CN116162756B - 一种降低欧冶炉碳排放的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低欧冶炉碳排放的方法，欧冶炉原燃料结构配矿结构优化及装料制度优化：所述原料的第一原料其中TFe含量为54.45％，第二原料TFe含量为65.38％，第三原料TFe含量为48.9％；第四原料废钢的化学成分TFe含量为98.2％，第一原料配比40%‑45%，第二原料配比50%‑55%，第三原料配比3%‑5%，第四原料只算矿耗，不计算至配比范围；欧冶炉操作优化：煤气高效循环利用：其工艺路线为煤气首先降温脱水、脱CO2，然后加压、加热从风口鼓入气化炉炉缸，并同时全氧，具体工艺流程：欧冶炉竖炉炉顶→去除杂质装置→欧冶炉气化炉风口；欧冶炉富氢气体喷吹：具体的其工艺流程：富氢气体供气源→加压设备→欧冶炉气化炉风口。
Description
技术领域
本发明涉及非高炉冶金领域，尤其涉及一种降低欧冶炉碳排放的方法。
背景技术
为解决传统的高炉炼铁法中存在的投资规模大，污染大的问题，自上世纪七十年代起，世界上开发出了一种COREX炉炼铁法，即熔融还原炼铁法。该炼铁法直接使用块煤和少量低强度焦炭入炉，用于产生熔炼铁水的热量和还原煤气。
欧冶炉的吨铁碳排放强度包括直接排放、间接排放、碳排放权抵扣。排放源包括燃料燃烧排放、生铁生产过程排放、电力、热力调入、调出产生的排放和生铁渗碳固碳产品隐含的二氧化碳排放。排放源主要具体包括化石燃料焦炭、煤、煤气产生的直接排放；氧气、氮气、压缩空气、蒸汽、电耗产生的间接排放。碳排放权抵扣：欧冶炉煤气回收和TRT发电量。其中排放源中焦炭、煤的排放占排放量85%左右，固体燃料比高成为制约欧冶炉碳排放的主要因素。随着高炉及非高炉炼铁技术水平的提升，政府已经出台一系列政策来限制碳的排放，钢铁行业作为高碳行业应从现在就应该开始采取节能减排措施，提高资源的利用率，降低企业成本。碳达峰不容易，碳中和更难。碳中和不是不排放，而是排出去1吨碳吸收1吨碳。
发明内容
为了解决欧冶炉固体燃料消耗过高，碳排放较高，提高非高炉工艺欧冶炉的核心竞争力，本发明提供一种降低欧冶炉碳排放的方法，达到节能减排之目的。
本发明的技术方案是：一种降低欧冶炉碳排放的方法，具体步骤如下：
1）、欧冶炉原燃料结构配矿结构优化及装料制度优化：所述原料的第一原料其中TFe含量为54.45％，转鼓指数为81％，低温还原粉化指数RDI+3.15为72％；所述原料的第二原料TFe含量为65.38％，其抗压强度为2200N，还原膨胀指数RSI为14％；所述原料的第三原料TFe含量为48.9％；所述原料的第四原料废钢的化学成分TFe含量为98.2％，第一原料配比40%-45%，第二原料配比50%-55%，第三原料配比3%-5%，第四原料只算矿耗，不计算至配比范围；
所述燃料中的焦炭其抗碎强度M40为89.89％，耐磨强度M10为6.50％，反应性CRI为41-52％，反应后强度CSR为35-43％，硫分St,d为0.47％，所述燃料中的煤炭、煤粉含碳量Fcad为65.27%，灰分Ad为7.13%，挥发分Vad为26.23%，其中焦比在150-250kg/t铁，煤比在600-700 kg/t铁范围内调整，具体的原料及燃料通过挡位调整及布料厚度的设定完成原燃料结构优化后炉内装入的，具体装料制度优化如下：
竖炉炉顶原料布料：1 /0、2/0、3/0、4/0.3、5/1、6/1、7/1、8/0.2；
竖炉入气化炉DRI翻板布料：1.5/0、2.0/0、2.5/0.3、3.0/0.9、3.5/0.9、4.0/0.9、4.5/0.9、5.0/0.2；
气化炉炉顶燃料布料：1.5/0、2.0/0.4、2.5/1、3.0/1、3.5/1、4.0/1、4.5/1、5.0/0；
