一种氢能介质联合微波烧结方法及烧结加热系统

摘要

一种氢能介质联合微波烧结方法及烧结加热系统，包括以下步骤：1)烧结物料制备：将铁矿石、固体燃料、熔剂混合制成待烧结物料；2)加热待烧结物料：待烧结物料进入微波烧结区，利用微波点燃待烧结物料，待烧结物料燃烧产生二氧化碳和水蒸气；3)制取氢能介质：将上述步骤2)的二氧化碳和水蒸气作为气化剂通入气化炉中，与待气化煤反应产生CO、H2；4)将步骤3)中产生的氢能介质通入微波烧结区燃烧加热待烧结物料；5)待烧结物料烧结完成得到烧结矿。本申请利用烧结过程中产生的二氧化碳和水蒸气通入气化炉中与高氢低品质煤反应，将生成的水煤气再通入烧结罩内燃烧，提高待烧结物料的燃烧温度，提高烧结效果，节省能源消耗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种烧结方法，具体涉及一种氢能介质联合微波烧结方法，属于矿料烧结技术领域；本发明还涉及一种烧结加热系统。

背景技术

钢铁工业是典型的能源密集型部门，其能源消耗高达世界能源消耗的10％～15％。烧结作为钢铁工业前端工序，工序能耗高居钢铁工业第二位，烧结过程中固体燃料的燃烧亦是钢铁工业大气污染物NO

烧结废气温度偏低、废气量大、污染物含量高且成分复杂，是钢铁行业低温余热利用和废气治理的难点和重点。而烧结废气循环不但可以显著减少烧结工艺的废气排放总量及污染物排放量，还能回收烟气中的低温余热、节省烧结工序能耗，具有较大的节能减排和推广应用价值。

因此，如何提供一种氢能介质联合微波烧结方法，增加清洁能源的利用，其能够提高待烧结物料的燃烧温度，提高点火效果，提高烧结品质，节省能源消耗，实现绿色、高效、低耗烧结生产是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于利用烧结过程中产生的二氧化碳和水蒸气通入气化炉中与高氢低品质煤反应，将生成的水煤气(CO、H

根据本发明的第一个实施方案，提供一种氢能介质联合微波烧结方法：

一种氢能介质联合微波烧结方法，该方法包括以下步骤：1)烧结物料制备：将铁矿石、固体燃料、熔剂混合，制成待烧结物料；2)加热待烧结物料：将待烧结物料布料在烧结机上，待烧结物料进入烧结机的微波加热区；待烧结物料经微波加热区加热开始烧结，待烧结物料在烧结过程中产生含有二氧化碳和水蒸气的尾气；3)制取氢能介质：将上述步骤2)产生的含有二氧化碳和水蒸气的尾气作为气化剂通入气化炉中，二氧化碳和水蒸气与气化炉内的待气化煤反应产生CO、H

作为优选，步骤3)中，含有二氧化碳和水蒸气的尾气与待气化煤反应产生CO、H

C+H

C+CO

其中，两个反应为吸热反应，反应温度T为1100-1600℃，优选为1150-1500℃；反应压力P为2.5-10MPa，优选反应压力P为3.0-80MPa。

作为优选，步骤3)中，将上述步骤2)的含有二氧化碳和水蒸气的尾气作为气化剂通入气化炉中具体为：从烧结机的烟道内抽出烧结烟气，通过烟气除尘装置除去烟气中的粉尘，得到含有二氧化碳和水蒸气的尾气；再将含有二氧化碳和水蒸气的尾气通入气化炉中。

