烧结煤层气喷吹装备设计及对生产的影响分析.pdf
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1、第 卷第期 年月矿冶M I N I N GAN D ME TA L L UR G YV o l ,N o A u g u s t d o i:/j i s s n 烧结煤层气喷吹装备设计及对生产的影响分析吕成洵袁亚强索延帅郭 豪(中冶京诚工程技术有限公司,北京 ;北京科技大学 绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室,北京 ;)摘要:在“双碳”目标的背景下,结合国内能源应用现状,采用煤层气喷吹替代部分固体燃料用于烧结生产,开发适宜的喷吹装备,不仅能改善烧结矿质量,还可以有效实现烧结生产的减排和降本.根据富氢烧结技术原理并结合现场情况,确定了喷吹装备的设计参数并进行了工业化试验,分析了煤层气喷吹对烧结产量
2、、质量以及能耗指标的影响.研究表明:在吨矿喷吹量为 m/t时,烧结矿产量变化不大,粒径与强度明显提高,固体燃料消耗减少了 k g/t,C O减排量能达到 k g/t,生产成本可降低 元/t.关键词:铁矿石烧结;煤层气;喷吹装备;减排;降本中图分类号:T F 文献标志码:A文章编号:()D e s i g no f s i n t e r i n gc o a l b e dm e t h a n e i n j e c t i o ne q u i p m e n t a n da n a l y s i so fi t s i n f l u e n c eo np r o d u c t
3、i o nL YUC h e n g x u nYUANY a q i a n gS UOY a n s h u a iGUO H a o(C a p i t a lE n g i n e e r i n ga n dR e s e a r c hI n c o r p o r a t i o nL i m i t e d,B e i j i n g ,C h i n a;S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fA d v a n c e dM e t a l l u r g y,U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT
4、 e c h n o l o g yB e i j i n g,B e i j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:U n d e r t h eb a c k g r o u n do ft h e“d o u b l ec a r b o n”t a r g e t,c o m b i n e dw i t ht h ec u r r e n ts i t u a t i o no fd o m e s t i ce n e r g y,t h ec o a l b e d m e t h a n ei n j e c t i o ni su s e dt o
5、r e p l a c ep a r to ft h es o l i df u e lf o rs i n t e r i n gp r o d u c t i o n,a n dt h ed e v e l o p m e n to fas u i t a b l ei n j e c t i o ne q u i p m e n tc a nn o to n l yi m p r o v et h eq u a l i t yo fs i n t e r,b u t a l s oe f f e c t i v e l yr e a l i z e t h e e m i s s i o
6、 nr e d u c t i o na n dc o s t r e d u c t i o no f s i n t e r i n gp r o d u c t i o n I n t h i sp a p e r,a c c o r d i n gt ot h eH r i c hs i n t e r i n gt e c h n o l o g yp r i n c i p l ea n dc o m b i n e dw i t ht h ef i e l ds i t u a t i o n,t h ep a r a m e t e r so f i n j e c t i o
7、 ne q u i p m e n tw e r ed e t e r m i n e d,a n dt h e i n d u s t r i a l t e s tw a sc a r r i e do u t T h e i n f l u e n c eo f c o a l b e dm e t h a n e i n j e c t i o no ns i n t e r i n gp r o d u c t i o n,q u a l i t ya n de n e r g yc o n s u m p t i o nw a sa n a l y z e d T h er e s
