CN114645104B - 一种co2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁***，高炉风口鼓入纯氧，高炉输出无氮或超低氮高炉冶金煤气，高炉煤气加压后脱除CO2，脱除的CO2加压再通过管线输送进入等离子矩矩体加热至3000‑3500℃，经等离子矩加热的高温CO2，通过等离子矩喷嘴进入重整室；经过脱除CO2高压高炉煤气作为载送煤粉的气体通过煤粉喷口与煤粉一起喷入重整室，在重整室内3000‑3500℃高温CO2与喷入的煤粉接触快速重整，全部转化为CO,做为载送气的脱除CO2的高炉煤气一同快速升温，最终得到1500‑1800℃的重整混合气，从高炉风口鼓入高炉。

Description

一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁***
技术领域
本发明属于高炉炼铁技术领域，具体涉及一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁***。
背景技术
传统高炉炼铁鼓风氧含量为21-28%，并经过热风炉加热到1200℃左右，所需的热风加热炉均采用热风炉加热模式，其加热的介质大多为含氧21%的加压空气，利用烧炉煤气和助燃空气在热风炉燃烧室内进行燃烧加热炉内的格子砖，格子砖温度升至1250-1400℃时 ，停止烧炉操作，将冷风从热风炉冷风入口鼓入，鼓入的冷风在热风炉内与高温格子砖进行热传递后成为热风，然后在混风阀处按一定比例与冷风进行混合，混合风达到用户要求的温度，最后送入高炉，一般送入的热风最高温度为1200℃左右。高炉热风在风口及炉内发生一系列氧化还原反应后，输出含氮量50%左右的煤气，这部分煤气无法再次在高炉循环利用，都将作为高炉煤气输出，这部分煤气中的碳实际上是未被利用掉的资源，也导致传统高炉碳消耗高的根源所在。
为降低高炉碳消耗，八钢开发顶煤气循环氧气高炉，将以全氧冶炼代替代统的鼓风冶炼，并将输出低氮煤气脱除二氧化碳后循环利用，达到降低碳消耗的目的，对此八钢2020年已实现一期35%的高富氢冶炼技术的突破，2021年完成了50%的超高富氧冶炼目标，首次实现了风口喷吹脱碳煤气技术的重大突破，2022年，我们将实现传统高炉全氧冶炼，高炉输出煤气脱除二氧化碳后循环利用。而脱除的二氧化碳体积浓度达到98%以上，现阶段基本上都未利用外排，导致二氧化碳排放高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁***，能够解决背景技术中的问题，降低碳排放。
一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁***，高炉炉体有若干数量的风口送风装置在高炉炉缸横截面上均匀分布，高炉风口鼓入纯氧，高炉输出无氮或超低氮高炉冶金煤气，高炉煤气加压后脱除CO2，脱除的CO2加压再通过管线输送进入等离子矩矩体加热，经等离子矩加热的高温CO2，通过等离子矩喷嘴进入重整室；经过脱除CO2 高压高炉煤气作为载送煤粉的气体通过煤粉喷口与煤粉一起喷入重整室，在重整室内高温CO2与喷入的煤粉接触快速重整，全部转化为CO,作为载送气的脱除CO2 的高炉煤气也会快速升温，最终得到重整混合气，重整混合气从高炉风口鼓入高炉。进一步地，所述等离子矩矩体、等离子矩喷嘴和重整室、风口送风装置均通过高压冷却水进行降温保护，且高压冷却水进出水管道均有流量计和温度计进行监控。
进一步地，高炉煤气脱除的CO2经过等离子加热到3000-3500℃，与煤粉重整全部转换成CO、H2，其中CO成分占比在90%以上。
进一步地，在高炉全氧冶炼工况下，重整室输出的重整混合气的温度为 1500-1800℃。
本***生产时包括如下步骤：
S1.将全氧高炉产生的冶金煤气送入除尘、脱碳装置，分离出冶金煤气中的CO2，氮气含量在10%以下。
S2.将步骤S1中分离出的CO2和外源CO2汇合，加压至0.35-0.5Mpa。
S3.将加压后的CO2送入等离子矩进行加热，调整等离子矩的功率，使CO2的输出温度在3000-3500℃之间。
S4.将步骤S3所得的高温CO2送入重整室，将脱除CO2后的高炉高压煤气作为载送煤粉用气，向重整器中喷入煤粉，使高温CO2和煤粉在高温下实现重整，生成CO、碳氢化物、少量H2。
