一种高炉含氢气体喷吹系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及炼铁和能源技术领域，尤其涉及一种高炉含氢气体喷吹装置及方法。


背景技术：

[0002]
在全球变暖的背景下，高炉法炼铁依然为现阶段炼铁的主流方法，全球超过75％的钢铁生产是采用铁矿石作为钢铁生产的原料，而90％的粗钢生产的以碳冶金与铁矿石为基础的高炉—转炉生产路线。显然，该路线采用焦炭和煤粉作为还原剂和燃料，能源消耗大、碳排放高，环境污染严重。高炉炼铁二氧化碳排放量最大的工序，约占整个钢铁生产二氧化碳排放总量的70％-90％。由于高炉炼铁工艺技术成熟、生产能力大、效率高，所以未来几十年内高炉炼铁仍然是主流炼铁方法。降低高炉炼铁过程中产生的二氧化碳非常重要，高炉炼铁的操作技术，但是如精料、高风温、富氧喷煤、合理布料等手段已经不能进一步降低二氧化碳的排放量，然而从高炉炼铁的基本原理出发，采用向高炉喷吹含氢气体可进一步降低二氧化碳的排放量，达到低碳生产与绿色发展的目标。
[0003]
高炉中，氢气作为还原气体与铁矿石发生反应生成除直接还原铁外，还会生成水，而没有二氧化碳的生成，达到降低二氧化碳排放的目的。
[0004]
高炉中，氢气与一氧化碳混合的还原气体与铁矿石发生反应，除生成铁外，还会生成水与二氧化碳。在此，只需要调整吹入气体中氢气与一氧化碳的组成比，即可控制生成的水与二氧化碳的比例。
[0005]
提高氢气与一氧化碳的组成比，会增加水的生成量，降低二氧化碳的生成量；降低氢气与一氧化碳的组成比，会降低水的生成量，增加二氧化碳的生成量。因此，可通过提高氢气与一氧化碳的组成比，达到降低二氧化碳排放的目的。
[0006]
传统的高炉风口吹入的还原气体要经过软熔带的二次分布，分布均匀，流程合适，因为风口形成的还原气体绕过软熔带根部，流入块状带，软熔带的透气阻力较大，而块状带中气体的流线与炉墙平行，间隔距离几乎相等，气流分布均匀。而喷吹含氢气体技术，这些喷吹主要是从高炉炉身下部或炉腰喷入高炉内部，喷入点在软熔带之上，没有软熔带对气流进行二次分布，而块状带中气体的流线与炉墙平行，喷入的含氢气体只能在边缘发展。特别是对于大高炉，在软熔带上部喷吹含氢气体，炉径过大，含氢气体很难吹入中心发展，含氢气体利用率低，气流也会对炉墙造成冲刷侵蚀，降低高炉炉墙寿命。
[0007]
用于高炉的含氢气体喷吹装置的耐高温、耐磨损、抗氢腐蚀能力也是制约含氢气体直接还原铁矿石过程前的喷吹过程能否持续进行的关键，特别是喷吹装置在将含氢气体吹入高炉内后，由于气体会在喷口处发生化学反应，喷口材料得耐用度就会影响到喷吹装置的使用寿命。
[0008]
本领域的技术人员致力于开发一种高炉含氢气体喷吹装置及方法，该装置及方法能够将大量含有氢气的气体提供到高炉内较深的位置并均匀分布。由于该方法所涉及到的喷吹装置具有很好的耐高温、耐磨损、抗氢腐蚀的能力，因此还原气体在喷吹装置下能够持续喷吹与高效利用，最终大幅度降低二氧化碳的排放量。


