焦炉煤气喷吹铁矿石烧结过程的静态模型和工艺优化

基于质量-热量平衡开发了焦炉煤气喷吹铁矿石烧结过程的静态数学模型,利用该模型不仅可以获得固体物料(混合矿、熔剂、炉尘和焦粉等)消耗量和对应的气体物料(空气、点火煤气和保温煤气等)消耗量,同时还可以获得烧结烟气和成品烧结矿的成分.模型研究了不同焦炉煤气喷吹比例、烟罩面积覆盖比例和氧气浓度等因素对铁矿石烧结工艺的固体燃料消耗和污染物排放的影响.结果表明:采用传统烧结工艺,焦粉单耗为52. 037 kg/t,CO_2排放量、SO_2排放量和烟气排放量分别为224. 169、0. 694和1 903. 942 kg/t;采用焦炉煤气喷吹工艺,喷吹比例为0. 5%,烟罩面积覆盖比例为100%,氧气体积分数为21. 0%,焦粉单耗减少了8. 03%,CO_2排放量、SO_2排放量和烟气排放量分别减少了3. 35%、1. 59%和2. 93%;采用富氧工艺,氧气体积分数为30%,焦粉单耗减少了5. 94%,CO_2排放量、SO_2排放量和烟气排放量分别减少了4. 05%、1. 15%和28. 06%;采用富氧和焦炉煤气组合喷吹工艺,喷吹比例为0. 5%,烟罩面积覆盖比例为100%,氧气体积分数增加到30. 0%,焦粉单耗减少了13. 78%,CO_2排放量、SO_2排放量和烟气排放量分别减少了7. 28%、2. 74%和30. 17%.     

焦炉煤气喷吹对铁矿烧结过程影响的试验研究

针对目前烧结工序固体燃料偏析分布较难,料层自蓄热效应导致能耗较高、碳排放较大等问题,本文采用焦炉煤气作为喷吹介质,在自行设计和搭建的烧结杯试验平台上,从节能、提质、减排3个方面,开展焦炉煤气喷吹对铁矿烧结过程影响的试验研究。结果表明,与常规烧结生产相比,焦炉煤气喷吹能优化烧结料层的热量分布,在相同烧结矿质量条件下,可以降低烧结原料中的焦粉配比,节约固体燃料消耗;喷吹焦炉煤气后,铁酸钙质量分数提升3.72%,还原度和低温还原粉化性能等质量指标较喷吹前明显改善;NO_x和SO_2的平均排放质量浓度分别降低了13.3%和31.7%。     

富氢气体喷吹对高炉冶炼工况的影响规律

为了研究富氢气体进行高炉喷吹对于冶炼工况的影响，建立高炉喷吹富氢气体的能质平衡模型，研究了天然气、焦炉煤气、炉顶循环煤气喷吹量对燃料比、直接还原度、炉腹煤气量、氢利用率、炉腹煤气量以及CO₂排放量的影响。对风口理论燃烧温度的计算方法进行修正，将原燃料灰分吸热、未燃烧煤粉吸热、甲烷分解吸热等因素考虑在内，计算结果更精确。富氢气体喷吹可不同程度地降低直接还原度，发展间接还原，减少燃料消耗。当富氧率和焦比不变时，天然气对于直接还原度、风口焦炭质量、理论燃烧温度的影响最大，焦炉煤气其次，循环煤气最小。天然气、焦炉煤气、循环煤气喷吹量每提高10 m³,直接还原度分别降低0.014、0.009、0.002 4,风口燃烧焦炭量分别增加3.22、2.01、0.55 kg,理论燃烧温度分别增加20、14.33、10.17℃。高炉喷吹富氢气体后高炉CO₂产生量和排放量减少，其中天然气喷吹的CO₂减排效果最显著，与基准期相比，喷吹60 m³天然气时CO₂排放量减少了9.46%。     

烧结烟气CO_x的生成机理及减排措施

铁矿烧结烟气是钢铁领域污染负荷最为严重的环节。目前,研究者在颗粒物、SO_x、NO_x治理方面已取得了很大的成效,但烧结烟气中还含有一定的CO_x(7%～10%的CO_2、0.4%～1%的CO),其对人类健康和社会环境具有严重的影响,也是未来烧结烟气治理的关注点。本研究在分析烧结烟气CO_x生成机理的基础上,从源头减量、过程控制、末端治理全方位出发,提出烧结烟气CO_x的减排策略和待研究的问题,包括厚料层烧结、氢系燃气喷吹、生物质燃料烧结、燃料粒度控制、涂层制粒烧结、添加剂预处理燃料、烟气循环、富氧烧结、蒸汽喷吹、CO催化氧化及CO_2的分离吸附等。     

