一种多组分气体介质复合喷吹的低能耗低排放烧结方法

本发明涉及一种烧结方法，特别涉及一种多组分气体介质复合喷吹的低能耗低排放烧结方法，具体涉及一种根据烧结料层不同区段特征和热量需求相应喷吹不同组成的多组分气体介质以实现协同提高燃料燃烧效率，降低固体化石燃料消耗以及减排的方法，属于钢铁冶金领域的烧结行业。
背景技术：
：烧结作为钢铁工业前端工序，其能耗高、污染负荷大给钢铁工业清洁生产带来严峻的挑战。传统烧结过程中一般采用焦炭、无烟煤等固体化石燃料作为高温过程物理化学反应的热量来源，且其占比高达烧结能耗的75％～80％。大量研究证实，固体化石燃料燃烧是烧结烟气中co2、sox产生的重要来源以及no产生的主要来源。此外，由于固体燃料燃烧不完全，10％～15％的碳转化为co，造成能源浪费和环境污染。近年来，烧结料面燃气喷吹、水蒸汽喷吹等烧结新技术在铁矿烧结领域因具有良好的节能减排效果而备受关注。烧结料面燃气喷吹技术是一种在降低固体燃料配比的基础上同时向料层中上部喷吹补入气体燃料的技术，该技术能够有效拓宽高温熔融带，增加高温保持时间，避免上部烧结矿带冷却速率过快，在降低固体燃料配比的同时提高烧结矿产质量指标。我国韶钢在烧结料面喷入钢铁厂内富余的焦炉煤气，烧结矿在强度和冶金性能方面得到有效的改善，节约焦粉量1.69kg/t-s，氮氧化物减少12％，二氧化硫减少6％。jfe钢铁公司向烧结料面喷吹液化天然气，实现减排co260000t/a。水蒸汽喷吹技术通过向烧结料面喷入一定浓度水蒸汽，可起到促进燃料燃烧和减少co排放的目的，提高燃料燃烧效率和减少污染物排放的潜力。然而，在这些单种介质喷吹模式下，并不能实现多种污染物种类同时减排，并且减排程度有限。此外，单种介质喷吹技术受到区域局限，提质效果没有得到更大化体现。技术实现要素：针对现有的单种介质喷吹技术存在不能实现多种污染物种类同时减排，并且减排程度有限，化石燃料消耗降低能力有限的缺陷，本发明的目的是在于提供一种能够更大程度满足料层不同高度处热量需求，协同提高燃料燃烧效率，进一步降低固体化石燃料消耗，使co2温室气体及co、nox、sox、二恶因等多种污染物得到有效减排的多组分气体介质复合喷吹的低能耗低排放烧结方法。为了实现上述技术目的，本发明提供了一种多组分气体介质复合喷吹的低能耗低排放烧结方法，该方法是将烧结机内烧结料面从点火结束点至废气温度开始上升点之间的区域依次划分为区域-1、区域-2及区域-3；烧结过程中向区域-1喷吹高燃气比例多组分气体介质、向区域-2喷吹中燃气比例多组分气体介质，以及向区域-3喷吹低燃气比例多组分气体介质。本发明技术方案根据烧结料层从上部至下部存在热量分布逐渐增加的特点，通过调控喷加的多组分复合气体介质的燃气比例，在充分利用料层蓄热效应的前提下实现整体料层热量的均匀分布，有利于降低烧结过程固体燃耗的用量，同时降低污染物排放的综合功能。优选的方案，区域-1、区域-2及区域-3的区域长度比例为：30～50％：20～40％：10～30％。本发明对区域-1、区域-2及区域-3的区域长度比例的划分依据主要是按照烧结料层高度方向≥1200℃的高温保持时间所对应的区域，区域-1的特征为料层≥1200℃的保持时间t≤1.5min，区域-2的特征为料层≥1200℃的保持时间1.5min<t≤3min,区域-3的特征为料层≥1200℃的保持时间t>3min。严格按照改划分区域方式来喷入对应的多组分复合气体介质能够达到最佳的优化燃料燃烧效率以及减少有害成分排放的效果。优选的方案，所述高燃气比例多组分气体介质的体积百分比浓度为0.2～1％。