本發(fā)明涉及鋼鐵冶煉，更具體地說，涉及一種降低富氫碳循環(huán)氧氣高爐中鐵水碳排放的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、高爐-轉(zhuǎn)爐冶煉長流程是中國鋼鐵工業(yè)的主導(dǎo)流程，其產(chǎn)量占比約90％。由于大量使用碳作為熱源和還原劑，高爐是鋼鐵企業(yè)碳排放最主要的工序，約70％的能源消耗在煉鐵工序。高爐煉鐵工藝的發(fā)展歷史悠久，技術(shù)成熟、體系完備，是效率極高的反應(yīng)器，能為煉鋼提供最潔凈的原料，其單體產(chǎn)能大、鐵水質(zhì)量好、成本低，其效率和地位都是其它工藝難以完全替代的。因此若是放棄高爐工藝實(shí)為可惜，如果高爐能實(shí)現(xiàn)大幅碳減排甚至碳中和，則完全能在未來鋼鐵生產(chǎn)中繼續(xù)發(fā)揮巨大作用。

2、為了實(shí)現(xiàn)高爐流程的低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展，中國寶武集團(tuán)開發(fā)了富氫碳循環(huán)氧氣高爐(hycrof)技術(shù)，其主要通過對煤氣co2分離提質(zhì)將高爐副產(chǎn)煤氣變成為高還原勢的煤氣和高濃度的co2產(chǎn)品。高還原勢的煤氣被加熱到1200～1300℃的高溫后返回高爐從下部風(fēng)口噴入重復(fù)利用，使高爐煉鐵過程中碳的利用效率達(dá)到100％。在煤氣返回利用過程中噴入一定的富氫氣體，使用氫替代部分還原耗碳，進(jìn)一步減少高爐冶煉過程的化石燃料輸入。

3、在富氫碳循環(huán)氧氣高爐(hycrof)技術(shù)中，將爐頂煤氣中的co2高效低成本的分離是hycrof鐵水實(shí)現(xiàn)低成本、具有競爭力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。工業(yè)實(shí)踐中可靠且成本適宜的co2分離方法一般采用醇氨法，但由于爐頂煤氣co2很難實(shí)現(xiàn)完全分離，分離co2后回用的產(chǎn)品氣脫碳煤氣中co2一般在3～5％左右，產(chǎn)品氣中co2含量控制值越低，則分離的需要付出代價(jià)越高；此外由于co2分離工藝的特質(zhì)，分離co2后的產(chǎn)品氣中還含有飽和水。由于co2和h2o在爐缸處會(huì)與焦炭反應(yīng)且大量吸熱，因此含有一定co2和h2o的脫碳煤氣從hycrof風(fēng)口噴入，會(huì)大量的消耗焦炭，導(dǎo)致化石燃料消耗高，碳排放高，而通過煤氣co2分離系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)極低co2和h2o含量的脫碳煤氣噴吹，會(huì)導(dǎo)致脫碳系統(tǒng)運(yùn)行成本大幅上升。

4、鑒于上述情況，針對hycrof下部風(fēng)口噴吹的脫碳煤氣co2高、導(dǎo)致爐缸大量消耗焦炭的問題，亟待虛招一種可以降低用于hycrof風(fēng)口噴吹的脫碳煤氣中的co2和h2o含量，減少hycrof鐵水焦炭消耗、降低碳排放和成本的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的hycrof下部風(fēng)口噴吹的脫碳煤氣co2高、導(dǎo)致爐缸大量消耗焦炭的問題，本發(fā)明的目的是提供一種降低富氫碳循環(huán)氧氣高爐中鐵水碳排放的方法及系統(tǒng)，通過對脫碳煤氣改質(zhì)，降低了hycrof風(fēng)口噴吹的脫碳煤氣中的co2和h2o含量，提高了脫碳煤氣中co和h2含量，減少了焦比，降低了鐵水碳排放和成本。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種降低富氫碳循環(huán)氧氣高爐中鐵水碳排放的方法，包括以下步驟：

4、s1，將富氫碳循環(huán)氧氣高爐的爐頂煤氣凈化后得到凈化煤氣，將凈化煤氣進(jìn)行加壓、脫碳處理后獲得脫碳煤氣；

5、s2，將脫碳煤氣與含碳粉料充分混合后，進(jìn)入到煤氣加熱爐中進(jìn)行高溫加熱，在加熱過程中完成脫碳煤氣的重整后得到高溫煤氣；

6、s3，將所述高溫煤氣送至富氫碳循環(huán)氧氣高爐的下部風(fēng)口，同時(shí)噴入純氧和煤粉，將從爐頂加入的含鐵爐料和焦炭還原后從富氫碳循環(huán)氧氣高爐的爐頂排出爐頂煤氣。

