基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁系统及方法，包括工业尾气储气罐、气体加压机、第一管道气体成分检测装置、第二管道气体成分检测装置、气体压力流量控制系统、管道气体温度传感器、第一三通阀门、A组气体改质炉、B组气体改质炉、第二三通阀门、高炉喷吹装置；本发明专利技术依托高温钢液熔池高效的传质传热反应环境，基于CO2及碳氢化合物气体在铁基熔体中反应的高分解率特性，实现工业尾气在钢液反应熔池中改质升温的两大任务并将其用于高炉喷吹，可高效利用工业尾气中化学能，实现钢铁生产流程协同降碳减排。实现钢铁生产流程协同降碳减排。实现钢铁生产流程协同降碳减排。

【技术实现步骤摘要】
基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁系统及方法


[0001]本专利技术涉及钢铁冶金过程高炉低碳炼铁领域，尤其涉及一种基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁系统及方法。

技术介绍

[0002]钢铁生产过程中伴随着产生大量工业尾气，包括焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等，上述工业尾气中含有大量可燃气体成分，如一氧化碳、氢气、甲烷等碳氢化合物，具有一定热值，目前上述尾气主要用于充当烧结机点火、热风炉、轧钢加热炉、钢包烘烤炉的燃料，通过燃烧产生热量加热目标物体完成工序任务。
[0003]但上述工业尾气中的一氧化碳和氢气等主要成分除可用于燃烧提供热量外，其还具有化学能，可用做高炉炼铁过程铁及其他金属氧化物的还原剂，具有更高利用附加值及流程协同减碳作用；但上述尾气中还含有二氧化碳成分，大量二氧化碳气体从风口进入高炉回旋区后，与焦炭、煤粉中碳元素会发生强烈吸热反应，影响高炉炉内热量平衡，因此目前高炉喷吹上述尾气时，一般需要通过溶液吸收法或变压吸附法进行煤气净化处理，即脱除煤气中二氧化碳气体后进行喷吹。传统高炉冶炼过程中，空气、氧气等助燃气体需要通过热风炉加热到1200℃左右，然后从风口进入到高炉中，携带大量的物理热量为金属氧化物的还原反应提供热量同时熔化渣铁，因此如果将工业尾气用作喷吹气体应用于高炉炼铁工序，同样需要进行加热以满足高炉热量需求，目前通常采用热风炉、电加热、等离子体加热等方法提高喷吹用工业尾气温度，但由于一氧化碳气体的存在，加热过程中会发生析碳反应，生成的炭黑阻塞加热体内部通道，降低热量转化效率。
[0004]因此如何实现焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等含高化学能的工业尾气安全高效地用于高炉喷吹，减少工业尾气喷吹前预处理工序降低设备操作难度，实现工业尾气在线改质提温，是目前低碳炼铁领域急需解决的关键技术难题。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术首先提供了一种基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁系统，包括工业尾气储气罐、气体加压机、第一管道气体成分检测装置、第二管道气体成分检测装置、气体压力流量控制系统、管道气体温度传感器、第一三通阀门、A组气体改质炉、B组气体改质炉、第二三通阀门、高炉喷吹装置；除尘后的工业尾气气源被设置为通过第一管道接入工业尾气储气罐，工业尾气储气罐气体出口通过第二管道接入气体加压机，气体加压后经过第三管道接入第一管道气体成分检测装置，然后通过第四管道接入气体压力流量控制系统，然后通过第五管道连接至第一三通阀门，第一三通阀门第一出口由第六管道接入至A组气体改质炉气体入口，第一三通阀门第二出口由第七管道接入至B组气体改质炉气体入口，A组气体改质炉气体出口由第八管道接入至第二三通阀门B第一入口，B组气体改质炉气体出口由第九管道接入至第二三通阀门第二入口，第二三通阀门出口与第十管道连接至管道气体温度传感器，经第十一管道连接至第二管道气体成分检测装置，然后经第
