CN116926315A - 一种基于富氢燃气喷吹的超低碳烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于富氢燃气喷吹的超低碳烧结方法，该方法是将在铁矿烧结过程中，将烧结料面从点火保温结束至烧结终点的区域范围等分为N个喷吹区域，向各喷吹区域相应烧结料面按照喷吹浓度Dt＝Dmax*│sint│喷吹含氢气体。该方法依据烧结时间变化而周期性、区域性改变富氢燃气喷吹浓度，可在实现富氢燃气为烧结料层提供充足热量的同时，利于燃气燃烧前沿逐步向下部料层移动，实现整体物料均匀烧结成块，可高比例甚至完全替代固体碳基化石燃料烧结，高效降低COx、SOx、NOx的排放量。
Description
技术领域
本发明涉及一种超低碳铁矿烧结方法，特别涉及一种基于富氢燃气喷吹的超 低碳烧结方法，属于钢铁冶金领域的烧结行业。
背景技术
烧结矿是高炉炼铁的主要炉料，但烧结工序是钢铁冶炼流程中主要的耗能、 大气污染物排放环节，能耗居第二位，大气污染物排放负荷居首位。当前烧结过 程大量使用焦粉等碳基固体化石燃料燃烧供热，其燃烧是COx、SOx、NOx等 污染物的主要来源，因此，降低烧结生产过程碳基燃料的消耗是实现钢铁工业低 碳绿色发展的重要途径。
焦炉煤气、天然气类富氢燃气喷吹烧结技术是近年来的研究热点，其特点在 于可以利用富氢燃气替代部分固体碳基化石燃料，从而有利于实现低碳烧结，且 富氢燃气烧结产物主要为H2O，有利于COx、SOx、NOx的减排。烧结料面燃 气喷吹技术最高是由日本JFE钢铁公司和九州大学合作开发，也称super-sinter， 并于2009年在京滨第一烧结厂实现商业化运转。通过向烧结机料面喷加氢系气 体燃料LNG，因其在烧结矿带650～750℃的位置燃烧，降低了烧结矿的冷却速 度，且在不提高料层最高温度的条件下，延长了料层中高温度的保持时间，生产 出了高强度、高还原性的烧结矿，且可降低0.3％的固体燃料用量，实现CO2减 排60 000t/年。近年来，国内烧结厂也开始推行燃气喷吹烧结，上海梅山钢铁技 术中心、中冶长天国际工程有限责任公司在JFE采用高热值LNG作为喷吹燃气 的基础上，以钢铁厂内富余的富氢焦炉煤气作为喷吹燃气，并分别于2014、2017 年起开始工业应用，改善了烧结矿强度和冶金性能，降低固体燃料用量2～3kg/ts， 减少了CO2、SOx、NOx等污染物的排放量。
但当前喷吹富氢燃气的功能定位在弥补上部料层热量的不足，富氢燃气喷加 量较小，因而减少固体燃料消耗的比例低，对于钢铁工业低碳绿色发展的推动作 用较为有限。
发明内容
针对现有技术中铁矿烧结过程中的富氢燃气喷吹以辅助供热为主、减少碳基 固体化石燃料比例较低的不足，本发明的目的是在于提供一种采用富氢燃气作为 烧结过程热量的主要来源甚至全部来源的超低碳烧结方法，该方法依据富氢燃气 燃烧高温带下移难度大的特点，针对性地提出将烧结料面进行分区，并在不同区 域依照正弦函数循环改变富氢燃气浓度在烧结料面进行喷吹富氢燃气，可在不影 响烧结铁矿产量及质量指标的前提下，实现富氢燃气大幅甚至全部替代固体碳基 化石燃料，应用前景广阔。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于富氢燃气喷吹的超低碳烧结 方法，该方法在铁矿烧结过程中，将烧结料面从点火保温结束至烧结终点的区域 范围等分为N个喷吹区域，向各喷吹区域相应烧结料面按照喷吹浓度Dt＝ Dmax*│sint│喷吹含氢气体；
其中，t为时间min，Dmax为含氢气体最大体积喷吹浓度，单位为vol％；N 为整数，变化范围为0～(M+1)，M＝(烧结终点时刻te－烧结料面点火保温结束 时刻ti)/π。Dmax是指烧结料面喷出的气体中天然气的体积
在现有技术中，在铁矿烧结过程中的喷吹富氢燃气的作用主要是在于弥补上 部烧结料层的热量，其对于富氢燃气的喷加量是很小的，只能替换很少的煤基固 体燃料，现有技术中不能采用高比例的喷吹富氢燃气来替换煤基固体燃料供热使 用，主要原因是现有喷吹技术还不能解决喷吹富氢燃气烧结过程中烧结料层供热 不均的技术问题，从而会影响烧结指标下降。而本发明技术方案通过对烧结料面 进行划分区域，并且针对不同区域进行正弦函数的循环改变浓度进行喷吹，不但 保证了烧结料层中热量的充分供应，而且在喷吹浓度逐渐降低后逐渐升高的过程 有助于燃气燃烧带向下部料层迁移，实现整体物料均匀烧结成块，从而本发明技 术方案可以实现高比例或者100％富氢燃气替换煤基固体燃料进行铁矿烧结，减 少由于使用煤基固体燃料而引起的CO2、SOx、NOx等污染物排放，而不影响铁 矿烧结指标。
作为一个优选的方案，所述t以开始喷吹含氢气体时刻为零点开始计时。