包括高燃气比例多组分气体介质中可燃组分和助燃组分总体积百分比浓度。优选的方案，所述中燃气比例多组分气体介质的体积百分比浓度为0.1～0.5％。包括中燃气比例多组分气体介质中可燃组分和助燃组分总体积百分比浓度。优选的方案，所述低燃气比例多组分气体介质的体积百分比浓度为0.1～0.5％。包括低燃气比例多组分气体介质中可燃组分和助燃组分总体积百分比浓度。优选的方案，高燃气比例多组分气体介质、中燃气比例多组分气体介质以及低燃气比例多组分气体介质均包括可燃组分和助燃组分。优选的方案，所述高燃气比例多组分气体介质的体积百分比组成为：可燃组分60～80％，助燃组分20～40％；较优选的方案，所述高燃气比例多组分气体介质的组成为：60～80％燃气，0～20％水蒸汽，10～40％氧气。优选的方案，所述中燃气比例多组分气体介质的体积百分比组成为：可燃组分30～60％，助燃组分40～70％。较优选的方案，所述中燃气比例多组分气体介质的体积百分比组成为：30～60％燃气，30～60％水蒸汽，5～15％氧气。优选的方案，所述低燃气比例多组分气体介质的体积百分比组成为：可燃组分0～30％，助燃组分70～100％。较优选的方案，所述低燃气比例多组分气体介质的体积百分比组成为：0～30％燃气，60～90％水蒸汽，0～10％氧气。本发明技术方案通过逐渐提高区域-1、区域-2及区域-3内喷入的多组分气体介质中助燃组分的比例，一方面可以最大化利用可燃组分均衡料层不同区域热量补加需求的差异，另一方面利用助燃组分的助燃作用，使复合气体介质的作用分别区域-1以供热为主、区域-2以供热和助燃为主、区域-3以助燃为主，起到优化料层热量分布、促进燃料燃烧以及降低污染物排放的综合功能。优选的方案，所述燃气包括焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气中的至少一种。这些燃气可以来自钢铁企业内部副产物。优选的方案，所述助燃组分包括钢铁企业内部自产的水蒸汽、氧气中至少一种。所述水蒸汽可以来自于钢铁企业自热电厂、余热回收利用锅炉产生的高温高压、中温中压、低温低压三类蒸汽，氧气来源于钢铁企业内部制氧车间。优选的方案，所述高燃气比例多组分气体介质中的水蒸汽为低温低压、中温中压和高温高压三类水蒸汽中的至少一种。优选的方案，所述中燃气比例多组分气体介质及所述低燃气比例多组分气体介质中的水蒸汽为中温中压和高温高压水蒸汽中的至少一种。较优选的方案，所述低温低压水蒸汽特征为：压力p≤2.5mpa，且温度t≤400℃；较优选的方案，所述中温中压水蒸汽特征为：压力2.5<p≤6mpa，且温度400<t≤450℃。较优选的方案，所述高温高压水蒸汽特征为：压力p>6mpa，且温度t>450℃。本发明在区域-2及区域-3喷入温度较高的高温高压、中温中压蒸汽，可以有效利用蒸汽余热以及避免水蒸汽在料层的冷凝。相对现有技术，本发明技术方案带来的有益之处在于：(1)依据烧结料层从上部至下部存在热量分布逐渐增加的特点，调控多组分气体介质喷加浓度和可燃组分的比例，在充分利用料层蓄热效应的前提下实现整体料层热量的均匀分布，有利于降低烧结过程固体燃耗的用量。(2)喷加的复合介质助燃组分主要包括水蒸汽和氧气两种组分，氧气的加入可避免可燃组分燃烧消耗氧气对固体燃料燃烧的不利影响；水蒸汽与炽热固体碳颗粒发生水煤气反应，促进燃料颗粒燃烧，实现固体燃料化学能的高效释放，并通过生成高活性oh自由基将燃烧过程生成的co氧化生成co2，在进一步提高燃烧效果的同时降低烧结烟气中co的排放浓度；复合介质中添加的水蒸汽促进了固体燃料的充分燃烧，并促进高活性氯(氯气)转化为低活性氯(氯化氢)，从而减少了从头合成反应形成二噁英所必需的碳源、氯源，有效减少二噁英的排放量。