一种烟气罩内合理分布循环烟气的方法与流程

1.本发明涉及一种方法，具体涉及一种烟气罩内合理分布循环烟气的方法，属于铁矿烧结烟气循环技术领域。


背景技术：

2.铁矿烧结工序是钢铁联合企业中重要的组成部分，但其在为高炉提供优质炼铁原料的同时也产生了大量污染，污染物包括颗粒物、so2、co
x
、no
x
、hcl、hf、vocs和二噁英(pcdd/fs)等。2019年4月，生态环境部等五部委联合印发《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，要求全国钢铁企业大幅度降低污染物排放水平。面对异常严格的《烧结球团超低排放标准(2020-2025)》与《钢铁行业(烧结)清洁生产标准》要求，常规烧结工艺的高能耗、高污染、低余热利用的突出劣势已难以满足可持续发展的要求。
3.烟气循环烧结是基于一部分热废气被再次引入烧结过程的原理而开发的一种新型烧结模式。与传统的“常温空气”烧结相比，不仅充分利用了烧结主烟道中的余热，提升了余热回收利用效率，同时降低了烟气排放量，减少了烟气污染物处理成本。烟气循环烧结技术在近30年来成为了烧结工艺余热回收的研究热点，在最近几年，因为有了国家政府的大力支持，烧结烟气循环技术在我国也得到了大力的研发同时也成功投入到了应用之中，而对烧结烟气循环技术进行的应用在很大程度上也将我国企业所面临的环保以及成本问题进行了有效的缓解，甚至解决。自2013年宁钢烧结烟气循环系统被投入使用之后，它也促进了烧结机在我国行业中的广泛的应用和发展，同时它也带动了烟气循环技术在我国的工业化应用。
4.合理的烧结风量控制是强化烧结生产的重要措施之一，其对烧结产质量及能耗指标有重要的影响，烧结过程的理想风量分布是按需分配，即烧结机机头和烧结机中部风量稳定且满足料层中燃料燃烧和传热的需求，烧结机尾位置风量随着烧结过程的结束逐渐减小。烧结过程风量的合理分布可以优化垂直烧结速度和各烧结矿层的高温保持时间，对提高烧结产质量指标有重要的现实意义。
5.现场生产过程中在如何保证烟气罩内循环烟气不外泄同时保证循环废气在烟气罩内均匀合理分布，是实现热废气循环合理利用的重要指标，但在生产过程中监测发现烟气罩内废气流量分布不稳定。如何使循环烟气稳定均匀分布于烧结机上方的烟气罩内并顺利进入料层，成为烟气循环工业化应用的主要技术瓶颈。


技术实现要素：

6.本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种烟气罩内合理分布循环烟气的方法，该技术方案要解决的关键问题在于使循环烟气均匀、稳定进入烟气罩内，最终在整个烧结过程中循环烟气合理地、按照需求地进入烧结料面，以期实现烟气循环烧结过程产质量指标的最优化。
7.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种烟气罩内合理分布循环烟气的
方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
8.步骤一：加装流体整流器，当循环烟气通过管道进入烟气罩之前，在管道出口处加装一个流体整流器，
9.步骤二：加装流体稳流器，在烟气罩和烧结台车之间安装一个流体稳流器，该流体稳流器是由若干个上部较窄、下部较宽的具有一定厚度的钢板组成，
10.步骤三：烧结混料制粒；
11.步骤四：烧结布料；
12.步骤五：点火和烧结；
13.步骤六：筛分及转鼓测试。
14.其中，步骤三：烧结混料制粒，具体如下：
15.(1)将烧结铁矿粉、返矿、熔剂、燃料在强力混合机中进行一次混合，由高压氮气加压后经喷水器将雾化水喷入进行混合，混合时间为6min，经混合后制备得到烧结混合料；
16.(2)将含废催化剂预制粒小球和烧结一混制备得到的烧结混合料加入圆筒混料机中进行二次混合制粒，制粒时间3min，混合料最终水分控制在7.2-7.7％，然后将混合料装入烧结杯进行烧结试验。
