高炉喷吹煤气的煤造气试验

为克服喷吹煤粉给高炉冶炼带来的不利影响,提出了由造气炉燃烧普通煤产生煤气,自风口喷入高炉替代喷吹煤粉的新工艺,研究工艺参数对煤造气质量的影响规律。结果表明,气化剂流量增加,煤气中CO+H_2含量和煤气热值先升高后降低;CO+H_2含量和煤气热值随着反应温度、料层厚度、富氧率的增加而增加。当气化剂流量1.0 m~3/h、反应温度1 000℃、料层厚度1 000 mm、富氧率15%时,煤气质量达到最佳值,CO+H_2含量达到79.37%,煤气热值达到10 229.51 kJ/m~3。     

喷吹煤造气炉工艺参数的研究

为了使高炉生产更加高效、节能环保,提出了高炉喷煤新工艺,将造气炉内煤气化生产富氢煤气代替高炉喷煤。采用二硅化钼高温炉对不同工艺参数(温度、时间、压力、气化剂流量)下煤的气化进行实验,用红外线气体分析仪分析产出煤气的气体成分。结果表明:随着温度的增加,煤气中CO含量升高,H_2含量逐渐降低,还原气体组分(CO+H_2)含量增加的速率逐渐变缓;煤气中的还原气体组分含量随着反应时间的增加先增加后减少;随着压力的增加,煤气中CO和H_2的含量先增加,继续加压,煤气中的CO含量逐渐平稳且有下降的趋势,H_2含量的上升逐渐变缓,煤气中的还原气体组分含量升高的速率逐渐变慢;随着气化剂流量的增加,煤气中还原气体组分含量先升高后降低,H_2和CO含量均呈现先升高后降低的趋势。当反应温度为1000℃,反应时间为5min,气化剂流量为10L/min,煤气出口压力为0. 5kPa时,造气炉最佳煤气产出成分CO和H_2分别为49. 05%和18. 75%。     

结合CCS的炉顶煤气循环—氧气鼓风高炉CO2减排分析

 介绍了炉顶煤气循环—氧气鼓风高炉炼铁技术的研发进展,阐述了碳捕捉及封存技术(CCS)的特点及其技术成熟度,重点分析了几种CO2分离方法的原理及其适用条件,最后应用IPCC2006方法计算分析了结合碳捕捉及封存技术的炉顶煤气循环氧气鼓风高炉的CO2减排效果。结果表明：新工艺的吨铁CO2排放量为582.40kg,较传统高炉CO2减排55%。结合碳捕捉及封存技术的炉顶煤气循环氧气鼓风高炉炼铁技术的开发,能够促进中国钢铁工业CO2减排,对钢铁工业的可持续发展具有十分重要的现实意义和深远影响。     

氧气高炉炼铁技术分析

对氧气高炉进行了数值模拟,数值模拟结果表明氧气高炉炉顶煤气循环利用,可以降低燃料消耗5%左右,炉顶煤气CO2进行储存及资源化利用,可以减少CO2排放56%以上。通过分析氧气高炉的工业化试验情况,说明氧气高炉要实现低成本生产,尚需要解决高效喷吹及全流程优化控制技术,循环煤气加热技术,炉顶煤气CO2脱除技术和CO2储存及资源化利用技术四个关键问题,同时为发展氧气高炉炼铁新工艺提出建议。     

炉顶煤气循环氧气高炉的能耗和碳排放

基于相间传热传质和反应动力学理论,建立了由高炉本体一维模型、风口回旋区燃烧模型、CO2脱除单元模型和煤气预热单元模型组成的炉顶煤气循环氧气高炉工艺综合模型,研究了该新型炼铁工艺的可行性,分析了关键参数对综合能耗和碳排放的影响。研究结果表明:下排风口循环煤气流量需要维持在一定范围内来保持合理的理论燃烧温度;低温和高还原势的炉内环境有利于抑制焦炭气化反应,加强铁氧化物间接还原;氧气高炉的煤气输出量较少,但热值很高,能达到传统高炉煤气热值的2倍以上;焦炭消耗的减少显著降低了氧气高炉的输入总能量,即便是与副产煤气全部有效利用的传统高炉相比,氧气高炉仍具有综合能耗较低的优势;由于氧气鼓风和CO2分离过程消耗大量电力,氧气高炉的CO2间接排放要高于传统高炉,而CO2捕集和封存可显著降低氧气高炉系统的CO2直接排放;与传统高炉相比,氧气高炉系统的CO2直接排放可降低57.1%~59.0%,净排放可降低32.9%~40.4%,节碳减排效果显著。     

