复合气体介质烧结的节能减排技术开发与应用

 烧结烟气排放量大、污染物种类多,是钢铁工业节能减排的重点工序。阐述了气体介质变化对烧结的影响规律,介绍了多种基于复合气体介质烧结的减排新工艺和新技术。针对烧结烟气和热废气循环利用,开发了区域选择性烟气循环工艺,在不影响烧结指标前提下实现烟气减量和污染物减排;开发了环冷机热废气提质-循环烧结工艺,提高了余热利用效率,并减少了冷却废气无组织排放。揭示了多种类型的富氢燃气喷吹对烧结的影响规律,开发了富氢燃气梯级喷吹技术,改善了烧结料层的热量分布状态,降低了固体燃耗和污染物排放。探明了烧结料面喷吹水蒸气对烧结指标的影响,获得了水蒸气喷吹的适宜区间和喷吹方法,实现了CO的减排。提出了载能复合气体介质烧结协同减排技术路线,以燃气和蒸汽复合气体为例,探明了两类气体在烧结料面的适宜耦合喷吹方式,取得了更大程度的烧结提质、节能、减排效果。     

炼铁系统低碳技术发展前景与途径

 现代高炉炼铁是以人造矿石和焦炭为物质基础的。现代高炉实现绿色低碳炼铁,需要从炼铁工序的层次优化工艺流程和关键技术,实现烧结、球团、高炉等多工序的协同优化。面向未来,在提高资源和能源利用效率的同时,基于现有技术推进采用低碳节能技术和先进工艺。对于烧结、高炉等传统工艺技术,要进一步研究并应用先进技术,提高生产效能、降低能源消耗和碳排放。持续研究推广绿色低碳烧结技术,如低碳厚料层烧结技术、烧结料面富氢气体喷吹技术、烧结返矿高效回收利用技术、低温烧结技术和热风循环烧结技术等,有效降低烧结过程的能源消耗和CO₂排放。充分利用中国精矿粉资源生产球团矿,提高球团矿产能和产量,进而提高球团矿入炉比率和炉料综合品位,有效降低碳素燃料消耗。提高高炉富氧率和喷煤量,持续提高风温、降低燃料消耗,提高高炉顶压和煤气利用率。有条件的高炉喷吹富氢气体以减少焦炭消耗,开发应用高炉炉顶煤气循环及CO₂脱除再利用(CCUS)等技术。研究解析了高炉炼铁工艺碳-氢耦合还原的热力学机理,讨论了在高炉内不同温度区域固体碳、CO和H₂的还原能力,提出了直接还原与间接还原的耦合匹配是实现最低燃料比的技术核心,探讨了高炉炼铁喷吹全氢/富氢气体的技术可行性和经济性。这些综合技术措施对于进一步降低高炉工艺流程的碳素消耗、减少CO₂排放具有显著效应。与此同时,设计先进合理的流程系统和耗散结构,优化工序界面技术,构建信息物理系统(CPS)实现炼铁工序协同高效、动态有序运行,这也是高炉炼铁工艺实现绿色低碳的关键共性技术之一,具有广泛的适用性和显著的应用效果。     

焦炉煤气喷吹对铁矿烧结过程影响的试验研究

针对目前烧结工序固体燃料偏析分布较难,料层自蓄热效应导致能耗较高、碳排放较大等问题,本文采用焦炉煤气作为喷吹介质,在自行设计和搭建的烧结杯试验平台上,从节能、提质、减排3个方面,开展焦炉煤气喷吹对铁矿烧结过程影响的试验研究。结果表明,与常规烧结生产相比,焦炉煤气喷吹能优化烧结料层的热量分布,在相同烧结矿质量条件下,可以降低烧结原料中的焦粉配比,节约固体燃料消耗;喷吹焦炉煤气后,铁酸钙质量分数提升3.72%,还原度和低温还原粉化性能等质量指标较喷吹前明显改善;NO_x和SO_2的平均排放质量浓度分别降低了13.3%和31.7%。     

