一种富氢燃气和含金属铁固废耦合供热的烧结碳减排方法技术

本发明专利技术公开了一种富氢燃气和含金属铁固废耦合供热的烧结碳减排方法，该方法采用含金属铁固废替代化石燃料，同时根据不同高度的烧结料层烧结过程中所需热量不同，在烧结料料面采用梯级喷吹方式喷吹不同浓度的含氢燃气以保持整个烧结料料层高温持续时间，该方法可大幅降低或全部取缔固体化石燃料的用量，减少温室气体及污染物排放，具有经济环保优势，有助于钢铁工业绿色低碳高质量发展。于钢铁工业绿色低碳高质量发展。

【技术实现步骤摘要】
一种富氢燃气和含金属铁固废耦合供热的烧结碳减排方法


[0001]本专利技术涉及一种超低碳烧结方法，特别涉及一种富氢燃气和含金属铁固废耦合供热的烧结碳减排方法，具体涉及一种使用含金属铁固废替代化石燃料，并在烧结点火后喷吹富氢燃气以保持烧结料料层温度，调控烧结料料层热量分布的方法，属于钢铁冶金领域的烧结行业。

技术介绍

[0002]钢铁行业是高耗能、高污染产业，2020年我国粗钢产量达到10.53亿吨，巨大的钢铁产能在消耗含铁物料的同时消耗了大量的碳基化石燃料，是低碳绿色化改造的重点行业和重要领域。
[0003]铁矿烧结是钢铁冶炼流程的第一步高温工序，也是主要的耗能、污染物排放环节。当前烧结生产主要采用焦粉、无烟煤等固体碳基化石燃料提供水分蒸发、结晶水脱除、碳酸盐分解、矿物熔化等过程的热量需求，因此，降低烧结生产过程固体碳基燃料的消耗是实现钢铁工业低碳绿色发展的重要途径。
[0004]近年来，通过料面喷吹富含氢气、甲烷的燃气优化烧结过程的热量来源是备受关注。其技术原理为喷到料面的富氢燃气在抽风负压作用下进入烧结料层燃烧供热，从而可起到替代部分固体碳基化石燃料的目的。当前富氢燃气喷吹的主要作用为平衡“上部料层热量不足、下部料层热量过剩”的不足，从而实现均热烧结。因其功能定位在为上部料层补充热量，烧结过程仍主要由固体碳基化石燃料供热。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中烧结料面富氢燃气喷吹技术存在的问题，本专利技术的目的是在于提供一种富氢燃气和含金属铁固废耦合供热的烧结碳减排方法，该方法利用非碳基的富氢燃气燃烧放热以及含金属铁固废氧化放热作为烧结过程物理化学反应的热量来源，从而起到高比例替代或完全替代固体碳基化石燃料供热的目的。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种富氢燃气和含金属铁固废耦合供热的烧结碳减排方法，该方法是将包括含金属铁固废、铁矿石、熔剂和返矿在内的烧结料依次进行制粒、布料、点火和烧结，在烧结过程中向烧结料料面按照梯级喷吹方式喷吹不同浓度的富氢燃气。
[0007]本专利技术技术方案关键在于采用了富氢燃气和含金属铁固废耦合供热，对于单一富氢燃气来说，其热值较高，可在烧结料料层建立稳定的高温区，但其进入烧结料料层后主要集中在某些局部区域燃烧，导致高温区难以向下部料层迁移，不利于整体烧结料层的烧结成块，而对于含金属铁固废来说，其虽然能够氧化供热，但是其热值较固体燃料或气体燃料低，其供热时难以形成铁酸钙需求的高温区以及高温持续时间，但其以颗粒态均匀在烧结料层高度方向不同区域，其逐层氧化放热过程可引导高温带由上部料层向下部料层迁移。而在本专利技术技术方案中，将富氢燃气和含金属铁固废有机耦合供热，一方面可以利用富氢
燃气喷加浓度、区域灵活可控，且其热值较高的特点为烧结过程物理化学反应提供充足的热量，弥补单一含金属铁固体固废热值低的特点；另一方面可以利用含金属铁颗粒逐层氧化放热引导高温区由料层上部向下部迁移的特点弥补单一富氢燃气供热时高温度迁移不畅的问题，综上所述，本专利技术技术方案充分利用富氢燃气燃烧和含金属铁固废氧化来耦合供热，在能够完成正常的铁矿烧结指标的同时，可以完全取代常规烧结的碳基固体燃料供热，实现CO2、CO等的减排。
[0008]作为一个优选的方案，所述含金属铁固废中金属铁含量不低于40％，粒度组成为：
‑
0.5mm粒级的质量比例不超过20％，大于3mm粒级的质量比例不超过 10％。优选的含金属铁固废中金属铁含量不低于40％，由于金属铁是主要的供热物质，优选的范围内能够保证含金属铁固废具有较高的热值，在烧结过程具备氧化放热形成稳定高温区的能力。同时含金属铁固废控制
‑
