一种低碳全氧高炉炼铁工艺

技术领域

本发明涉及一种低碳全氧高炉炼铁工艺，属于钢铁冶金领域。

背景技术

钢铁产业是我国国民经济的支柱性产业，同时也是CO

顶炉煤气循环-氧气高炉炼铁技术作为最具有发展前景的低碳炼铁技术之一，主要是利用氧气体积分数大于21％的空气助燃，通过增加氧气浓度加大高炉内煤粉的燃烧强度，增强还原活跃度以减少焦炭的使用量，从而降低碳排放量。随着富氧率的增加，焦比和整体流程碳消耗量降低，在全氧气氛下节能减排效果达到最优。相较于传统高炉，全氧高炉产生的顶炉煤气中几乎不含N

但是全氧高炉也存在如下几个方面的问题：

1.产生的炉顶煤气中CO

2.预热喷吹进高炉的循环炉顶煤气和纯氧需要消耗大量的热量，同时产生大量的CO

富氧燃烧CO

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种低碳全氧高炉炼铁工艺。利用O

本发明提供一种低碳全氧高炉炼铁工艺，包括高炉本体、富氧燃烧装置、一级换热装置、二级换热装置、三级换热装置、变压吸附装置、空分装置、冷却脱水装置、压缩冷凝装置、二氧化碳储存装置；

所述工艺包括如下步骤：

空气进入所述空分装置进行分离，将产出的纯氧分为第一纯氧和第二纯氧；

从所述高炉本体引出的炉顶煤气分为第一炉顶煤气、第二炉顶煤气、第三炉顶煤气；

所述第一炉顶煤气送入所述富氧燃烧装置燃烧，产生的高温烟气分为第一高温烟气和第二高温烟气；

所述第一高温烟气从所述高炉本体的炉腹部位鼓入高炉，用于预热物料；

所述第二高温烟气依次流过所述一级换热装置、所述二级换热装置、所述三级换热装置，用于预热所述第二炉顶煤气和所述第一纯氧；

所述第一纯氧经预热后，从所述高炉本体的炉缸风口鼓入高炉；

所述第二炉顶煤气先送入所述变压吸附装置脱除CO

所述第三炉顶煤气对外供应；

从所述三级换热装置出来的低温烟气送入所述冷却脱水装置进行脱水，脱水后的低温烟气分为第一低温烟气和第二低温烟气；

所述第一低温烟气送入所述压缩冷凝装置，压缩冷凝成液态后储存至所述二氧化碳储存装置；

所述第二低温烟气与所述第二纯氧混合形成O

进一步的，所述第一纯氧和第二纯氧的氧气纯度不低于95％。

进一步的，从所述高炉本体引出的炉顶煤气中，所述第一炉顶煤气的体积占比为20％～30％，所述第二炉顶煤气的体积占比为60％～90％，其余为所述第三炉顶煤气。

进一步的，所述O

进一步的，所述富氧燃烧装置产生的高温烟气中，所述第一高温烟气的体积占比为5～10％，其余为所述第二高温烟气。

进一步的，从所述三级换热装置出来的低温烟气CO

进一步的，所述第一纯氧和所述第二炉顶煤气从所述高炉本体的炉缸风口鼓入高炉时温度为1200℃～1300℃。

进一步的，当所述第二炉顶煤气的体积占比高到一定值，所述第一炉顶煤气在所述富氧燃烧装置燃烧产生的热量不足以将所述第一纯氧和所述第二炉顶煤气预热到1200℃～1300℃时，可从外界补充煤气进入所述富氧燃烧装置燃烧补充热量。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：

1、部分炉顶煤气进行富氧燃烧提供热量的同时，在烟气循环的方式下可以实现高达85％体积浓度的CO

2、炉顶煤气在O

3、此系统通过多级换热器进行换热，低温烟气出口温度更低，提高了烟气的热利用率，同时也降低了冷却脱水和压缩冷凝环节的能耗。

4、钢铁生产过程中需要大量的N

附图说明

图1为低碳全氧高炉炼铁工艺流程示意图。

附图标记说明：1.高炉本体、2.富氧燃烧装置、3.一级换热装置、4.二级换热装置、5.三级换热装置、6.变压吸附装置、7.空分装置、8.冷却脱水装置、9.压缩冷凝装置、10.二氧化碳储存装置。

具体实施方式

实施例1

使用Aspen Plus进行模拟计算，所用氧气均为100％纯氧，在炉缸风口鼓入循环炉顶煤气和纯氧，在炉身鼓入高温烟气，其生产指标如下：

炉顶煤气量：1363Nm

循环炉顶煤气量：928Nm

富氧燃烧炉顶煤气量：296Nm

外供炉顶煤气量：139Nm

耗氧量：314Nm

循环炉顶煤气鼓入高炉时的温度：1300℃

氧气鼓入高炉时的温度：1300℃

炉身鼓入高温烟气的温度：1801℃

炉身鼓入高温烟气的量：47.62Nm

顶炉煤气成分：CO：50.99％，CO

鼓入高炉的循环炉顶煤气成分：CO：80.45％，CO

富氧燃烧循环烟气占比：40％

低温烟气排温：185℃

捕集CO

此时整个系统剩余煤气量139Nm

实施例2

在实施例1的情况下提高循环炉顶煤气量，使用Aspen Plus进行模拟计算，其生产指标如下：

炉顶煤气量：1493Nm

循环炉顶煤气量：1180Nm

富氧燃烧炉顶煤气量：342Nm

外供炉顶煤气量：0Nm

补充煤气量：29Nm

耗氧量：284Nm

循环炉顶煤气鼓入高炉时的温度：1300℃

氧气鼓入高炉时的温度：1300℃

炉身鼓入高温烟气的温度：1869℃

炉身鼓入高温烟气的量：54.47Nm

顶炉煤气成分：CO：54.05％，CO

鼓入高炉的循环炉顶煤气成分：CO：81.34％，CO

富氧燃烧循环烟气占比：40％

低温烟气排温：200℃

捕集CO

此时，未循环的炉顶煤气富氧燃烧产生的热量不足以将鼓入高炉的循环炉顶煤和氧气预热到1300℃，需要从外界向富氧燃烧装置补充燃气量29Nm

实施例3

在实施例2的情况下继续提高循环炉顶煤气量，使用Aspen Plus进行模拟计算，其生产指标如下：

炉顶煤气量：1470Nm

循环炉顶煤气量：1265Nm

富氧燃烧炉顶煤气量：357Nm

外供炉顶煤气量：0Nm

补充煤气量：152Nm

耗氧量：274Nm

循环炉顶煤气鼓入高炉时的温度：1300℃

氧气鼓入高炉时的温度：1300℃

炉身鼓入高温烟气的温度：1834℃

炉身鼓入高温烟气的量：57.22Nm

顶炉煤气成分：CO：55.15％，CO

鼓入高炉的循环炉顶煤气成分：CO：83.35％，CO

富氧燃烧循环烟气占比：40％

低温烟气排温：207℃

捕集CO

此时，未循环的炉顶煤气富氧燃烧产生的热量不足以将鼓入高炉的循环炉顶煤和氧气预热到1300℃，需要从外界向富氧燃烧装置补充燃气量152Nm

通过三个实施例可知，随着循环炉顶煤气量的增加，高炉产生的炉顶煤气品质提高、捕集的CO