一种向熔融还原炉内喷吹低温纯氧的方法及装置
阅读说明：本技术 一种向熔融还原炉内喷吹低温纯氧的方法及装置 (Method and device for blowing low-temperature pure oxygen into smelting reduction furnace ) 是由 孟凡旭 徐涛 张勇 周海川 卜二军 任俊 程鹏 昝智 杨阳 肖嘉诚 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种向熔融还原炉喷吹低温纯氧的方法,氧气站(1)提供的低温纯氧,经氧气调节阀(2)和氧气切断阀(3)经纯氧管道(4)由热风喷枪(5)直接喷入熔融还原炉(12)内,低温纯氧在熔融还原炉内二次燃烧区域(9)呈“伞状”分布；矿粉、煤粉、白云石粉和石灰粉通过喷吹管线(17)经固体喷枪(11)喷入熔融还原炉熔池区。该方法与原工艺相比取消了电动鼓风系统和热风炉系统,大幅度降低了整体工艺的投资建造成本。该方法与原工艺相比大量提高了二次燃烧区的燃烧温度,增强了二次燃烧区与熔池区域的换热效率,直接解决了熔池补热问题。(The invention discloses a method for injecting low-temperature pure oxygen into a melting reduction furnace, wherein the low-temperature pure oxygen provided by an oxygen station (1) is directly injected into the melting reduction furnace (12) through an oxygen regulating valve (2) and an oxygen stop valve (3) and a pure oxygen pipeline (4) by a hot air spray gun (5), and the low-temperature pure oxygen is distributed in an umbrella shape in a secondary combustion area (9) in the melting reduction furnace; the mineral powder, the coal powder, the dolomite powder and the lime powder are injected into a smelting pool area of the smelting reduction furnace through a solid spray gun (11) through an injection pipeline (17). Compared with the prior art, the method cancels an electric blast system and a hot blast stove system, and greatly reduces the investment and construction cost of the whole process. Compared with the prior art, the method greatly improves the combustion temperature of the secondary combustion area, enhances the heat exchange efficiency of the secondary combustion area and a molten pool area, and directly solves the problem of molten pool heat compensation.)
技术领域
本公开的实施例一般涉及非高炉炼铁领域，具体涉及一种向熔融还原炉内喷吹低温纯氧的方法及装置。