作为优选，含有二氧化碳和水蒸气的尾气由增压泵泵入气化炉中。

作为优选，步骤1)中还包括步骤：对待烧结物料进行干燥预热。

作为优选，步骤4)中利用氢能介质对待烧结物料进行干燥预热。

作为优选，步骤4)中还包括步骤：向微波烧结区中通入助燃气体。

作为优选，助燃气体为空气、纯氧气体或富氧气体。

作为优选，步骤4)中还包括步骤：检测微波烧结区中烧结物料的燃烧温度Q

作为优选，步骤2)中还包括步骤：在微波烧结区的上游和/或下游设置微波抑制器。

作为优选，步骤3)中，待气化煤为高氢低品质煤(如褐煤、高硫煤、高灰煤、次烟煤、贫煤等)。

作为优选，步骤1)中，固体燃料为高氢煤，优选为高氢高品质煤(如烟煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等高品质高挥发分煤)。

根据本发明的第二个实施方案，提供一种烧结加热系统：

一种应用第一个实施方案的烧结加热系统，该系统包括：烧结罩、微波加热区、微波加热装置、烧结机、烟道、气化炉；所述烧结罩设置在烧结机的上方，微波加热区在烧结罩内部；微波加热装置设置在烧结罩的上端和/或侧壁上并与微波加热区连通；烧结机的烟道通过抽风管道接入气化炉；所述气化炉的排气口通过氢能输送管道连通至烧结罩内。

作为优选，所述气化炉的排气口通过氢能输送管道连通至烧结罩内具体为，该系统还包括：进气口，所述进气口设置在烧结罩的上端和/或侧壁上并与微波加热区内部连通，进气口与氢能输送管道连通。

作为优选，该系统还包括：增压泵、除尘装置，所述增压泵设置在抽风管道上；除尘装置设置在增压泵上游的抽风管道上。

作为优选，该系统还包括：燃料调节阀、温度传感器，所述燃料调节阀设置在氢能输送管道上；温度传感器设置在烧结罩内侧。

作为优选，燃料调节阀的旁路出口与综合燃料管道连通。

作为优选，综合燃料管道接入助燃气体预热系统、烧结矿料干燥预热系统或活性炭解析塔加热系统。

作为优选，该系统还包括：导气孔，所述导气孔设置在烧结罩上端和/或侧壁上。

作为优选，该系统还包括：微波抑制器，所述微波抑制器设置在烧结罩的进料端和出料端出。

在本申请的第一个实施方案中，为了使铁矿石燃烧充分，采用将铁矿石和固体燃料制成待烧结物料的形式，提高铁矿石的燃烧面积，缩减铁矿石和燃烧火焰的距离，从而提高了烧结效果。同时利用微波加热装置对烧结物料进行加热，提高待烧结物料的燃烧效率和烧结矿的产质量指标。固体燃料燃烧后，产生大量二氧化碳和水蒸气高温气体。将该部分二氧化碳和水蒸气高温气体导入到气化炉中，与待气化煤反应生成可燃气体，可燃气体包括：CO、H

需要说明的是，现有技术中，为了提高气化炉的温度和压力，向气化炉中通入空气或氧气，使得气化炉内的高氢煤(褐煤、高硫煤、高灰煤、次烟煤、贫煤等高品质高挥发分煤)和原先产生的氢能介质发生氧化还原反应，生成二氧化碳和水蒸气。在本申请中，二氧化碳和水蒸气由待烧结物料燃烧产生，气化炉无需再通入空气或氧气进行燃烧，减少了气化炉的工作工序，提高了气化炉的效率，从而提高了整个生产效率。

需要说明的是，微波作为一种加热手段，具有选择加热、快速加热、体积加热、即时加热、活化冶金化学反应、清洁干净等特点；可以快速提升物料的温度，加快化学反应的进行；微波通过透波体材料直接作用在物料体中，降低了传导热损失，微波加热本身不产生气体，减少了废气排放量，从而实现节能减排的目的。

在本申请的第一个实施方案中，气化炉中发生的反应为吸热反应。反应方程式如下：

C+H

C+CO

通过控制气化炉内的工作条件，引导反应的进行。由于烧结烟道导入的高温二氧化碳和水蒸气，使得待高氢煤(烟煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等高品质高挥发分煤)只发生上述两个反应。提高气化炉中反应产物的纯度。

