高炉煤气精脱硫技术的半工业试验

 高炉煤气中有机硫(主要是COS)含量高,无机硫含量低,硫的脱除难度大。针对以上特点,在山东某金属公司进行了干法精脱硫工艺的半工业试验。具体的工艺方案为,脱硫设备布置在高炉TRT设备之后,高炉煤气通过旁通管从高炉煤气管网上接入脱硫试验装置。水解和脱硫反应器均为填充床形式,采用“一级水解+脱硫”串联“二级水解+脱硫”的两级串联设计方案。在相应的水解和脱硫反应器中分别填充一种改进型的Al₂O₃基低温水解催化剂和氧化铁基脱硫剂。水解催化剂促使煤气中的有机硫(COS)与水蒸气反应生成H₂S,再由脱硫剂与H₂S反应生成Fe₂S₃,从而实现煤气中硫的脱除。在半工业试验中,进入脱硫设备的煤气流量为400 m3/h,煤气温度为80~100 ℃,COS的体积分数约为70%,H₂S的体积分数约为25%,煤气中硫浓度为145 mg/m3。经过300 h的连续试验,结果表明,该脱硫工艺全过程废水零排放;高炉煤气中有机硫(COS)转化为无机硫(H₂S)的转化率约为99%;煤气中硫分的脱除率大于96%;能够保证煤气燃烧后烟气中SO₂浓度小于10 mg/m3。     

基于高炉炉料结构优化的源头减排技术及应用

 为了更进一步降低污染物排放总量,河钢集团在实现污染物超低排放的同时积极开展源头和过程硫硝减排技术研发。针对国内矿粉资源特点和球团、烧结过程污染物生成规律,以减少污染物生成总量为出发点,开发出适于高比例球团冶炼的低排放、低能耗熔剂性球团制备技术,阐明了熔剂性球团焙烧过程吸放热规律,克服了生球爆裂、回转窑结圈等技术难题,成功生产出SiO₂质量分数在4.5%以上,MgO质量分数为1.8%左右,二元碱度(R₂)为1.0左右的镁质熔剂性球团,并且具备长期连续生产的能力。开发了焙烧温度与球团矿质量调控、燃烧温度与硫硝生成控制技术,使得熔剂性球团抗压强度大于2 200 N/个,SO₂生成量比酸性球团降低了20%,比烧结矿产生的SO₂、NO_x分别降低75%、53%。研发了高比例球团高炉冶炼集成技术,高炉球团质量分数由20%增加到80%,燃料比降低11 kg/t,吨铁SO₂、NO_x分别减排50%、26%。提出了炼铁流程全生命周期节能减排定量分析方法和持续改进方向,成功实现污染物在源头和过程上的削减。已成功推广至河钢集团2 000 m3级、3 000 m3级高炉和河钢乐亭沿海基地3 000 m3级高炉在建项目上,为国内钢铁工业减少污染物排放总量开辟了新的方向。     

不同蒸汽喷吹条件下烧结烟气的NOx和SO2排放规律

为降低烟气中NO_x和SO₂的排放质量浓度，提高固体燃料的燃烧效率，本文基于某钢铁厂的烧结原料开展50 kg级烧结杯试验，研究向烧结料面喷吹蒸汽条件下喷吹总量、喷吹流量及开始喷吹时间等因素对烧结过程NO_x和SO₂排放的影响。结果表明：点火8 min后向料面连续喷吹蒸汽15 min,当喷吹流量为0.02 m³/min时，烧结烟气中NO_x和SO₂排放质量浓度分别降低11.75%、13.25%,并且烧结矿的产、质量指标亦有优化。蒸汽的加入有利于固体燃料分子键的断裂，加速固体燃料挥发分中HCN和NH₃的析出进程，同时增强了烧结料层的局部还原性气氛，进而促进烧结过程NO的异相还原反应，降低了NO_x的排放质量浓度；向料面喷吹蒸汽会使过湿层增厚，使SO₂在过湿层中逐渐被吸收，当过湿层消失时，SO₂瞬间释放不充分，从而降低其排放质量浓度，并且延迟其排放峰值。本文研究...     

氧气高炉喷吹CO2对冶炼参数的影响研究

采用物料平衡、热平衡方法,模拟计算了氧气高炉喷吹CO₂后理论燃烧温度、鼓风动能、焦比、炉腹煤气量、直接还原度及炉顶煤气量的变化规律。结果表明,随着CO₂喷入量增加,氧气高炉的理论燃烧温度和直接还原度降低,鼓风动能、焦比、炉腹煤气量和炉顶煤气热值提高。CO₂喷入量为100 m³/t时,理论燃烧温度降低到2 267℃,鼓风动能提高到1 780.41 kg·m/s,能够满足高炉炼铁的正常生产需求。     

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%。     

水合物法高炉煤气脱除二氧化碳的热力学模型研究

提出了将水合物法应用于高炉煤气的脱碳提质.选择正四丁基溴化铵（TBAB）作为热力学促进剂,并基于Chen-Guo水合物热力学模型,对高炉煤气在TBAB溶液中水合物的生成压力进行计算预测.将模型用于含高炉煤气部分组分+TBAB体系的水合物的生成压力计算,计算结果与文献中实验值进行比较,平均相对误差在3 %~16 %左右;而对不同浓度组成的CO₂+CO+N₂+H₂+水体系的水合物生成压力的计算结果比较,平均相对误差在7.5 %~11.7 %左右;用压力探索法测得高炉煤气+TBAB体系水合物的相平衡实验数据,并与计算值进行比较,平均相对误差为16.6 %,表明模型在一定程度上可预测高炉煤气在TBAB溶液中水合物的相平衡条件.      