复合气体介质烧结的节能减排技术开发与应用

 烧结烟气排放量大、污染物种类多,是钢铁工业节能减排的重点工序。阐述了气体介质变化对烧结的影响规律,介绍了多种基于复合气体介质烧结的减排新工艺和新技术。针对烧结烟气和热废气循环利用,开发了区域选择性烟气循环工艺,在不影响烧结指标前提下实现烟气减量和污染物减排;开发了环冷机热废气提质-循环烧结工艺,提高了余热利用效率,并减少了冷却废气无组织排放。揭示了多种类型的富氢燃气喷吹对烧结的影响规律,开发了富氢燃气梯级喷吹技术,改善了烧结料层的热量分布状态,降低了固体燃耗和污染物排放。探明了烧结料面喷吹水蒸气对烧结指标的影响,获得了水蒸气喷吹的适宜区间和喷吹方法,实现了CO的减排。提出了载能复合气体介质烧结协同减排技术路线,以燃气和蒸汽复合气体为例,探明了两类气体在烧结料面的适宜耦合喷吹方式,取得了更大程度的烧结提质、节能、减排效果。     

高炉富氧喷吹焦炉煤气理论研究

 用计算模拟富氧喷吹焦炉煤气以后高炉直接还原度、焦比、入炉风量、炉腹煤气量、理论燃烧温度和炉顶煤气的变化,同时分析了富氧喷吹焦炉煤气对高炉冶炼可能带来的影响。计算结果表明：在保证高炉热量和理论燃烧温度满足高炉正常生产前提下,选择合适的富氧率和焦炉煤气喷吹量,可以使焦比降低至291kg/t,CO2的排放量减少6.1%,并且提高了煤气利用价值,增加企业的经济和环境效益。     

钒钛磁铁矿冶炼高炉喷吹焦炉煤气的减排能力

高炉喷吹焦炉煤气可以充分发挥氢还原的作用，实现高炉冶炼的低碳绿色发展。为了分析高炉喷吹焦炉煤气的减排能力，以钒钛磁铁矿冶炼高炉的现场生产数据和炉内理化反应为基础建立质能平衡模型，研究焦炉煤气喷吹量对风口理论燃烧温度和炉顶煤气CO₂排放量的影响；建立一定约束条件下喷吹焦炉煤气的操作窗口，讨论其降碳减排能力。研究结果表明，在一定的富氧率、焦比、煤比和风温下，随着焦炉煤气喷吹量的增加，风口理论燃烧温度和炉顶煤气CO₂排放量均降低。当风温和煤比一定时，通过提高富氧率可以实现喷吹焦炉煤气高炉的热量补偿。随着焦炉煤气喷吹量的增加，富氧率提高、焦比降低。不喷吹焦炉煤气，钒钛磁铁矿高炉在富氧率为3%、焦比为380.0 kg/t(Fe)、煤比为130 kg/t(Fe)、风温为1 200℃操作条件正常运行时，其风口理论燃烧温度为2 075℃、炉顶煤气温度最低为120℃;当焦炉煤气喷吹量为55 m³/t(Fe)时，可以维持与不喷吹焦炉煤气时相同的理论燃烧温度和炉顶煤气温度，相应的富氧率为5.63%、焦比为371 kg/t,炉顶CO_2...     

高炉富氧喷吹焦炉煤气对CO_2减排规律研究

将高炉分为高温区和固体炉料区两个区域,在物料平衡和热量平衡的基础上,以大型高炉生产数据做支撑,建立了高炉富氧喷吹焦炉煤气数学模型。计算结果表明:高炉富氧喷吹焦炉煤气,焦炉煤气喷吹量每增加50m3,可减少炼铁工序CO2排放量约5%,同时风口理论燃烧温度降低约35℃;如果保持风口理论燃烧温度与现有大型高炉相同,那么随着焦炉煤气喷吹量的增大,炼铁工序CO2排放量要比不考虑风口理论燃烧温度时大,但仍可以显著降低CO2排放量。     

济钢4号高炉喷吹焦炉煤气工业试验

对济钢4号高炉喷吹焦炉煤气工业试验进行了总结。工业试验结果表明:如果企业焦炉煤气资源过剩,选择高炉喷吹焦炉煤气能够产生一定的经济效益,并且能够减少CO_2排放;只要确定的高炉喷吹焦炉煤气工艺路线正确、方法得当,喷吹焦炉煤气的安全问题是完全能够得到保证的;4号高炉喷气量在62.51 m~3/t时,能够降低焦比5.28 kg/t,降低煤比40.63 kg/t,吨铁成本降低10.42元/t,减少CO_2排放量75 kg/t。     

