CN110564952A - 一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法，依据烧结料层固有的热量分布差异，将料层分成高热量补入区域(<1250℃)、中热量补入区域(1250℃～1300℃)、低热量补入区域(>1300℃)，并依据烧结料层不同区域热量需求的差异补入气体燃料，有利于实现均热均质烧结，大幅提高烧结矿产量、质量指标，并提高清洁气体燃料置换固体燃料用量，提高燃料利用率，降低COx、SOx、NOx排放量，推广应用前景广阔，有益于钢铁工业绿色发展。

Description

一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法

技术领域

本发明涉及一种燃气喷吹技术，特别涉及一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹技术，属于钢铁冶金领域的烧结领域。

背景技术

钢铁工业是典型的能源密集型部门，其能源消耗高达世界能源消耗的10％～15％。烧结作为钢铁工业前端工序，工序能耗高居钢铁工业第二位，烧结过程中固体燃料的燃烧亦是钢铁工业大气污染物NO_X、CO_X排放的主要来源，SO_X排放的重要来源。此外，烧结矿占高炉炼铁炉料70％以上，烧结矿质量与大高炉稳定顺行、高效、低耗以及大喷煤技术等都息息相关。国内外研究表明：1.减少返矿量1.5％～3％，可降低烧结固体燃耗0.6kg/t_-s；2.烧结矿强度不够在运输和转移过程中将会产生粉末，小于5mm的粉末每增加1％，高炉燃料比会升高0.5％，产量降低0.5％～1％；3.入炉烧结矿的间接还原度降低10％影响高炉燃料比和产量各8％～9％。因而如何实现低碳高质烧结是烧结节能减排最为理想的手段，乃至对钢铁工业清洁生产都意义重大。

为此，JFE钢铁公司和九州大学合作率先研发了向烧结机料面喷吹液化天然气燃料的技术，并于2009年1月在京滨1号烧结机投入商业化运作，实现减少固体燃料用量3kg/t-s，同时转鼓强度提高1％，RI提高4％，CO₂最大减排量高达约60000t/年。研究表明天然气经料面进入烧结料层，在燃烧带上方开始燃烧，该技术能够有效拓宽高温熔融带，增加高温保持时间，避免上部烧结矿带冷却速率过快，改善成矿条件。此外，在降低固体燃料的同时下部料层最高温度降低使得未熔铁矿石致密性程度改善，还原性得到提高，是真正做到低碳均质烧结、提高整体烧结矿产质量指标最为简单有效的手段。我国韶钢在烧结料面喷入钢铁厂内富余的焦炉煤气，烧结矿在强度和冶金性能方面也得到有效的改善。然而，在燃气喷吹技术工业化应用过程中，由于原料种类以及碱度、负压、料层高度及固体燃料配比等烧结过程参数不尽相同，燃气喷吹技术中的固体燃料降低量、气体燃料补入量及位置等关键技术参数难以把控，并直接影响到燃气喷吹的实际效果。同时，这些参数只能通过实际摸索而得到，试验成本巨大。

随着烧结过程进行，由于自蓄热作用，热量在料层中会出现从上到下积累。研究表明，适宜的成矿区间为1200～1350℃，利于粘结相的生成。在实际烧结过程中，越靠近上部料层蓄热量越不足，因而其高温(>1200℃)停留时间短、烧结不充分、液相量不足，致使烧结矿强度低，返矿多等问题明显，而越靠近下部料层蓄热量越大，烧结温度过高(>1350℃)导致过熔，致使烧结矿还原性恶化。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种能有效节能减排的燃气分级喷吹方法，该方法依据烧结料层固有的热量分布差异，将烧结料层划分为多个区域，并依据烧结料层不同区域热量需求的差异补入燃气，有利于合理降低固体燃料耗量及均热均质烧结，实现洁净的碳氢类化合物等氢系燃料更大程度地取代固体化石燃料，大幅提高烧结矿产量、质量指标，降低COx、SOx、NOx排放量，推广应用前景广阔，有益于钢铁工业绿色发展。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法，该方法是依据不同烧结料层最高温度存在差异，将烧结料层分成三个不同热量补入区域，从保温结束至废气温度上升点之间依次划分为高热量补入区域、中热量补入区域及低热量补入区域；在降低烧结料层中固体燃料配比的条件下，向高热量补入区域、中热量补入区域及低热量补入区域分级喷入气体燃料，且高热量补入区域、中热量补入区域及低热量补入区域的气体燃料补入量依次降低。

本发明的技术方案关键是在于依据烧结料层不同区域最高温度存在差异，而按照需补入热量需求的差异分级补入气体燃料，不但有利于实现均热均质烧结，改善烧结矿品质，而且可以大幅度提高洁净的碳氢类化合物等氢系燃料更大程度地取代固体化石燃料，提高热利用效率。

