本發(fā)明涉及低碳冶金領(lǐng)域，具體涉及一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法。

背景技術(shù)：

1、在“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)下，我國碳排放量占15％的鋼鐵行業(yè)面臨傳統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)型和低碳新技術(shù)突破的迫切要求。而鋼鐵行業(yè)70％的碳排放集中在高爐-轉(zhuǎn)爐工藝，因此降低高爐煉鐵碳排放是實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)降碳的關(guān)鍵。目前，高爐減碳技術(shù)主要包括高爐富氫冶煉技術(shù)、爐頂煤氣脫碳循環(huán)技術(shù)等。高爐富氫冶煉可減少焦炭、煤粉等還原劑的消耗，從而降低碳排放。頂煤氣循環(huán)技術(shù)通過將爐頂煤氣脫co2后從風(fēng)口或爐身循環(huán)噴吹進(jìn)入高爐，使煤氣中co、h2循環(huán)參與爐內(nèi)還原反應(yīng)，減少碳排放同時提高氣體利用率。使用富氧鼓風(fēng)替代空氣，可以降低煤氣中n2比例和碳捕集成本。

2、當(dāng)前，高爐富氫冶煉減碳有限，其中，上部水煤氣置換反應(yīng)(h2o+co＝co2+h2)是限制h2利用率及以氫代碳的關(guān)鍵因素之一。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中提到的高爐富氫冶煉氣體利用率低、減碳有限的現(xiàn)狀，提出了一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，擬通過高爐中部煤氣除塵、脫co2、脫濕后初循環(huán)入高爐和爐頂煤氣除塵、脫co2、脫濕后二次循環(huán)入高爐，提高氣體利用率，進(jìn)一步降低高爐的碳排放。

2、為了解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

3、一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，其特征在于包括如下步驟：

4、步驟1：按照工藝要求準(zhǔn)備煉鐵的原輔材料，將含鐵爐料與焦炭從爐頂加入高爐；

5、步驟2：通過高爐送風(fēng)系統(tǒng)，從高爐進(jìn)風(fēng)口通入含氧量90％以上的富氧氣體實現(xiàn)氧氣吹煉；

6、通過高爐送風(fēng)系統(tǒng)，從高爐進(jìn)風(fēng)口通入富氫氣體實現(xiàn)富氫冶煉；

7、步驟3：高爐爐缸煤氣向上運動并加熱含鐵爐料和焦炭，爐內(nèi)溫度逐漸升高，含鐵爐料與焦炭、co和h2在高爐內(nèi)發(fā)生直接、間接還原反應(yīng)；

8、步驟4：在高爐中部，對應(yīng)水煤氣置換反應(yīng)開始發(fā)生處，通過與高爐內(nèi)部連通并延伸至高爐外部的煤氣導(dǎo)出管引出部分高爐中部煤氣，經(jīng)過除塵、脫除co2、脫濕處理得到中部循環(huán)煤氣，再將其加熱至850-900℃后，加壓從高爐中部通入高爐內(nèi)以實現(xiàn)煤氣初循環(huán)；

9、步驟5：對高爐的爐頂煤氣進(jìn)行除塵、脫co2、脫濕處理后，將得到的煤氣加熱至1000-1200℃，從高爐進(jìn)風(fēng)口再循環(huán)入高爐。

10、這樣，本發(fā)明通過鼓入富氧或純氧代替空氣鼓風(fēng)，可以強(qiáng)化爐內(nèi)燃料燃燒，降低燃料比，提高煤氣熱值，降低煤氣中n2比例、降低co2分離成本，提高生產(chǎn)效率；通過脫碳裝置、除濕裝置將高爐中部、頂部煤氣中的co2和h2o脫除，一方面抑制了水煤氣置換反應(yīng)的發(fā)生，提高了h2的利用率，另一方面大幅度提升了煤氣的還原性，可進(jìn)一步提高h(yuǎn)2、co利用率，降低碳排放。

11、進(jìn)一步的，所述煤氣導(dǎo)出管向上傾斜設(shè)置，靠近高爐的一端設(shè)置帶孔擋板。這樣，向上傾斜設(shè)置的煤氣導(dǎo)出管，能避免引出煤氣的過程中帶出小顆粒原料堵塞管道。

12、進(jìn)一步的，所述的富氧氣體的含氧量為90％—100％。采用富氧或純氧的助燃?xì)怏w，可以強(qiáng)化爐內(nèi)燃料燃燒，降低燃料比，提高煤氣熱值，降低煤氣中n2比例、降低co2分離成本，提高生產(chǎn)效率。

13、進(jìn)一步的，噴吹富氫氣體后，爐缸煤氣成分為5％-50％h2、50％-95％co。

14、進(jìn)一步的，步驟4中，水煤氣置換反應(yīng)為h2o+co＝h2+co2；發(fā)生的溫度為810℃±20℃。

15、進(jìn)一步的，步驟4中，煤氣導(dǎo)出管引出高爐中部煤氣的組分為1.5％-30％h2、15％-57％co、2％-35％h2o、20％-66.5％co2，經(jīng)過除塵、脫除co2、脫濕處理得到中部循環(huán)煤氣的組分為5％-60％h2、40％-95％co。

16、進(jìn)一步的，步驟4中，所述的高爐中部煤氣的除塵，采用顆粒床進(jìn)行高溫除塵；高爐中部煤氣的脫除co2，采用氧化鈣吸附脫除co2，溫度低于800℃；高爐中部煤氣的脫濕處理，采用氧化鈣吸附脫濕，溫度低于580℃。