“双碳”背景下烧结工序温室气体减排研究

通过对八钢烧结工序的现有装备、CO_(2)排放量及构成的分析和国内外低碳烧结新技术的研究,提出烧结工序应持续完善电石渣利用技术,提高电石渣在烧结与脱硫中的用量,可以优先实施烧结机台车加宽技术、新型环冷机技术、变频技术,有选择性地实施喷吹富氢气体燃料技术、烟气循环技术、料面喷洒蒸汽技术,研究与跟踪微波烧结技术、生物质能烧结技术等前沿低碳烧结技术,减少烧结工序温室气体排放。     

转炉高温烟气中喷吹除尘焦粉后O_2含量变化规律

为了解决目前煤气中O_2含量超标导致煤气回收率较低的问题,提出向转炉汽化冷却烟道中喷吹除尘焦粉来降低烟气中氧含量的新方法。以热力学计算为基础,分析了焦粉在汽化冷却烟道内与烟气中各组分发生反应的可能性,探讨了不同烟气成分对反应的影响,并通过工业试验研究了不同喷吹速率对焦粉在烟道内的反应效果,以此来探索焦粉对煤气回收质量的影响。结果表明,焦粉与烟道中的O_2反应生成CO的趋势最大,随着转炉冶炼的进行,煤气中O_2的含量不断降低,当吨钢喷吹焦粉量从0 kg/t分别增加到5、7和10 kg/t时,煤气中O_2体积分数达到回收标准(不大于2%)的时间分别减少了21.65%、40.55%和40.89%;煤气回收时间分别增加了29、77和104 s;当吨钢焦粉喷吹量达到10 kg/t时,回收煤气中平均氧体积分数则从0.855%降至0.358%。通过工业试验研究结果分析,证明了向汽化冷却烟道中喷吹焦粉的新方法回收超低氧煤气的可行性。     

转炉高温烟气中喷吹除尘焦粉后O2含量变化规律

摘要：为了解决目前煤气中O2含量超标导致煤气回收率较低的问题,提出向转炉汽化冷却烟道中喷吹除尘焦粉来降低烟气中氧含量的新方法。以热力学计算为基础,分析了焦粉在汽化冷却烟道内与烟气中各组分发生反应的可能性,探讨了不同烟气成分对反应的影响,并通过工业试验研究了不同喷吹速率对焦粉在烟道内的反应效果,以此来探索焦粉对煤气回收质量的影响。结果表明,焦粉与烟道中的O2反应生成CO的趋势最大,随着转炉冶炼的进行,煤气中O2的含量不断降低,当吨钢喷吹焦粉量从0kg/t分别增加到5、7和10kg/t时,煤气中O2体积分数达到回收标准（不大于2%）的时间分别减少了21.65%、40.55%和40.89%;煤气回收时间分别增加了29、77和104s;当吨钢焦粉喷吹量达到10kg/t时,回收煤气中平均氧体积分数则从0.855%降至0.358%。通过工业试验研究结果分析,证明了向汽化冷却烟道中喷吹焦粉的新方法回收超低氧煤气的可行性。     

我国氢冶金发展现状及未来趋势

高炉富氢冶炼和富氢气基竖炉是我国氢冶金发展的两大主要方向。高炉富氢冶炼以喷吹焦炉煤气最为典型,与未喷吹焦炉煤气相比,喷吹50 m~3/t HM焦炉煤气,炉料还原速度加快,焦比降低14.43%,碳排放减少8.61%。年产1万t DRI煤制气-气基竖炉直接还原中试基地正在建设,该流程吨钢总能耗为263.67 kgce,吨钢CO_2排放量为829.89 kg,优于传统高炉-转炉流程。综合考虑目前制氢和储氢装备与技术尚待完善、氢气还原吸热降低炉温、氢气比重低、制氢成本高等,我国原燃料条件下更适宜发展富氢气基竖炉,大规模产业化经济制氢与储氢将推动全氢竖炉的进一步发展。     

氧气高炉喷吹焦炉煤气数学模型

 为降低氧气高炉炼铁流程中循环煤气脱除CO2及煤气预热成本,提出了氧气高炉喷吹焦炉煤气炼铁流程,并建立了新流程能质平衡数学模型,应用该模型分别对传统高炉、传统高炉喷吹焦炉煤气、氧气高炉（鼓风氧体积分数为30%、40%、50%、100%）喷吹焦炉煤气炼铁流程主要技术参数进行计算并对比。结果表明,传统高炉喷吹少量焦炉煤气（30 m3/t）可降低燃料比13 kg/t,焦炉煤气置换焦炭的置换比为0.433 kg/m3,但是对其他参数影响不大。氧气高炉喷吹焦炉煤气流程随着富氧率提高,炉内还原势提高,CO和氢利用率下降,炉内存在还原剂表观过剩,非全氧鼓风条件下炉内没有发生氮气富集。新流程外供煤气总热值为3 000 MJ/t左右,与传统高炉相比变化不大,对现有钢铁联合企业煤气供需平衡影响较小。全氧高炉喷吹焦炉煤气炼铁流程相较于目前的高炉炼铁流程可节焦43%,增煤33%,总燃料比降低20%。     