厚料层烧结与能耗的关系

本文阐述了实现厚为层烧结时,与固体燃料,点火煤气、电耗消耗关系以及在料层高度上合理布料降低烧吉燃料消耗。     

富氧条件对低热值燃气烧结点火的影响

针对低热值燃气燃烧温度低导致烧结点火质量差的问题,采用描述碳氢火焰燃烧的化学动力学详细机理GRI-Mech3.0对低热值燃气的燃烧过程进行模拟;研究了富氧条件对低热值燃气燃烧温度、烟气氧浓度和燃烧速率的影响;开展了低热值燃气富氧点火技术的工业化试验。研究结果表明,采用富氧空气作为助燃剂可以显著提高低热值燃气点火温度,改善点火效果;当助燃风氧体积分数提高至0.23时,纯高炉煤气点火效果可以提高至与采用空气加混合煤气的点火效果相等;进一步提高助燃风氧含量使得烧结点火能耗相应降低,表层烧结矿质量相应增加。工业化试验表明,富氧点火是实现低热值燃气高质低耗点火的有效途径,对降低烧结工序点火能耗有积极意义。     

晋南钢铁高炉喷吹富氢气体工业化实践

 钢铁工业是中国制造业中碳排放量最高的行业,碳排放占全国碳排放总量的15%左右。高炉是钢铁工业碳消耗量最大的工序,碳消耗占钢铁流程总碳消耗的70%以上,减少高炉冶炼碳消耗是降低钢铁工业碳排放的最有效措施。高炉喷吹富氢气体不但可以提高冶炼效率,减少污染物排放,而且可以减少焦炭或煤粉消耗,从源头上降低高炉冶炼碳消耗,从而减少碳排放。以山西晋南钢铁两座1 860 m3高炉风口喷吹富氢气体工业化生产数据为例,详细研究了高炉喷吹富氢气体对燃料比、风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、H₂利用率以及CO₂排放量的影响。结果表明,喷吹富氢气体可以显著降低高炉固体燃料消耗,在吨铁富氢气体喷吹量为65 m3条件下,富氢气体与固体燃料的置换比为0.49 kg/m3;风口喷吹富氢气体降低了风口理论燃烧温度,吨铁每喷吹1 m3富氢气体,风口理论燃烧温度降低约1.5 ℃,高炉鼓风量和炉腹煤气量都少量降低;喷吹富氢气体以后,炉内H₂的利用率平均为37.3%,CO的利用率约为43.2%;吨铁CO₂排放量可以降低80 kg左右,高炉CO₂排放降低了5.6%,取得了较好的经济、环境和减污降碳效果。     

不同蒸汽喷吹条件下烧结烟气的NOx和SO2排放规律

为降低烟气中NO_x和SO₂的排放质量浓度，提高固体燃料的燃烧效率，本文基于某钢铁厂的烧结原料开展50 kg级烧结杯试验，研究向烧结料面喷吹蒸汽条件下喷吹总量、喷吹流量及开始喷吹时间等因素对烧结过程NO_x和SO₂排放的影响。结果表明：点火8 min后向料面连续喷吹蒸汽15 min,当喷吹流量为0.02 m³/min时，烧结烟气中NO_x和SO₂排放质量浓度分别降低11.75%、13.25%,并且烧结矿的产、质量指标亦有优化。蒸汽的加入有利于固体燃料分子键的断裂，加速固体燃料挥发分中HCN和NH₃的析出进程，同时增强了烧结料层的局部还原性气氛，进而促进烧结过程NO的异相还原反应，降低了NO_x的排放质量浓度；向料面喷吹蒸汽会使过湿层增厚，使SO₂在过湿层中逐渐被吸收，当过湿层消失时，SO₂瞬间释放不充分，从而降低其排放质量浓度，并且延迟其排放峰值。本文研究...     

烧结烟气CO_x的生成机理及减排措施

铁矿烧结烟气是钢铁领域污染负荷最为严重的环节。目前,研究者在颗粒物、SO_x、NO_x治理方面已取得了很大的成效,但烧结烟气中还含有一定的CO_x(7%～10%的CO_2、0.4%～1%的CO),其对人类健康和社会环境具有严重的影响,也是未来烧结烟气治理的关注点。本研究在分析烧结烟气CO_x生成机理的基础上,从源头减量、过程控制、末端治理全方位出发,提出烧结烟气CO_x的减排策略和待研究的问题,包括厚料层烧结、氢系燃气喷吹、生物质燃料烧结、燃料粒度控制、涂层制粒烧结、添加剂预处理燃料、烟气循环、富氧烧结、蒸汽喷吹、CO催化氧化及CO_2的分离吸附等。     

烧结机喷吹天然气减排CO2技术

JFE钢铁公司开发出可以降低能耗的辅助燃料喷吹技术,又名为"超级烧结工艺"。这项技术的具体做法是从烧结料层顶层喷入天然气,这样可使烧结料层上部料层保持最高烧结温度,从而提高能效及减少CO2排放。     