0.5mm粒级占比不超过 20％，主要是为了使得更多含金属铁固废以核颗粒的形式存在于粒料内部，避免其分布在粒料外部氧化放热速度过快、高温区间持续时间过短，不利于充足铁酸钙粘结相的形成，而控制>3mm的较粗粒度的占比是为了避免含金属铁粒度过粗，氧化放热时间长、热量释放不集中，不利于稳定高温区的形成。
[0009]作为一个优选的方案，所述含金属铁固废包括轧钢皮、氧化铁皮、粒子钢、转底炉还原所得金属化球团中至少一种。这些含金属铁固废为现有技术中常见的含有金属单质铁的固废，利用其包含的金属铁在烧结过程中能够氧化产生大量热能的特点，来取代部分固体化石燃料。
[0010]作为一个优选的方案，所述含金属铁固废的添加量占烧结料总质量的10～ 20％。当含金属铁固废比例过低时，金属铁颗粒分布点位少、氧化放热量少，难以在烧结料层形成稳定的、可迁移的高温区；当含金属铁固废比例过高时，分布点位多，会阻碍铁矿石与熔剂的接触，不利于铁酸钙粘结相矿物的形成，从而影响烧结矿产量、质量指标。
[0011]作为一个优选的方案，所述富氢燃气的喷吹高度为距烧结料料面200～ 400mm，喷吹区域为从点火结束至烧结终点之间的烧结料料面。采用可调节的富氢燃气喷吹高度，可避免富氢燃气中H2含量过高时因喷吹高度较高而发生逃逸，且可以避免喷吹高度过低时富氢燃气出口距离烧结料料面过近而发生燃气烧结料料面形成局部高浓度发生爆燃；喷吹区域控制在点火开始至烧结终点之间，可以满足整个烧结过程不同烧结料料层高度处发生物理化学反应时的热量需求。
[0012]作为一个优选的方案，所述喷吹过程中喷吹的富氢燃气的浓度根据以下公式进行调节：
[0013]且为整数；
[0014]其中，Q
T,u,i
＝C
ps
·
(T
max
‑
T
initial
)
·
[ρ
s
·
(1
‑
ε)
·
V
unit
]；N∈ (2～20)，且为整数；
[0015][0016][0017]公式中：c
y,i
为第i层烧结料料层所需富氢燃气的喷吹浓度；Q
T,u,i
为烧结料达到烧结适宜最高温度时所需热量；Q
s,u,i
为给定含金属铁固废配比条件下烧结料料层获得的热量以及料层蓄热量之和；t
i
为第i层烧结料料层富氢燃气的喷吹时间；q
gas
为富氢气体燃料的热值；C
ps
为烧结料的比热容，根据具体烧结料来确定具体值；T
max
为设定的烧结料料层的最高温度，其变化范围为1250～1300℃；T
initial
为烧结料的初始温度，其变化范围为60～100℃；ρ
s
为烧结料的密度，根据具体烧结料来确定具体值；ε为烧结料料层的孔隙率；V
total
为烧结料料层总体积；V
unit
为单元烧结料料层的体积；为烧结料中含金属铁固废的配比，其变化范围为 10～20％；Q
s
为所用含金属铁固废的热值；λ
i
为第i层烧结料料层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富氢燃气和含金属铁固废耦合供热的烧结碳减排方法，其特征在于：将包括含金属铁固废、铁矿石、熔剂和返矿在内的烧结料依次进行制粒、布料、点火和烧结，在烧结过程中向烧结料料面按照梯级喷吹方式喷吹不同浓度的富氢燃气。2.根据权利要求1所述的一种富氢燃气和含金属铁固废耦合供热的烧结碳减排方法，其特征在于：所述含金属铁固废中金属铁含量不低于40％；所述含金属铁固废的粒度组成为：
‑
0.5mm粒级的质量比例不超过20％，大于3mm粒级的质量比例不超过10％。3.根据权利要求2所述的一种富氢燃气和含金属铁固废耦合供热的烧结碳减排方法，其特征在于：所述含金属铁固废包括轧钢皮、氧化铁皮、粒子钢、转底炉还原所得金属化球团中至少一种。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种富氢燃气和含金属铁固废耦合供热的烧结碳减排方法，其特征在于：所述含金属铁固废的添加量占烧结料总质量的10～20％。5.根据权利要求1所述的一种富氢燃气和含金属铁固废耦合供热的烧结碳减排方法，其特征在于：所述富氢燃气的喷吹高度为距烧结料料面200～400mm，喷吹区域为从点火结束至烧结终点之间的烧结料料面。6.根据权利要求1所述的一种富氢燃气和含金属铁固废耦合供热的烧结碳减排方法，其特征在于：所述喷吹过程中富氢燃气的浓度根据以下公式进行调节：且为...

【专利技术属性】
技术研发人员：季志云，武钰丰，范晓慧，甘敏，赵改革，涂勇，孙增青，陈许玲，黄晓贤，王一帆，郑浩翔，袁礼顺，
申请(专利权)人：湖南华菱湘潭钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：