一种钢铁及铸造全流程系统化减碳方法技术方案

本发明专利技术公开了一种钢铁及铸造全流程系统化减碳方法，包括步骤：高炉喷氢，氢气来自核能制氢系统、电解水制氢和焦炉煤气

【技术实现步骤摘要】
一种钢铁及铸造全流程系统化减碳方法


[0001]本专利技术涉及钢铁冶金，尤其涉及一种钢铁及铸造全流程系统化减碳方法。

技术介绍

[0002]为应对全球气候变化，降低CO2温室气体排放、低碳生产成为社会关注的焦点。能源消耗高密集型的钢铁行业是制造业31个门类中碳排放大户。2022年我国粗钢产量为10.13亿吨，占世界第一，CO2排放21亿吨，占全国碳排放总量15
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17％左右。以碳冶金和矿石为基础的高炉—转炉流程产钢量约占90％，其中高炉炼铁是CO2排放量最大的工序，约占整个钢铁生产CO2排放总量的70％
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90％。利用氢最大限度地取代碳作为炼铁过程的还原剂和燃料，氢参与反应的产物是水，可以进一步大幅减排CO2，从根本上实现高炉低碳冶炼。将绿色氢气用于高炉的富氢低碳冶炼已成为钢铁制造工艺变革性技术研发的热点。同时，基于传统的高炉
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转炉长流程工艺进一步实现整个流程的余热余能的综合有效利用，达到过程能耗最低、进一步节能降碳的目的，也需要构建优化新的系统。另外目前工厂使用的氢气主要还是来自焦炉煤气分离获得的副产品，而用水电解的方法来获得氢气则需要大量的电能，因此还需向非碳式钢铁冶炼流程引入利用稳定的绿色能源来制备足够的氢气才能真正达到全流程减碳的目的。同时，现有的减碳的视角主要集中钢铁生产的源头和过程中，而忽视了末端产品的固碳作用。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术提供了一种钢铁及铸造全流程系统化减碳方法，包括步骤：高炉喷氢；
>[0004]氢气来自核能制氢系统、电解水制氢系统、焦炉煤气
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水蒸气重整制氢系统；其中，
[0005]核能制氢系统包括核能发电子系统、制氢热循环子系统、富氢高炉
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转炉子系统；其中，核能发电子系统通过高温氦气布雷顿/朗肯底循环进行发电并输出水蒸汽至制氢热循环子系统，核能制氢加热循环系统发生热化学反应产生氢气和氧气，氢气在核能加热循环系统加热，氧气在核能加热循环系统放热，高温氢气和低温氧气在实现热能转换后输入富氢高炉
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转炉子系统；
[0006]电解水制氢消耗的电能来自燃气发电和蒸汽余压发电、太阳能发电、风能发电和电网谷时电能；燃气发电使用的可燃气体则为焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气；蒸汽余压发电的蒸汽来自烧结余热锅炉；
[0007]焦炉煤气
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水蒸气重整制氢的水蒸气为余压发电后的低压水蒸气；
[0008]末端产品为铸钢型材，碳含量2
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4％、硅含量为2
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4％的高碳球墨铸铁型材的铸造材料及碳含量1
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2％、硅含量为1
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1.9％高碳球墨铸钢型材的铸造材料；
[0009]末端产品的废料进入转炉或电炉进行循环冶炼。
[0010]进一步地，核能发电子系统包括核反应堆、第一汽轮机、第一发电机、蒸汽发生器、第一压气机、第二汽轮机、第二发电机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、脱氧器、给水泵、高
压加热器；
[0011]高温氦气由核反应堆输出至第一汽轮机以及制氢热循环子系统；高温氦气在第一汽轮机膨胀做功带动第一发电机发电，第一汽轮机输出低压氦气至蒸汽发生器；低压氦气在蒸汽发生器将热能在朗肯底循环实现工业水转变水蒸气送至第二汽轮机，并将低压低温氦气通过第一压气机压缩后，重新作为反应堆冷却剂，输入核反应堆循环；
[0012]由第二汽轮机引入部分水蒸汽至制氢热循环子系统；水蒸汽在第二汽轮机膨胀做功带动第二发电机发电后进入凝汽器，第二发电机产生的电能输入制氢热循环子系统，凝汽器输出的凝结水经过凝结水泵，结合富氢高炉
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转炉子系统提供的工业废水，依次通过低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器进入蒸汽发生器管侧除去水中氧气和其他气体后，作为蒸汽朗肯循环的部分给水。
[0013]进一步地，制氢热循环子系统包括第一减压阀、第二减压阀、碘硫循环制氢制氧装置、混气室、高温低压加热器、温度控制系统；
[0014]核反应堆输出高温氦气至第二减压阀，与由第二汽轮机引出部分水蒸汽至第二减压阀，共同减压到碘硫循环制氢制氧装置的工作压力，输出的高温氦气和高温水蒸气共同提供碘硫循环制氢制氧装置热能，高温水蒸气补充碘硫循环制氢制氧装置热化学反应所需要的水蒸气，碘硫循环制氢制氧装置发生热化学反应产生高温氢气和氧气；产生的高温氢气进入混气室与焦炉煤气和富氢高炉
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转炉子系统产生的一氧化碳形成高温还原性气氛，由经第二减压阀和温度控制系统的稳定压力和温度的高温氦气在高温低压加热器实现热能交换，再进入富氢高炉
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转炉子系统；高温氧气经低压加热器、高压加热器放热，实现热能转换后输入富氢高炉