高炉富CO2鼓风的煤气量及热平衡综合分析

为了探析高炉富CO₂条件下炉缸煤气量及热量损失,本文通过计算不同富CO₂率鼓风的炉缸煤气量,明确了炉缸煤气量各成分随富CO₂率的变化规律,在此基础上,根据CO₂+C=2CO的吸热反应,分析了富CO₂鼓风对燃料比、理论燃烧温度、冶炼强度及热平衡的影响。结果表明,按照1 kg燃烧碳量计算,鼓风CO₂含量提升1%（需要鼓风中带入0.0434 m³的CO₂）,炉缸煤气量中CO提高0.0868 m³,N₂下降0.1251 m³,总煤气量下降0.0817 m³。同时,带入的0.0434 m³的CO₂,其分解热量为306.20 kJ。     

顶煤气循环氧气高炉低碳炼铁技术综合评价

顶煤气循环氧气高炉工艺是一种新型高炉炼铁工艺，具有大幅降低燃料比、减少CO₂排放和提高铁水生产效率等优点。对于氧气高炉的内部生产状态、整体生产指标、能量利用以及经济效益等进行了深入的系统性研究。通过顶煤气循环氧气高炉多流体模型，对风口喷吹循环煤气与风口炉身同时喷吹循环煤气2种路线下不同操作参数对氧气高炉的冶炼状态、生产指标、氧气高炉的能量利用效率以及经济效益的影响进行了研究对比。结果表明，随着理论燃烧温度的增加，氧气高炉焦比上升，产量进一步增大，高炉的热力学完善度和■效率降低，氧气高炉的综合效益增加。在只有风口喷吹循环煤气的条件下，与理论燃烧温度2 000℃的案例相比，理论燃烧温度为2 184℃时，焦比上升至243.9 kg/t,产量增加至5 538.3 t/d,热力学完善度由90.69%降低至88.30%,经济效益由13 540万元/a上升至16 252万元/a。与风口喷吹循环煤气的路线相比，风口和炉身同时喷吹循环煤气的顶煤气循环氧气高炉具有更大的产量、节焦量、热力学完善度、■效率以及更高的综合经济效益。在理论燃烧温度为2 184℃,炉腹煤气流量为3 881 m...     

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。     

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.      

晋南钢铁高炉喷吹富氢气体工业化实践

 钢铁工业是中国制造业中碳排放量最高的行业,碳排放占全国碳排放总量的15%左右。高炉是钢铁工业碳消耗量最大的工序,碳消耗占钢铁流程总碳消耗的70%以上,减少高炉冶炼碳消耗是降低钢铁工业碳排放的最有效措施。高炉喷吹富氢气体不但可以提高冶炼效率,减少污染物排放,而且可以减少焦炭或煤粉消耗,从源头上降低高炉冶炼碳消耗,从而减少碳排放。以山西晋南钢铁两座1 860 m3高炉风口喷吹富氢气体工业化生产数据为例,详细研究了高炉喷吹富氢气体对燃料比、风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、H₂利用率以及CO₂排放量的影响。结果表明,喷吹富氢气体可以显著降低高炉固体燃料消耗,在吨铁富氢气体喷吹量为65 m3条件下,富氢气体与固体燃料的置换比为0.49 kg/m3;风口喷吹富氢气体降低了风口理论燃烧温度,吨铁每喷吹1 m3富氢气体,风口理论燃烧温度降低约1.5 ℃,高炉鼓风量和炉腹煤气量都少量降低;喷吹富氢气体以后,炉内H₂的利用率平均为37.3%,CO的利用率约为43.2%;吨铁CO₂排放量可以降低80 kg左右,高炉CO₂排放降低了5.6%,取得了较好的经济、环境和减污降碳效果。     

CODS溶剂脱除高炉煤气中有机硫性能考察

为了研发脱除高炉煤气中有机硫的技术方法,以便优化利用钢铁厂的高炉煤气,降低高炉煤气用户的烟气硫含量,达到国家超低排放建议,以钢厂高炉煤气为原料,考察了高效复合脱硫有机溶剂(CODS)脱除有机硫和硫化氢的性能,对CODS溶剂的吸收工艺条件进行了优化,并分析了高炉煤气中有机硫的脱除机理。试验结果表明,在CODS溶剂浓度为45%、气液比(V_g/V_L)为180、操作温度为45 ℃的优化工艺条件下,净化气中的H₂S和有机硫浓度分别为2.4和15.8 mg/m3,总硫量为21.0 mg/m3,达到国家超低排放建议的同时又兼顾经济性。     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的三维数值模拟研究

