CN114657316A - 在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法。该方法通过在冶金炉的汽化冷却烟道上增设喷吹系统，在冶金烟气除尘前，将100～300目的石灰粉或消石灰粉直接喷入汽化冷却烟道，利用冶金炉烟气的余热供能，将喷吹的石灰粉或消石灰粉与烟气中的CO2反应固化为CaCO3，未反应的石灰粉或消石灰粉与生成的CaCO3与除尘的烟尘混合收集；固碳后的冶金烟气进行回收利用。本发明将汽化冷却烟道作为反应器，通过控制石灰粉或消石灰粉的粒径以及喷入量，能够实现对冶金炉烟气绿色回收利用，而且分离出的烟尘还能直接用于炼钢球团矿的制备，为冶金产业的可持续性和可经济化生产提供了一种有效途径。
Description
技术领域
本发明涉及冶金节能环保技术领域，尤其涉及一种在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法。
背景技术
冶金煤气是在炼钢、炼铁、炼焦、发生炉、铁合金生产过程中产生的含有大量CO的可燃性混合气体。煤气的成分一般受制气原料和煤气的生产、回收工艺方法的不同，其组成和相应成分所占的百分比也不尽相同，常见的冶金煤气种类有焦炉煤气、发生炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、铁合金煤气。
冶金煤气的主要污染物有：含二氧化硫煤气、含氟煤气、含尘煤气、含氮氧化物煤气等。冶金废气的排放量大，污染面广；温度高，成分复杂，粉尘颗粒细，吸附力强；废气中具有高的回收价值。
目前冶金工业利用冶金煤气的方式多集中于热值高组分的利用(CO、H2、CH4)，如冶金炉烘烤，作为发电燃料等。对于其它组分经简单处理后多放散于空气，其中CO2很难完全处理，严重污染环境，不利于双碳目标的达成。
在冶金炉工作期间，冶金炉生产吨钢水通常产生>70m3的冶金炉煤气；冶金炉炼钢过程中铁水中的碳与氧气反应生成一氧化碳，同时也有少量的碳被直接氧化成二氧化碳；碳氧反应后形成的含有CO、CO2、N2等混合气体称之为冶金炉煤气。由于冶金炉煤气的发生量并不均衡，成分也有变化。通常将冶金炉多次冶炼过程回收的煤气输入一个储气柜，混匀后再输送给用户。因此冶金炉吹炼前的后期一氧化碳浓度较低时，由放散烟囱燃烧放散。目前冶金炉煤气回收基本条件大都为:CO≥35％，O2<1.5％。
冶金炉煤气由炉口喷出时，温度高达1200～1600℃，并夹带大量氧化铁粉尘，需经降温、除尘，方能使用。但无论采用哪种方法，煤气出冶金炉后，冶金炉煤气中的氧气含量均不易控制且含有较高的CO2。
冶金炉煤气进行回收的前提条件除了要保证除尘系统的运行完好，高效率地捕集冶金炉烟气中的尘粒，使得煤气的质量满足用户需要外，还要确保一氧化碳的含量，使回收的煤气中单位发热值高。更为重要的是，要控制煤气中的氧含量在爆炸极限范围以外，按回收冶金炉煤气的安全规程要求，煤气中氧气体积含量>2％时予以放散，氧气体积含量<2％时可以进行回收，以达到保证煤气质量与安全回收的目的。
有鉴于此，有必要设计一种改进的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，同时实现冶金炉烟气的绿色回收以及冶金炉烟尘的回收利用，以解决上述问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法。该方法将100～300目的石灰粉或消石灰粉直接喷入汽化冷却烟道，利用冶金炉烟气的余热，未反应石灰粉或消石灰粉与除尘的烟尘混合收集，固化后的冶金烟气除尘后进行回收利用，从而实现对冶金炉烟气的绿色利用以及冶金灰尘的高值利用，为冶金产业的可持续性和可经济化生产提供一种有效途径。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，在冶金炉的汽化冷却烟道上增设喷吹系统，包括如下步骤：在冶金炉冶炼中的冶金炉煤气回收时，通过所述喷吹系统将石灰粉或消石灰粉喷吹到所述汽化冷却烟道中；所述石灰粉或消石灰粉利用冶金炉烟气的余热供能完成石灰粉或消石灰粉固化CO2；剩余石灰粉或消石灰粉与冶金炉烟气分离出的烟尘一起混合收集，固碳后冶金烟气除尘后进行回收利用。