钢铁工业低碳炉料及绿色冶炼技术进展

低碳绿色发展是推动钢铁工业转型升级的重要途径。我国钢铁生产以“烧结—高炉—转炉”长流程为主,且短期内难以被替代。烧结和高炉工序碳排放占钢铁工业总排放量的80%以上,是钢铁工业低碳绿色发展的关键环节。本文系统介绍了低碳烧结、低碳球团、新型炉料等关键技术研发及应用现状,深入阐述了低碳炉料制备技术在减污降碳方面的重要作用;围绕高炉冶炼工序绿色低碳发展,从风温、富氧、富氢燃气及生物质喷吹等多维度探讨了降低高炉工艺碳素消耗、提升冶炼水平的技术效果;此外,本文对气基直接还原和熔融还原等非高炉炼铁技术在国内外发展现状进行了比较分析,为钢铁工业绿色发展和转型升级提供重要参考。     

支撑板对烧结过程的影响

烧结料层上部荷重是造成烧结过程中燃烧熔融带透气性差的重要因素,而烧结料层透气性是制约我国厚料层烧结技术进一步发展的限制性环节.从减轻烧结料层燃烧熔融带荷重以及改善烧结过程料层透气性的角度出发,通过在烧结料层中安装支架研究不同荷重条件下对铁矿粉烧结行为的影响.烧结杯实验研究表明:安装支撑板后,烧结料层透气性明显改善,烧结矿转鼓强度大于65%;垂直烧结速度显著提高,最高可达28.4 mm·min-1;成品率波动幅度不大,利用系数从1.89 t·m-2·h-1增加到2.31 t·m-2·h-1;燃耗有所降低,最大降幅达1.32%.理论分析和实验表明,支撑板对减轻烧结熔融带上部荷重,提高料层透气性,以及改善燃耗和烧结矿质量具有重要意义.      

济钢320m~2烧结机配加经济矿料生产实践

经济矿料通常由褐铁矿或半褐铁矿组成,含铁品位低、杂质多,用于烧结生产易导致固体燃耗升高、烧结矿强度及烧结成品率降低等。济钢320m2烧结机通过采取优化经济料配矿、厚料层烧结并适当压料、降低焦粉粒度、添加助燃剂、稳定燃料结构等完善生产的措施,配加经济矿料最高达50%。生产实践表明,在保障高炉稳定顺行条件下,烧结配加经济矿料在30%时,各项经济技术指标较好,降低炼铁成本30元/t。     

Influence of O2 Content in Circulating Flue Gas on Iron Ore Sintering

 Circulating flue gas can reduce the emission of flue gas, and furthermore, it can reuse the waste heat effectively in the sintering process. Compared with conventional sintering, O2 that gets through the sintering bed decreases because of substituting circulating gas for air. The influences of O2 content on sintering process are studied through simulating the flue gas circulation sintering with artificial gas. It shows that, with the reducing of O2 content in circulating gas, the combustion speed of fuel decreases and incomplete combustion degree increases, which makes the flame front fall behind the heat front and reduces the heat utilization efficiency of fuel. The ultimate result is that the temperature of sintering bed decreases and the liquid phase reduces. In addition, the reducing atmosphere is strengthened because of flue gas circulation, which makes the magnetite increase yet calcium ferrite reduce gradually. Because the content of calcium ferrite with good strength reduces, the sinter yield and tumble strength decrease. To ensure the sinter index, the favorable O2 content of circulating flue gas is no less than 15%.     

生物质替代焦粉铁矿石烧结过程中的碱金属迁移行为

通过挥发–冷凝实验装置进行小型烧结实验,运用X射线荧光光谱（XRF）、扫描电镜–能谱仪（SEM–EDS）及电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP–OES）等分析检测手段,结合Factsage热力学模拟,对比研究了以木炭和焦粉为燃料,配加含铁粉尘的铁矿石烧结过程中,床层碱金属随烟气挥发迁移的规律、烧结前后的碱金属脱除率以及工艺措施对碱金属脱除的影响。结果表明,K相对于Na更容易被脱除,挥发至烟气中的碱金属化合物主要是KCl,其次为NaCl。增加燃料配比促进了碱金属元素的脱除;在燃料配比相同的条件下,木炭烧结的碱金属脱除效果不及焦粉烧结。烧结过程中,排入废气中的碱金属化合物被下部混合料层大量捕获、吸附,下部床层内捕集的碱金属氯化物促进了碱金属的氯化脱除。添加CaCl₂后,以木炭为燃料时K和Na的脱除率高于焦粉工况,且产物中K和Na的含量较低。配合氯化脱除工艺将生物质应用于铁矿石烧结是烧结生产发展的可行方向。      