(3)从区域-1至区域-3，逐渐提高助燃组分的比例，一方面可以最大化利用可燃组分均衡料层不同区域热量补加需求的差异，另一方面利用助燃组分的助燃作用，使复合气体介质的作用在区域-1以供热为主、区域-2以供热和助燃为主、区域-3以助燃为主，起到优化料层热量分布、促进燃料燃烧、降低污染物排放的综合功能。(4)从区域-1至区域-3，因烧结料层燃烧带逐步下移，水蒸汽从料面运动至固体燃料燃烧区的时间逐渐延长，依据此特点，本发明调控了不同区域喷吹蒸汽的特点，使得温度较高的高温高压、中温中压蒸汽喷入区域-2、区域-3，可以有效避免水蒸汽在料层的冷凝。(5)发明中的复合气体介质均来源于钢铁企业内部自产燃气、水蒸汽、氧气，成本低，经济性优势明显。通过采用本发明提供的方法，可以实现烧结矿成品率提高4～6％、转鼓强度提高4～8％，每吨烧结矿固体燃料消耗量降低6～10kg，co排放量减少25～40％、co2减排18～30％，二噁英减排40～70％，对于钢铁工业绿色制造具有重要意义。附图说明图1为本发明多组分介质复合喷吹的低能耗低排放烧结方法示意图；图中：1-管排ⅰ；2-管排ii；3-管排iii；4-给料槽；5-蓖条；6-烟囱；7-除尘器；8-风箱。具体实施方式下面实例是对本发明的进一步说明，而不是限制发明的范围。实施例-1按照混匀铁矿59.77％、白云石4.27％、石灰石5.57％、生石灰3.46％、烧结返矿13.85％、高炉返矿9.23％、焦粉3.85％的质量比配料(获得烧结矿化学成分为tfe56.08％、r1.80、mgo1.80％、cao10.76％)，物料经过混合、制粒后，布料到烧结上，在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，然后在负压15kpa条件下进行烧结。将烧结过程从点火结束至废气温度开始上升的区间划分为三个气体介质喷吹区域(示意图见附图-1)：区域-1占整个区间的40％，喷入介质总浓度0.8％(70％的焦炉煤气、20％水蒸汽(温度200℃、压力1.57mpa)、10％氧气)；区域-2占整个区间的40％，喷入介质总浓度0.4％(40％的焦炉煤气、50％水蒸汽(温度410℃、压力2.76mpa)、10％氧气)；区域-3占整个区间的20％，喷入介质总浓度0.3％(20％的焦炉煤气、75％水蒸汽(温度410℃、压力2.76mpa)、5％氧气)。与增设任何气体介质喷吹的常规烧结(对比例-1)相比，采用本实施例所述的方法后，对烧结指标、污染物减排效果的影响分别如表-1、表2所示。实施例-2按照混匀铁矿59.77％、白云石4.27％、石灰石5.57％、生石灰3.46％、烧结返矿13.85％、高炉返矿9.23％、焦粉3.85％的质量比配料(获得烧结矿化学成分为tfe56.08％、r1.80、mgo1.80％、cao10.76％)，物料经过混合、制粒后，布料到烧结上，在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，然后在负压15kpa条件下进行烧结。将烧结过程从点火结束至废气温度开始上升的区间划分为三个气体介质喷吹区域(示意图见附图-1)：区域-1占整个区间的50％，喷入介质总浓度1.0％(75％的转炉煤气、10％水蒸汽(温度200℃、压力1.57mpa)、15％氧气)；区域-2占整个区间的40％，喷入介质总浓度0.5％(50％的转炉煤气、45％水蒸汽(温度410℃、压力2.76mpa)、5％氧气)；区域-3占整个区间的10％，喷入介质总浓度0.4％(30％的转炉煤气、65％水蒸汽(温度410℃、压力2.76mpa)、5％氧气)。