氧气高炉技术的研究进展及其节能减排潜力分析
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1、薛庆国薛庆国北京科技大学北京科技大学 氧气高炉技术的研究进展及其节能减排潜力分析2011年9月12011年全国节能减排与低碳冶金技术发展研讨会年全国节能减排与低碳冶金技术发展研讨会1开发氧气高炉炼铁技术的必要性开发氧气高炉炼铁技术的必要性2氧气高炉炼铁技术研究进展氧气高炉炼铁技术研究进展3氧气高炉炼铁技术节能减排潜力分析氧气高炉炼铁技术节能减排潜力分析4结语及展望结语及展望汇 报 提 纲21开发氧气高炉炼铁技术的必要性开发氧气高炉炼铁技术的必要性2氧气高炉炼铁技术研究进展氧气高炉炼铁技术研究进展3氧气高炉炼铁技术节能减排潜力分析氧气高炉炼铁技术节能减排潜力分析4结语及展望结语及展望汇 报 提
2、纲3q 氧气高炉氧气高炉q 采用纯氧代替空气鼓风采用纯氧代替空气鼓风q 炉顶煤气循环利用炉顶煤气循环利用什么是氧气高炉？什么是氧气高炉？传统高炉炼铁传统高炉炼铁 矿粉矿粉烧结烧结焦煤焦煤焦化焦化制粉制粉煤煤热风炉热风炉空空气气废废气气煤煤气气 矿粉矿粉烧结烧结焦煤焦煤焦化焦化制粉制粉煤煤氧气氧气氧气高炉炼铁氧气高炉炼铁COCO2 2煤煤气气分离分离COCO一、开发氧气高炉炼铁技术的必要性一、开发氧气高炉炼铁技术的必要性高炉炼铁：高炉炼铁：Fe2O3 + 3.4C + O2+3.2N2 = 2Fe + 1.7CO+1.7CO2+3.2N2热风热风低品位煤气低品位煤气焦炭、煤粉焦炭、煤粉存存在在问
3、问题题趋趋势势焦化：耗能、污染焦化：耗能、污染焦煤资源焦煤资源N2气占煤气量的气占煤气量的48%，降低煤气品质降低煤气品质50%左右的左右的C只转只转化为化为CO以煤代焦以煤代焦氧气代替空气氧气代替空气CO2分离分离CO循环利用循环利用氧气高炉炼铁技术氧气高炉炼铁技术5矿石矿石铁水铁水一、开发氧气高炉炼铁技术的必要性一、开发氧气高炉炼铁技术的必要性BFG1/3 氧气氧气高炉炼铁氧气高炉炼铁CO2分离2/3CO矿石、焦炭煤粉q 降低燃料、 焦比（400 kg/tHM） q 提高煤气热值（7000 kJ/m3）q 提高生产效率q 降低CO2分离成本（没有氮） 6一、开发氧气高炉炼铁技术的必要性一、
4、开发氧气高炉炼铁技术的必要性氧气高炉炼铁技术优势氧气高炉炼铁技术优势1氧气高炉炼铁技术研究进展氧气高炉炼铁技术研究进展2开发氧气高炉炼铁技术的必要性开发氧气高炉炼铁技术的必要性3氧气高炉炼铁技术节能减排潜力分析氧气高炉炼铁技术节能减排潜力分析4结语及展望结语及展望汇 报 提 纲7二、氧气高炉炼铁技术研究进展二、氧气高炉炼铁技术研究进展q 氧气高炉的概念及最早的氧气高炉流程在1970 年由德国Wenzel和Gudenau等人提出q 采用纯氧鼓风后带来的炉内煤气量过少，造 成炉身炉料加热不足“上冷”q 理论燃烧温度提高、煤气量减少及直接还原 度的降低，导致炉缸温度过高“下热”二、氧气高炉炼铁技术研
5、究进展二、氧气高炉炼铁技术研究进展Ore CokeTop gas 2Dust34C O2CirculatedgasOxygenFuel Oxygen Fuel SlagHot metal11 blast furnace; 2 dust collector; 3 compressor; 4 removal unit CO2Output gas Fink Fink氧气高炉流程图氧气高炉流程图u 19781978年德国年德国FinkFink等人等人 提出提出FinkFink流程流程 流程特点：流程特点： （1 1）在炉缸和炉腰处）在炉缸和炉腰处 设置设置两排风口两排风口，同，同 时吹氧、喷入燃料，时