2）、欧冶炉操作优化：
a、熔炼率:180±5t/h；
b、风口参考氧气单耗220±10Nm3/tHM，总氧耗470±10Nm3/tHM；
c、风口风速控制在210±5m/s；
d、拱顶温度控制在1040-1070℃；
e、工厂压力300±10Kpa；
f、气化炉料位控制每班LIR04624料位波动，LIR04624满料位24h不超过15%；
g、粉尘烧嘴载送氮气阀开度15%-25%；
h、风口喷吹脱碳煤气21000m3/h；
i、还原煤气温度控制：865±10℃，煤气加压机添加压差10-25kPa；
j、竖炉压差控制不高于80 kPa，布料前后压差波动控制在15 kPa内；围管压差控制不高于45kPa，顶煤气单耗参考量780-830 m3/h；以竖炉顶温≤350℃控制竖炉参数；
k、炉料温度INBURD温度低于920℃；
l、竖炉料位控制以机械探平均尺为准：1.5米，机械2.0米对应雷达17.9-18.3m；
m、竖炉顶煤气流量控制方式以手动开度控制，每次操作上下限不得超过±5%，操作主要以画面中Inching mode%四个加减按钮，每次点击按钮一次，人工确定变化数据正确后，回车确认操作；
n、铁水温度：目标值1470～1520℃，[ Si ]：0.8±0.2%；
o、冷煤气CO2含量6%~9%；
3）煤气高效循环利用：
其工艺路线为煤气首先降温脱水、脱CO2，然后加压、加热从风口鼓入气化炉炉缸，并同时全氧，具体工艺流程：欧冶炉竖炉炉顶→去除杂质装置→欧冶炉气化炉风口；
随着鼓入风口的煤气量的增加欧冶炉气化炉和竖炉中煤气中CO和H2体积分数升高，N2体积分数降低，促使气化炉和竖炉中还原性气氛增强，CO和H2的分压提高，强化了还原反应的进程。对欧冶炉炉顶煤气循环进行实测，随着循环时间的增加，煤气中H 2 和CO体积分数升高，N2 体积分数降低；欧冶炉竖炉和气化炉中总热收入和热量收支差升高，达到降低固体燃料的目的， 每增加10m3/t的欧冶炉脱碳煤气喷吹量，气化炉煤气中总的还原气体体积分数增加0.45%，直接还原度降低0.006，节约焦炭3.5kg/t。喷吹250Nm3/t铁的高还原性气体，CO2减排0.245t/t铁。
4）、欧冶炉富氢气体喷吹：具体的其工艺流程：富氢气体供气源→加压设备→欧冶炉气化炉风口。
所述的富氢气体喷吹主要是为了替换炉内的焦炭，随着富氢气体喷吹量的增加，气化炉和竖炉煤气中还原性气体的含量增加，替换固体燃料焦炭时，富氢气体喷吹喷吹量每增加 100Nm3，欧冶炉煤气中还原性气体含量增加 4.5%，替换固体燃料煤时，富氢气体喷吹喷吹量每增加 100N m3，欧冶炉煤气中还原性气体含量增加3.4%。由于欧冶炉中 H2 含量高，所以将其喷入欧冶炉后随喷吹量的增加，煤气中 H2含量大幅增加，使得欧冶炉煤气中还原性气体的含量增加。每增加10m3/t的富氢气体喷吹量，气化炉煤气中总的还原气体体积分数增加0.45%，节约焦炭4.0kg/t。喷吹200Nm3/t铁的富氢气体，CO2减排0.224t/t铁。
欧冶炉作为中国第一座连续生产时间最长，稳定运行时间最长的非高炉熔融还原冶金炉节能减排潜力巨大，但是需要不断通过本领域技术人员的创新能力、创造能力的理论研究并运用到生产实践中,才能最大限度的降低其碳排放。
有益效果
1、 欧冶炉炉顶煤气循环技术具有可行性和降焦降本效果，CO2减排潜力巨大。将欧冶炉煤气脱除CO2后进行炉顶煤气循环全氧冶炼，降低入炉焦比20%以上，实现低碳炼铁和节能减排；全氢冶炼、炉顶煤气循环利用等技术已成为欧冶炉的煤气利用创新减碳核心技术。欧冶炉炉顶煤气含有一定量的45%的CO，利用该优势使其循环利用能够使欧冶炉降低固体燃料焦炭或煤粉、提高生产效率、减少CO2的排放。