与增设任何气体介质喷吹的常规烧结(对比例-1)相比，采用本实施例所述的方法后，对烧结指标、污染物减排效果的影响分别如表-1、表2所示。对比例-1按照混匀铁矿59.54％、白云石4.27％、石灰石5.57％、生石灰3.46％、烧结返矿13.85％、高炉返矿9.23％、焦粉4.08％的质量比配料(获得烧结矿化学成分为tfe56.04％、r1.80、mgo1.80％、cao10.79％)，物料经过混合、制粒后，布料到烧结上，在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，然后在负压15kpa条件下进行烧结。烧结产量指标如表1所示。对比例-2按照混匀铁矿59.77％、白云石4.27％、石灰石5.57％、生石灰3.46％、烧结返矿13.85％、高炉返矿9.23％、焦粉3.85％的质量比配料(获得烧结矿化学成分为tfe56.08％、r1.80、mgo1.80％、cao10.76％)，物料经过混合、制粒后，布料到烧结上，在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，然后在负压15kpa条件下进行烧结。将烧结过程从点火结束至废气温度开始上升的区间划分为三个气体介质喷吹区域(示意图见附图-1)：区域-1占整个区间的40％，喷入体积百分浓度为0.56％的焦炉煤气；区域-2占整个区间的40％，喷入体积百分浓度为0.16％的焦炉煤气；区域-3占整个区间的20％，喷入体积百分浓度为0.06％的焦炉煤气。与增设任何气体介质喷吹的常规烧结(对比例-1)相比，采用本实施例所述的方法后，对烧结指标、污染物减排效果的影响分别如表-1、表2所示。对比例-3按照混匀铁矿59.66％、白云石4.27％、石灰石5.57％、生石灰3.46％、烧结返矿13.85％、高炉返矿9.23％、焦粉3.96％的质量比配料(获得烧结矿化学成分为tfe56.06％、r1.80、mgo1.80％、cao10.78％)，物料经过混合、制粒后，布料到烧结上，在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，然后在负压15kpa条件下进行烧结。将烧结过程从点火结束至废气温度开始上升的区间划分为三个气体介质喷吹区域(示意图见附图-1)：区域-1占整个区间的40％，喷入体积百分浓度为0.16％的水蒸汽(温度200℃、压力1.57mpa)；区域-2占整个区间的40％，喷入体积百分浓度为0.20％的水蒸汽(温度410℃、压力2.76mpa)；区域-3占整个区间的20％，喷入介质总浓度0.23％的水蒸汽(温度410℃、压力2.76mpa)。与增设任何气体介质喷吹的常规烧结(对比例-1)相比，采用本实施例所述的方法后，对烧结指标、污染物减排效果的影响分别如表-1、表2所示。表1不同实施例烧结产量、质量指标方案成品率/％转鼓强度/％每吨烧结矿固体燃耗减少量/kg对比例1(不喷吹)70.5063.300对比例2(只喷加燃气)72.3066.503.53对比例3(只喷加水蒸汽)71.1064.051.05实施例174.8068.506.70实施例275.2069.307.80表2不同实施例污染物减排比例/％方案coco2二噁英对比例1(不喷吹)000对比例2(只喷加燃气)/7/对比例3(只喷加水蒸汽)15635实施例1251850实施例2282255当前第1页12