[发明专利]一种基于CO2循环的全氧/高富氧炼铁造气系统及运行方法

说明书

本发明公开了一种基于CO₂循环的全氧/高富氧炼铁造气系统及运行方法，属于高炉炼铁绿色高效生产领域。本发明在保证高效炼铁生产的同时，提供了一种高质煤气的制备方法。具体是将从热风炉废气捕集和炉顶煤气中分离获得的二氧化碳，用于高炉鼓风和喷煤，从而实现全氧或高富氧炼铁生产，提升炼铁效率、降低冶炼消耗，获得高质煤气直接外供或分离二氧化碳后外供；热风炉通过使用高质煤气与氧气、二氧化碳循环燃烧，大幅提高热风炉尾气二氧化碳浓度，改善二氧化碳高效捕集效果，并降低热风炉能耗。

技术领域

本发明属于高炉炼铁绿色高效生产领域，通过尾气二氧化碳捕集后循环回用，实现高炉全氧或高富氧炼铁生产，在降低燃料消耗、提升炼铁效率的同时，既避免了二氧化碳排放，又制备高质煤气并外供，是一种钢铁低碳生产方法。具体是一种基于CO2循环的全氧(高富氧)炼铁造气系统及运行方法。

背景技术

以铁矿石和煤炭为初始原料的长流程钢铁生产工序是世界主流的钢铁生产方法之一，其中我国钢总产量的85％以上由长流程提供，如何进一步降低长流程钢铁生产工序能耗和碳排放是实现钢铁低碳制造的关键。高炉是“长流程”钢铁生产工艺的核心环节，其产铁量仍占世界铁总产量的95％以上，能量消耗约占整个能耗的50％，并产生了整个钢铁工业70％的碳排放，降低高炉炼铁的能耗及碳排意义重大。

高炉炼铁生产具有经济指标好，工艺简单，生产量大，生产效率高等优点，随着近几十年高炉炼铁工艺的发展及完善，诸多节能降耗技术已得到大规模推广应用，如富氧鼓风、燃料喷吹、布料分布控制及余能回收等，目前传统炼铁高炉其能耗水平和运行效率等已接近理论极限，燃料比约为500kg/t，炉身效率约为 95％，利用系数2.4～3.5。即便如此，高炉炼铁仍然是钢铁流程内能耗及碳排放最大的工序环节，如何进一步降低高炉炼铁的碳耗、减少二氧化碳的排放，需要突破传统高炉工艺的束缚，发展新一代的低碳炼铁工艺。

全氧高炉炼铁技术被视为未来炼铁的发展趋势，主要工艺特征有：①采用氧气代替热风；②大量喷吹煤粉；③炉顶煤气脱除CO₂后循环喷吹进入高炉。理论上：全氧高炉冶炼强度高，与传统高炉相比利用系数可提高一倍；通过大量喷吹煤粉，改变炼铁过程的能源结构，大幅减少焦炭消耗；煤气循环后可降低燃料比 100kg左右。

但是，现有氧气高炉工艺方案均存在以下问题未能妥善解决：①纯氧燃烧剧烈放热，造成炉体下部炉况恶化，即使采用了煤气循环，依旧影响了高炉寿命；②炉顶煤气脱除二氧化碳过程中，气体分离能耗及成本较大，同时循环的一氧化碳受炉内热力学及动力学限制循环利用率较低，需要多次循环才能消耗；③炉顶煤气分离出的二氧化碳无有效治理手段，目前只能采用地质封存等方法，治理消耗和成本高，并存在安全风险。

另一方面，化工合成领域一般“多氢少碳”，对高品质煤气(CO)有着强烈的需求，往往需要使用煤炭进行煤气化制取提供。目前较为先进的煤气化技术比煤耗约为550kg/1000m³(CO+H₂)，CO含量约为50％，H₂含量约为30％。如能将高炉煤气用于化工合成生产，将对降低化工合成能耗，减少碳排具有重大意义。但是传统高炉煤气品质较差，一氧化碳含量约为18～25％，不适用于化工合成生产；全氧高炉煤气品质高，具备化工应用的可能，但现有氧气高炉工艺方案均为考虑煤气外供。

发明内容

本发明在高炉风口回旋区内二氧化碳气体与碳发生吸热反应，利用二氧化碳反应吸热与氧气反应放热相互平衡稳定风口温度，可进一步提高热风中高富氧率，大幅度提高冶炼强度；同时高炉喷吹二氧化碳和提高富氧率后，热风与碳反应生成更高浓度的一氧化碳，可提高炉内铁矿石的间接还原度，并增加炉顶煤气一氧化碳浓度；热风炉使用高浓度一氧化碳煤气配合富氧燃烧，可提高热风炉热效率，减少煤气消耗量和尾气产生量，同时提高燃烧尾气中二氧化碳浓度。