氧气高炉技术研究进展及其节能减排潜力分析

1 blast furnace; 2 dust collector; 3 compressor; 4 CO2 removal unit; 5 hot stove
FOBF氧气高炉流程图
二、氧气高炉炼铁技术研究进展
1987年NKK公司提出
NKK流程
流程特点：
（1）炉缸和炉身中部设

置两排风口；
二、氧气高炉炼铁技术研究进展
Ore Coke
Top gas
1
Dust 2
Output gas
3
4 C O2
Circulated gas
Slag Hot metal
Oxygen Pulverised coal
1 blast furnace; 2 dust collector; 3 compressor; 4 CO2 removal unit
3
一、开发氧气高炉炼铁技术的必要性
什么是氧气高炉？
矿粉
烧结
焦煤
焦化
煤
矿粉
烧结
气
焦煤 焦化
煤
制粉
传统高炉炼铁
热风炉
空废 气气
煤
制粉
氧气高炉炼铁
氧气高炉 采用纯氧代替空气鼓风 炉顶煤气循环利用
煤 气 分离 CO2
CO
氧气
一、开发氧气高炉炼铁技术的必要性
高炉炼铁： Fe2O3 + 3.4C + O2+3.2N2 = 2Fe + 1.7CO+1.7CO2+3.2N2
矿石 焦炭、煤粉 热风 铁水
低品位煤气
存
在 焦化：耗能、污染
问
焦煤资源
题
N2气占煤气量的48%， 降低煤气品质
趋
势
以煤代焦
氧气代替空气
50%左右的C只转 化为CO
CO2分离 CO循环利用
氧气高炉炼铁技术
5
一、开发氧气高炉炼铁技术的必要性
氧气高炉炼铁技术优势
降低燃料、 焦比（~400 kg/tHM） 提高煤气热值（~7000 kJ/m3） 提高生产效率 降低CO2分离成本（没有氮）
2011年全国节能减排与低碳冶金技术发展研讨会
氧气高炉技术的研究进展 及其节能减排潜力分析
北京科技大学
2011年9月
1
汇报提纲
1 开发氧气高炉炼铁技术的必要性 2 氧气高炉炼铁技术研究进展 3 氧气高炉炼铁技术节能减排潜力分析 4 结语及展望
2
百度文库
汇报提纲
1 开发氧气高炉炼铁技术的必要性 2 氧气高炉炼铁技术研究进展 3 氧气高炉炼铁技术节能减排潜力分析 4 结语及展望

化运行；
在南非伊思科尔厂实现工业

1995-1999年 一座建在韩国的浦项制铁；

一座建在南非的撒丹那；
二、氧气高炉炼铁技术研究进展 ——ULCOS计划
欧盟2004年启动了超低CO2排放的新一代 钢铁流程计划(ULCOS)，其目标旨在使钢 铁工业CO2排放减少50%，主要技术方案 包括：
炉顶煤气循环全氧高炉炼铁(TGR-BF) 氧-煤-矿熔融还原炼铁 过剩煤气重整直接还原炼铁 生物质气化直接还原炼铁 电解炼铁 煤气CO2分离捕集与封存 ……
（2）炉缸风口吹入常温

氧气并喷吹煤粉，
CO2
同时送入未脱除
煤气；
的炉顶循环
Top gas 1263Nm3
TGT150℃
1194Nm3 Scrubber
853Nm3
296Nm3
Preheating gas 296Nm3 Combustion
Temp. 1000℃
furnace
Bosh gas 337 Nm3
（1）炉缸和炉身下部

设两排风口；
（2）炉缸风口鼓入常 温

氧气并大量喷吹
煤

粉；同时送入一
定

量的炉顶煤气；
Ore Coke
1
Top gas
Dust 2
3
4 C O2
5 Preheated gas
Output gas
3
Circulated gas
Slag Hot metal
Pulverised coal
二、氧气高炉炼铁技术研究进展
上世纪80年代中期至本世纪初，近20年时间，
氧气高炉的研究基本处于停滞状态，究其原因，主 要如下：

1. 经济原因：制氧成本、二氧化碳分离成本

2. 技术原因：二氧化碳分离技术

3. COREX等熔融还原技术的出现

1989 年
COREX -C1000工厂
第一座年产能40万t的
二、氧气高炉炼铁技术研究进展
为了解决这两个关键问题，国内外学者先后提出几种流程：
1978年德国Fink等人
提出Fink流程
流程特点：
（1）在炉缸和炉腰处

设置两排风口，同

时吹氧、喷入燃料，

并送入脱除CO2的

循环煤气。
（2）系统中不设置气体

加热设备；

Fink氧气高炉流程图
25Nm3
TFT2600℃
Slag 335kg Hot metal 1000kg
Recycle top gas 45Nm3
Oxygen
382Nm3
Coal
300kg
Oxygen 307Nm3
NKK氧气高炉流程图
二、氧气高炉炼铁技术研究进展
NKK公司在3.9 m3试验高炉上进行了试验。 煤比可以提高到 320Kg/t； 焦比大幅度降低； 利用系数达到5.1t/m3•d； 铁水硅含量明显下降； 第一次试验证明了氧气高炉在技术上是可行的
W－K Lu氧气高炉流程图
1984年加拿大W－K
Lu提出W－K Lu流程
流程特点：
（1）在炉缸设一排风

口，鼓入氧气和
已

脱除CO2的炉顶
循

环煤气,同时风口
大量喷吹煤粉；
（2）氧气和循环煤气

都不加热，设备
二、氧气高炉炼铁技术研究进展
1985年北科大秦民生
教授 提出FOBF流程：
矿石、焦炭 煤粉
BFG
CO2 分离
1/3
CO 2/3
氧气
氧气高炉炼铁
6
汇报提纲
1 开发氧气高炉炼铁技术的必要性 2 氧气高炉炼铁技术研究进展 3 氧气高炉炼铁技术节能减排潜力分析 4 结语及展望
7
二、氧气高炉炼铁技术研究进展
氧气高炉的概念及最早的氧气高炉流程在1970 年由德国Wenzel和Gudenau等人提出 采用纯氧鼓风后带来的炉内煤气量过少，造 成炉身炉料加热不足——“上冷” 理论燃烧温度提高、煤气量减少及直接还原 度的降低，导致炉缸温度过高——“下热”
！
二、氧气高炉炼铁技术研究进展
解
类别
具体措施
决
上
外部直接向炉身补充热量
从炉身返回热煤气
冷
途
降低炉身热量需要
风口喷吹熔剂等
径
增加热量从炉缸向炉身的转移
炉缸部位返回煤气，加 大煤气量
类别
解
具体措施
决
1、将未脱除CO2的炉顶循环煤
下
化学反应吸热
气通入炉缸风口
热
途
2、炉缸风口喷入水蒸汽
径
物理吸热 炉缸风口鼓入大量已脱除CO2炉顶煤气