S5.将重整室中的气体通过风口送风装置喷入高炉，参与铁矿石的还原反应。
进一步地，所述等离子矩矩体、等离子矩喷嘴和重整室、风口送风装置均通过高压冷却水进行降温保护，且高压冷却水进出水管道均有流量计和温度计进行监控。
进一步地，等离子矩入口前管道上安装有流量调节阀、流量计、压力计、温度计，喷煤管在进入重整室前端管道上装有温度计、压力计，重整室安装有压力计、温度计。
进一步地，所述加热冶金煤气的等离子矩消耗的能源为绿电——由风力、光伏产生的清洁能源。
进一步地，步骤S2所述的外源CO2占CO2总量的5-30%。
进一步地，步骤S4所述的CO2的吨铁喷入量为720-840m3/t。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明依据等离子矩性能消耗CO2，实现CO2与煤粉的重整，且重整气能达到1500-1800℃，大幅降低高炉工序的碳消耗，高炉焦比可降至150kg/t以下。减少高炉工序的氮耗，且等离子矩所消耗的能源完全是绿色能源，不会对环境造成破坏。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供以下技术实施方案：
请参阅图1，一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁***，高炉炉体有若干数量的风口送风装置在高炉炉缸横截面上均匀分布，高炉风口鼓入纯氧，高炉输出无氮或超低氮高炉冶金煤气，高炉煤气加压后脱除CO2，脱除的CO2加压再通过管线输送进入等离子矩矩体加热，经等离子矩加热的高温CO2，通过等离子矩喷嘴进入重整室；经过脱除CO2 高压高炉煤气作为载送煤粉的气体通过煤粉喷口与煤粉一起喷入重整室，在重整室内高温CO2与喷入的煤粉接触快速重整，全部转化为CO,作为载送气的脱除CO2 的高炉煤气也会快速升温，最终得到重整混合气，重整混合气从高炉风口鼓入高炉。进一步地，所述等离子矩矩体、等离子矩喷嘴和重整室、风口送风装置均通过高压冷却水进行降温保护，且高压冷却水进出水管道均有流量计和温度计进行监控。
优选的，所述等离子矩矩体、等离子矩喷嘴和重整室、风口送风装置均通过高压冷却水进行降温保护，且高压冷却水进出水管道均有流量计和温度计进行监控。
优选的，等离子矩入口前管道上安装有流量调节阀、流量计、压力计、温度计，等离子矩喷嘴处安装有压力计、温度计，喷煤管在进入重整室前端管道上装有温度计、压力计，重整室安装有压力计、温度计，重整室出口处安装有流量计。
优选的，所述加热冶金煤气等离子矩消耗的能源为绿电——由风力、光伏等产生的清洁能源，绿色环保。
本发明包括如下步骤：
S1.将欧冶炉或全氧高炉产生的冶金煤气送入除尘、脱碳装置，分离出冶金煤气中的CO2，氮气含量为0-10%。
S2.将步骤s1中分离出的CO2和外源CO2汇合，加压至0.35-0.5Mpa。
S3.将加压后的CO2送入等离子矩进行加热，调整等离子矩的功率，使CO2的输出温度在3000-3500℃之间。
S4.将步骤S3所得的高温CO2送入重整器，向重整器中喷入煤粉，使CO2和煤粉在高温下实现重整，生成CO、碳氢化物、少量H2。
S5.将重整器中的气体及氧气通过风口送风装置喷入高炉，参与铁矿石的还原反应。
优选的，步骤S2所述的外源CO2占CO2总量的5-30%。
优选的，步骤S4所述的CO2的吨铁喷入量为720-840m3/t。
2020年6月八钢380m³高炉中修，同步对该高炉投用14套CO2等离子矩加热器，并对煤气***进行了改造。安装了二氧化碳捕集装置，高炉煤气二氧化碳收集装置，二氧化碳加压机，等离子矩加热器、重整室等装置，将回收以及捕集的CO2加压后，通过等离子矩加热，加热的CO2喷入重整室，与同步喷入的煤粉汇合重整，然后从风口鼓入高炉，中修结束后，试验该***，成功将CO2经过等离子矩加热到3000℃与煤粉汇合重整后喷吹进入了高炉。
