吨铁消耗量为3.6kg/t。
因此，基于本实施例的喷吹系统炼铁，在扣除燃料反应器消耗的煤粉量后，与常规高炉系统(如表3所示)对比，冶炼一吨铁固体燃料消耗降低量为8.1kg/t(349kg/t+184kg/t-522kg/t-3.6kg/t＝7.4kg/t)，高炉直接减碳比例约为1.4％(7.4kg/t/(349kg/t+184kg/t)≈1.4％)，以吨铁CO2排放1600kg/t计，吨铁CO2排放降低约22.4kg/t(1.4％×1600kg/t＝22.4kg/t)。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于：燃烧反应器2所采用的空气的气速为载氧体的最小流化速度的2.3倍。
对于实施案例的450m3高炉而言，燃烧反应器2中载氧体还原速率降低，由蒸汽反应器4产生氢气约3216.2m3/h折算为每生产1吨铁水后为42.9m3/t，经高炉热平衡和物料平衡计算，将加热后的42.9m3/t氢气喷吹至高炉后，高炉燃料比为507kg/t，其中煤比164kg/t，焦比343kg/t，富氧率为3.8％，用于燃烧反应器2中的煤粉用量转化为吨铁消耗量为11.3kg/t。
因此，基于本实施例的喷吹系统炼铁，在扣除燃料反应器消耗的煤粉量后，与常规高炉系统(如表3所示)对比，冶炼一吨铁固体燃料消耗降低量为14.7kg/t(349kg/t+184kg/t-507kg/t-11.3kg/t＝14.7kg/t)，高炉直接减碳比例约为2.8％(14.7kg/t/(349kg/t+184kg/t)≈2.8％)，以吨铁CO2排放1600kg/t计，吨铁CO2排放降低约44.0kg/t(2.8％×1600kg/t＝44.0kg/t)。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处在于：蒸汽反应器4所采用的空气的气速为载氧体的最小流化速度的2.3倍。
对于实施案例的450m3高炉而言，由蒸汽反应器4产生氢气约3437.9m3/h，折算为每生产1吨铁水后为45.8m3/t，经高炉热平衡和物料平衡计算，将加热后的45.8m3/t氢气喷吹至高炉后，高炉燃料比为504kg/t，其中煤比162kg/t，焦比342kg/t，富氧率为3.5％，用于燃烧反应器2中的煤粉用量转化为吨铁消耗量为12.0kg/t。
因此，基于本实施例的喷吹系统炼铁，在扣除燃料反应器消耗的煤粉量后，与常规高炉系统(如表3所示)对比，冶炼一吨铁固体燃料消耗降低量为17.0kg/t(349kg/t+184kg/t-504kg/t-12.0kg/t＝17.0kg/t)，高炉直接减碳比例约为3.2％(17.0kg/t/(349kg/t+184kg/t)≈3.2％)，以吨铁CO2排放1600kg/t计，吨铁CO2排放降低约51.2kg/t(3.2％×1600kg/t＝51.2kg/t)。
对比例4
本对比例与实施例1的不同之处在于：蒸汽反应器4所采用的空气的气速为载氧体的最小流化速度的4.5倍。
对于实施案例的450m3高炉而言，蒸汽反应器4中载氧体还原速率未提升，但产生的煤气量中水蒸汽含量增加，由蒸汽反应器4产生的煤气经脱水处理装置5后得氢气约3512.8m3/h，折算为每生产1吨铁水后为46.8m3/t，经高炉热平衡和物料平衡计算，将加热后的46.8m3/t氢气喷吹至高炉后，高炉燃料比为503kg/t，其中煤比161kg/t，焦比342kg/t，富氧率为3％，用于燃烧反应器2中的煤粉用量转化为吨铁消耗量为12.7kg/t。
因此，基于本实施例的喷吹系统炼铁，在扣除燃料反应器消耗的煤粉量后，与常规高炉系统(如表3所示)对比，冶炼一吨铁固体燃料消耗降低量为17.3kg/t(349kg/t+184kg/t-503kg/t-12.7kg/t＝17.3kg/t)，高炉直接减碳比例约为3.3％(17.3kg/t/(349kg/t+184kg/t)≈3.3％)，以吨铁CO2排放1600kg/t计，吨铁CO2排放降低约52.8kg/t(3.3％×1600kg/t＝52.8kg/t)。
对比例5
本对比例与实施例1的不同之处在于：脱水后的高纯氢气进入煤气加热装置6中被加热至750℃。
对于实施案例的450m3高炉而言，由蒸汽反应器4产生的3754.2m3/h氢气折算为每生产1吨铁水后为50.1m3/t，经高炉热平衡和物料平衡计算，将加热至750℃后的50.1m3/t氢气喷吹至高炉后，高炉燃料比为503kg/t，其中煤比160kg/t，焦比343kg/t，富氧率为3.5％，用于燃烧反应器2中的煤粉用量转化为吨铁消耗量为13.3kg/t。