十二管道连接至高炉喷吹装置。
[0006]进一步地，A组气体改质炉包括两个串联的气体改质炉A1和A2；B组气体改质炉包括两个串联的气体改质炉B1和B2；且气体改质炉A1和A2通过第三三通阀和第四三通阀分别与气体改质炉B1和B2并联。
[0007]进一步地，气体改质炉采用感应线圈或等离子体加热向熔池熔液供给热量。
[0008]进一步地，气体改质炉配备熔渣还原铁素再生装置，采用外加直流电源电解钢液
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熔渣方式或熔池内投加碳质还原剂方式对熔渣进行还原。
[0009]进一步地，气体改质炉设置密封装置，炉体上部还安装铁基原料及高纯氧化镁的密封料仓。
[0010]本专利技术还提供了一种基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁方法，包括步骤：(1)提供一种如权利要求1所述的基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁系统；(2)准备阶段：将含铁原料作为熔池金属相原料装入至A组和B组气体改质炉中，并加入高纯氧化镁作为炉渣调节剂，通电熔化金属相原料；
[0011](3)工业尾气改质提温阶段：将A组气体改质炉中各气体改质炉加热元件功率调整至运作功率，将B组气体改质炉中各气体改质炉加热元件功率调整至保温功率，将第一三通阀门中第一出口打开，第二出口关闭，将工业尾气储气罐中工业尾气经气体压力流量调整后通过置于A组气体改质炉中各气体改质炉炉底的底吹元件导入至气体改质炉，对工业尾气进行改质提温，即使工业尾气中CO2气体与熔池中液态铁反应转变为CO气体，工业尾气中碳氢化合物在高温熔池中裂解为包括CO和H2在内的还原性气体，同时启动熔渣还原铁素再生装置，根据工业尾气流量及其CO2气体浓度设置外加直流电源电解功率或碳质还原剂投加速率，同时将第二三通阀门中第一入口打开，第二入口关闭，改质提温后的工业尾气检测成分及温度后，通过高炉喷吹装置吹入高炉中；
[0012](4)气体改质炉换向阶段：将A组气体改质炉中各气体改质炉加热元件功率调整至保温功率，将B组气体改质炉中各气体改质炉加热元件功率调整至运作功率，将三通阀门A中第一出口关闭，第二出口打开，将工业尾气储气罐中工业尾气经气体压力流量调整后通过置于气体改质炉B组中各气体改质炉炉底的底吹元件导入至气体改质炉，将工业尾气进行改质提温，即使工业尾气中CO2气体与熔池中液态铁反应转变为CO气体，工业尾气中碳氢化合物在高温熔池中裂解为包括CO和H2在内的还原性气体，同时启动熔渣还原铁素再生装置，根据工业尾气流量及其CO2气体浓度设置外加直流电源电解功率或碳质还原剂投加速率，同时将三通阀门B中第一入口关闭，第二入口打开，改质提温后的工业尾气检测成分及温度后，通过高炉喷吹装置吹入高炉中；向A组气体改质炉熔池中补充铁质原料及高纯氧化镁，后待熔池中新加入铁基原料及渣料完全熔化后，进入保温待用阶段。
[0013]进一步地，熔渣还原铁素再生装置外加直流电源的电流范围为1
‑
300kA，电压为10
‑
1000V，通过实时检测熔渣中氧化亚铁含量调整外加直流电源电流；碳质还原剂投加速率依据下式进行计算：
[0014][0015]式中：
[0016]m——碳质还原剂投加速率，kg/h；
[0017]V——输入至该低碳炼铁系统的工业尾气流量，Nm3/h；
[0018]——输入至该低碳炼铁系统的工业尾气中二氧化碳气体体积比例，
‑
；
[0019]n——该低碳炼铁系统中每组气体改质炉中炉子个数，
‑
；
[0020]ω
C
——该方法中所使用的碳质还原剂中碳元素质量分数，
‑
。
[0021]进一步地，A组气体改质炉包括两个串联的气体改质炉A1和A2；B组气体改质炉包括两个串联的气体改质炉B1和B2；且气体改质炉A1和A2通过第三三通阀和第四三通阀分别与气体改质炉B1和B2并联。