该过程中，先使用CO2加压机加压CO2，将加压后的常温CO2直接喷入等离子矩体内，启动等离子矩加热器，将CO2加热至3000℃，然后将加热后的CO2通入重整室，重整室同时开始送喷煤喷吹风（0.6MPa）鼓入高炉，待测量炉内O2含量＜1%，确认高炉***正常后，高炉送氧点火，点火10小时后高炉出第一炉铁，高炉缓慢降低焦负荷，至焦比至450Kg/t时，向重整室喷吹煤粉，后根据降低焦比情况增加煤粉喷吹量，至焦比降至180Kg/t,煤比为180Kg/t,高炉炉况稳定顺行，重整室喷吹煤粉，在中修后实现了等离子矩加热CO2，CO2与煤粉反应重整鼓入高炉的流程。
本发明利用等离子矩特性及CO2理化性能，实现CO2与煤粉的重整，且重整气能达到1500℃以上，同时CO2取代高炉N2惰化气的功能，减少高炉***氮耗，大幅降低高炉工序的碳消耗，且等离子矩所消耗的能源完全是绿色能源，不会对环境造成破坏。使传统高炉碳减排60%以上。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁方法，高炉炉体有若干数量的风口送风装置在高炉炉缸横截面上均匀分布，高炉风口鼓入纯氧，高炉输出无氮或超低氮高炉冶金煤气，其特征在于：高炉煤气加压后脱除CO2，脱除的CO2加压再通过管线输送进入等离子矩矩体加热，经等离子矩加热的高温CO2，通过等离子矩喷嘴进入重整室；经过脱除CO2高压高炉煤气作为载送煤粉的气体通过煤粉喷口与煤粉一起喷入重整室，在重整室内高温CO2与喷入的煤粉接触快速重整，全部转化为CO,作为载送气的脱除CO2的高炉煤气也会快速升温，最终得到重整混合气，重整混合气从高炉风口鼓入高炉；具体步骤如下：
S1.将全氧高炉产生的冶金煤气送入除尘、脱碳装置，分离出冶金煤气中的CO2，氮气含量在10%以下；
S2.将步骤S1中分离出的CO2和外源CO2汇合，加压至0.35-0.5Mpa；
S3.将加压后的CO2送入等离子矩进行加热，调整等离子矩的功率，使CO2的输出温度在3000-3500℃之间；
S4.将步骤S3所得的高温CO2送入重整室，将脱除CO2后的高炉高压煤气作为载送煤粉用气，向重整器中喷入煤粉，使高温CO2和煤粉在高温下实现重整，生成CO、碳氢化物、少量H2 ；
S5.将重整室中的气体通过风口送风装置喷入高炉，待测量炉内O2含量＜1%，确认高炉***正常后，高炉送氧点火，点火10小时后高炉出第一炉铁，高炉缓慢降低焦负荷，至焦比至450Kg/t时，后根据降低焦比情况增加煤粉喷吹量，至焦比降至180Kg/t,煤比为180Kg/t,高炉炉况稳定顺行；所述等离子矩矩体、等离子矩喷嘴和重整室、风口送风装置均通过高压冷却水进行降温保护，且高压冷却水进出水管道均有流量计和温度计进行监控。
2.根据权利要求1所述的一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁方法，其特征在于：高炉煤气脱除的CO2经过等离子矩加热到3000-3500℃，与煤粉重整全部转换成CO、H2 ，其中CO成分占比在90%以上。
3.根据权利要求1所述的一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁方法，其特征在于：在高炉全氧冶炼工况下，重整室输出的重整混合气的温度为 1500-1800℃。
4.根据权利要求1所述的一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁方法，其特征在于：等离子矩入口前管道上安装有流量调节阀、流量计、压力计、温度计，喷煤管在进入重整室前端管道上装有温度计、压力计，重整室安装有压力计、温度计。
5.根据权利要求1所述的一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁方法，其特征在于：加热冶金煤气的等离子矩消耗的能源为绿电——由风力、光伏产生的清洁能源。
6.根据权利要求3所述的一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁方法，其特征在于：步骤S2所述的外源CO2占CO2总量的5-30%。
7.根据权利要求3所述的一种CO2资源化利用的超低碳排放高炉炼铁方法，其特征在于：步骤S4所述的CO2的吨铁喷入量为720-840m3/t。
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