在本申请的第一个实施方案中，待烧结物料燃烧后产生的烟气在负压的作用下，向下进入烧结机料面下的烟道中。通过设置抽风管道将烟道内的烟气抽出。抽出的烟气通过除尘装置除去粉尘后即可得到二氧化碳和水蒸气的高温气体。可以提高向气化炉中提供的高温气体的纯度。如若直接将烟气通入气化炉中，由于烟气中存在大量粉尘，将使得气化炉中发生其他反应，从而影响气化炉的产物纯度。

需要说明的是，通过增压泵能够加速除尘装置的除尘，且还能够提高高温尾气通入气化炉的压力。

在本申请的第一个实施方案中，气化炉中产生的氢能介质既能够用于对微波烧结区的待烧结物料加热，但如若待烧结物料的燃烧温度达标，多余的氢能介质将还可用于对步骤1)中的待烧结物料进行干燥预热。即，气化炉中额外产生的氢能介质还能用于企业生产的其他加热环节。

在本申请的第一个实施方案中，向微波烧结区内通入助燃气体，使得待烧结物料充分燃烧。具体来说通过两种方式向微波烧结区通入助燃气体，第一种在进气口处通入助燃气体，使得助燃气体先于氢能介质混合后再燃烧。第二种是在烧结罩上设置有导气孔，外部空气从导气孔进入微波烧结区参与燃烧。

在本申请的第一个实施方案中，通过检测微波烧结区中待烧结物料的燃烧温度，判断氢能介质和助燃气体的供给量，从而能够将待烧结物料控制在指定的燃烧温度范围，确保烧结质量。

在本申请的第一个实施方案中，通过在微波烧结区上游和下游设置微波抑制器，防止微波向外界扩散。

在本申请的第一个实施方案中，待气化煤为高氢低品质煤，而固体燃料为高氢煤(烟煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等高品质高挥发分煤)。在实际生产过程中，钢铁生产企业向煤生产企业采购煤炭时，会采购到不同品质的煤炭，适合燃烧的高品质煤炭可以用于做固体燃料，而燃烧值低但含有大量生物质的煤炭可以用于气化，产生高纯度的氢能介质，辅助燃烧。从而可以针对不同种类的煤炭制定对应的生产策略，已实现对煤炭资源的合理使用。

在本申请的第二个实施方案中，烧结机的烟道通过抽风管道接入气化炉，而气化炉的排气口通过氢能输送管道连通至烧结罩内。利用烧结产生的二氧化碳和水蒸气高温气体参与气化炉中的气化反应产生氢能介质，再将氢能介质导入烧结罩内的微波烧结区中燃烧加热待烧结物料。同时利用微波加热装置对烧结物料进行加热，提高待烧结物料的燃烧效率。提高待烧结物料的燃烧温度，提高烧结效果，节省能源消耗。

在本申请的第二个实施方案中，氢能介质通过进气口喷入微波烧结区，能够加大火焰的长度，从而使得氢能介质燃烧产生的火焰接触到待烧结物料，从而提高烧结效果。进气口上还设置有助燃气体口，用于接入助燃气体，使得氢能介质和助燃气体在进气口内先进行充分混合再喷出燃烧。

在本申请的第二个实施方案中，通过除尘装置除去抽风管道内烟气中的粉尘。提高高温气体的纯度。同时通过增压泵对高温尾气进行助力。

在本申请的第二个实施方案中，通过燃料调节阀和温度传感器配合，实时控制待烧结物料的燃烧温度，根据监测到的温度数据，调节燃料调节阀，进而调节氢能介质的喷入量。另外燃料调节阀还能够通过旁路出口，将氢能介质导入综合燃料管道进行其他应用。

在本申请的第二个实施方案中，通过导气孔向烧结罩内补入空气；通过微波抑制器，抑制微波的泄露。

需要进一步说明的是，本发明的目的是在于提供一种能有效节能减排的烧结方法，方法采用微波进行烧结，并充分利用尾气，依据煤炭气化反应，将烧结尾气导入气化炉发生反应，得到清洁碳氢类化合物等氢能介质再进入微波烧结区，实现氢能介质联合微波烧结，较传统烧结工艺，推广应用前景广阔，有益于钢铁工业绿色发展。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本申请提供的技术方案，能够合理降低固体燃料耗量及得到均热均质烧结；

