一种燃气水蒸气间隔喷吹辅助烧结的方法技术

一种燃气水蒸气间隔喷吹辅助烧结的方法，其特征在于：向烧结混合料的料面呈周期性的间隔喷吹燃气和水蒸气，燃气进入烧结料层内燃烧供热，水蒸气进入烧结料层内与固体燃料中的碳发生水煤气反应，加速固体燃料的燃烧；在所述燃气喷吹的过程中，通过调整单个周期内喷吹燃气的时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制。本发明专利技术通过燃气与水蒸气周期性的间隔喷吹，可以控制烧结矿带靠近燃烧带附近位置反复发生燃气的着火、熄火，从而保证相应区域不会出现温度过高而引发过厚的红层，进而有效避免了提高燃气喷吹量后带来的料层透气性较差、烧结抽风负压上升等技术问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气水蒸气间隔喷吹辅助烧结的方法


[0001]本专利技术涉及燃气喷吹辅助烧结工艺，具体涉及一种燃气水蒸气间隔喷吹辅助烧结的方法，属于烧结


技术介绍

[0002]由于CO2等气体带来的温室效应，致使冰川融化、海平面上升、自然生态退化、自然灾害频发，直接威胁着部分地域人类的生活，鉴于目前温室效应等问题日益凸显的事实，世界各国都将碳减排列为战略发展重点。而随着我国钢铁产量的逐年提高，我国钢铁工业的碳排放总量呈逐年上升趋势，年碳排量在万t以上，钢铁工业的CO2减排任务面临着巨大的压力。
[0003]作为钢铁行业炼铁流程中的关键环节，烧结工艺主要作用为将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，烧结成块，送往高炉进行下一步工序。
[0004]据相关资料介绍，烧结与高炉工序二氧化碳排放量约占工业排放总量的60％。为降低烧结工艺过程中的碳排放和后续高炉冶炼成本，高炉对烧结矿的要求往往是高强度和高还原性。烧结工序中，一般要求烧结矿具有较高的强度、高成品率、较低的返矿率，以及较低的燃料消耗。高强度和高还原性的烧结矿在高炉冶炼过程中消耗较少的焦炭，从而降低二氧化碳的排放。
[0005]烧结工艺中上部料层煤粉被点燃后，燃烧放热不仅被用于附近原料的烧结，抽风式作业生产，自蓄热效应使得上部热量被气体带入下部料层，参与下部料层的烧结，因而料层从上往下需要的热量逐渐减少。在布料时应采用偏析布料，上部料层布置煤粉量多，下部料层布置煤粉量较少。这可以在同燃料消耗指标下大幅提升成品质量指标，或是在同成品质量指标下大幅减少燃料消耗指标，达到节能与减少碳排放的目的。