作为本发明的进一步改进，所述石灰粉或消石灰粉按1～30kg/t钢进行喷吹。
作为本发明的进一步改进，所述石灰粉或消石灰粉与冶金炉烟气分离出的烟尘一起用于炼钢球团的制备。
作为本发明的进一步改进，所述石灰粉或消石灰粉的粒径小于0.075mm。
作为本发明的进一步改进，所述石灰粉或消石灰粉的粒径为0.025～0.075mm。
作为本发明的进一步改进，所述石灰粉或消石灰粉喷吹的载气为惰性气体或者常规汽化剂。
作为本发明的进一步改进，所述惰性气体为氮气；所述常规汽化剂为CO2或者水蒸气。
作为本发明的进一步改进，所述载气的流量为20～200m3/kg石灰粉或消石灰粉。
作为本发明的进一步改进，所述喷吹系统包括喷气管、与所述喷气管相连通的喷粉罐和设置在所述汽化冷却烟道内的喷枪，所述喷枪与所述喷气管连通；所述喷粉罐用于容置所述石灰粉或消石灰粉，所述载气从所述喷气管喷入，并携带所述石灰粉或消石灰粉一起经所述喷枪喷入所述汽化冷却烟道内。
作为本发明的进一步改进，所述喷枪设置于出烟气除尘设备前端，汽化冷却烟道喷淋降温后输送管道的末端，所述喷枪与所述汽化冷却烟道的侧壁垂直。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，通过在冶金炉的汽化冷却烟道上增设喷吹系统，在冶金炉冶炼中的冶金炉煤气回收时，将小于200目的石灰粉或消石灰粉直接喷入汽化冷却烟道，利用冶金炉烟气的余热供能石灰粉或消石灰粉固化冶金烟气中的CO2，未反应石灰粉或消石灰粉与除尘的烟尘混合收集；固碳后烟气进行回收利用。如此设置，将汽化冷却烟道作为反应器，通过控制石灰粉或消石灰粉的粒径以及喷入量，能够实现对冶金炉烟气热量以及冶金炉煤气的高效回收利用，相比将部分烟气放散于空气中，利用石灰粉或消石灰粉在冶金炉汽化烟道内固化CO2，无需额外提供热源；石灰粉或消石灰粉固化二氧化碳可以减少冶金炉高温烟气中二氧化碳的浓度，二氧化碳浓度越小，后期冶金烟气热值越高，从而提高煤气价值；同时还能满足钢铁企业减碳的目的，而且分离出的烟尘还能直接用于炼钢球团矿的制备，为冶金炉炼钢产业的可持续可经济化生产提供了一种有效途径。
2.本发明提供的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，采用石灰粉或消石灰粉进直接喷入汽化冷却烟道内，不会对汽化冷却烟道造成堵塞，由于直接与烟气接触，因石灰利用率高；另一方面，对冶金炉冶炼系统的改进方法简单，在原有煤气净化回收系统中增加简易的石灰粉或消石灰粉喷吹系统，利用气力输送技术，所采用的喷粉罐及喷枪技术也相对较为成熟，无需更改冶金炉冶炼系统的整体线路，例如烟尘分离线路和气体放散和回收线路。因此，实用性强。
附图说明
图1为本发明在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法的装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以下为本发明优选实施例。
本发明实施例中采用的石灰粉或消石灰粉为普通工业用石灰粉或消石灰粉。
实施例1
冶炼采用的转炉为100t转炉，采用的石灰为普通石灰，将石灰粉碎至粒度在300目(粒径0.048mm)以下，材料中的水分重量含量小于1％。
在转炉煤气回收时，将粉碎后的石灰粉喷吹到汽化冷却烟道中，喷吹载气为氮气，其中氮气的流量为0.1m3/2kg石灰粉，石灰粉喷吹量为20kg/m3转炉煤气。
石灰粉通过喷枪吹入汽化冷却烟道中，喷枪设置在汽化冷却烟道上，喷枪与转炉炉口之间的距离为汽化冷却烟道长度的2/3。
按上述方法进行10次试验，对收集的冶金烟尘进行检测分析，CaO的利用率达到了90％，回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 76～83％，CO21～5％，O2 0.2～0.3％。不喷吹石灰粉回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 45～60％，CO210～25％，O2 0.6～0.9％。
