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...     

氧气高炉工艺对炼铁系统的影响

为分析氧气高炉对炼铁系统的影响,利用氧气高炉综合数学模型,获得了2种典型氧气高炉流程的基本工艺参数,并主要分析了氧气高炉对炼铁系统燃料结构与煤气流平衡的影响。结果表明:氧气高炉降低了吨铁燃耗,同时提高了煤粉在燃料消耗中的比率;随着炉缸循环煤气预热温度升高,氧气高炉煤气供给量与炼铁系统需求量都呈下降趋势,其中单排风口工艺输出煤气量能满足炼铁系统内部需求并有较大剩余,双排风口工艺炉顶煤气供应由盈余转为短缺,但此短缺量较小,可以用少量焦炉煤气补足。在此分析基础上,提出了一种氧气高炉条件下炼铁系统工艺流程,有望为氧气高炉工业化应用提供一定参考。     

氧气高炉炉身喷吹煤气在炉内的分布

通过二维冷态物理模型对氧气高炉炉身喷吹煤气在炉内分布进行了实验研究,分别研究了炉身煤气总量、辅助风口直径以及炉身喷吹煤气量与炉身煤气总量之比对炉身喷吹煤气在炉内分布的影响.结果表明,炉身喷吹煤气量与炉身煤气总量之比对炉身喷吹煤气在炉身分布起决定性作用,而炉身煤气总量和辅助风口直径的影响较小.同时,在炉身煤气上升过程中涡流扩散效应的影响也较小.通过对根据实验数据绘制的炉身等浓度分布图进行研究发现,炉身煤气分布主要分为两个不同的区域,一个是炉身喷吹煤气主流区,另一个是从高炉下部产生的上升煤气主流区.在炉身等浓度分布图的基础上通过回归分析的方法推导出炉身喷吹水平喷吹煤气的渗透公式.此外,辅助风口被安装在炉身下部有利于铁矿石在炉身的间接还原.     

浅析Corex气化炉与高炉风口区的差异

与高炉风口喷吹热风不同,Corex气化炉使用常温氧气,与全氧高炉风口区更为相近。鉴于两种炼铁工艺风口区域喷吹气体温度和组分的不同,以及其在冶炼过程中重要的作用,简要对比分析了气化炉与高炉在风口区理论燃烧温度、鼓风动能、回旋区大小和炉腹煤气量及成分等重要指标的差异,以便深入认识这两种炼铁工艺的区别。     

高炉炼铁新工艺

由日本钢管公司发明的这项新工艺,是从炉缸风口鼓入常温氧气而不是高温气体,并且从炉身风口向炉身上部喷吹预热气体。预热气体主要由轻石油气在氧气中燃烧产生,并且用氢或蒸汽进行稀释。用氢进行稀释时,温度为1000℃的预热气体成分为,％:H_290,CO_28、C02。该新工艺的特点是:①能使炉身风口上部煤气     

氧气高炉喷吹气化炉重整煤气工艺的?分析

为降低氧气高炉炼铁工艺流程中循环煤气分离和煤气预热成本, 提出氧气高炉喷吹气化炉重整煤气炼铁工艺流程.采用?分析方法对该工艺过程和传统高炉炼铁工艺过程的主要?指数进行计算和评价分析, 结果表明:在传统高炉工艺中, 高炉单元和整体系统的?损失（指每吨铁水,下同）分别为0.911 GJ/t和1.636 GJ/t;在氧气高炉喷吹气化炉重整煤气工艺中, 高炉单元和整体系统的?损失分别为0.298 GJ/t和0.826 GJ/t; 另外, 传统高炉和氧气高炉喷吹气化炉重整煤气工艺系统的?效率分别为83 %和91 %.该工艺能够实现冶金和化工行业的联合生产, 对于促进工业联产具有重要意义.      

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.     

工艺参数对氧气高炉能耗的影响规律

建立了氧气高炉煤气不循环利用流程,炉身喷吹循环煤气流程和炉缸喷吹循环煤气流程数学模型,分析了工艺参数对氧气高炉能耗的影响,结果表明：煤气不循环利用流程一次能耗远远高于煤气循环利用流程,不适合进行工业化生产;金属化率对氧气高炉能耗影响很大,金属化率每升高5％,吨铁焦比降低约37kg;煤气循环利用流程各煤气量匹配要合理,炉...     