技术实现要素：

[0009]
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够将大量含有氢气的气体提供到高炉内较深的位置并均匀分布的喷吹系统和方法。
[0010]
为实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种高炉含氢气体喷吹系统，包括高炉圆周方向上间隔均匀地设置在炉身中心、炉身边缘和风口处的喷吹装置，喷吹装置包括用于喷吹含氢气体的内管和喷口，喷口处设置有冷却液盘管，冷却液盘管具有冷却液输入管和输出管，冷却液输入管和输出管设置在喷吹装置的内管和外壳之间，冷却液盘管被设置为使得冷却液从冷却液输入管首先流过其位于喷口的顶部的部分，再流经其他部分后返回冷却液输出管。
[0011]
进一步地，外壳与内管均采用耐高温、耐磨损、抗氢腐蚀的合金材料。
[0012]
进一步地，合金材料为2.25cr1mo。
[0013]
进一步地，设置在炉身中心的喷吹装置延伸至炉身直径的1/3处，设置在炉身边缘的喷吹装置延伸至炉身直径的1/5处。
[0014]
进一步地，所述的外壳在所述喷口处设置有回气口，所述喷口设置有导流斜面，使得喷出的部分含氢气体可通过所述的回气口进入所述的内管和所述的外壳之间。。
[0015]
本发明在第二方面还提供了一种高炉含氢气体喷吹方法，包括步骤：
[0016]
(1)在高炉圆周方向上间隔均匀地设置炉身中心、炉身边缘和风口处的喷吹装置，喷吹装置包括用于喷吹含氢气体的内管和喷口；
[0017]
(2)在喷口处设置冷却液盘管，冷却液盘管具有冷却液输入管和输出管，冷却液输入管和输出管设置在喷吹装置的内管和外壳之间，且冷却液盘管被设置为使得冷却液从冷却液输入管首先流过其位于喷口的顶部的部分，再流经其他部分后返回冷却液输出管；
[0018]
(3)通过喷吹装置向高炉中喷吹含氢气体；
[0019]
(4)通过冷却液输入管、冷却液盘管、冷却液输出管对喷头进行循环冷却。
[0020]
进一步地，设置在炉身中心的喷吹装置延伸至炉身直径的1/3处，设置在炉身边缘的喷吹装置延伸至炉身直径的1/5处。
[0021]
进一步地，外壳在所述喷口处设置有回气口，喷口设置有导流斜面，使得喷出的部分含氢气体可通过回气口进入内管和外壳之间。
[0022]
进一步地，冷却液为水。
[0023]
进一步地，含氢气体为氢气质量百分比范围为0％～100％的含氢气体。
[0024]
本发明的喷吹装置使用耐高温、抗氢腐蚀、耐磨损的2.25cr1mo合金材料制成，在插入高炉炉身下部或炉腰部位后能够在高强度且恶劣的环境下长久工作，因此显著减少了喷吹装置的更换次数，不仅能够降低维护成本，同时可进行含氢气体的连续喷吹从而提高高炉炼铁的生产效率。
[0025]
喷吹装置能够通过在高炉炉身下部或炉腰周围均匀分布，并按照高炉大小插入不同深度的喷吹装置，可使含氢气体均匀分布在炉料中，使高炉内部的含氢气体利用更高；同时能够提高氢气与铁矿石的反应比率，因此降低高炉炼铁的二氧化碳的排放。
[0026]
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
[0027]
图1是本发明的一个较佳实施例中的喷吹装置的结构示意图；
[0028]
图2是本发明的一个较佳实施例中的喷吹装置的冷却液管布置示意图；
[0029]
图3是本发明的一个较佳实施例中的喷吹装置应用在高炉工作时的示意图；
[0030]
图4是本发明的一个较佳实施例中的喷吹装置在高炉炉身处工作的示意图；
[0031]
图5是本发明的一个较佳实施例中的喷吹装置在高炉风口处工作的示意图。
具体实施方式
[0032]
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0033]
一种根据本发明的高炉含氢气体喷吹装置如图1所示，包括耐高温抗氢腐蚀并且运输含氢气体的内管2、维持喷口在燃烧区正常工作的冷却液管(参见图2的螺旋围绕式的冷却液盘管4)、冷却液的输入管1与输出管3。冷却液输入管1和输出管3设置在所述的喷吹装置的内管和外壳之间内管2可采用具有耐高温、抗氢腐蚀、耐磨损的优点的2.25cr1mo合金材料。高温富氢的炉身下部或炉腰内部，该喷吹装置的冷却液管能够保证喷吹装置的喷口保持低温状态，且喷吹装置内部较低的温度能够保证含氢气体喷吹装置的正常的长时间的工作。喷吹装置工作时，含氢气体从喷吹装置的下方进入，从喷吹装置上方的喷口处喷出，进入高炉炉身下部或炉腰内部并与铁矿石发生还原反应，生成一定量的水与二氧化碳。含氢气体温度范围为室温至900℃。外壳10在喷口处设置有回气口11，喷口设置有导流斜面12，使得喷出的部分含氢气体可通过回气口11进入内管2和外壳10之间。
[0034]
参见图2，本装置的冷却液从右下方的输入管1进入，根据冷却液盘管4的布置方式，冷却液最开始会经过喷口顶部，随后围绕着喷口从上而下流经喷口的整个外部，从而喷口顶部的合金材料能够得到最好的冷却效果，整个喷口也会良好地保持低温工作状态。随后，冷却液会从喷吹装置的左处的输出管3流出，右下方的输入管1继续供应冷却液，达到对喷吹装置的喷口部位的保持低温的作用。冷却液为软水。
[0035]
由于冷却液管4在装置喷口处布置面积大，且仅有与喷吹装置接触面积很小的输入管1与输出管3，能够实现仅在喷口处对材料降温，而几乎不会降低内管2内含氢气体的温度。回气口的设置可以使得部分含氢气体进入外壳与内管之间，保持还原气氛和温度稳定，可以保护冷却液输入管和输出管，避免氧化和热冲击。
[0036]
参见图3，图中的炉身深处的喷吹装置5与炉身边缘的喷吹装置6通过在炉身下部或炉腰处均匀地插入到不同深度位置，参见图4，使得含氢气体能够均匀地被喷吹装置喷吹到炉身下部或炉腰处，与铁矿石发生化学反应，实现含氢气体在高炉内的均匀分布与高效利用；图3中的风口处的喷吹装置7是应用在高炉风口处，参见图5，作为高炉含氢气体的喷枪使用，由于具有耐高温、抗氢腐蚀、耐磨损的特点，能够取代传统喷枪，实现风口处的含氢气体的喷吹。
[0037]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术
方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。