6、吹氧、喷入燃料， 并送入脱除并送入脱除COCO2 2的的 循环煤气。循环煤气。 （2 2）系统中）系统中不设置气体不设置气体 加热设备加热设备； 为了解决这两个关键问题，国内外学者先后提出几种流程：为了解决这两个关键问题，国内外学者先后提出几种流程：二、氧气高炉炼铁技术研究进展二、氧气高炉炼铁技术研究进展Ore CokeTop gas 2Dust34C O2CirculatedgasOxygen Pulverised coal SlagHot metal11 blast furnace; 2 dust collector; 3 compressor; 4 removal unit CO2Out
7、put gasu 1984 1984年加拿大年加拿大WWK K Lu Lu提出提出WK Lu流程流程 流程特点：流程特点： （1 1）在炉缸设）在炉缸设一排风一排风 口口，鼓入氧气和已，鼓入氧气和已 脱除脱除COCO2 2的炉顶循的炉顶循 环煤气环煤气, ,同时风口同时风口 大量喷吹煤粉；大量喷吹煤粉； （2 2）氧气和循环煤气）氧气和循环煤气 都都不加热不加热，设备，设备 比较简单；比较简单； WWK LuK Lu氧气高炉流程图氧气高炉流程图二、氧气高炉炼铁技术研究进展二、氧气高炉炼铁技术研究进展Ore CokeTop gas SlagHot metal11 blast furnace; 2
8、 dust collector; 3 compressor; 4 removal unit; 5 hot stove CO22Dust34C O2Pulverised coalCirculated gasPreheated gas53Outputgasu 1985 1985年北科大秦民生年北科大秦民生 教授教授 提出提出FOBFFOBF流程：流程： （1 1）炉缸和炉身下部）炉缸和炉身下部 设设两排风口；两排风口； （2 2）炉缸风口鼓入常温）炉缸风口鼓入常温 氧气并大量喷吹煤氧气并大量喷吹煤 粉；同时送入一定粉；同时送入一定 量的炉顶煤气；量的炉顶煤气； （3 3）上排风口喷入脱除）上排风口
9、喷入脱除 CO CO2 2的的加热煤气。加热煤气。FOBFFOBF氧气高炉流程图氧气高炉流程图二、氧气高炉炼铁技术研究进展二、氧气高炉炼铁技术研究进展Top gas Slag 335kgHot metal 1000kgScrubberCombustionfurnaceOxygen 307Nm3Coal 300kgOxygen 382Nm3Recycle top gas 45Nm3Preheating gas 296Nm3Temp. 100025Nm3296Nm31263Nm31194Nm3TGT150Bosh gas 337 Nm3TFT2600853Nm3u 1987 1987年年NKKNK
10、K公司提出公司提出 NKK NKK流程流程 流程特点：流程特点： （1 1）炉缸和炉身中部）炉缸和炉身中部设设 置两排风口置两排风口； （2 2）炉缸风口吹入常温）炉缸风口吹入常温 氧气并喷吹煤粉，氧气并喷吹煤粉， 同时送入未脱除同时送入未脱除COCO2 2 的炉顶循环煤气；的炉顶循环煤气； （3 3）设置一个燃烧炉，）设置一个燃烧炉， 热气体送入炉身中热气体送入炉身中 部风口。部风口。 NKK NKK氧气高炉流程图氧气高炉流程图二、氧气高炉炼铁技术研究进展二、氧气高炉炼铁技术研究进展q NKK公司在3.9 m3试验高炉上进行了试验。q 煤比可以提高到 320Kg/t；q 焦比大幅度降低；q
11、利用系数达到5.1t/m3d；q 铁水硅含量明显下降；第一次试验证明了氧气高炉在技术上是可行的！类 别具体措施外部直接向炉身补充热量 从炉身返回热煤气降低炉身热量需要 风口喷吹熔剂等增加热量从炉缸向炉身的转移 炉缸部位返回煤气，加大煤气量类别具体措施化学反应吸热 1、将未脱除CO2的炉顶循环煤 气通入炉缸风口 2、炉缸风口喷入水蒸汽 物理吸热 炉缸风口鼓入大量已脱除CO2炉顶煤气 二、氧气高炉炼铁技术研究进展二、氧气高炉炼铁技术研究进展解决上冷途径解决上冷途径解决下热途径解决下热途径二、氧气高炉炼铁技术研究进展二、氧气高炉炼铁技术研究进展q 上世纪80年代中期至本世纪初，近20年时间， 氧气高