烧结烟气CO的产生及治理途径——源头及过程控制技术

烧结烟气CO的减排越来越受到重视,从源头和过程减少CO的排放,对烧结清洁生产意义重大。本文从低碳烧结技术和烧结过程燃料燃烧调控技术入手,总结从源头和烧结过程减少CO排放的方法。结果表明:超厚料层烧结技术、富氢能源利用技术等可以从源头减少CO的生成,而燃料粒度及分布的控制技术、蒸汽喷吹技术、富氧改变燃烧介质技术和烟气循环烧结技术等可以实现燃烧环境和气氛的调控,从而实现CO的过程控制。     

铁矿石烟气循环烧结工艺静态模型的开发及应用

基于物料平衡-热平衡,开发了铁矿石烟气循环新工艺的静态数学模型,详细阐述了模型中各个子模块的建立和求解过程.根据铁矿石烟气循环工艺操作过程对其参数进行界面输入,利用该模型不仅可以获得固体物料(含铁原料、熔剂、炉尘和焦粉等)消耗量,以及对应的气体物料(空气、点火煤气和保温煤气等)消耗量,同时还可以获得烧结烟气的成分和成品烧结矿的成分.通过模型计算研究了操作参数和原料化学成分、配比、温度、烟气循环比及烟罩面积覆盖比对铁矿石烟气循环烧结工艺物质流和能量流的影响.     

高炉喷吹改质焦炉煤气减少CO2排放的技术发展

在日本,自2008年起开始推进COURSE50项目,该项目隶属于国际钢铁协会的CO2减排计划的子项目,旨在通过创新技术在炼钢工艺中减少CO2的排放。这项计划通过氢气还原铁矿石,以及CO2捕获分离和回收等措施开发减少CO2排放的技术。计划中的一项关键技术是,通过改质的焦炉煤气,利用氢气还原技术来降低高炉中碳的消耗。通过软熔测试装置进行了还原试验来论证炉身喷吹的条件。结果表明,在炉身喷吹改质焦炉煤气能有效改善炉墙区域的透气性,喷吹的高氢含量改质焦炉煤气可增加间接还原度。得到了改质焦炉煤气的理想喷吹条件:改质焦炉煤气的喷吹量应控制在200Nm3/t以上,同时喷吹煤气的比例达到20%以上。建立了高炉炉身喷吹改质焦炉煤气的气固两相流冷态模型,以分析高炉内的煤气流分布。对炉内煤气流量、流速对气流分布的影响进行了研究。结果表明,从炉墙向内可穿透的最大距离为炉身半径的15%～20%。该结果表明,通过在炉身喷吹改质焦炉煤气来减少高炉碳消耗的可能性较大,由于利用氢还原比利用CO还原具有更高的反应效率,进而减少炼铁工艺的CO2排放。     

面向污染物减排的烧结烟气循环研究与应用进展

对比了已有的5种典型烧结烟气循环工艺特点与应用情况,介绍了烧结烟气循环工艺的研究进展,研究了宝钢开发的BSFGR工艺对烧结烟气中O2、CO、SO2、NOX等成分排放规律的影响。结果表明,当循环烟气中O2含量从21%降至18%时,烧结烟气中O2、SO2、NOX含量均有所降低,CO含量升高,烧结烟气总排放量及各污染物排放量降低,节能减排效果显著。     

烧结主要工艺参数对烟气SO2排放的影响

针对目前烧结烟气分段脱硫技术中存在的实际问题及烧结烟气中SO2的排放规律,研究了铁矿石烧结过程中,主要工艺参数(混合料水分、焦粉用量、生石灰用量及碱度)对烟气中SO2排放规律的影响。结果表明,烧结过程结束前,烟气中SO2含量将出现峰值,其峰值大小与烧结混合料水分及焦粉用量呈正相关,与生石灰用量及碱度呈负相关。     

380m~2烧结SO_2排放预测模型分析

采用物料平衡、硫平衡的方法,对马钢烧结生产线实际数据进行拟合,分析其相关度,建立烧结SO_2排放预测模型,并进行反算验证。其结果为:1通过模型分析得到影响烧结二氧化硫排放最重要因素为混匀矿、焦粉;2根据各类物料消耗量,应用预测模型,可以预测烟气中的SO_2总排放量;模型与实际烟气含硫量之间的平均误差为5%。3此预测模型反向使用,根据烟气中SO_2排放量,反算混匀矿和焦粉总硫含量,模型与实际生产数据反算平均误差为8%。