与原有技术相比，采用本发明能够降低CO2含量90％以上，同时，普通品位的石灰采用本发明也可达到固碳85％以上的效果。
实施例2
冶炼采用的转炉为60t转炉，采用的消石灰粉为粒度在300目以下，消石灰粉的水分重量含量小于1％。
在转炉烟气回收时，将消石灰粉喷吹到汽化冷却烟道中，喷吹载气为氮气，其中氮气的流量为0.15m3/1kg消石灰粉，消石灰粉喷吹量为20kg/m3转炉烟气。
消石灰粉通过喷枪吹入汽化冷却烟道中，喷枪设置在汽化冷却烟道上，喷枪与转炉炉口之间的距离为汽化冷却烟道长度的1/3。
按上述方法进行10次试验，对收集的冶金烟尘进行检测分析，CaO的利用率达到了93％，回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 79～82％，CO21～4％，O2 0.2～0.3％。不喷吹消石灰粉回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 45～60％，CO210～25％，O2 0.6～0.9％。
与原有技术相比，采用本发明能够降低CO2含量92％以上，同时，普通品位的消石灰采用本发明也可达到固碳85％以上的效果
实施例3
冶炼采用的转炉为40t转炉，采用的石灰粉或消石灰粉为粉碎至粒度在300目以下的石灰粉，石灰粉或消石灰粉中的水分重量含量小于1％。
在转炉烟气回收时，将石灰粉喷吹到汽化冷却烟道中，喷吹载气为氮气，其中氮气的流量为0.15m3/1kg石灰粉或消石灰粉石灰粉或消石灰粉喷吹量为20kg/m3转炉烟气。
石灰粉通过喷枪吹入汽化冷却烟道中，喷枪设置在汽化冷却烟道上，喷枪与转炉炉口之间的距离为汽化冷却烟道长度的1/3。
按上述方法进行10次试验，对收集的冶金烟尘进行检测分析，CaO的利用率达到了88％，回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 75～83％，CO21～4％，O2 0.2～0.3％。不喷吹石灰粉回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 45～60％，CO210～25％，O2 0.6～0.9％。
与原有技术相比，采用本发明能够降低CO2含量89％以上，同时，普通品位的石灰采用本发明也可达到固碳85％以上的效果
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
冶金炉汽化冷却烟道具有收集、冷却、输送烟气的作用，另外汽化冷却烟道也是生产蒸汽的余热锅炉。汽化冷却是采用软化水以汽化的方式(充分利用了水汽化潜热大的优点)冷却钢铁冶金设备并吸收大量的热量从而产生蒸汽的装置。
石灰粉或消石灰粉按1～30kg/t钢进行喷吹，优选为10～25kg/t钢，更优选为20kg/t钢。本发明实验表明，以吨钢为标准，对石灰粉或消石灰粉的喷入量进行控制，能够实现冶金炉烟气热量和冶金炉煤气的最优回收，即使得热量利用率和石灰粉或消石灰粉分解效率最高，冶金炉煤气的回收量和燃烧热值最优。
石灰粉或消石灰粉与冶金炉烟气分离出的烟尘一起可用于炼钢球团的制备。如此操作，即可实现冶金炉炼钢产业的可持续性和可经济化生产，大大冶金炉炼钢降低生产成本。
石灰粉或消石灰粉的粒径小于0.075mm，即过200目筛，优选为0.025～0.075mm。所述石灰粉或消石灰粉为普通工业用石灰粉或消石灰粉。采用小粒径石灰粉或消石灰粉便于喷吹至汽化冷却烟道内，提高热量接触面积，防止内外热分解不一致的问题，还能防止汽化冷却烟道的堵塞；但石灰粉或消石灰粉的粒径也不易过小，因为粒径过小时，一方面不便于烟尘和烟气的分离，另一方面对压制成球团矿的质量有影响。
