[发明专利]一种高炉含氢气体喷吹系统及方法

说明书

本发明公开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。

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

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。

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。

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。