优选的方案，所述热量补入区域划分原则为：以采用100％固体燃料，无燃气喷吹时烧结料层进行区域划分，依据烧结料层最高温度的大小，将<1250℃的区域划分为高热量补入区域；1250℃～1300℃的区域划分为中热量补入区域；>1300℃的区域划分为低热量补入区域。大量实验研究表明料层温度超过1200℃的高温区为矿物熔融形成液相的区域，高温区温度的高低可以代表料层热量的供应状况，这也是料层不同区域补入热量多少的重要依据；将料层温度分成三个区域既可以保证根据不同区域热量需求差异实现较好的梯级补热效果，而且可以避免分区过少(≤2个)梯级补热效果不佳以及分区过多(≥4个)梯级补热时燃气喷加过程控制较为复杂的问题。

优选的方案，所述降低烧结料层中固体燃料配比的原则为：在采用100％固体燃料时的烧结料层(喷吹燃气前)，降低烧结料层中固体燃料配比使得整个烧结料层最高温度超过1350℃的区域占比不超过10％。

优选的方案，所述气体燃料的喷入原则：向高热量补入区域补加占总热量补入量40～60％的气体燃料，向中热量补入区域补加占总热量补入量20～30％的气体燃料，向低热量补入区域补加占总热量补入量10～30％的气体燃料，且高热量补入区域、中热量补入区域及低热量补入区域的燃气补入量依次降低。根据烧结料层不同区域最高温度存在差异而相应性补入气体燃料，能够解决实际烧结过程中烧结不均匀的技术问题。如现有完全采用固体燃料过程中存在上部料层蓄热量越不足，导致烧结不充分、液相量不足，烧结矿强度低，返矿多等问题明显，而下部料层蓄热量越大，烧结温度过高(>1350℃)导致过熔，致使烧结矿还原性恶化等问题。

优选的方案，所述气体燃料的补加总量按照补入的气体燃料和减少的固体燃料按热量置换比1:2～1:4.5予以补偿。按照本发明技术方案利用等量气体燃料明显可以替换更高热量的气体燃料，达到节省燃料及减少由于使用固体燃料的导致COx、SOx、NOx排放高的目的。

优选的方案，所述气体燃料为烷烃、烯烃和炔烃中至少一种。

优选的方案，在低热量补加区域内，对烧结料层最高温度>1350℃的区域不再喷入气体燃料。

优选的方案，所述气体燃料的喷吹高度为400～800mm。

优选的方案，高热量补入区域、中热量补入区域及低热量补入区域由金属挡板隔开，气体燃料分别经由各个热量补入区域内烧结料层料面上方布置的多孔喷头均匀喷入烧结料层表面。燃气管道分为三条支路分别进入高热量补入区域、中热量补入区域及低热量补入区域，且各燃气管道支路端头分别设有多孔喷头，同时各燃气管道支路上分别设有独立控制的流量计及单向阀门，独立控制各热量补入区域的气体燃料流量。

本大明通过设置合理的气体燃料喷吹高度及喷吹方式可以确保燃气均匀、稳定、安全的喷入烧结料面。

与现有技术相比，本发明技术方案的优点在于：

(1)本发明的技术方案依据料层温度变化将烧结过程合理分区，然后依据不同区域需补入热量需求的差异分级补入气体燃料，一方面有利于实现均热均质烧结，改善烧结矿品质，另一方面有利于提高气体燃料的热利用效率，实现同等气体燃料喷入量条件下替代更多固体燃料。

(2)本发明的技术方案在燃气分级补入的同时，合理设置气体燃料喷吹高度和喷入方式，有利于确保燃气均匀、稳定、安全的喷入烧结料面。

(3)本发明提供的技术基于烧结固有的料层温度以及热量需求差异等特性，对各类复杂多变的烧结工况均具有很强的适应性，推广前景广阔。

综上可知，采用本发明的方法，依据烧结料层固有的热量分布不均特点分级补入气体燃料，与常规烧结相比，能够实现烧结矿成品率提高3～4％、转鼓强度提高3～7％，每吨烧结矿降低固体燃料消耗4～7kg，NO_X减排20～35％，SO₂减排10～15％，CO₂减排10～15％，推广应用前景广阔，有益于钢铁工业绿色发展。

附图说明

图1为氢系燃气分级喷吹示意图。

具体实施方式

下面结合较佳的实施案例对本发明进行进一步的详细说明，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

实施例1

一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹技术，混合料配炭量5.6％、二元碱度1.85、烧结水分6.75％、烧结负压-10kPa，料层高度700mm的条件下，烧结料面到最高温度为1250℃所在位置之间区域为区域Ⅰ，1250℃～1300℃的区域为区域Ⅱ，1300℃～1350℃的区域为区域Ⅲ。降低混合料配炭量至5.3％，其余条件相同的烧结杯试验下，按照补入的气体燃料和减少的固体燃料热量置换比1:4.5在区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相继喷吹热值为39.8MJ/Nm³的天然气予以补偿，喷吹高度450mm，区域Ⅰ的天然气补入量占总热量补入量50％，区域Ⅱ的天然气补入量占总热量补入量30％，区域Ⅲ的天然气补入量占总热量补入量20％。烧结指标、NO_X、SO₂和CO_X减排量如表1所示。