[0006]然而由于受装置技术限制，目前烧结厂在实际工业生产中，严格理想的分层偏析式燃料分布很难实现，业主不得不按照各层中理论要求燃料量的高值来配给固体燃料。同时，由于一些大颗粒的焦粉在烧结机头布料时会滚落至料层底部，反而会造成下部固体燃料量高、中上部固体燃料量低的相反局面。这样会使得烧结生产时烧结料层中出现上部料层热量不足，中、下部料层热量过剩的问题，还容易导致下部烧结料过融等情况出现，最终导致了造成能源、资源浪费并且大幅度加剧了烟气污染物的产生。
[0007]在此大环境下，日本JFE公司开发的“烧结料面气体燃料喷吹技术”应运而生，在点火炉后一段距离的烧结料面上方喷吹稀释到可燃浓度下限以下的天然气燃料，使其在烧结料层内燃烧供热，从而降低烧结矿生产中的固体碳用量以及CO2排放量。同时，由于气体燃料的燃烧加宽了烧结料层在生产时的高温带宽度，所以使得1200～1400℃的烧结矿温度时间得到延长，从而使得烧结矿的强度以及5～10mm孔隙率得到有效加强。
[0008]在初始烧结工艺中，烧结过程中的料层分布如图3所示，台车上的料层从上到下依次主要为烧结矿带、燃烧带、干燥预热带、过湿带和原始料带，其大致温度分布如图4中“未
采用喷吹”对应的曲线所示。燃烧带由于烧结料层内的焦粉着火因而温度较高，在1200～1400℃实现矿物的熔化、烧结等物理化学过程，形成成品烧结矿(燃烧带演变为烧结矿带)，此时焦粉燃烧完毕。而由于抽风的影响，料层顶部会不断补充新鲜空气，对料层起到冷却作用，因而烧结矿带的温度呈现为靠近料层顶部的位置温度低、靠近燃烧带位置的温度高。
[0009]采用燃气喷吹技术后，气体燃料的燃烧加宽了烧结料层在生产时的高温带宽度，减缓了新鲜空气对烧结后成品矿的冷却速度，从而烧结矿带内靠近燃烧带位置的温度相比于未采用喷吹时的温度更高，效果示意如图4中“采用喷吹”对应的曲线所示。实验室研究与烧结工艺工程实践中发现，在一定的范围内，燃气喷吹量越大、喷吹浓度越大，燃气被吸入料层后放出的热量越多，替代固体燃料量即越大，从而实现更少的焦炭消耗与CO2排放。一般来说，混合气体内可燃气体浓度越高，着火温度越低，因而根据料层内的温度分布可以发现，在提高燃气喷入量、增大喷吹浓度后，燃气在料层内着火的位置会从燃烧带靠近烧结矿带附近的位置向烧结矿带的方向移动，此时料层内的温度曲线如图5中虚线所示，表现为在烧结矿带靠近燃烧带位置的温度较高。用“红层”描述烧结料层内温度处于约1000℃以上的区域，很明显，燃气喷吹量上升后，料层内红层厚度明显增加，由于红层内温度高并有液相生成，过厚的红层会导致料层透气性较差、烧结抽风负压过大，影响通过料层的风量和烧结过程，降低烧结矿产量和质量。
[0010]另外，在燃气喷吹量上升、固体燃料配比减小至一定程度后，不仅烧结料层的透气性、抽风负压会恶化，烧结的速度也会下降，导致烧结利用系数下降，影响生产的经济性指标。