宣钢3#高炉回收煤气停炉生产实践

对宣钢3#高炉快速停炉降料面的实践进行了总结。在停炉过程中,通过对炉顶打水量、氮气通入量的控制,将炉顶温度及炉喉煤气中H_2和O_2的含量控制在合理范围内(炉顶温度控制在350~450℃,炉喉煤气H_2%10,O_2%0.8),避免了煤气的爆震,延长了回收高炉煤气的时间,实现了安全、环保、快速停炉。     

国外高炉炉顶煤气循环利用新技术

高炉炉顶煤气循环利用的主要工艺的核心环节是将高炉炉顶煤气合适处理后把其中的还原成分（CO和H2）喷入风口或炉身适当位置，从而重新回到炉内参与铁氧化物的还原，以加强碳和氢元素的利用。该工艺被认为可改善高炉性能、降低能耗以及减少二氧化碳的产生，从生产实际出发，许多国家提出了诸如HRG（俄罗斯）、JFE（日本）、OHNO（日本）、     

CO2炼钢对氧气高炉循环煤气的改质及加热

 为解决氧气高炉循环煤气CO2脱除和加热过程中的析碳问题,提出了一种利用CO2炼钢对煤气进行改质和加热的方法,并通过热力学计算探讨了铁水和煤气成分对炼钢过程的影响,得到了合理的循环煤气处理方案。结果表明,CO2炼钢反应总体上是大量吸热的,需要外部热源提供热量;以氧气高炉炉顶煤气为氧化剂时,炼钢温度范围内铁水中碳的脱除限度在0.02%以下,脱除率高于99%;煤气处理能力和改质煤气成分受铁水成分影响,并且铁水中碳含量的影响更大;通过CO2炼钢与变压吸附2种工艺的结合,可满足氧气高炉对循环煤气量和温度的需求。     

氧气高炉循环煤气加热过程中的析碳行为

以氧气高炉循环煤气加热工艺为背景,在实验室条件下研究了CO和H₂体积分数较高的煤气加热时的析碳行为。实验结果表明,温度和CO₂体积分数是影响析碳反应的重要因素。在300-700℃范围内,当温度低于500℃时,析碳反应速度随温度的升高而增加;当高于此温度时,反应速度随温度的升高而下降。析碳反应包括CO分解析碳反应以及CO和H₂的混合析碳反应。对比热力学理论与实验现象分析了析碳过程中以上两个反应可能起到的作用。采用扫描电镜,从微观结构上观察了500~700℃时加热过程中析出碳的形态并研究了析碳行为。另外,随着CO₂体积分数的增加,析碳反应速率逐渐降低。在500℃和600℃时,CO₂体积分数的增加对析碳行为有较大抑制作用,尤其在500℃时这种抑制作用更加明显。      

喷吹循环煤气氧气高炉的静态模型

根据整体及各区域的物理化学约束条件建立了氧气高炉工艺综合数学模型.通过模型的计算结果对能量在不同区域的利用情况进行了分析.得出结论如下:氧气高炉无煤气循环流程的一次能耗很高,燃料比在600 kg/tHM以上,并且无法实现高温区和固体炉料区之间的能量匹配.炉顶煤气循环后,可以实现能量在高温区和固体炉料区的同时平衡;在同时满足全炉热平衡和区域热平衡的条件下,氧气高炉炉身喷吹循环煤气流程的理论燃烧温度过高,而炉缸喷吹循环煤气流程的理论燃烧温度偏低;对于氧气高炉炉身、炉缸同时喷吹循环煤气流程,随着循环煤气量的增大,焦比升高,煤比降低,理论燃烧温度可以维持在合理的范围内.     