17.其中，步骤四：烧结布料，具体如下，烧结试验在直径为200mm的烧结杯中进行，首先在烧结杯炉篦上加入2kg铺底料，直接将混匀制粒好的原料布满烧结杯中，料层高度720mm，一次装料量约为45kg。
18.其中，步骤五：点火和烧结，具体如下，启动风机，控制进气和放散，采用液化天然气点火，控制空气量和燃料量，点火温度1100℃，点火时间90s，点火负压7kpa，烧结计时开始，点火结束后将负压调至14kpa进行抽风烧结，废气温度和抽风负压由计算机自动采集，废气温度达到最高值而后开始下降，即为烧结结束，记录时间t为一次完整的烧结时间，烧结终了将抽分负压调至7kpa，待冷却至废气温度为300℃时，关闭风机，倒出烧结矿，得到成品烧结矿，烧结矿经破碎机破碎，然后进行落下强度，振动筛分级，转鼓强度检测等试验。
19.其中，步骤六：筛分及转鼓测试，具体如下，烧结完成后，烧结矿经破碎、筛分，得到六种粒径的烧结矿，分别称量这六种粒径烧结矿的质量。测量烧结矿转鼓强度时，依据照国际标准iso-3271-1975，按重量比例称取25-40mm、16-25mm、10-16mm三种粒径的烧结矿共7.5kg，放入转鼓内，转鼓启动，转200r，然后筛分，摇摆筛来回摆动20次，取出筛分后的烧结矿，称量两种粒径烧结矿的质量，用符合要求粒径的烧结矿重量除以总重量7.5kg，得到转鼓强度。
20.其中，流体整流器是由若干个内径为35-40mm，外径为40-45mm的圆筒状耐高温钢材组成；流体整流器的圆筒状耐高温钢材的长度为450mm-500mm；流体整流器的两根圆筒状耐高温钢材的间距为20mm-25mm，其数量根据循环烟气进风管道的内径及两根圆筒状耐高温钢材的间距计算；
21.其中，流体整流器的所有圆筒状耐高温钢材与循环烟气主进风管道之间通过一卡扣连接完成，该卡扣自上而下有若干个孔组成，孔的数量与圆筒状耐高温钢材的数量对应；该卡扣有若干个孔，孔的直径为40-45mm；该卡扣的材质为耐高温的不锈钢，其厚度为15-20mm；
22.其中，流体稳流器是若干个上部开口较小、中部缓冲、下部开口较大的耐高温钢材
焊接而成，且交界处均焊接填缝。
23.其中，流体稳流器的耐高温钢材具有一定厚度，不小于20mm；流体稳流器的耐高温钢材上部开口较小，为800-100mm；流体稳流器的耐高温钢材下部开口较大，为100-150mm；下部孔间隙较小，小于10mm；该流体稳流器的耐高温钢材下部孔面积占比较高，为87-92％，该流体稳流器的耐高温钢材中部与上部的连接角度为144
°‑
146
°
；流体稳流器的耐高温钢材中部与下部的连接角度为44
°‑
46
°
。
24.相对于现有技术，本发明具有如下优点，(1)本发明的一种烟气罩内合理分布循环烟气的方法，通过在循环烟气管道入口处加装一个流体整流器，在烟气罩和烧结台车之间安装一个流体稳流器，使循环烟气均匀、稳定进入烟气罩内，并最终顺利进入料层；(2)本发明的一种烟气罩内合理分布循环烟气的方法，通过增加流体整流器和流体稳流器，对烧结产质量指标有明显的促进和改善作用
附图说明
25.图1为图冶金矿相分析，其中a:对比例1；b:对比例2；c:对比例3；
26.图2为流体整流器远离进风端气孔排布示意图。
具体实施方式：
27.为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
28.实施例1：本发明的一种烟气罩内合理分布循环烟气的方法，通过在循环烟气管道入口处加装一个流体整流器，在烟气罩和烧结台车之间安装一个流体稳流器，使循环烟气均匀、稳定进入烟气罩内，最终在整个烧结过程中循环烟气合理地、按照需求地进入烧结料面，以期实现烟气循环烧结过程产质量指标的最优化。
29.本发明具体实验步骤如下：
30.步骤一：加装流体整流器
31.当循环烟气通过管道进入烟气罩之前，在管道出口处加装一个流体整流器。
32.步骤二：加装流体稳流器
33.在烟气罩和烧结台车之间安装一个流体稳流器，该流体稳流器是由若干个上部较窄、下部较宽的具有一定厚度的钢板组成。