2、本发明提供的一种用于富氢冶金技术，富氢气体中的氢直接作为还原剂对铁矿中的氧化铁进行还原，从而综合保障欧冶炉的铁水质量，因此与传统炼铁技术中采用大量的碳素固体原燃料相比，可以减少碳素固体燃料焦炭和煤碳的使用，同时氢还能替代喷吹煤粉，节约成本的同时，也能降低喷吹原燃料中碳的消耗，进而综合减少二氧化碳气体的碳排放。
实施方式
一种降低欧冶炉碳排放的方法，该方法以欧冶炉为冶炼设备，欧冶炉煤气脱碳装置为去除煤气中的不具有还原性的气体的CO2的喷吹设备；上部竖炉：欧冶炉竖炉内以第一原料、第二原料、第三原料、第四原料和焦炭为炉料，原燃料在槽下称量，通过输送皮带、垂直胶带机、水平胶带机、料罐由欧冶炉竖炉炉顶装料布料设备，按照焦床层和原料层从依次分批循环交替从炉顶加入竖炉内部；下部气化炉将焦炭、煤炭通过输送皮带、垂直胶带机、水平胶带机、料罐由欧冶炉气化炉炉顶装料布料设备加入炉内，进一步的在气化炉同时喷吹煤粉，此时竖炉进入气化炉的焦炭+煤炭+煤粉与第一至第四原料的原料的比值即为本发明所要优化降低的重要指标，此指标与CO2的排放系数的乘积就组成了本发明降低欧冶炉碳排放的主要指标参数。
一种降低欧冶炉碳排放的方法通过欧冶炉原燃料结构配矿结构优化及装料制度优化、欧冶炉操作方法优化、风口喷吹煤气高效循环利用，富氢气体喷吹，并采用全氧鼓风等操作方法进行欧冶炉技术冶炼，在大幅降低碳排放的基础之上最终获得优质的合格铁水及副产品炉渣。
欧冶炉原燃料结构配矿结构优化及装料制度优化：对于原料的质量优化，主要集中在成分和冶金性能的优化，通过自动化设备的对原料和燃料的数据收集分析和反馈机制进行完善，形成欧冶炉竖炉炉况顺行及煤气利用影响形成定量的分析和优化。进一步从欧冶炉炉料结构优化出发，利用整体配料手段，对原燃料装入顺序进行全方位的优化，改善欧冶炉炉料结构在竖炉内部的合理分布，提高金属化率及煤气利用指标水平。所述原料的第一原料其中TFe含量为54.45％，转鼓指数为81％，低温还原粉化指数RDI+3.15为72％。所述原料的第二原料TFe含量为65.38％，其抗压强度为2200N，还原膨胀指数RSI为14％。所述原料的第三原料TFe含量为48.9％。所述原料的第四原料废钢的化学成分TFe含量为98.2％，第一原料配比40%-45%，第二原料配比50%-55%，第三原料配比3%-5%，第四原料只算矿耗，不计算至配比范围。
所述燃料焦炭其抗碎强度M40为89.89％，耐磨强度M10为6.50％，反应性CRI为41-52％，反应后强度CSR为35-43％，硫分St,d为0.47％。所述燃料煤炭、煤粉含碳量Fcad为65.27%，灰分Ad为7.13%，挥发分Vad为26.23%。其中焦比在150-250kg/t铁，煤比在600-700kg/t铁范围内调整。具体的原料及燃料通过挡位调整及布料厚度的设定完成原燃料结构优化后的炉内装入的，具体装料制度优化如下：
竖炉炉顶原料布料：1 /0、2/0、3/0、4/0.3、5/1、6/1、7/1、8/0.2；
竖炉入气化炉DRI翻板布料：1.5/0、2.0/0、2.5/0.3、3.0/0.9、3.5/0.9、4.0/0.9、4.5/0.9、5.0/0.2；
气化炉炉顶燃料布料：1.5/0、2.0/0.4、2.5/1、3.0/1、3.5/1、4.0/1、4.5/1、5.0/0；
原燃料结构配矿结构优化及装料制度优化可减排CO2减排0.09t/t铁。
欧冶炉操作优化：
1、熔炼率:180±5t/h；
2、风口参考氧气单耗220±10Nm3/tHM，总氧耗470±10Nm3/tHM。
3、风口风速控制在210±5m/s。
4、拱顶温度控制在1040-1070℃。
5、工厂压力300±10KPa。
6、气化炉料位控制每班LIR04624料位波动，LIR04624满料位24h不超过15%。
7、粉尘烧嘴载送氮气阀开度15%-25%。
8、风口喷吹脱碳煤气21000m3/h；