高炉喷吹富氢煤造气工艺的(火用)分析

针对高炉喷吹富氢煤造气新工艺，在采用热质平衡数学模型获得系统整体物质流的基础上，利用■分析理论建立了相应的■流分析数学模型，评价其能量利用情况。对传统高炉和两种工况条件下喷吹富氢煤造气高炉系统的■流分布以及■损失、热力学完善度、■效率等主要■指标进行计算和进一步分析。结果表明，与传统高炉物料结果相比，新工艺两种工况下条件下的矿石用量、鼓风量、渣量和炉顶煤气产生量等资源消耗、副产品降低幅度较为明显；技术经济指标中，喷吹富氢煤造气高炉工况1号和工况2号的焦比分别降低了9.2%和22.3%;尽管煤比升高了18.6%和26.1%,但系统整体燃料比仍降低1.1%和8.2%。高炉喷吹富氢煤气新工艺的■能结构不同于传统高炉，■收入来自于高炉单元的焦炭和造气炉单元的煤，同时增加了造气炉单元焦炉煤气和工业氧的■投入。虽然新工艺两种工况下总■投入较传统高炉分别升高了5.4%和5.1%,但外供煤气可利用的质量较高，■收益较高。新工艺总■损失明显降低，较传统高炉降低了16.5%和21.7%,热力学完善度由传统高炉的82.0%上升到了85.6%和86.5%,能量利用质量得到了提高。此外，新工艺■效率也有所升高，...     

鼓风参数对炉顶煤气循环高炉的影响分析

针对炉顶煤气循环高炉(TGRBF)的工艺特点,建立了此工艺的数学模型,根据模型的计算流程和给定的条件数据,计算出了一种给定条件下TGRBF的基本工艺参数,焦比180kg/t,煤比200kg/t,直接还原度为0.15;通过调整设定的鼓风温度和鼓风中的氧气含量,得出这2个参数变化对焦比、循环煤气量、鼓风量、炉顶煤气中CO含量、风口焦炭燃烧比例、循环煤气的富余量等参数的影响。     

炉顶煤气循环氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型

结合风口回旋区燃烧和炉外煤气预热、脱除和循环的平衡关系,建立了氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型,并采用传统高炉的运行和解剖数据对模型进行了验证分析.通过模型研究了氧气含量和上部循环煤气流量对氧气高炉炉内过程变量的影响规律.结果表明:氧气含量偏低和上部循环煤气流量不足时,会降低铁矿石还原效果,炉渣内出现大量未还原铁氧化物;氧气含量和上部循环煤气流量的提高可以有效提高炉内CO含量和铁矿石还原速度,但提高上部循环煤气流量会大幅提升炉顶煤气温度,增大热量损失.与传统高炉相比,氧气高炉内CO含量提高1.0~1.5倍,炉内气体还原性更强;铁矿石还原完成位置提高1.49 m,全炉还原反应速度更快;直接还原度降低55.2%~79.2%,炉内直接还原反应消耗的碳量更少.      

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的数值模拟

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉炼铁新技术的工艺特点决定了煤粉在其回旋区内的燃烧条件与传统高炉相比将发生很大变化.本文建立了氧气高炉直吹管—风口—回旋区下部煤粉流动和燃烧的数学模型,研究了入口布置方式、氧含量、循环煤气温度以及H₂O和CO₂含量对煤粉燃烧的影响.模拟结果表明:三种引入方式中,假想的循环煤气和氧气混合进入方式明显优于循环煤气和氧气单独进入方式.当氧的体积分数由80%增加到90%,相应的煤粉燃尽率由87.525%提高到93.402%.循环煤气温度对煤粉燃尽率的影响并不显著.循环煤气中H₂O和CO₂的体积分数提高5%,风口轴线上气体的最高温度分别降低124 K和113 K.      