作为一个优选的方案，所述烧结终点时刻te和烧结料面点火保温结束时刻ti直接取值于实际烧结操作界面。通过烧结机上的控制台，能实时在线给出烧结时 刻。
作为一个优选的方案，所述Dmax变化范围为2.0vol％～4.0vol％。具体来说 喷吹浓度是指进入到烧结料层中气体(空气)体积的百分比含量。
作为一个优选的方案，所述含氢气体包括焦炉煤气、天然气、氢气、生物质 裂解气中至少一种。
作为一个优选的方案，在铁矿烧结过程中，以含氢气体取代固体煤燃料 50％～100％，取代原则为热量置换。优选为以含氢气体取代煤基固体燃料 75％～100％，更优选为以含氢气体取代煤基固体燃料100％。根据现有技术，含 氢气体取代固体煤燃料比例越高，能够减少由于使用煤基固体燃料而引起的CO2、 SOx、NOx等排放，但是由于含氢气体取代煤基固体燃料会影响烧结指标，因此 只能实现少量的含氢气体取代煤基固体燃料，而通过采用本发明技术方案提供的 特殊喷吹方法可以实现高比例的含氢气体取代煤基固体燃料。
作为一个优选的方案，所述取代原则为以热量为1MJ的含氢气体置换热量 为1.5～4.0MJ的煤基固体燃料。
作为一个优选方案，所述喷吹浓度Dt由计算机控制含氢气体喷吹浓度随喷 吹时间的变化。
本发明提供的一种基于富氢燃气喷吹的超低碳烧结方法包括如下步骤：
①在烧结料面增设含氢气体喷吹装置，覆盖范围从点火保温结束至烧结终点；
②将覆盖范围等分为N个喷吹区域，分别记为喷吹区域-1、喷吹区域-2、喷 吹区域-3，……，喷吹区域-N；
③在N个喷吹区域内，按照喷吹浓度Dt＝Dmax*│sint│向烧结料面喷吹含氢 气体，公式中t为时间min，Dmax为含氢气体最大体积喷吹浓度，vol％。
相对现有技术，本发明技术方案带来的有益效果：
(1)采用本发明所提供的含氢燃气喷吹方法，可以完全替代煤基固体燃料， 有助于实现燃料型NOx、SOx的零排放，大幅减排COx的排放量；因无煤基固 体燃料的加入，烧结过程无大分子残碳物质产生，可以有效阻断持久性有机污染 物二噁英的从头合成反应，从而实现二噁英的高效减排。
(2)采用本发明所提供的含氢燃气喷吹方法，以燃气在料层的燃烧替代点状 分布的固体颗粒燃料燃烧供热，可以实现同一水平面热量的均匀分布；依据不同 区域含氢燃料喷吹料灵活可控的特点，可以实现不同高度处热量的均匀分布，从 而实现烧结料层纵向、横向热量的热量空间均匀分布，有利于生产出质量均匀的 优质烧结矿。
(3)采用本发明所提供的含氢燃气喷吹方法，将烧结料面划分为若干区域， 然后进行正弦函数的循环变浓度喷吹，一方面保证了料层中热量的充分供应，一 方面在喷吹浓度逐渐降低后逐渐升高的过程有助于燃气燃烧带向下部料层迁移， 实现整体物料均匀烧结成块。
采用本发明所提供的基于含氢燃气喷吹的无煤基燃料喷吹方法，可以在完全 采用含氢燃料料层燃烧供热的条件下获得质量均匀的烧结矿，且可实现NOx减 排40％以上，SOx减排40％以上，COx减排40％以上，二噁英减排50％以上。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地 描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的 含义相同。本文中所使用的专利术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨 在限制本发明的保护范围。
除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料为可以从市场上购买的商品 或者可以通过公知的方法制得的产品。
对比例1(常规烧结)
按照混匀铁矿63.5％、白云石2.3％、石灰石1.5％、生石灰4.0％、返矿24.7％、 焦粉4.0％的质量百分比配料，物料经过常规混合、制粒后，将混合料布到烧结 台车，在温度1050±50℃、负压-5kPa的条件下点火1min，然后在负压14kPa条 件下进行烧结。所得烧结矿产量、质量指标如表1所示，烧结时间为30min。
对比例2(等浓度喷吹)
按照混匀铁矿65.5％、白云石2.3％、石灰石1.5％、生石灰4.0％、返矿24.7％、 焦粉2.0％的质量百分比配料，物料经过常规混合、制粒后，将混合料布到烧结 台车，在温度1050±50℃、负压-5kPa的条件下点火1min，然后在负压14kPa条 件下进行烧结。参考常规烧结时间30min，喷吹时间为30min－1min＝29min，可 以将料面出点火保温炉至烧结终点的区域划分的个数为(29/π+1)取整数，共计 10个区域。从区域-1至区域-10按照Dt＝Dmax的等浓度进行喷吹，其中Dmax 为天然气的体积浓度，设定为1.0％，t为喷吹时刻，变化范围为0～29min。所得 烧结矿产量、质量指标如表1所示。