7、優(yōu)選的，所述步驟s1中，所述爐頂煤氣的凈化處理包括除塵器的除塵和煤氣洗滌塔的水洗深度除塵。

8、優(yōu)選的，所述步驟s1中，所述脫碳煤氣中，co2的含量為0.5～6％，h2o的含量為1～4％；和/或

9、所述步驟s2中，所述高溫煤氣中，co2的含量≤1％，h2o的含量≤1.5％；和/或

10、所述步驟s3中，所述爐頂煤氣中，co2的含量為25％～35％。

11、優(yōu)選的，所述步驟s2中：

12、所述含碳粉料為煤粉或生物質(zhì)炭粉，其粒度要求-200目≥80％；和/或

13、所述含碳粉料的噴吹量滿足下式：

14、q＝0.536volco2+h2o/fixc×μt

15、式中，q為含碳粉料的噴吹量，單位為kg/thm；

16、volco2+h2o為脫碳煤氣中co2和h2o的體積量，單位為nm3/thm；

17、fixc為含碳粉料中固定碳的百分比含量；

18、μt為煤氣加熱溫度下的動(dòng)力學(xué)系數(shù)，取值為0.6～0.95。

19、優(yōu)選的，所述步驟s2中，所煤氣加熱爐采用蓄熱式煤氣加熱爐或熱風(fēng)爐，該煤氣加熱爐采用凈化煤氣作為燃料氣。

20、優(yōu)選的，所述步驟s2中，所述加熱過程中，加熱溫度為1100～1300℃。

21、優(yōu)選的，所述步驟s3中：

22、所述高溫煤氣的噴吹量為450～800nm3/thm；和/或

23、所述煤粉的噴吹量為3～30kg/thm；和/或

24、所述富氫碳循環(huán)氧氣高爐的焦比為250～300kg/thm。

25、本發(fā)明第二方面提供了一種降低富氫碳循環(huán)氧氣高爐中鐵水碳排放的系統(tǒng)，包括富氫碳循環(huán)氧氣高爐、煤氣除塵裝置、煤氣加壓機(jī)、co2分離設(shè)備、煤氣混合管和煤氣加熱裝置；

26、所述富氫碳循環(huán)氧氣高爐的爐頂設(shè)有煤氣出口，其下部設(shè)有下部風(fēng)口和出鐵口；

27、所述煤氣除塵裝置分別與富氫碳循環(huán)氧氣高爐的煤氣出口、煤氣加壓機(jī)連接，該煤氣除塵裝置用以將富氫碳循環(huán)氧氣高爐排出的爐頂煤氣除塵后得到的凈化煤氣送至煤氣加壓機(jī)；

28、所述煤氣加壓機(jī)與所述co2分離設(shè)備連接，該煤氣加壓機(jī)用以將凈化煤氣進(jìn)行加壓后送至co2分離設(shè)備；

29、所述co2分離設(shè)備通過煤氣混合管與所述煤氣加熱裝置連接，該co2分離設(shè)備用以將加壓后的凈化煤氣中的co2分離出去獲得脫碳煤氣；

30、所述煤氣混合管上設(shè)有與粉料噴吹裝置連接的噴吹支管，該煤氣混合管用以將脫碳煤氣與含碳粉料充分混合；

31、所述煤氣加熱裝置至少包括兩座煤氣加熱爐，所述煤氣加熱爐與所述煤氣混合管連接，該煤氣加熱爐的上部通過高溫煤氣管與所述富氫碳循環(huán)氧氣高爐的下部風(fēng)口連接；

32、所述降低富氫碳循環(huán)氧氣高爐中鐵水碳排放的系統(tǒng)用以執(zhí)行如本發(fā)明第一方面所述的降低富氫碳循環(huán)氧氣高爐中鐵水碳排放的方法。

33、優(yōu)選的，所述煤氣除塵裝置包括與所述煤氣出口連接的除塵器以及與所述除塵器連接的煤氣洗滌塔。

34、優(yōu)選的，所述噴吹支管的噴出口深入至所述煤氣混合管的管路中心。

35、優(yōu)選的，所述煤氣加熱爐的燃燒室內(nèi)設(shè)有燃料氣進(jìn)口，該燃料氣進(jìn)口通過燃?xì)夤艿琅c所述煤氣除塵裝置的出口管道連通；該煤氣加熱爐上設(shè)有與燃燒室連接的煙氣出口。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的一種降低富氫碳循環(huán)氧氣高爐中鐵水碳排放的方法及系統(tǒng)，具有以下幾點(diǎn)有益效果：

37、1、相比于脫碳煤氣中的co2和h2o在hycrof下部風(fēng)口直接消耗焦炭，本發(fā)明通過在煤氣加熱爐內(nèi)利用含碳粉料對脫碳煤氣進(jìn)行改質(zhì)，一是成本更低且碳排放稍低，二是可以節(jié)約hycrof爐內(nèi)寶貴的熱量，工藝更加順序；

38、2、本發(fā)明的降低富氫碳循環(huán)氧氣高爐中鐵水碳排放的方法及系統(tǒng)，通過對脫碳煤氣改質(zhì)，降低了hycrof風(fēng)口噴吹的脫碳煤氣中的co2和h2o含量，提高了脫碳煤氣中co和h2含量，減少了hycrof鐵水焦炭的消耗，降低了鐵水碳排放和成本。