9、还原煤气温度控制：865±10℃，煤气加压机添加压差10-25kPa。
10、竖炉压差控制不高于80 kPa，布料前后压差波动控制在15 kPa内。围管压差控制不高于45kPa，顶煤气单耗参考量780-830 m3/h。以竖炉顶温≤350℃控制竖炉参数。
11、炉料温度（INBURD）温度低于920℃；
12、竖炉料位控制以机械探平均尺为准：1.5米，机械2.0米对应雷达17.9-18.3m。
13、竖炉顶煤气流量控制方式以手动开度控制，每次操作上下限不得超过±5%，操作主要以画面中Inching mode%四个加减按钮，每次点击按钮一次，人工确定变化数据正确后，回车确认操作。
14、铁水温度：目标值1470～1520℃，[ Si ]：0.8±0.2%；
15、冷煤气CO2含量6%~9%。
优化操作可减排CO2减排0.1t/t铁。
煤气高效循环利用：
其工艺路线为煤气首先降温脱水、脱CO2，然后加压、加热从风口鼓入气化炉炉缸，并同时全氧。采用欧冶炉顶煤气脱除CO2技术，顶煤气经去除煤气中的不具有还原性的气体的CO2达到1%以下，还原气的还原气氛CO+H2达到80%以上,具体工艺流程：欧冶炉竖炉炉顶→去除杂质装置→欧冶炉气化炉风口。随着鼓入风口的煤气量的增加欧冶炉气化炉和竖炉中煤气中CO和H2体积分数升高，N2体积分数降低，促使气化炉和竖炉中还原性气氛增强，CO和H2的分压提高，强化了还原反应的进程。对欧冶炉炉顶煤气循环进行实测，随着循环时间的增加，煤气中H 2 和CO体积分数升高，N2 体积分数降低；欧冶炉竖炉和气化炉中总热收入和热量收支差升高，达到降低固体燃料的目的， 每增加10m3/t的欧冶炉脱碳煤气喷吹量，气化炉煤气中总的还原气体体积分数增加0.45%，直接还原度降低0.006，节约焦炭3.5kg/t。喷吹250Nm3/t铁的高还原性气体，CO2减排0.245t/t铁。
欧冶炉富氢气体喷吹：
本发明利用氢在高温时还原能力远远高于CO，而且产物H2O对环境没有危害，是冶炼理想的还原剂，对欧冶炉气化炉的风口喷吹含氢的富氢介质。具体的其工艺流程：富氢气体供气源→加压设备→欧冶炉气化炉风口。所述的富氢气体喷吹主要是为了替换炉内的焦炭，随着富氢气体喷吹量的增加，气化炉和竖炉煤气中还原性气体的含量增加，替换固体燃料焦炭时，富氢气体喷吹喷吹量每增加 100Nm3，欧冶炉煤气中还原性气体含量增加 4.5%，替换固体燃料煤时，富氢气体喷吹喷吹量每增加 100N m3，欧冶炉煤气中还原性气体含量增加3.4%。由于欧冶炉中 H2 含量高，所以将其喷入欧冶炉后随喷吹量的增加，煤气中 H2含量大幅增加，使得欧冶炉煤气中还原性气体的含量增加。每增加10m3/t的富氢气体喷吹量，气化炉煤气中总的还原气体体积分数增加0.45%，节约焦炭4.0kg/t。喷吹200Nm3/t铁的富氢气体，CO2减排0.224t/t铁。
本发明提供的一种降低欧冶炉碳排放的方法，通过欧冶炉原燃料结构配矿结构优化及装料制度优化、欧冶炉操作优化、煤气高效循环利用、欧冶炉富氢气体喷吹等的几方面进行理论研究及实践，在保证欧冶炉稳定运行的基础上，欧冶炉吨铁CO2排放由1.7t CO2降低到1.049tCO2，。
表：为欧冶炉降低碳排放冶炼1t铁水的主要技术经济指标和降低碳排放前后对比：
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种降低欧冶炉碳排放的方法，其特征在于具体步骤如下：
1）、欧冶炉原燃料结构配矿结构优化及装料制度优化：原料的第一原料其中TFe含量为54.45％，转鼓指数为81％，低温还原粉化指数RDI+3.15为72％；原料的第二原料TFe含量为65.38％，其抗压强度为2200N，还原膨胀指数RSI为14％；原料的第三原料TFe含量为48.9％；原料的第四原料废钢的化学成分TFe含量为98.2％，第一原料配比40%-45%，第二原料配比50%-55%，第三原料配比3%-5%，第四原料只算矿耗，不计算至配比范围；
