一种焦炉喷吹生物质燃料的系统与方法

技术领域

本发明涉及焦炉燃烧技术领域，具体涉及一种焦炉喷吹生物质燃料的系统与方法。

背景技术

钢铁工业是国民经济的基础产业，也是能源资源消耗和碳排放的重点行业。而清洁能源在利用过程中基本不产生碳排放，钢铁企业应用清洁能源将从源头直接改变企业用能结构，发展新能源对钢铁行业双碳工作至关重要，是钢铁行业要实现碳中和的必要途径。钢铁工业低碳可持续发展势在必行，因此开发新的焦化生产的碳减排技术是十分有必要的。

生物质是唯一的可再生碳源，具有环境友好、能量利用率高的特点。生物质其燃烧产生的二氧化碳和吸收的二氧化碳基本相等，因此可以实现二氧化碳的零排放。生物质能在钢铁企业的应用逐渐引起重视，目前生物质或生物质炭在钢铁企业的应用主要体现在烧结工序、高炉喷吹工艺中用于替代煤焦粉或煤粉用于低碳烧结和高炉固体燃料喷吹在炼焦领域，针对生物质或者生物炭的利用工艺还没有，亟需设计焦化工序生物质燃料的利用系统和方法，焦炉燃烧室喷吹生物质燃料可以节省高炉煤气或者焦炉煤气气体燃料的用量，有效的减少煤气能源的消耗，降低焦炉烟道中的含氧量，减少NO

本发明设计了一种焦炉喷吹生物质燃料的系统与方法，对实现焦化行业碳达峰、碳减排的目标具有重要意义。

发明内容

为了解决上述缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种焦炉喷吹生物质燃料的系统与方法，可以有效减少焦炉燃烧过程中焦炉煤气或高炉煤气的使用，降低总体CO

为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

本发明提供一种焦炉喷吹生物质燃料的系统，所述系统包括生物质燃料破碎筛分装置、生物质燃料粉仓、喷吹输运装置、生物质燃料分配器、焦炉烟道、高温引风机、除尘器、高压喷吹罐、压缩空气罐、氮气罐和焦炉；其中，

所述生物质燃料破碎筛分装置出料口与生物质燃料粉仓进料口连接，所述生物质燃料粉仓出料口与喷吹输运装置进料口连接，所述喷吹输运装置出料口与高压喷吹罐进料口连接，所述高压喷吹罐出料口与生物质燃料分配器进料口连接，所述氮气罐出气口与高压喷吹罐进气口连接，所述生物质燃料分配器出料口与焦炉燃烧室生物质燃料进料口连接，所述压缩空气罐出气口与生物质燃料分配器出料口连接，所述焦炉燃烧室烟气出口通过焦炉烟道与除尘器进风口连接，所述除尘器出风口与高温引风机进风口连接，所述高温引风机出风口分别与生物质燃料分配器出料口和烟囱连接。

作为本发明的进一步改进，所述生物质燃料分配器出料口与设置在焦炉燃烧室顶部的喷枪连接，用于将生物质燃料和载气喷入焦炉内的焦炉燃烧室中。

作为本发明的进一步改进，所述系统还包括N个并联的高压喷吹罐，N≥1个，所述高压喷吹罐出气口汇总与生物质燃料分配器进料口连接，所述氮气罐出气口分别N个并联的高压喷吹罐进气口连接。

作为本发明的进一步改进，所述喷枪从焦炉燃烧室顶部插入，插入深度为50～100mm，所述喷枪为弯管式喷枪，弯曲角度为10°～15°，枪体为高温合金材料，喷枪通径为16～20mm，吹管枪道为42～48mm；所述喷枪内衬陶瓷涂层，喷枪陶瓷涂层为a-Al

本发明提供一种所述系统的焦炉喷吹生物质燃料的方法，所述方法包括：

(1)生物质燃料首先通过生物质燃料破碎筛分装置进行破碎筛分，收集的生物质燃料进入生物质燃料粉仓储存，再由喷吹输运装置输运至高压喷吹罐中，通过氮气罐将生物质燃料运输至生物质燃料分配器，再由生物质燃料分配器将生物质燃料与生物质燃料载气经喷枪从焦炉顶部喷入焦炉燃烧室中；

(2)焦炉燃烧室燃料燃烧产生的废气由燃烧室底部通过焦炉烟气管道进入除尘器，然后通过高温引风机将焦炉产生的部分焦炉烟气循环用作喷吹生物质燃料的载气，并进入焦炉燃烧室进行二次燃烧，未循环的焦炉烟气通过烟囱排出。

作为本发明方法的进一步优选，该方法中还包括气体燃料与空气从焦炉燃烧室下方进入燃烧室中进行燃烧，生物质燃料由燃烧室顶部喷入，扩大燃烧室内的高温区范围，改善炉墙温度均匀性；所述气体燃料为焦炉煤气或者高炉煤气，所述空气与燃料的空燃比为1:1～1.35:1，所述空气为分段供入以帮助燃烧。

作为本发明方法的进一步优选，所述从燃烧室底部喷入的空气与燃烧室顶部喷入的空气的流量之比为6:1～10:1。

作为本发明方法的进一步优选，所述生物质燃料载气包括烟气、压缩空气和氮气，所述氮气来自高压喷吹罐，高压喷吹罐的压力为0.2～1.0Mpa，所述氮气流量为0.035～0.065m