技术实现思路

[0011]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提出一种燃气水蒸气间隔喷吹辅助烧结的方法。本专利技术拟解决燃气喷吹辅助烧结工艺中由于燃气喷吹量提高后料层透气性较差、烧结抽风负压上升、烧结速度放缓等技术问题，在维持料层透气性、抽风负压和烧结速度正常的条件下实现最大的燃气喷吹量，从而更为显著的提高固体燃料替代量、减少CO2排放。
[0012]本专利技术提出在燃气喷吹过程中，改变原有的持续喷入燃气的方法，改用燃气、水蒸气间隔喷吹措施，将燃气和水蒸气间隔有序的喷入烧结混合料的料层内。本专利技术通过燃气、水蒸气间隔喷吹巧妙的控制燃气间歇性的喷入、停止，进而在燃烧带附近使得燃气反复着火熄火，从而保证燃烧带、烧结矿带位置不会出现温度过高而引发过厚的红层，有效避免了料层透气性差、烧结抽风负压上升等技术问题。同时，所喷吹的水蒸气能加快燃烧带及未燃烧料层内固体燃料着火燃烧，加快燃烧带前锋下移速度，从而提高烧结速度和烧结利用系数。
[0013]根据本专利技术的实施方案，提供一种燃气水蒸气间隔喷吹辅助烧结的方法。
[0014]一种燃气水蒸气间隔喷吹辅助烧结的方法，向烧结混合料的料面呈周期性的间隔喷吹燃气和水蒸气，燃气进入烧结料层内燃烧供热，水蒸气进入烧结料层内与固体燃料中的碳发生水煤气反应，加速固体燃料的燃烧。在所述燃气喷吹的过程中，通过调整单个周期内喷吹燃气的时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制。
[0015]沿着烧结料层的厚度方向，烧结台车上的烧结料层从上到下依次主要包括烧结矿带、燃烧带、干燥预热带、过湿带、原始料带。
[0016]在本专利技术中，所述实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制，具体包括以下步骤：
[0017]1)确定喷吹燃气的周期数，单个周期内初始喷吹燃气的时长，及单个周期内初始喷吹水蒸气的时长。
[0018]2)根据烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量，计算单位时间内燃气的喷吹量。
[0019]3)根据烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的水蒸气总量，计算单位时间内水蒸气的喷吹量。
[0020]4)在单个周期的燃气喷吹时间内，计算所喷吹燃气在烧结料层内燃烧放出的热量。
[0021]5)在单个周期的水蒸气喷吹时间内，计算水蒸气与空气的混合气体对烧结料层的冷却量。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气水蒸气间隔喷吹辅助烧结的方法，其特征在于：向烧结混合料的料面呈周期性的间隔喷吹燃气和水蒸气，燃气进入烧结料层内燃烧供热，水蒸气进入烧结料层内与固体燃料中的碳发生水煤气反应，加速固体燃料的燃烧；在所述燃气喷吹的过程中，通过调整单个周期内喷吹燃气的时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制，具体包括以下步骤：1)确定喷吹燃气的周期数，单个周期内初始喷吹燃气的时长，及单个周期内初始喷吹水蒸气的时长；2)根据烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量，计算单位时间内燃气的喷吹量；3)根据烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的水蒸气总量，计算单位时间内水蒸气的喷吹量；4)在单个周期的燃气喷吹时间内，计算所喷吹燃气在烧结料层内燃烧放出的热量；5)在单个周期的水蒸气喷吹时间内，计算水蒸气与空气的混合气体对烧结料层的冷却量；6)根据所喷吹燃气燃烧放出的热量及水蒸气与空气的混合气体对烧结料层的冷却量，判断单个周期内烧结料层的温度变化情况，进而实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1)包括以下子步骤：1a)根据烧结机上燃气喷吹段的长度L、烧结台车的运行速度v，计算烧结台车在燃气喷吹段的运行时间t，即对烧结台车内的烧结混合料喷吹燃气和水蒸气的总时长t为：1b)设定对烧结台车内的烧结混合料喷吹燃气的周期数为N及单个周期内初始喷吹燃气的时长为Δt1，由此，单个周期内初始喷吹水蒸气的时长Δt2为：4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：在步骤2)中，所述烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量为：式中：G1为烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量；m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量；Q
补
为整体降低固体燃料配比后单位质量的烧结混合料需补充热量；H为燃气的热值；优选的是，在步骤2)中，所述计算单位时间内燃气的喷吹量，具体为：式中：S1为单位时间内燃气的喷吹量。5.根据权利要求2
‑
4中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤3)中，所述烧结台车内
的烧结混合料需要喷吹的水蒸气总量为：G2＝m
×
R
碳
×
γ............(5)；式中：G2为烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的水蒸气总量；m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量；R
碳
为烧结混合料中固体碳燃料的比例；γ为水蒸气/固体碳燃料的比例系数，γ的取值范围为3.6～5.4m3/kg；优选的是，在步骤3)中，所述计算单位时间内水蒸气的喷吹量，具体为：式中：S2为单位时间内水蒸气的喷吹量。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：在步骤4)中，所述在单个周期的燃气喷吹时间内，计算所喷吹燃气在烧结料层内燃烧放出的热量，具体为：式中：Q
in
为Δt1时间内所喷吹的燃气燃烧放出的热量。7.根据权利要求3
‑
6中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤5)中，所述在单个周期的水蒸气喷吹时间内，计算水蒸气与空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：王业峰，魏进超，周浩宇，叶恒棣，陈思墨，李谦，刘前，
申请(专利权)人：中冶长天国际工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：