34.步骤三：烧结混料制粒
35.(1)将烧结铁矿粉、返矿、熔剂、燃料在强力混合机中进行一次混合，由高压氮气加压后经喷水器将雾化水喷入进行混合，混合时间为6min，经混合后制备得到烧结混合料；
36.(2)将含废催化剂预制粒小球和烧结一混制备得到的烧结混合料加入圆筒混料机中进行二次混合制粒，制粒时间3min，混合料最终水分控制在7.2-7.7％，然后将混合料装入烧结杯进行烧结试验。
37.步骤四：烧结布料
38.烧结试验在直径为200mm的烧结杯中进行，首先在烧结杯炉篦上加入2kg铺底料，直接将混匀制粒好的原料布满烧结杯中，料层高度720mm，一次装料量约为45kg。
39.步骤五：点火和烧结：
40.启动风机，控制进气和放散，采用液化天然气点火，控制空气量和燃料量，点火温
度1100℃，点火时间90s，点火负压7kpa，烧结计时开始，点火结束后将负压调至14kpa进行抽风烧结，废气温度和抽风负压由计算机自动采集。废气温度达到最高值而后开始下降，即为烧结结束，记录时间t为一次完整的烧结时间。烧结终了将抽分负压调至7kpa，待冷却至废气温度为300℃时，关闭风机，倒出烧结矿，得到成品烧结矿，烧结矿经破碎机破碎，然后进行落下强度，振动筛分级，转鼓强度检测等试验。
41.步骤六：筛分及转鼓测试
42.烧结完成后，烧结矿经破碎、筛分，得到六种粒径的烧结矿，分别称量这六种粒径烧结矿的质量。测量烧结矿转鼓强度时，依据照国际标准iso-3271-1975，按重量比例称取25-40mm、16-25mm、10-16mm三种粒径的烧结矿共7.5kg，放入转鼓内，转鼓启动，转200r，然后筛分，摇摆筛来回摆动20次，取出筛分后的烧结矿，称量两种粒径烧结矿的质量，用符合要求粒径的烧结矿重量除以总重量7.5kg，得到转鼓强度。
43.烧结矿冶金性能测试
44.(a)按照国家标准gb/t13242-91，对烧结矿低温还原粉化性能(rdi
+3.15
)进行测试，把一定粒度范围(10～12.5mm)的试样，在固定床中500℃温度下，用co、co2、n2组成的还原气体进行静态还原。恒温还原60min后，试样经冷却，装入转鼓(φ130
×
200mm)，转300转后取出，用6.3mm，3.15mm，0.5mm的方孔筛分级，分别计算各粒级含量，以rdi
+3.15
为烧结矿低温还原粉化性能考核指标。
45.(b)参照国家标准gb/t13241，对烧结矿还原性能(ri)进行测试，将一定粒度范围(10～12.5mm)的试样置于固定床中，用由co和n2组成的还原气体，在900℃的温度下进行等温还原，每隔一定的时间称取试样质量，以三价铁状态为基准，计算还原3h后的还原度。
46.该方案中，参见图2，流体整流器是由若干个内径为35-40mm，外径为40-45mm的圆筒状耐高温钢材组成；流体整流器的圆筒状耐高温钢材的长度为450mm-500mm；流体整流器的两根圆筒状耐高温钢材的间距为20mm-25mm，其数量根据循环烟气进风管道的内径及两根圆筒状耐高温钢材的间距计算，流体整流器的所有圆筒状耐高温钢材与循环烟气主进风管道之间通过一卡扣连接完成，该卡扣自上而下有若干个孔组成，孔的数量与圆筒状耐高温钢材的数量对应；该卡扣有若干个孔，孔的直径为40-45mm；该卡扣的材质为耐高温的不锈钢，其厚度为15-20mm；流体整流器远离进风端的一侧设置有两排较小的气孔，靠近进风端的一侧设置有一排较小的气孔，小气孔孔径为大气空孔径的2/3，此方案设计为了避免远离进风端的一侧因气流惯性原因产生正压外溢，靠近进风端的一侧为了避免产生气流漩涡。,
47.其中，流体稳流器是若干个上部开口较小、中部缓冲、下部开口较大的耐高温钢材焊接而成，且交界处均焊接填缝，流体稳流器的耐高温钢材具有一定厚度，不小于20mm；流体稳流器的耐高温钢材上部开口较小，为800-100mm；流体稳流器的耐高温钢材下部开口较大，为100-150mm；下部孔间隙较小，小于10mm；该流体稳流器的耐高温钢材下部孔面积占比较高，为87-92％，该流体稳流器的耐高温钢材中部与上部的连接角度为144