高喷煤炼铁新法问世

据俄刊《冶金工作者》报道加拿大冶金专家发明了一种高喷煤量氧气炼铁新工艺。该工艺仍用传统的高炉作为反应容器 ,通过风口喷入非炼焦煤可达到 3 0 0kg t以上 ,使焦比降至 2 0 0kg t以下 ,接近维持炉内料柱必要透气性的最少焦炭用量值 ,获得了以煤代焦、煤为主而改变了炼铁工序能源结构的重大进展 ,同时还提高了高炉的生产能力。新工艺采用部分炉顶煤气再循环的方法 ,即把高炉煤气经过碳丙脂吸附处理后 ,脱除其中的二氧化碳和水 ;然后一部分煤气作为喷吹煤粉的载气 ,与鼓入的常温氧气结合 ,使风口前端的燃烧温度控制在2 5 0 0℃以下 ;另一…     

氧气高炉工业化试验研究

在8m2氧气高炉上进行了工业化试验,试验氧气高炉炉缸和炉身各设1排风口,炉缸风口喷吹氧气和煤粉,炉身风口喷吹预热的焦炉煤气.试验结果表明:氧气高炉可以实现全氧大喷煤炼铁生产,吨铁喷煤量可以达到450kg,生产效率大幅度提高;炉身吨铁喷吹180ms预热焦炉煤气以后,焦比降低90kg,煤比降低50kg,生产效率提高约20%...     

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%.      

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.     

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.      

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉综合数学模型

为了研究开发炉顶煤气循环μ氧气鼓风高炉炼铁新工艺,建立其综合数学模型.模型由高炉各个区域煤气成分计算方程、高炉上部空区热平衡模型、热化学平衡模型和炉身效率模型组成.用此模型计算了该炼铁工艺的基本工艺参数.结果表明:新工艺的焦比为200 kg·t^-1,煤比为200 kg·t^-1,相比传统高炉,燃料比降低22.9%;风口循环煤气量对风口理论燃烧温度影响较大,风口循环煤气量每增加10m³·t^-1时,风口理论燃烧温度降低17.6K.此外,应用此模型还可以计算任何原料和燃料等条件下的炼铁工艺参数,研究相同原料和燃料条件下的各个工艺参数的变化规律.     

高炉喷吹还原气操作的数学模拟研究

副产煤气的高效利用对钢铁产业的节能降耗和环境保护意义重大。为此,提出了一个新的高炉风口喷吹高炉、转炉和焦炉煤气技术,并利用多流体高炉模型对其进行了详细模拟研究,预测了炉内现象和操作性能的变化。在维持回旋区温度、炉腹煤气量及渣面处铁水温度一致的条件下,模拟结果表明与现行常规操作相比,风口喷吹煤气后炉身温度下降,但整个炉内H₂/CO浓度显著提高,炉身烧结矿间接还原加速,产量明显增加,热利用效率明显改善。其中喷吹焦炉煤气效果最为显著,高炉CO₂产生量大幅度降低。随工艺氧制备等技术的进步,高炉喷吹副产煤气技术具有广阔的应用前景。     

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...     

梅钢高炉现有富氧条件下喷煤量的探索

对梅钢高炉的大煤比进行了一系列工业性试验和理论上的研究。通过若干变量条件下进行了高炉风口煤气、焦炭、未燃煤粉及瓦斯泥成分的取样分析,对风口前燃烧带长度的测定以及风口煤粉燃烧率的计算。结果表明,只要采取有关相应措施,高喷吹煤比是可行的。     

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。     

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。     

梅钢高炉现有富氧条件下喷煤量的探索

在若干变量条件下进行了高炉风口煤气、焦炭和未燃煤粉的取样分析、瓦斯泥成分取样分析、风口前燃烧带长度的测定以及风口煤粉燃烧率的计算。通过对梅钢高炉大煤比的一系列工业性试验和理论上的研究,证明只要采取有关相应措施,喷吹180kg/t煤比是可行的。