背景技术
目前，世界范围内的熔融还原炉炼铁工艺主要采用的富氧热风技术，由电动鼓风机鼓出冷风，冷风经富氧混合后，由热风炉加热成1100℃～1200℃的富氧热风，最终经热风管道输送由热风喷枪将富氧热风喷入熔融还原炉内，在铁水和渣层上部一定位置处形成富氧热风的二次燃烧区，富氧热风使喷入的热风和熔池内部产生的CO和H2气体进行燃烧反应，产生的热量与涌泉上升的熔渣和铁液滴进行换热，持续不断对熔池进行补热。原工艺中存在较为复杂的建造费用为高的电动鼓风系统和热风炉系统。原工艺中向熔融还原炉内喷入富氧热风时，一方面，空气中会携带喷入大量氮气，氮气会带走炉内大量的热量，使熔融还原炉内温度偏低，降低与熔池的换热效率，造成能源浪费。另一方面，熔融还原炉煤气中含有大量氮气，使熔融还原炉煤气热值偏低，降低了熔融还原炉后续的燃烧温度，不利于煤气发电，并且烟气中存在大量氮氧化物，造成尾气排放不达标。
发明内容
为了解决上述技术问题，达到相应的技术效果，本发明提出一种向熔融还原炉喷吹低温纯氧的方法。首先取消原工艺中电动鼓风系统与热风炉系统，低温纯氧由氧气站鼓出后，直接鼓入热风喷枪，进入熔融还原炉内。低温富氧与来自熔池的煤粉和可燃气体在二次燃烧区发生剧烈的燃烧反应。高温烟气同熔池上升的熔渣和铁水进行热量交换，最终将更多热量带回熔池。同时减少了熔融还原炉煤气中N2的比例以及N2带出炉外的热量，进一步提高了炉内能量的利用效率，提高了煤气热值，减少后续煤气用户(21)氮氧化物的产生。
本发明采用的基本构思如下：
一种向熔融还原炉喷吹低温纯氧的方法，氧气站(1)提供的低温纯氧，经氧气调节阀(2)和氧气切断阀(3)经纯氧管道(4)由热风喷枪(5)直接喷入熔融还原炉(12)内，低温纯氧在熔融还原炉内二次燃烧区域(9)呈“伞状”分布；矿粉、煤粉、白云石粉和石灰粉通过喷吹管线(17)经固体喷枪(11)喷入熔融还原炉熔池区；下部熔池区煤粉经渗碳后将喷入的铁矿石还原成铁水，煤粉中析出的挥发分气体与还原反应产生的CO气体将熔池中的铁水与炉渣以“涌泉”的形式涌入二次燃烧区(9)；进入二次燃烧区(9)的煤气与低温纯氧发生剧烈的燃烧反应；进入二次燃烧区的铁滴与渣滴同煤气燃烧后的高温烟气进行换热，最终将热量带回熔池；剩余的熔融还原炉煤气经汽化冷却烟道(10)、除尘减压设备(13)送往后续煤气用户(21)。
进一步地，所述热风喷枪(5)下端为带有4孔喷头的热风喷枪。
进一步地，所述热风喷枪(5)下端为带有6孔喷头的热风喷枪。
进一步地，所述热风喷枪(5)下端为带有8孔喷头的热风喷枪。
进一步地，所述热风喷枪(5)下端为带有腰型喷头的热风喷枪。
进一步地，所述热风喷枪(5)内径变为830mm，外径变为1230mm。
进一步地，所述热风喷枪枪口(6)距离熔融还原炉炉底(7)的距离降低至6.5-7.5m，距离渣口界面(8)距离降低至3-3.5m。
进一步地，所述热风喷枪喷吹低温纯氧流量为45000-60000Nm3/h，压力为150-250kPa，温度为0～100℃，正常为常温25℃，纯氧含量为98％～99.99％。
进一步地，通过氧气站出口的氧气调节阀(2)来调节进入熔融还原炉(12)的氧气量，所述氧气切断阀(3)与热风喷枪之间装有压力表I(15)、流量计(14)，用于测量进入熔融还原炉内低温纯氧的压力和流量。
进一步地，所述汽化冷却烟道(10)入口处设置压力表II(16)，控制压力范围为60-80kPa。
进一步地，所用原料铁矿粉与白云石的比例在9:1，两者以混合料形式进入喷吹管线(17)，其中喷矿量设定值为100-135t/h，白云石量根据比例随喷矿量调整。
进一步地，进入烟道的熔融还原炉煤气温度提高至200-300℃。
进一步地，出铁70-90t/h，每出两次铁后出一次渣。
进一步地，所述的矿粉包括Fe(％)≥62.0％，SiO2(％)：4.2～4.7％，Al2O3(％)：2.2％，P(％)：0.08％，S:0.03％，水(％)≤5％。