°‑
146
°
；流体稳流器的耐高温钢材中部与下部的连接角度为44
°‑
46
°
。
48.此方案烟气罩应用于烧结过程烟气循环工艺，解决现有工艺中烟气循环风量不匹配的技术问题，现有技术方案中，大部分烟气在烟气罩内气流紊乱，由于烧结料层各位置透气性不同，导致大部分气流盘旋，形成漩涡，漩涡中心处气流分布较低，料面各处气流分布
不均匀，严重影响烧结过程顺利进行，导致烧结产质量指标降低。
49.对比例1
50.本对比例是作为基准实验，本对比例的烧结过程同实施例1，不同之处在于：本对比例中未加循环烟气，烧结结束后，测量烧结产质量指标，并对烧结矿的冶金性能进行测量，实验结果记录如表1，作为后期实验的基准，生产的烧结矿主要化学成分如表2所示。
51.对比例2
52.本对比例的烧结过程同实施例1，不同之处是虽进行了烟气循环，但是并未采用实施例1中的发明，烧结结束后，测量烧结产质量指标，并对烧结矿的冶金性能进行测量，实验结果记录如表1。
53.表1烧结产质量指标及烧结矿冶金性能
[0054][0055]
表2低温还原粉化率
[0056][0057]
通过对表1和表2烧结产质量指标及烧结矿冶金性能进行对比分析，可以得到以下结论：
[0058]
(1)通过实施例1和对比例1的实验可以发现，本发明的一种烟气罩内合理分布循环烟气的方法，通过在循环烟气管道入口处加装一个流体整流器，在烟气罩和烧结台车之间安装一个流体稳流器，垂直烧结速度、转鼓指数、燃料消耗、ri、rdi
+3.15
等烧结产质量指标没有受到明显影响；成品率、利用系数有小幅度的提升，这就表明本发明的一种烟气罩内合理分布循环烟气的方法通过增加流体整流器和流体稳流器，对烧结产质量指标有明显的促进和改善作用。
[0059]
(2)将实施例1与对比例2进行对比时，申请人发现本发明的一种烟气罩内合理分布循环烟气的方法，通过在循环烟气管道入口处加装一个流体整流器，在烟气罩和烧结台车之间安装一个流体稳流器，与传统循环烟气技术相比，垂直烧结速度、转鼓指数、燃料消耗、ri、rdi
+3.15
等烧结产质量指标没有受到明显影响；成品率、利用系数有大幅度的提升。
[0060]
实施例2
[0061]
该实施例通过采用三维几何进行建模计算。根据现场烧结台车参数，计算模型床层高度为800mm.截取宽度为50mm，厚度为10mm的区域代表整个床层。模型上方为压力入口，执行点火及烟气或空气入口功能，壁面选用对称面处理，下方出口为压力出口边界。床层中采用多孔介质模型模拟烧结矿床层，其参数根据现场烧结矿床层压降确定。整体网格采用六面体进行划分，在进行网格独立性测试后，综合考虑计算精度、计算量和计算速度，网格
大小尺寸采用1mm。烧结料层入口烟气成分o2含量为18％，co2含量为3％，co含量为0.03％，温度为180℃，对比了点火阶段、料层燃烧30％及料层燃烧50％时烧结烟气各个组分含量。
[0062]
对比例3
[0063]
本对比例是作为基准实验，本对比例的模拟烧结过程同实施例1，不同之处在于没有加入烟气循环，烧结料层入口烟气成分为空气，o2含量为21％，温度为25℃，对比了点火阶段、料层燃烧30％及料层燃烧50％时烧结烟气各个组分含量。
[0064]
表3点火阶段烧结烟气各个组分含量％
[0065][0066]
对比例4
[0067]
本对比例的模拟烧结过程同实施例1，不同之处在于没有使用本发明的一种烟气罩内合理分布循环烟气的方法，对比了点火阶段、料层燃烧30％及料层燃烧50％时烧结烟气各个组分含量。
[0068]
表4床层燃烧30％烧结烟气各个组分含量％
[0069][0070]
表5床层燃烧50％烧结烟气各个组分含量％
[0071][0072]
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。