改善厚料层烧结热态透气性的研究

针对厚料层烧结过程中,因料层自动蓄热导致下部燃烧带过宽,热态透气性下降,影响垂直烧结速度,进而影响烧结矿产量的问题,通过实验研究分析了烧结过程中高温带宽度、温度分布特征及规律、以及燃料迁移、不同粒度燃料燃烧效率等对热态透气性的影响;提出了优化燃料粒度、改善燃料燃烧性、采用燃料分加结合熔剂分加等改善烧结过程热态透气性的技...     

进一步提高细精矿烧结料层厚度的试验

进行厚料层烧结不仅使烧结矿的质量得到提高,而且固体燃料消耗大大减少,这将有利于减少碳排放。目前采用超厚料层烧结的企业都是粉矿烧结,精粉率不足10%,且会带来透气性变差、产量降低的情况。针对太钢烧结原料特点,为探求精矿烧结超厚料层烧结技术,进行实验室试验研究。结果表明,精矿原料条件下,在强化制粒效果、优化燃料粒度、配用复合黏结剂、采用预制粒等有效措施后,将料层厚度提高为800~900 mm,烧结矿的矿物结构改善,产量、质量指标得到保证,固体燃料消耗大大降低,达到预期效果。     

首钢京唐烧结厂降低生产工序能耗的实践

本文从首钢京唐烧结厂设计实际出发,详细介绍了京唐烧结厂节能的具体措施;采取厚料层烧结、控制原、燃料和白云石粒度、稳定烧结生产、推行低温烧结工艺、生石灰强化烧结、堵漏风、控制点火温度等一系列降低固体燃耗、电耗、煤气消耗以及水耗的措施,同时介绍了烧结余热回收措施。自2009年5月投入生产以来,生产逐步走上正轨,烧结料层厚度达780mm、固体燃耗由投产初的50.11kg/t降低到当前的42.65kg/t,取得了较好的经济效益。     

高配比磁铁精矿烧结技术的研究进展

 随着传统高品位铁矿石资源的日趋枯竭,烧结用铁矿石资源已经从赤铁矿类型逐渐转变为复杂综合的铁矿类型。但某些铁矿石的杂质和烧损较高,细粒级比例较多,严重影响了烧结性能和烧结矿质量,如烧结矿品位、强度和固体燃耗等。磁铁精矿具有含铁品位高、杂质低的特点,而且在氧化时能够释放出大量的热量。配加磁铁精矿不仅可以改善烧结矿质量,而且还具有减少烧结燃料消耗的潜力。然而,大多数磁铁精矿是经过处理后的铁矿粉,其粒度非常细,会对烧结料层透气性产生很大的负面影响,从而影响烧结过程,不利于烧结生产率的提高。在调查了磁铁精矿烧结特性的基础上,回顾和评论了高配比磁铁精矿烧结技术的最新进展,包括添加剂技术、原料预处理技术、预造块技术、复合烧结技术、气体燃料喷吹技术、双层预烧结技术等。通过分析烧结料层的透气性和控制烧结过程中的化学反应,论证这些新技术在高配比磁铁精矿烧结中的潜力,期望充分发挥磁铁精矿的优点,改善100%磁铁精矿或高配比磁铁精矿烧结混合料的烧结性能,为高生产效率条件下生产出优质低耗的烧结矿提供理论依据和技术方案。     

Model of Iron Ore Sintering Based on Melt and Mineral Formation

A model of iron ore sintering was built with consideration of fuel combustion,catalysis of sinter mixture as well as formation of melt and mineral,which was verified via sintering pot tests and showed a good fit to the experimental results.The effect of bed depth on temperature was reflected by the residence time in high-temperature zone,rather than the top value of the temperature,which was weakened by melt formation as well as hematite decomposition.Moreover,the effect of bed depth,fuel content and distribution on sintering process was different,which was reflected by temperature profiles and the rule of calcium ferrite formation.The formation of melt as well as magnetite was a process which was decided by kinetic factors,while the formation of calcium ferrite was related to fuel blending conditions,which is determined by thermodynamics when the fuel ratio inside sinter granules is low or fuel content is high,otherwise,it is determined by kinetics.