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤1)中喷枪的流速20～30m

作为本发明方法的进一步改进，其特征在于步骤(1)所述生物质燃料为生物质颗粒或生物质炭，筛分后的生物质燃料直径为50～80μm；

生物质燃料从焦炉燃烧室顶部喷入，生物质燃料的喷吹量为20～40kg/吨焦。

作为本发明方法的进一步改进，步骤(2)所述循环的焦炉烟气与压缩空气作为喷吹生物质燃料的载气，焦炉烟气进入燃烧室二次燃烧，所述焦炉烟气的循环率为8～20％，空气消耗系数为1.0～1.35。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明方法通过对燃烧室顶部喷吹生物质燃料，可以有效的节约煤气的用量，同时可以扩大燃烧室内的高温区范围，降低炉墙的高度方向的温度差，改善炼焦过程中焦炭床层加热的均匀性。此外对焦炉烟气进行了循环燃烧，可以有效的减少能源的消耗，降低焦炉烟道中的含氧量，减少NO

附图说明

图1为本发明焦炉喷吹生物质燃料的系统示意图；

图2为本发明焦炉喷吹生物质燃料的N个高压喷吹罐系统示意图。

其中1-生物质燃料破碎筛分装置、2-生物质燃料粉仓、3-喷吹输运装置、4、高压喷吹罐、5-氮气罐、6-压缩空气罐、7-生物质燃料分配器、8-焦炉、9-喷枪、10-焦炉燃烧室、11-焦炉烟道、12-除尘器、13-高温引风机、14-烟囱、15-焦炉焦化室。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示，本发明提供了一种焦炉喷吹生物质燃料的系统，包括1-生物质燃料破碎筛分装置、2-生物质燃料粉仓、3-喷吹输运装置、4-高压喷吹罐、5-氮气罐、6-压缩空气罐、7-生物质燃料分配器、8-焦炉、9-喷枪、10-焦炉燃烧室、11-焦炉烟道、12-除尘器、13-高温引风机、14-烟囱、15-焦炉焦化室。其中，

所述生物质燃料破碎筛分装置1出料口与生物质燃料粉仓2进料口连接，所述生物质燃料粉仓2出料口与喷吹输运装置3进料口连接，所述喷吹输运装置3出料口与高压喷吹罐4进料口连接，所述高压喷吹罐4出料口与生物质燃料分配器7进料口连接，所述氮气罐5出气口与高压喷吹罐4进气口连接，所述生物质燃料分配器7出料口与焦炉燃烧室10生物质燃料进料口连接，所述压缩空气罐6出气口与生物质燃料分配器7出料口连接，所述焦炉燃烧室10烟气出口通过焦炉烟道与除尘器12进风口连接，所述除尘器12出风口与高温引风机13进风口连接，所述高温引风机13出风口分别与生物质燃料分配器7出料口和烟囱14连接。所述生物质燃料分配器7出料口与设置在焦炉燃烧室顶部的喷枪连接，用于将生物质燃料和载气喷入焦炉内的焦炉燃烧室中。

另外，所述系统还包括N个并联的高压喷吹罐，N≥1个，所述高压喷吹罐出气口汇总与生物质燃料分配器进料口连接，所述氮气罐出气口分别N个并联的高压喷吹罐进气口连接。如图2所示。

本发明提供一种所述系统的焦炉喷吹生物质燃料的方法，具体包括以下步骤：

(1)、首先生物质燃料通过生物质燃料破碎筛分装置1进行破碎筛分，收集的生物质燃料经气力输送系统进入生物质粉仓2储存，根据使用需要由喷吹输运装置3输运至高压喷吹罐4中，使用氮气罐5中的氮气将生物质燃料运输至生物质燃料分配器7，再由生物质燃料分配器7将生物质燃料均匀分配经喷枪9，从焦炉顶部与载气一起均匀喷入焦炉燃烧室10中。

(2)、焦炉燃烧室10燃料燃烧产生的废气由燃烧室底部经过蓄热室与空气换热后通过焦炉烟气管道进入除尘器12除尘，然后经由高温引风机13将焦炉烟气引入三通阀，部分焦炉烟气循环与压缩空气罐6提供的压缩空气用作喷吹生物质燃料的载气，并进入焦炉燃烧室10进行二次燃烧，剩余的焦炉烟气经过脱硫脱硝等处理后通过烟囱14排出。

(3)、气体燃料与空气从焦炉8下方进入燃烧室10中进行燃烧，生物质燃料由燃烧室10顶部喷入，扩大燃烧室10内的高温区范围，改善炉墙温度均匀性。

实施例1

所述生物质燃料为无花果炭(处理条件、化学成分、工业分析以及热值见表1)，经过破碎筛分后的生物质燃料粒径在60μm左右，然后运输至粉仓储存，根据使用需要由喷吹输运装置输运至高压喷吹罐，在生物质燃料分配器对生物质燃料进行均匀分配后，通过喷枪从焦炉燃烧室顶部喷入，喷枪的生物质燃料喷吹量为36kg/t。

喷吹载气为焦炉烟气与压缩空气，焦炉烟气进行余热回收对助燃空气进行预热，最后进入焦炉燃烧室进行二次燃烧，焦炉烟气循环率为16％。气体燃料为焦炉煤气(成分见表2)，助燃气体为空气，空燃比1.25：1，从燃烧室底部喷入的空气与燃烧室顶部喷入的空气的流量之比为7:1，经过生物质燃料喷吹以及焦炉烟气循环燃烧后，6m

表1无花果炭的理化性能

表2焦炉煤气成分体积分数分析

本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

最后所应说明的是，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，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。