炉顶煤气循环氧气高炉是一种全新的炼铁新工艺,它可以有效提高煤比、减少CO₂的排放.但是其复杂的燃烧条件将使煤粉在回旋区内的燃烧及高炉下部的行为发生很大变化.为了了解氧气高炉炼铁新工艺条件下喷吹煤粉的复杂现象,建立了一个氧气高炉条件下的氧煤枪-直吹管-风口-回旋区-焦炭床的三维数学模型,研究了氧气高炉下部的温度场、浓度场及煤粉的流动和燃烧特性.模拟结果表明,氧气高炉条件下的回旋区温度显著升高、高温区面积扩大,CO₂含量提高,焦炭床内CO含量显著增加.此外,与传统高炉相比,氧气高炉回旋区表面的煤粉燃尽率增加了10.24%.      

基于碳素流分析铁前系统CO2排放及减排措施

本文通过对铁前系统碳素流和能量流进行分析，并基于碳素平衡原理，构建工序层级和铁前系统层级的碳素流输入-输出模型，得出焦化工序的煤气燃烧、烧结工序的固体燃料和点火煤气消耗、炼铁工序焦炭和喷煤消耗的碳排放潜力最大，同时指出改变铁前系统能源结构和重视高炉煤气和焦炉煤气的回收与低碳化利用以及开发节能新技术是解决铁前系统CO₂排放问题的重要措施。     

热压铁块降低高炉CO2排放量的探究

热压块铁(HBI),品位在92%～93%,具有高纯净、低有害杂质、品质均匀、强度高、粉化率低等优点，直接装入高炉，可提高铁水产量，同时也可降低高炉单耗，节焦、增产效果明显。以国内某1 580 m³高炉为研究对象，建立了高炉工序的CO₂排放计算模型，计算出高炉工序CO₂排放量为1192.109 kg/t铁，吨铁CO₂排放量为1618.96 kg。对高炉工序CO₂排放量计算结果分析，焦炭的CO₂排放量高达73.52%,要降低CO₂的排放的关键在于减少焦炭的使用。随着加入热压铁块的量增大，吨铁CO₂减排量增大，从而实现了减少CO₂排放。     

硫铁矿制酸尾气处理工艺改进实践

川西某化工企业硫铁矿制酸尾气中SO₂浓度达不到《硫酸工业污染物排放标准》(GB26132-2010)的排放要求，生产厂区随时面临被关停的风险。采用氨-亚硫酸铵脱硫新工艺，最大限度利用原有脱硫装置对原有工艺进行系统化改进。实践表明，改进后的脱硫系统稳定运行，尾气中SO₂浓度小于200mg/m³，氨浓度小于80mg/m³，排放指标优于原有脱硫工艺，达到国家大气污染物排放标准。     

硫酸化焙烧-水浸法回收钕铁硼和铈铁硼废料过程的对比分析

铈铁硼废料氧化料中出现单独的CeO₂相，在硫酸化焙烧过程中发生价态转变，有别于钕铁硼废料，因此本文针对两种废料氧化料的硫酸化焙烧过程开展对比分析。研究结果表明：钕铁硼和铈铁硼废料氧化料最高硫酸化率分别为91.7%和96.1%,前者硫酸化过程主要发生在中温焙烧阶段，后者硫酸化过程主要发生在低温浸润阶段，且在中温焙烧阶段生成中间物质Ce(SO₄)₂;二者硫酸化焙烧最终产物均为Fe₂O₃和RE₂(SO₄)₃,高温焙烧料均为孔洞大小不均匀的疏松结构，富稀土相大多被非稀土相包裹。除CeO₂外，铈铁硼废料焙烧机理与钕铁硼废料一致，均为稀土氧化物、Fe₂O₃与硫酸反应生成溶于水的稀土硫酸盐和Fe₂(SO₄)₃,高温下Fe₂(SO₄)₃     

焦炉烟气脱硫脱硝技术的应用实践

介绍了SDA半干法脱硫+SCR脱硝法在焦炉烟气治理中的应用。针对实际应用过程中存在设计指标偏高、环保设施无备用、脱硫效果不稳定、催化剂活性低等问题，进行了工艺参数调整、稳定焦炉生产，降低原烟气指标，保证排放指标达标；在脱硫脱硝系统前端增设了SDS干法脱硫，并实施了风机扩容改造，风机、脱硫系统均实现了备用。优化后脱硫脱硝系统运行稳定，在线监测数据稳定达到超低排放指标，使用高炉煤气和焦炉煤气掺烧加热时，SO₂、粉尘、NO_x减排总量分别为688.82 t/a, 473.04 t/a, 1 419.36 t/a,污染物减排效果显著。     

邯钢8号高炉快速停炉降料面实践

对邯钢8号高炉快速停炉降料面的实践进行了总结通过控制合理的停炉操作参数和优化炉顶打水量,控制炉喉煤气中H₂和O₂含量,减少煤气爆震,延长了回收高炉煤气的时间,实现了安全、环保、快速停炉。     

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...