更进一步地，一种实现上述的向熔融还原炉喷吹低温纯氧的方法的装置。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明之目的就是提供一种向熔融还原炉内喷吹低温富氧的方法。该方法与原工艺相比取消了电动鼓风系统和热风炉系统，缩短了工艺步骤，大幅度降低了整体工艺的投资建造成本。该方法与原工艺相比大量提高了二次燃烧区的燃烧温度，增强了二次燃烧区与熔池区域的换热效率，直接解决了熔池补热问题。该方法与原工艺相比大幅度减少了熔融还原炉煤气中N2带出炉外的热量，提高了炉内能量的利用效率，进一步提高了煤气热值。同时减少了后续煤气用户(21)氮氧化物的生成，起到保护环境的作用。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
图1为本发明方法所述一种向熔融还原炉内喷吹低温纯氧的方法的装置示意图。
图2为本发明方法所述一种热风喷枪枪头为4孔喷头示意图。
图3为本发明方法所述一种热风喷枪枪头为6孔喷头示意图。
图4为本发明方法所述一种热风喷枪枪头为8孔喷头示意图。
图5为本发明方法所述一种热风喷枪枪头为腰型喷头示意图。
1-氧气站；2-氧气调节阀；3-氧气切断阀；4-纯氧管道；5-热风喷枪，6-热风喷枪枪口，7-熔融还原炉炉底，8-渣口界面；9-二次燃烧区；10-汽化冷却烟道；11-固体喷枪；12-熔融还原炉；13-除尘减压设备；14-流量计；15-压力表I；16-压力表II；17-喷吹管线；18-矿粉+白云石；19-煤粉；20-石灰；21-煤气用户(21)。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例1
由图2所示，本发明的实施例1是将氧气站(1)提供的低温纯氧，经氧气调节阀(2)和氧气切断阀(3)经纯氧管道(4)由热风喷枪(5)直接喷入熔融还原炉(12)内。低温纯氧在熔融还原炉内二次燃烧区域(9)呈“伞状”分布。矿粉、煤粉、白云石粉和石灰粉通过喷吹管线(17)经固体喷枪(11)喷入熔融还原炉熔池区。下部熔池区煤粉经渗碳后将喷入的铁矿石还原成铁水，煤粉中析出的挥发分气体与还原反应产生的CO气体将熔池中的铁水与炉渣以“涌泉”的形式涌入二次燃烧区(9)。进入二次燃烧区(9)的煤气与低温纯氧发生剧烈的燃烧反应。进入二次燃烧区的铁滴与渣滴同煤气燃烧后的高温烟气进行换热，最终将热量带回熔池。剩余的熔融还原炉煤气经汽化冷却烟道(10)、除尘减压设备(13)送往后续煤气用户(21)。
本发明方法所述向熔融还原炉喷吹低温纯氧工艺相对于原工艺相比，所述热风喷枪(5)由原工艺的“外套+旋流导杆”的组合改为带有4-8孔喷头的氧气喷枪。
本发明方法所述向熔融还原炉喷吹低温纯氧工艺相对于原工艺相比，所述热风喷枪枪口(6)距离熔融还原炉炉底(7)的距离降低至6.5-7.5m，距离渣口界面(8)距离降低至3-3.5m。
本发明方法通过氧气站出口的氧气调节阀(2)来调节进入熔融还原炉(12)的氧气量。
本发明方法所述氧气切断阀(3)与热风喷枪之间装有压力表1(15)、流量计1(14)，用于测量进入熔融还原炉内低温纯氧的压力和流量。
进一步地，本发明方法所述向熔融还原炉喷吹低温纯氧工艺相对于原工艺，取消了电动鼓风机和热风炉这两组大型设备。
本发明方法所述向熔融还原炉喷吹低温纯氧工艺，所述汽化冷却烟道入口处设置压力表2(16)，控制压力范围为60-80kPa。
本发明方法所述向熔融还原炉喷吹低温纯氧工艺所用原料铁矿粉与白云石的比例在9:1，两者以混合料形式进入喷吹管线(17)。其中喷矿量设定值为100-135t/h，白云石量根据比例随喷矿量调整。
进一步地，本发明方法所述喷吹矿粉成分如表1所示，
表1.铁矿粉成分表
成分
Fe(％)
SiO<sub>2</sub>(％)
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％)
P(％)
S(％)
水(％)
+6.3mm(％)
指标
≥62.0
4.2～4.7
2.2
0.08
0.03
≤5
≤12.0