酒钢7号高炉回收煤气停炉实践

对酒钢7号高炉(2650m~3)回收煤气停炉实践进行了总结。7号高炉因安全问题需停炉维修,首次采用降料面打水回收煤气的停炉方法,在炉身通入氮气控制煤气中H_2、O_2含量,同时在炉顶、重力除尘器出口及减压阀组后安装喷雾打水装置实行分段式降温。降料面过程中,7号高炉炉顶温度控制在350～450℃,煤气成分和温度达到回收标准,回收煤气达到60%,没有出现爆震,实现了安全、环保停炉。     

炉尘对高炉炉顶煤气中HCl脱除过程的影响

通过研究炉尘对高炉炉顶煤气中HCl脱除过程的影响发现:高炉煤气中布袋灰含量在小于5 mg/m3的范围升高时,高炉炉顶煤气的脱氯效果得到改善;粒度在小于38μm范围内,粒径增加可以小幅改善脱氯效果,但粒度过大时脱氯效果迅速变差。高炉炉顶煤气中HCl气体脱除工艺适宜的实施地点应该选择在布袋除尘器后,布袋灰经过一定的提纯处理后可作为高炉炉顶煤气脱氯剂的活性添加剂。高炉煤气中的重力灰却会恶化高炉炉顶煤气的脱氯效果。     

高炉炉顶综合煤气连续分析技术应用

介绍了攀钢高炉炉顶综合煤气连续分析技术应用研究。该技术结合国内外同类技术的使用经验,选择适应现场条件的最佳技术方案和当前最新煤气分析设备,并对分析系统采取了可靠性、连续性、防堵塞、快速响应等关键技术措施,在高炉上装机应用获成功。系统能连续准确地测出炉顶综合煤气中的CO2、CO和H2的浓度值,为高炉操作及时了解炉况和调剂负荷提供依据,使高炉稳定高产,提高了煤气利用率。     

高炉喷吹COREX脱CO2顶煤气的数值分析

 COREX脱CO₂顶煤气作为一种优质富氢气体,直接喷吹进入高炉可有效降低高炉燃料消耗。建立了高炉喷吹COREX脱CO₂顶煤气静态工艺模型,研究高炉喷气对风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、炉腹煤气成分、风口回旋区形状、直接还原度、节焦效果等因素的影响,并进一步探究了提高风温作为热补偿措施后的适宜喷气量。研究结果表明,不采取热补偿措施条件下,随着COREX脱CO₂顶煤气喷吹量的增加,理论燃烧温度逐渐降低,炉腹煤气量逐渐升高,高炉直接还原度降低。以维持理论燃烧温度和炉腹煤气量稳定为标准,风温相对基准提高30、60、90 ℃后,可接受喷吹的煤气量为45.4、85.5、123.3 m3/t。热补偿后,随着喷气量增加,鼓风量逐渐降低,富氧率逐渐升高。炉腹煤气中的CO及H₂含量随喷气量增加而增加,每增加10 m3/t的COREX煤气喷吹量,炉腹煤气中总的还原气体体积分数增加0.46 %,直接还原度降低0.006,节约焦炭1.48 kg/t。     

联合钢厂采用无碳排放的ENERGIRON直接还原方案减少温室气体的排放

在基于高炉冶炼的联合企业中,始终有一些过剩的焦炉煤气、转炉煤气和高炉炉顶煤气,通常这些煤气用于电厂发电。另一种替代方法是使用这些现有的能源气体生产直接还原铁(DRI),将其作为金属化炉料加入高炉,提高粗钢产量,以减少化石燃料单耗。优化利用主要的化石燃料可以显著降低吨钢CO2排放量。采用传统的BF-BOF流程,即使在优化工艺流程的基础上,吨钢CO2排放量也有1.7～1.8t左右。而用产自天然气、焦炉煤气和高炉炉顶煤气的DRI作为金属化炉料加入高炉或电炉,却可显著降低CO2排放量。     

国外高炉炉顶放散煤气回收新工艺

随着炼铁节能技术的发展,国外正在推行一种新的回收炼铁二次能源的新措施,即回收高炉炉顶放散煤气的新工艺。国外关于回收高炉炉顶放散煤气新工艺的有两家。1974年4月苏联首先在车里雅宾斯克冶金工厂1719米~3的1号高炉上安装了回收炉顶放散煤气的设备。其工艺流程如图1所示。连接炉顶煤气放散管3的排气阀4接上新安装的两个荒煤气支管7,通向煤气回收装置的总煤气管17,高压洗涤塔11,变颈文氏管15。清洗后的煤气成