实施例1
按照混匀铁矿65.5％、白云石2.3％、石灰石1.5％、生石灰4.0％、返矿24.7％、 焦粉2.0％的质量百分比配料，物料经过常规混合、制粒后，将混合料布到烧结 台车，在温度1050±50℃、负压-5kPa的条件下点火1min，然后在负压14kPa条 件下进行烧结。参考常规烧结时间30min，喷吹时间为30min－1min＝29min，可 以将料面出点火保温炉至烧结终点的区域划分的个数为(29/π+1)取整数，共计 10个区域。从区域-1至区域-10按照Dt＝Dmax*│sint│的浓度进行喷吹，其中Dmax 为天然气的体积浓度，设定为1.0％，t为喷吹时刻，变化范围为0～29min。所得 烧结矿产量、质量指标如表1所示，污染物减排效果如表2所示。
实施例2
按照混匀铁矿66.5％、白云石2.3％、石灰石1.5％、生石灰4.0％、返矿24.7％、 焦粉1％的质量百分比配料，物料经过常规混合、制粒后，将混合料布到烧结台 车，在温度1050±50℃、负压-5kPa的条件下点火1min，然后在负压14kPa条件 下进行烧结。参考常规烧结时间30min，喷吹时间为30min－1min＝29min，可以 将料面出点火保温炉至烧结终点的区域划分的个数为(29/π+1)取整数，共计10 个区域。从区域-1至区域-10按照Dt＝Dmax*│sint│的浓度进行喷吹，其中Dmax 为天然气的体积浓度，设定为1.5％，t为喷吹时刻，变化范围为0～29min。所得 烧结矿产量、质量指标如表1所示，污染物减排效果如表2所示。
实施例3
按照混匀铁矿67.5％、白云石2.3％、石灰石1.5％、生石灰4.0％、返矿24.7％、 的质量百分比配料，物料经过常规混合、制粒后，将混合料布到烧结台车，在温 度1050±50℃、负压-5kPa的条件下点火1min，然后在负压14kPa条件下进行烧 结。参考常规烧结时间30min，喷吹时间为30min－1min＝29min，可以将料面出 点火保温炉至烧结终点的区域划分的个数为(29/π+1)取整数，共计10个区域。 从区域-1至区域-10按照Dt＝Dmax*│sint│的浓度进行喷吹，其中Dmax为天然 气的体积浓度，设定为2.0％，t为喷吹时刻，变化范围为0～29min。所得烧结矿 产量、质量指标如表1所示，污染物减排效果如表2所示。
表1烧结矿产量、质量指标
表2每吨烧结矿不同实施例污染物减排比例/％
| 实施例 | NOx | SOx | COx | 二噁英 |
| 对比例1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 对比例2 | 36 | 30 | 32 | 35 |
| 实施例1 | 45 | 40 | 40 | 43 |
| 实施例2 | 65 | 60 | 63 | 60 |
| 实施例3 | 90 | 85 | 93 | 83 |
Claims (7)
1.一种基于富氢燃气喷吹的超低碳烧结方法，其特征在于：在铁矿烧结过程中，将烧结料面从点火保温结束至烧结终点的区域范围等分为N个喷吹区域，向各喷吹区域相应烧结料面按照喷吹浓度Dt＝Dmax*│sint│喷吹含氢气体；
其中，
t为时间，单位为min，Dmax为含氢气体最大体积喷吹浓度，单位为vol％；
N为整数，变化范围为0～(M+1)，M＝(烧结终点时刻te－烧结料面点火保温结束时刻ti)/π。
2.根据权利要求1所述的一种基于富氢燃气喷吹的超低碳烧结方法，其特征在于：所述t以开始喷吹含氢气体时刻为零点开始计时。
3.根据权利要求1所述的一种基于富氢燃气喷吹的超低碳烧结方法，其特征在于：所述烧结终点时刻te和烧结料面点火保温结束时刻ti直接取值于实际烧结操作界面。
4.根据权利要求1所述的一种基于富氢燃气喷吹的超低碳烧结方法，其特征在于：所述Dmax变化范围为2.0vol％～4.0vol％。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于富氢燃气喷吹的超低碳烧结方法，其特征在于：所述含氢气体包括焦炉煤气、天然气、氢气、生物质裂解气中至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于富氢燃气喷吹的超低碳烧结方法，其特征在于：在铁矿烧结过程中，以含氢气体取代煤基固体燃料50％～100％，取代原则为热量置换。
7.根据权利要求6所述的一种基于富氢燃气喷吹的超低碳烧结方法，其特征在于：所述取代原则为以热量为1MJ的含氢气体置换热量为1.5～4.0MJ的煤基固体燃料。
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