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转炉子系统。
[0015]进一步地，富氢高炉
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转炉子系统包括富氢高炉、转炉、渣的废热回收装置、第三发电机、炉顶煤气净化装置；炉顶煤气净化装置包括脱硫塔、捕集塔、再生塔、除尘器、炉顶煤气脱氯脱硫废水处理装置、第二压气机、二氧化碳储存罐；
[0016]产生的高温还原性气氛通过富氢高炉发生还原反应，产生铁水进入转炉，低温氧气进入富氢高炉和转炉发生氧化反应，产生产品钢的同时，利用渣余热经过渣的废热回收装置，采用卡罗纳循环发电系统，实现热能和电能转换，使第三发电机发电做功给炉顶煤气净化装置和炉顶煤气脱氯脱硫废水处理装置；
[0017]富氢高炉排出炉顶煤气通过除尘器后进入炉顶煤气净化装置，依次进入脱硫塔、捕集塔、再生塔后再排出剩余气体成分进入空气；
[0018]炉顶煤气输入炉顶煤气净化装置中脱硫塔输出高炉煤气洗涤废水进入凝结水泵循环提供碘硫循环制氢制氧装置所需工业水；
[0019]捕集塔捕集一氧化碳输入混气室循环补充还原性气氛；
[0020]再生塔提取二氧化碳输入第二压气机和二氧化碳储存罐。
[0021]进一步地，燃气发电中的焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气燃烧后产生的CO2通过碳捕集技术被捕集后储存。
[0022]进一步地，燃气发电和蒸汽余压发电及太阳能发电、风能发电、核能发电产生的电能并入钢铁厂内部电网输送至电解水制氢设备。
[0023]进一步地，烧结余热锅炉产生的蒸汽通过并入高压蒸汽管路输送至余压发电装置。
[0024]进一步地，余压发电后的低压水蒸气通过低压蒸汽管路输送至焦炉煤气
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水蒸气重整制氢的反应炉。
[0025]本专利技术通过以向高炉喷吹氢气以最大程度取代化石燃料，从而从源头上减少进入钢铁生产流程中碳元素，实现以氢代碳从源头降低碳排放单耗约20％，同时以高碳铸铁型材球墨铸钢型材来取代传统建筑钢材及机械用钢，将进入钢铁生产流程中碳元素锁固在其末端产品内。高碳的末端产品在将来又会作为废铁和废钢在电炉、转炉炼钢中循环，而不会以二氧化碳的形式被排放，从而到达末端固碳25％以上的效果。本专利技术同时围绕上述流程主线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢铁及铸造全流程系统化减碳方法，其特征在于，包括步骤：高炉喷氢；氢气来自核能制氢系统、电解水制氢系统、焦炉煤气
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水蒸气重整制氢系统；其中，核能制氢系统包括核能发电子系统、制氢热循环子系统、富氢高炉
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转炉子系统；其中，核能发电子系统通过高温氦气布雷顿/朗肯底循环进行发电并输出水蒸汽至制氢热循环子系统，核能制氢加热循环系统发生热化学反应产生氢气和氧气，氢气在核能加热循环系统加热，氧气在核能加热循环系统放热，高温氢气和低温氧气在实现热能转换后输入富氢高炉
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转炉子系统；电解水制氢消耗的电能来自燃气发电和蒸汽余压发电、太阳能发电、风能发电和电网谷时电能；燃气发电使用的可燃气体则为焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气；蒸汽余压发电的蒸汽来自烧结余热锅炉；焦炉煤气
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水蒸气重整制氢的水蒸气为余压发电后的低压水蒸气；末端产品为铸钢型材，碳含量2
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4％、硅含量为2
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4％的高碳球墨铸铁型材的铸造材料及碳含量1
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2％、硅含量为1
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1.9％高碳球墨铸钢型材的铸造材料；末端产品的废料进入转炉或电炉进行循环冶炼。2.如权利要求1所述的钢铁及铸造全流程系统化减碳方法，其中，核能发电子系统包括核反应堆、第一汽轮机、第一发电机、蒸汽发生器、第一压气机、第二汽轮机、第二发电机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、脱氧器、给水泵、高压加热器；高温氦气由核反应堆输出至第一汽轮机以及制氢热循环子系统；高温氦气在第一汽轮机膨胀做功带动第一发电机发电，第一汽轮机输出低压氦气至蒸汽发生器；低压氦气在蒸汽发生器将热能在朗肯底循环实现工业水转变水蒸气送至第二汽轮机，并将低压低温氦气通过第一压气机压缩后，重新作为反应堆冷却剂，输入核反应堆循环；由第二汽轮机引入部分水蒸汽至制氢热循环子系统；水蒸汽在第二汽轮机膨胀做功带动第二发电机发电后进入凝汽器，第二发电机产生的电能输入制氢热循环子系统，凝汽器输出的凝结水经过凝结水泵，结合富氢高炉
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转炉子系统提供的工业废水，依次通过低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器进入蒸汽发生器管侧除去水中氧气和其他气体后，作为蒸汽朗肯循环的部分给水。3.如权利要求2所述的钢铁及铸造全流程系统化减碳方法，其中，制氢热循环子系统包括第一减压阀、第二减压阀、碘硫循环制氢制氧装置、混气室、高温低压加热器、温度控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉柱，董瀚，鲁雄刚，周国成，张玉文，祝凯，刘权利，李剑，武文合，杨玉文，
申请(专利权)人：冀氢低碳科技秦皇岛有限公司，
类型：发明
国别省市：