[0022]进一步地，在第一状态下，气体改质炉A1和A2处于工作状态，气体改质炉B1处于停炉状态，而气体改质炉B2处于保温状态；此时工业尾气依次经过第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁系统，其特征在于，包括工业尾气储气罐、气体加压机、第一管道气体成分检测装置、第二管道气体成分检测装置、气体压力流量控制系统、管道气体温度传感器、第一三通阀门、A组气体改质炉、B组气体改质炉、第二三通阀门、高炉喷吹装置；除尘后的工业尾气气源被设置为通过第一管道接入工业尾气储气罐，工业尾气储气罐气体出口通过第二管道接入气体加压机，气体加压后经过第三管道接入第一管道气体成分检测装置，然后通过第四管道接入气体压力流量控制系统，然后通过第五管道连接至第一三通阀门，第一三通阀门第一出口由第六管道接入至A组气体改质炉气体入口，第一三通阀门第二出口由第七管道接入至B组气体改质炉气体入口，A组气体改质炉气体出口由第八管道接入至第二三通阀门B第一入口，B组气体改质炉气体出口由第九管道接入至第二三通阀门第二入口，第二三通阀门出口与第十管道连接至管道气体温度传感器，经第十一管道连接至第二管道气体成分检测装置，然后经第十二管道连接至高炉喷吹装置。2.如权利要求1所述的基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁系统，其中，A组气体改质炉包括两个串联的气体改质炉A1和A2；B组气体改质炉包括两个串联的气体改质炉B1和B2；且气体改质炉A1和A2通过第三三通阀和第四三通阀分别与气体改质炉B1和B2并联。3.如权利要求1所述的基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁系统，其中，气体改质炉采用感应线圈或等离子体加热向熔池熔液供给热量。4.如权利要求1所述的基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁系统，其中，气体改质炉配备熔渣还原铁素再生装置，采用外加直流电源电解钢液
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熔渣方式或熔池内投加碳质还原剂方式对熔渣进行还原。5.如权利要求1所述的基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁系统，其中，气体改质炉设置密封装置，炉体上部还安装铁基原料及高纯氧化镁的密封料仓。6.一种基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁方法，其特征在于，包括步骤：(1)提供一种如权利要求1所述的基于工业尾气在线改质提温喷吹的低碳炼铁系统；(2)准备阶段：将含铁原料作为熔池金属相原料装入至A组和B组气体改质炉中，并加入高纯氧化镁作为炉渣调节剂，通电熔化金属相原料；(3)工业尾气改质提温阶段：将A组气体改质炉中各气体改质炉加热元件功率调整至运作功率，将B组气体改质炉中各气体改质炉加热元件功率调整至保温功率，将第一三通阀门中第一出口打开，第二出口关闭，将工业尾气储气罐中工业尾气经气体压力流量调整后通过置于A组气体改质炉中各气体改质炉炉底的底吹元件导入至气体改质炉，对工业尾气进行改质提温，即使工业尾气中CO2气体与熔池中液态铁反应转变为CO气体，工业尾气中碳氢化合物在高温熔池中裂解为包括CO和H2在内的还原性气体，同时启动熔渣还原铁素再生装置，根据工业尾气流量及其CO2气体浓度设置外加直流电源电解功率或碳质还原剂投加速率，同时将第二三通阀门中第一入口打开，第二入口关闭，改质提温后的工业尾气检测成分及温度后，通过高炉喷吹装置吹入高炉中；(4)气体改质炉换向阶段：将A组气体改质炉中各气体改质炉加热元件功率调整至保温功率，将B组气体改质炉中...

【专利技术属性】
技术研发人员：武文合，鲁雄刚，张玉文，祝凯，李光石，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：