石灰粉或消石灰粉喷吹的载气为惰性气体或者常规汽化剂。惰性气体优选为氮气；常规汽化剂优选为CO2或者水蒸气。载气的流量为20～200m3/kg石灰粉或消石灰粉，优选为20～100m3/kg石灰粉或消石灰粉。如此设置，冶金炉高温烟气中的二氧化碳含量为14～19％，该值对于煤气回收来说不高不低，冶金炉高温烟气需要将二氧化碳分离才能回收为冶金炉煤气，因此，载气中的氮气或二氧化碳流量对于汽化烟道内非可燃性气体量的影响不大；而且，石灰粉或消石灰粉分解产生的适量二氧化碳可以增加冶金炉高温烟气中二氧化碳的浓度，二氧化碳浓度越大，后期分离二氧化碳越容易，从而降低煤气回收成本。
综上所述，本发明提供的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，将汽化冷却烟道作为反应器，在原有煤气净化回收系统中增加简易的石灰粉或消石灰粉喷吹系统，利用气力输送技术，实现对冶金炉烟气热量以及冶金炉煤气的绿色高效回收利用，而且分离出的烟尘还能直接用于炼钢球团矿的制备，为冶金炉炼钢产业的可持续可经济化生产提供了一种有效途径。采用石灰粉或消石灰粉进行固碳，固碳效率高，而且可直接喷入汽化冷却烟道内，不会对汽化冷却烟道造成堵塞，由于直接与高温烟气接触，因此石灰利用率高；另一方面，对冶金炉冶炼系统的改进方法简单，无需更改冶金炉冶炼系统的整体线路，因此，实用性强。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，其特征在于，在冶金炉的汽化冷却烟道上增设喷吹系统，包括如下步骤：在冶金烟气除尘前，冶金炉冶炼中的冶金炉煤气回收时，通过所述喷吹系统将石灰粉或消石灰粉喷吹到所述汽化冷却烟道中；所述石灰粉或消石灰粉利用冶金炉烟气的余热供能石灰固化二氧化碳；剩余石灰粉或消石灰粉与冶金炉烟气分离出的烟尘一起混合收集，固碳后的冶金炉烟气进行回收利用。
2.根据权利要求1所述的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳方法，其特征在于，所述石灰粉或消石灰粉按1～20kg/t钢进行喷吹。
3.根据权利要求2所述的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，其特征在于，未反应的石灰粉或消石灰粉与冶金炉烟气分离出的烟尘一起用于炼钢球团的制备。
4.根据权利要求1所述的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，其特征在于，所述石灰粉或消石灰粉的粒径小于0.075mm。
5.根据权利要求4所述的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，其特征在于，所述石灰粉或消石灰粉的粒径为0.025～0.075mm。
6.根据权利要求1所述的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，其特征在于，所述石灰粉或消石灰粉喷吹的载气为惰性气体或者常规汽化剂。
7.根据权利要求6所述的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气；所述常规汽化剂为CO2或者水蒸气。
8.根据权利要求6所述的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，其特征在于，所述载气的流量为20～200m3/kg石灰粉或消石灰粉。
9.根据权利要求1所述的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，其特征在于，所述喷吹系统包括喷气管、与所述喷气管相连通的喷粉罐和设置在所述汽化冷却烟道内的喷枪，所述喷枪与所述喷气管连通；所述喷粉罐用于容置所述石灰粉或消石灰粉，所述载气从所述喷气管喷入，并携带所述石灰粉或消石灰粉一起经所述喷枪喷入所述汽化冷却烟道内。
10.根据权利要求9所述的在冶金炉汽化冷却烟道中固碳的方法，其特征在于，所述喷枪设置于出烟气除尘设备前端，汽化冷却烟道喷淋降温后输送管道的末端，所述喷枪与所述汽化冷却烟道的侧壁垂直。
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