实施例2

降低混合料配炭量至5.15％，其余条件相同的烧结试验下，按照补入的气体燃料和减少的固体燃料热量置换比1:4在区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相继喷吹热值为39.8MJ/Nm³的天然气予以补偿，喷吹高度500mm，区域Ⅰ的天然气补入量占总热量补入量55％，区域Ⅱ的天然气补入量占总热量补入量30％，区域Ⅲ的天然气补入量占总热量补入量15％。烧结指标、NO_X、SO₂和CO_X减排量如表1所示。

实施例3

降低混合料配炭量至5.0％，其余条件相同的烧结试验下，按照补入的气体燃料和减少的固体燃料热量置换比1:3.5在区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相继喷吹热值为39.8MJ/Nm³的天然气予以补偿，喷吹高度550mm，区域Ⅰ的天然气补入量占总热量补入量60％，区域Ⅱ的天然气补入量占总热量补入量30％，区域Ⅲ的天然气补入量占总热量补入量10％。烧结指标、NO_X、SO₂和CO_X减排量如表1所示。

对比例1

混合料配炭量5.6％、二元碱度1.85、烧结水分6.75％、烧结负压-10kpa，料层高度700mm的条件下，料面经点火、保温完成后进行烧结，整个烧结过程不向料面喷入任何气体燃料，直至烧结完成。烧结指标、NO_X、SO₂和CO_X减排量如表1所示。

对比例2

混合料配炭量5.0％、二元碱度1.85、烧结水分6.75％、烧结负压-10kpa，料层高度700mm的条件下，料面经点火、保温完成后进行烧结，按照补入的气体燃料和减少的固体燃料热量置换比1:3.5在区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等浓度喷吹热值为39.8MJ/Nm³的天然气予以补偿(不采用梯级喷吹)，喷吹高度550mm。烧结指标、NO_X、SO₂和CO_X减排量如表1所示。

表1不同实施例烧结指标及NO_X、SO₂和COx减排量

Claims (9)

1.一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法，其特征在于：依据不同烧结料层最高温度存在差异，将烧结料层分成三个不同热量补入区域，从保温结束至废气温度上升点之间依次划分为高热量补入区域、中热量补入区域及低热量补入区域；在降低烧结料层中固体燃料配比的条件下，向高热量补入区域、中热量补入区域及低热量补入区域分级喷入气体燃料，且高热量补入区域、中热量补入区域及低热量补入区域的气体燃料补入量依次降低。

2.根据权利要求1所述的一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法，其特征在于：所述热量补入区域划分原则为：以采用100％固体燃料，无燃气喷吹时烧结料层进行区域划分，依据烧结料层最高温度的大小，将<1250℃的区域划分为高热量补入区域；1250℃～1300℃的区域划分为中热量补入区域；>1300℃的区域划分为低热量补入区域。

3.根据权利要求1所述的一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法，其特征在于：所述降低烧结料层中固体燃料配比的原则为：在采用100％固体燃料时的烧结料层，降低烧结料层中固体燃料配比使得整个烧结料层最高温度超过1350℃的区域占比不超过10％。

4.根据权利要求1所述的一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法，其特征在于：所述气体燃料的喷入原则：向高热量补入区域补加占总热量补入量40～60％的气体燃料，向中热量补入区域补加占总热量补入量20～31％的气体燃料，向低热量补入区域补加占总热量补入量10～30％的气体燃料，且高热量补入区域、中热量补入区域及低热量补入区域的燃气补入量依次降低。

5.根据权利要求1所述的一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法，其特征在于：所述气体燃料的补加总量按照补入的气体燃料和减少的固体燃料按热量置换比1:2～1:4.5予以补偿。

6.根据权利要求4所述的一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法，其特征在于：所述气体燃料为烷烃、烯烃和炔烃中至少一种。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法，其特征在于：在低热量补加区域内，对烧结料层最高温度>1350℃的区域不再喷入气体燃料。

8.根据权利要求1～6任一项所述的一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法，其特征在于：所述气体燃料的喷吹高度为400～800mm。

9.根据权利要求1～6任一项所述的一种烧结节能减排的氢系燃气分级喷吹方法，其特征在于：高热量补入区域、中热量补入区域及低热量补入区域由金属挡板隔开，气体燃料分别经由各个热量补入区域内烧结料层料面上方布置的多孔喷头均匀喷入烧结料层表面。