[发明专利]全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法

说明书

一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法，属于氢冶金低碳炼铁技术领域。可大幅度降低炼铁生产中碳的使用量和减少CO₂的排放量。炼铁系统组成中包括还原熔化炉、炉顶煤气除尘器、干燥器、烟囱、电解水装置、CO₂分离器、风机、换热器、还原气备用储气罐，还原熔化炉自上而下依次包括间接还原区、软熔滴落区、焦炭燃烧及渣铁区；炼铁方法包括矿焦装料、间接还原区喷入电解绿氢及炉顶煤气循环的混合还原气、焦炭燃烧区鼓入纯氧、炉顶煤气CO₂回收、出铁。通过设计相应的炉型及工艺，使间接还原区金属化率达85‑95%，大大降低吨铁冶炼碳耗。采用全氧使自身反应器还原产生的煤气循环利用，达到降低40%以上的CO₂排放目标，实现绿色低碳冶炼。

技术领域

本发明涉及氢冶金低碳炼铁技术领域，特别是一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及其炼铁工艺。

背景技术

目前，炼铁生产主要采用高炉炼铁，其以焦炭、煤粉为燃料和还原剂，高炉炼铁生产过程中，炉内直接还原度高达30-40%，间接还原度仅为60-70%，使得高炉炼铁能耗高、排放大、污染严重等问题较为突出。虽然国内至少有6.2亿吨钢铁产能正在实施全球最严的超低排放改造工程，但由于高炉炼铁使用空气冶炼，故生成的高炉煤气含有大量氮气，导致高炉煤气发热值较低、还原能力较差，不具备脱碳再循环使用的价值，成为制约高炉技术未来发展的瓶颈。为降低高炉炼铁的碳排放，亟待对传统高炉炼铁发起挑战，开发低碳炼铁技术。中国专利2016800810792公开了一种向高炉炉身部供给含氢气的还原气体的方法，其在反应器内向预热的焦炉煤气供给含氧气体并升温至1200-1800℃，由此生成富含氢气的改质气体，在所述反应器内将含CO的气体与该改质气体混合，将氢气浓度调整为15-35％(湿)而得到还原气体，在还原气体吹入炉身部的流量/还原气体吹入风口的流量比0.42的条件下，向高炉炉身部和风口部两部分供给该还原气体；中国专利申请2021111991046公开的欧冶炉与富氢碳循环高炉耦合的生产系统，其使用的还原煤气来自于欧冶炉煤气，其中一部分欧冶炉自用回配，另一部分通过还原气煤气管道，压缩机加压后利用加热系统将脱除CO₂的还原气加热至900℃左右，通过风口喷吹管道和富氢碳循环高炉炉身下部煤气管道，向富氢碳循环高炉进行两段式喷吹欧冶炉的脱除CO₂的还原气，达到富氢碳循环高炉与欧冶炉耦合的目的。

但上述氢冶金技术均利用其它附属设备进行煤气改质，均不能完全采用自身反应器所产生的还原煤气实现自循环，并未实现真正意义上的绿色低碳冶金。另外，高比例富氢也是未来大幅度减少碳排放的必然要求，且富氢来源必须是绿氢产生方为可行。在满足上述工艺参数要求下，若继续使用高炉作为反应器，必然会面临传统高炉无法打破的直接还原极限、氧气高炉遭遇的“下热上凉”、喷煤带来的透气透液性差和鼓风动能减小带来的中心供气不足等问题，因此，亟需通过改变炉型及相应工艺来解决上述现有技术中存在的问题，以便最大限度地突破传统高炉内直接还原和间接还原比例极限，以真正实现低碳冶炼。

基于此，本发明提出了一种全氧富氢低碳还原熔化新工艺，通过设计全新的炉型转变现有高炉炼铁中约30-40%的碳直接还原与约70-60%的CO间接还原方式，降低吨铁冶炼的碳耗，不仅使用全氧大幅度提高冶炼炉的利用系数，还可通过炉顶煤气循环方式，完成碳资源的自循环利用，达到至少降低40%的二氧化碳排放目标，实现真正的绿色低碳冶炼。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术中的问题而提供一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法，通过设计相应的炉型及工艺方法，采用自身反应器还原产生的煤气进行循环利用，大幅降低炼铁生产中碳的使用量和减少CO₂的排放量，使间接还原区金属化率的比例达到85-95%，直接还原方式占5-15%，实现绿色低碳冶金。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：