8、 e a r c hs h o w s t h a tw h e nt h ei n j e c t i o nr a t ei s m/t,t h ey i e l dc h a n g e sl i t t l e,t h ep a r t i c l es i z ea n ds t r e n g t ha r eo b v i o u s l y i m p r o v e d,t h es o l i df u e lc o n s u m p t i o ni sr e d u c e db y k g/t,t h eC Oe m i s s i o nr e d u c t i
9、 o nc a nr e a c h k g/t,a n dt h ep r o d u c t i o nc o s t c a nb er e d u c e db y¥/t K e yw o r d s:i r o no r es i n t e r i n g;c o a l b e dm e t h a n e;i n j e c t i o ns y s t e m;e m i s s i o nr e d u c t i o n;c o s t r e d u c t i o n收稿日期:基金项目:中国五矿科技专项计划项目(Z X A )第一作者:吕成洵,硕 士,高 级 工 程
10、师,钢 铁 冶 金.E m a i l:l v c h e n g x u n c e r i c o m c n通信作者:索延帅,硕士,高级工程师;E m a i l:s u o y a n s h u a i c e r i c o m c n钢铁行业作为支柱性基础制造业,是能源消费和C O排放大户,其吨钢C O排放高达 t,.在全球低碳发展的背景下,钢铁行业必须走低碳发展之路,这关系到钢铁行业的生存发展.“十四五”更趋严格的能耗“双控”要求和“双碳”目标约束,促使钢铁行业将碳减排摆在更突出的位置.钢铁行业要实现大幅度碳减排,需要对传统冶炼工艺进行创新性变革,而氢冶金是实现低碳近零排放的终
11、极冶金技术,可使钢铁生产摆脱对化石能源的绝对依赖,从源头上解决碳排放问题.因此,推动吕成洵等:烧结煤层气喷吹装备设计及对生产的影响分析氢冶金及其上下游产业链技术发展,是我国乃至全球钢铁工业实现低碳转型的重要途径之一.作为钢铁生产的第一道工序,铁矿石烧结主要采用无烟煤或焦粉等固体燃料供热,其能耗在钢铁工业所有工序中居第二位,且排放的烟气中含有多种污染物,是钢铁行业主要的能耗大户和大气污染源.采用氢气和甲烷等富氢燃气代替煤焦等化石燃料用于烧结,不仅可以从源头降低C O排放,还能减少NOx和C O等污染物生成,对我国钢铁工业的可持续发展和实现低碳炼铁具有重要意义,.二者是可以高效供热、切实可用的清洁
12、能源,富氢喷吹是目前有效降低烧结工序固体燃料消耗的技术手段之一.日本J F E钢铁、中南大学以及中冶长天等科研单位先后开展了富氢燃气喷吹制度的研究 .梅钢、韶钢和中天等钢铁企业也分别进行了工业化试验,均取得了不错的喷吹效果.目前常用的富氢燃气为天然气和焦炉煤气,天然气虽然具有较高热值,但当前国内主要依赖于进口,应用成本较高;焦炉煤气是焦化厂生产的副产品,含有高比例氢气且价格低廉,可热值仅为天然气的 .此外,随着低碳炼铁新技术的发展,焦炉煤气用于富氢还原具有更大的市场潜力.煤层气是吸附在煤基颗粒表面的烃类气体,成分以甲烷为主,热值与天然气相当,在我国华北和西北地区储量丰富.将煤层气这一清洁燃料作
13、为富氢燃气替代部分煤焦用于烧结生产具有较大的经济价值和使用前景.本文根据富氢烧结喷吹的技术原理和烧结现场的生产实际情况设计了适宜的煤层气喷吹装备,并进行了喷吹试验以及各项产、质量参数的实时跟踪分析.进一步对富氢燃气喷吹烧结技术的节能和降本效果进行了评价,从而为煤层气喷吹用于烧结生产提供参考.煤层气喷吹装备设计 富氢燃气喷吹烧结技术原理传统烧结往往会因为料层的蓄热作用造成上部热量不够,下部热量过剩,容易过熔,产量和质量降低.对于富氢喷吹而言,它的主要作用就是对料层进行补热,通过替代一部分固体燃耗,对料层中上部进行补热,有利于烧结过程能量均衡,实现均热烧结,这也是提升产量和质量的关键因素.富氢燃气
14、喷吹的技术原理是向烧结料面喷加可燃性气体介质,在料面的抽风负压作用下将可燃气体带入料层燃烧供热,并在燃烧带上部燃烧放热,拓宽烧结料层的燃烧带厚度,还能够对已烧好的烧结矿层进行补热,降低其冷却速度,改善上部烧结矿质量,从根本上解决料层热量分布不均匀的问题.同时,烧结配料可按照料层中下部的实际需要减少固体燃料比例,从而使得中、下部料层的热量分布趋于合理,上部料层需要补充的热量则由点火保温提供,从而实现烧结料层内部热量的均匀分布.该技术可降低整体烧结工序的固体燃料配比,避免了料层中出现热量过剩、能耗过高、烧结矿质量下降等问题,同时大幅减少C Ox和NOx等污染物排放.具体技术原理如图所示.图富氢燃气
15、喷吹烧结技术原理F i g P r i n c i p l eo fH r i c hg a s i n j e c t i o ns i n t e r i n gt e c h n o l o g y 煤层气喷吹装备设计 装备参数设定煤层气喷吹设备的安装与调试是在某 m烧结机上进行的.根据富氢燃气喷吹烧结的技术原理可知,喷吹起始点越靠前对上部料层的补热效果越好,喷吹时间不能过长,否则会加剧料层底部热量过剩,因此喷吹罩的位置应离点火器越近越好.但考虑到表层烧结矿出点火器后料面温度较高,仍有部分正在燃烧的颗粒,结合现场生产情况,喷吹罩应安装 在 距 离 点 火 器 一 个 风 箱 的 位置.由
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