本发明方法所述白云石成分如表2所示，
表2.白云石成分表
名称
MgO
SiO2
酸不溶物
水分
指标
≥19％
≤4％
≤7％
3～5％
本发明方法所述向熔融还原炉喷吹低温纯氧工艺所用原料煤粉为无烟煤，具体成分如表3所示，
表3.煤粉成分表
本发明方法所述向熔融还原炉喷吹低温纯氧工艺所用原料石灰粉，具体成分如表4所示，
表4.石灰粉成分表
本发明方法所述向熔融还原炉喷吹低温纯氧工艺相对于原工艺相比，二次燃烧区燃烧温度提高至400-600℃。
本发明方法所述向熔融还原炉喷吹低温纯氧工艺相对于原工艺相比，进入烟道的熔融还原炉煤气温度提高至200-300℃。
本发明方法所述向熔融还原炉喷吹低温纯氧工艺出铁70-90t/h，每出两次铁后出一次渣。
实施例2
本发明的实施例2所述一种向熔融还原炉喷吹低温纯氧的方法与原工艺相比将熔融还原炉内二次燃烧率提高1.5％。其中原工艺熔融还原炉内二次燃烧率控制为55％，本发明方法熔融还原炉内二次燃烧率控制为56％。
原工艺中向熔融还原炉内喷吹矿粉135t/h；喷吹煤粉71.76t/h；喷吹富氧热风的气量为146900Nm3/h，富氧率为38％，热风温度为1100℃；控制二次燃烧率55％。实现出铁80t/h，炉内燃烧温度2982℃，产生213500Nm3/h熔融还原炉煤气，煤气热值为624kcal。
本发明方法向熔融还原炉内喷吹矿粉135t/h；喷吹煤粉72t/h；喷吹55800Nm3/h的低温纯氧；控制二次燃烧率56％。实现出铁80t/h，炉内燃烧温度3622℃，产生124400Nm3/h熔融还原炉煤气，煤气热值为1052kcal。
综上所述，种向熔融还原炉喷吹低温纯氧的方法与原工艺相比，喷矿不变，提高喷煤0.04t/h，提高1.5％的二次燃烧率。可以满足本发明工艺的热量平衡，保证出铁量80t/h，提高熔融还原炉煤气热值428kcal。
实施例3
本发明的实施例3所述一种向熔融还原炉喷吹低温纯氧的方法与原工艺相比保持熔融还原炉内二次燃烧率不变，二次燃烧率控制为55％。
原工艺中向熔融还原炉内喷吹矿粉135t/h；喷吹煤粉71.76t/h；喷吹富氧热风的气量为146900Nm3/h，富氧率为38％，热风温度为1100℃；控制二次燃烧率55％。实现出铁80t/h，炉内燃烧温度2982℃，产生213500Nm3/h熔融还原炉煤气，煤气热值为624kcal。
本发明方法向熔融还原炉内喷吹矿粉135t/h；喷吹煤粉73.2t/h；喷吹57200Nm3/h的低温纯氧；控制二次燃烧率55％。实现出铁80t/h，炉内燃烧温度3587℃，产生124400Nm3/h熔融还原炉煤气，煤气热值为1091kcal。
综上所述，种向熔融还原炉喷吹低温纯氧的方法与原工艺相比，喷矿不变，二次燃烧率不变，提高喷煤1.24t/h。可以满足本发明工艺的热量平衡，保证出铁量80t/h，提高熔融还原炉煤气热值467kcal。
实施例4
本发明的实施例3所述一种向熔融还原炉喷吹低温纯氧的方法与原工艺相比保持熔融还原炉煤气热值不变，煤气热值为624kcal。
原工艺中向熔融还原炉内喷吹矿粉135t/h；喷吹煤粉71.76t/h；喷吹富氧热风的气量为146900Nm3/h，富氧率为38％，热风温度为1100℃；控制二次燃烧率55％；控制煤气热值为624kcal。实现出铁80t/h，炉内燃烧温度2982℃，产生213500Nm3/h熔融还原炉煤气。
本发明方法向熔融还原炉内喷吹矿粉135t/h；喷吹煤粉60.24t/h；喷吹49300Nm3/h的低温纯氧；控制二次燃烧率73.5％；控制煤气热值为624kcal。实现出铁80t/h，炉内燃烧温度3982℃，产生103200Nm3/h熔融还原炉煤气。
综上所述，种向熔融还原炉喷吹低温纯氧的方法与原工艺相比，喷矿不变，熔融还原炉煤气热值不变。可以满足本发明工艺的热量平衡，保证出铁量80t/h，减少喷吹煤粉11.6t/h。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种含钒渣钢渣铁与钛精矿综合利用的方法