因此，基于本实施例的喷吹系统炼铁，在扣除燃料反应器消耗的煤粉量后，与常规高炉系统(如表3所示)对比，冶炼一吨铁固体燃料消耗降低量为16.7kg/t(349kg/t+184kg/t-503kg/t-13.3kg/t＝16.7kg/t)，高炉直接减碳比例约为3.1％(16.7kg/t/(349kg/t+184kg/t)≈3.1％)，以吨铁CO2排放1600kg/t计，吨铁CO2排放降低约50.1kg/t(3.1％×1600kg/t＝50.1kg/t)。
应理解的是，不限于此，由蒸汽反应器4产生的氢气或煤气净化器9处理后的高炉7炉顶煤气可通过高炉7的风口喷入，亦可从高炉7的炉身喷入(如图5所示)，亦可同时从风口和炉身进行喷吹(如图6所示)，本申请对此不进行限定。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种喷吹方法，所述喷吹方法应用于喷吹系统中，所述喷吹系统包括依次连通的空气反应器、燃烧反应器、二氧化碳脱除装置和高炉，还包括依次连通的水蒸汽发生装置、蒸汽反应器和煤气脱水装置，所述水蒸汽发生装置、所述蒸汽反应器和所述煤气脱水装置分别连通所述空气反应器、所述燃烧反应器和所述高炉，所述蒸汽反应器连通所述空气反应器，所述蒸汽反应器位于所述燃烧反应器的下方，其特征在于，所述喷吹方法包括以下步骤：
将载氧体置于所述燃烧反应器中进行燃烧，燃烧后产生的气体被送入二氧化碳脱除装置中经脱除处理后进入高炉中用于高炉循环喷吹，燃烧后得到的还原态载氧体被送入蒸汽反应器中与水蒸汽发生氧化反应，得到的氢气和水蒸汽混合气经煤气脱水装置脱除水蒸汽后被喷吹送入高炉；蒸汽反应器中发生氧化反应后的载氧体被送入空气反应器中与进入空气反应器中的空气中的氧气继续发生氧化反应，产生的煤气被送入水蒸汽发生装置中用于制备水蒸汽。
2.根据权利要求1所述的喷吹方法，其特征在于，所述载氧体采用铁基载氧体；和/或，所述载氧体的平均粒径为30μm～1000μm；
和/或，经所述二氧化碳脱除装置处理后得到的气体中，一氧化碳与氢气的总量的体积含量≥85％。
3.根据权利要求2所述的喷吹方法，其特征在于，所述铁基载氧体中，三氧化二铁的含量为50wt％～85wt％。
4.根据权利要求1所述的喷吹方法，其特征在于，所述喷吹系统还包括煤气加热装置，所述煤气加热装置位于所述煤气脱水装置与高炉之间的连通管道上，经所述煤气加热装置处理后，将所述氢气加热至≥800℃。
5.根据权利要求1所述的喷吹方法，其特征在于，所述空气反应器的温度为900℃～1200℃，压力为0.1MPa～4MPa；
和/或，所述燃烧反应器的温度为700～1050℃，压力为0.1MPa～4MPa；
和/或，所述蒸汽反应器的温度为600℃～900℃，压力为0.1MPa～4MPa。
6.根据权利要求1所述的喷吹方法，其特征在于，所述空气反应器所采用的气体的气速>载氧体的最大流化速度的2.0倍；
和/或，所述燃烧反应器所采用的气体的气速>载氧体的最小流化速度的2.4倍，且≤载氧体最大流化速度；
和/或，所述蒸汽反应器所采用的气体的气速为载氧体的最小流化速度的2.4倍～4.0倍。
7.一种喷吹系统，其特征在于，所述喷吹系统包括：
依次连通的空气反应器、燃烧反应器、二氧化碳脱除装置和高炉，还包括依次连通的水蒸汽发生装置、蒸汽反应器和煤气脱水装置，所述水蒸汽发生装置、所述蒸汽反应器和所述煤气脱水装置分别连通所述空气反应器、所述燃烧反应器和所述高炉，所述蒸汽反应器连通所述空气反应器，所述蒸汽反应器位于所述燃烧反应器的下方。
8.根据权利要求7所述的喷吹系统，其特征在于，所述空气反应器采用流化床反应器；
和/或，所述二氧化碳脱除装置采用二氧化碳捕集装置或煤气净化器；
和/或，所述空气反应器连通所述水蒸汽发生装置。
9.根据权利要求7所述的喷吹系统，其特征在于，所述燃烧反应器采用鼓泡流化床反应器；
和/或，所述蒸汽反应器采用鼓泡流化床反应器。
10.根据权利要求7所述的喷吹系统，其特征在于，还包括煤气加热装置，所述煤气加热装置位于所述煤气脱水装置与高炉之间的连通管道上。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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