燃料中的焦炭其抗碎强度M40为89.89％，耐磨强度M10为6.50％，反应性CRI为41-52％，反应后强度CSR为35-43％，硫分St,d为0.47％，燃料中的煤炭、煤粉含碳量Fcad为65.27%，灰分Ad为7.13%，挥发分Vad为26.23%，其中焦比在150-250kg/t铁，煤比在600-700kg/t铁范围内调整，具体的原料及燃料通过挡位调整及布料厚度的设定完成原燃料结构优化后装入炉内的，具体装料制度优化如下：
竖炉炉顶原料布料：1 /0、2/0、3/0、4/0.3、5/1、6/1、7/1、8/0.2；
竖炉入气化炉DRI翻板布料：1.5/0、2.0/0、2.5/0.3、3.0/0.9、3.5/0.9、4.0/0.9、4.5/0.9、5.0/0.2；
气化炉炉顶燃料布料：1.5/0、2.0/0.4、2.5/1、3.0/1、3.5/1、4.0/1、4.5/1、5.0/0；
2）、欧冶炉操作优化：
a、熔炼率:180±5t/h；
b、风口参考氧气单耗220±10Nm3/tHM，总氧耗470±10Nm3/tHM；
c、风口风速控制在210±5m/s；
d、拱顶温度控制在1040-1070℃；
e、工厂压力300±10Kpa；
f、气化炉料位控制每班LIR04624料位波动，LIR04624满料位24h不超过15%；
g、粉尘烧嘴载送氮气阀开度15%-25%；
h、风口喷吹脱碳煤气21000m3/h；
i、还原煤气温度控制：865±10℃，煤气加压机添加压差10-25kPa；
j、竖炉压差控制不高于80 kPa，布料前后压差波动控制在15 kPa内；围管压差控制不高于45kPa，顶煤气单耗参考量780-830 m3/h；以竖炉顶温≤350℃控制竖炉参数；
k、炉料温度INBURD温度低于920℃；
l、竖炉料位控制以机械探平均尺为准：1.5米，机械2.0米对应雷达17.9-18.3m；
m、竖炉顶煤气流量控制方式以手动开度控制，每次操作上下限不得超过±5%，操作主要以画面中Inching mode%四个加减按钮，每次点击按钮一次，人工确定变化数据正确后，回车确认操作；
n、铁水温度：目标值1470～1520℃，[ Si ]：0.8±0.2%；
o、冷煤气CO2含量6%~9%；
3）、煤气高效循环利用：其工艺路线为煤气首先降温脱水、脱CO2，然后加压、加热从风口鼓入气化炉炉缸，并同时全氧，具体工艺流程：欧冶炉竖炉炉顶→去除杂质装置→欧冶炉气化炉风口；每增加10m3/t铁的欧冶炉脱碳煤气喷吹量，气化炉煤气中总的还原气体体积分数增加0.45%，直接还原度降低0.006，节约焦炭3.5kg/t铁；喷吹250Nm3/t铁的高还原性气体，CO2减排0.245t/t铁、欧冶炉富氢气体喷吹：具体的其工艺流程：富氢气体供气源→加压设备→欧冶炉气化炉风口；所述的富氢气体喷吹主要是为了替换炉内的焦炭，随着富氢气体喷吹量的增加，气化炉和竖炉煤气中还原性气体的含量增加，替换固体燃料焦炭时，富氢气体喷吹量每增加100Nm3，欧冶炉煤气中还原性气体含量增加 4.5%；替换固体燃料煤时，富氢气体喷吹量每增加100N m3，欧冶炉煤气中还原性气体含量增加3.4%；由于欧冶炉中H2含量高，将其喷入欧冶炉后，随喷吹量的增加，煤气中 H2含量大幅增加，使得欧冶炉煤气中还原性气体的含量增加；每增加10m3/t的富氢气体喷吹量，气化炉煤气中总的还原气体体积分数增加0.45%，节约焦炭4.0kg/t；喷吹200Nm3/t铁的富氢气体，CO2减排0.224t/t铁。
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