17、進(jìn)一步的，步驟5中，所述爐頂煤氣的組成為1.25％-40％h2、16.5％-58.5％co、1.25％-33.5％h2o、13％-49％co2；經(jīng)過除塵、脫co2、脫濕處理后，得到的煤氣組分為1％-70％h2、30％-99％co。

18、進(jìn)一步的，爐頂煤氣除塵，首先對煤氣進(jìn)行粗除塵處理，再進(jìn)行濕法除塵或者干法除塵；爐頂煤氣的脫co2處理，采用醇胺法脫co2；爐頂煤氣的脫濕處理，采用高濃度鹽溶液吸附脫濕處理。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，具有如下技術(shù)特點：

20、1.通過鼓入富氧或純氧代替空氣鼓風(fēng)，可以強(qiáng)化爐內(nèi)燃料燃燒，降低燃料比，提高煤氣熱值，降低煤氣中n2比例、降低co2分離成本，提高生產(chǎn)效率。

21、2.通過脫碳裝置、除濕裝置將高爐中部、頂部煤氣中的co2和h2o脫除，一方面抑制了水煤氣置換反應(yīng)的發(fā)生，提高了h2的利用率，另一方面大幅度提升了煤氣的還原性，可進(jìn)一步提高h(yuǎn)2、co利用率，降低碳排放。

22、3.采用電加熱或者等離子體加熱技術(shù)將高爐中部、頂部脫co2、脫濕后的煤氣加熱并循環(huán)入高爐，使循環(huán)煤氣帶入的物理熱提供高爐內(nèi)還原反應(yīng)和渣鐵熔化分離所需的部分熱量，替代了加熱升溫所需的碳素消耗，降低高爐的碳排放量。

技術(shù)特征：

1.一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，其特征在于包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，其特征在于，所述煤氣導(dǎo)出管向上傾斜設(shè)置，靠近高爐的一端設(shè)置帶孔擋板。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，其特征在于，所述的富氧氣體的含氧量為90%—100%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1—3任一所述的一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，其特征在于，噴吹富氫氣體后，爐缸煤氣成分為5%-50%h2、95%-50%co。

5.根據(jù)權(quán)利要求1—3任一所述的一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，其特征在于，步驟4中，水煤氣置換反應(yīng)為h2o+co=h2+co2；發(fā)生的溫度為810℃+20℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1—3任一所述的一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，其特征在于，步驟4中，煤氣導(dǎo)出管引出高爐中部煤氣的組分為1.5%-30%h2、15%-57%co、2%-35%h2o、20%-66.5%co2，經(jīng)過除塵、脫除co2、脫濕處理得到中部循環(huán)煤氣的組分為5%-60%h2、40%-95%co。

7.根據(jù)權(quán)利要求1—3任一所述的一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，其特征在于，步驟4中，所述的高爐中部煤氣的除塵，采用顆粒床進(jìn)行高溫除塵；高爐中部煤氣的脫除co2，采用氧化鈣吸附脫除co2，溫度低于800℃；高爐中部煤氣的脫濕處理，采用氧化鈣吸附脫濕，溫度低于580℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1—3任一所述的一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，其特征在于，步驟5中，所述爐頂煤氣的組成為1.25%-40%h2、16.5%-58.5%co、1.25%-33.5%h2o、13%-49%co2；經(jīng)過除塵、脫co2、脫濕處理后，得到的煤氣組分為1%-70%h2、30%-99%co。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，其特征在于，爐頂煤氣除塵，首先對煤氣進(jìn)行粗除塵處理，再進(jìn)行濕法除塵或者干法除塵；爐頂煤氣的脫co2處理，采用醇胺法脫co2；爐頂煤氣的脫濕處理，采用高濃度鹽溶液吸附脫濕處理。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于高爐中部、頂部煤氣雙循環(huán)的煉鐵方法，通過高爐送風(fēng)系統(tǒng)，通入富氧氣體、富氫氣體實現(xiàn)富氧、富氫冶煉；在高爐中部，對應(yīng)水煤氣置換反應(yīng)開始發(fā)生處，通過煤氣導(dǎo)出管引出部分高爐中部煤氣，經(jīng)除塵、脫除CO<subgt;2</subgt;、脫濕處理，再將其加熱、加壓從高爐中部通入高爐內(nèi)以實現(xiàn)煤氣初循環(huán)；對高爐的爐頂煤氣進(jìn)行除塵、脫CO<subgt;2</subgt;、脫濕處理，加熱后從高爐進(jìn)風(fēng)口再循環(huán)入高爐。本發(fā)明通過鼓入富氧代替空氣鼓風(fēng)，強(qiáng)化爐內(nèi)燃料燃燒，降低燃料比，提高煤氣熱值，降低煤氣中N<subgt;2</subgt;比例、降低CO<subgt;2</subgt;分離成本；通過脫碳、除濕將高爐中部、頂部煤氣中的CO<subgt;2</subgt;和H<subgt;2</subgt;O脫除，抑制水煤氣置換反應(yīng)的發(fā)生，提高H<subgt;2</subgt;的利用率，降低碳排放。

技術(shù)研發(fā)人員：扈玫瓏,白晨光,陳布新,陳俊宇,尹鋮,張生富
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9