2、本申请提供的技术方案，能够大幅提高烧结矿产量、质量指标；

3、本申请提供的技术方案，能够极大降低COx、SOx、NOx排放量。

附图说明

图1为本发明实施例的氢能介质联合微波烧结方法的流程图；

图2为本发明实施例的烧结加热系统的结构示意图。

附图标记：

1：烧结罩；101：微波烧结区；102：导气孔；2：微波加热装置；3：烧结机；301：烟道；4：气化炉；5：进气口；6：增压泵；7：除尘装置；8：燃料调节阀；801：旁路出口；9：温度传感器；10：微波抑制器；

Lc：抽风管道；Lq：氢能输送管道；Lz：燃料管道。

具体实施方式

根据本发明的第一个实施方案，提供一种氢能介质联合微波烧结方法：

一种氢能介质联合微波烧结方法，该方法包括以下步骤：1)烧结物料制备：将铁矿石、固体燃料、熔剂混合，制成待烧结物料；2)加热待烧结物料：将待烧结物料布料在烧结机上，待烧结物料进入烧结机的微波加热区；待烧结物料经微波加热区加热开始烧结，待烧结物料在烧结过程中产生含有二氧化碳和水蒸气的尾气；3)制取氢能介质：将上述步骤2)产生的含有二氧化碳和水蒸气的尾气作为气化剂通入气化炉4中，二氧化碳和水蒸气与气化炉4内的待气化煤反应产生CO、H

作为优选，步骤3)中，含有二氧化碳和水蒸气的尾气与待气化煤反应产生CO、H

C+H

C+CO

其中，两个反应为吸热反应，反应温度T为1100-1600℃，反应压力P为2.5-10MPa。

作为优选，步骤3)中，将上述步骤2)的含有二氧化碳和水蒸气的尾气作为气化剂通入气化炉4中具体为：从烧结机3的烟道301内抽出烧结烟气，通过烟气除尘装置除去烟气中的粉尘，得到含有二氧化碳和水蒸气的尾气；再将含有二氧化碳和水蒸气的尾气通入气化炉4中。

作为优选，含有二氧化碳和水蒸气的尾气由增压泵6泵入气化炉4中。

作为优选，步骤1)中还包括步骤：对待烧结物料进行干燥预热。

作为优选，步骤4)中利用氢能介质对待烧结物料进行干燥预热。

作为优选，步骤4)中还包括步骤：向微波烧结区中通入助燃气体。

作为优选，助燃气体为空气、纯氧气体或富氧气体。

作为优选，步骤4)中还包括步骤：检测微波烧结区中烧结物料的燃烧温度Q

作为优选，步骤2)中还包括步骤：在微波烧结区的上游和/或下游设置微波抑制器10。

作为优选，步骤3)中，待气化煤为高氢低品质煤(如褐煤、高硫煤、高灰煤、次烟煤、贫煤等)。

作为优选，步骤1)中，固体燃料为高氢煤(烟煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等高品质高挥发分煤)。

根据本发明的第二个实施方案，提供一种烧结加热系统：

一种应用第一个实施方案的烧结加热系统，该系统包括：烧结罩1、微波加热区101、微波加热装置2、烧结机3、烟道301、气化炉4；所述烧结罩1设置在烧结机3的上方，微波加热区101在烧结罩1内部；微波加热装置2设置在烧结罩1的上端和/或侧壁上并与微波加热区101连通；烧结机3的烟道301通过抽风管道Lc接入气化炉4；所述气化炉4的排气口通过氢能输送管道Lq连通至烧结罩1内。

作为优选，所述气化炉4的排气口通过氢能输送管道Lq连通至烧结罩1内具体为，该系统还包括：进气口5，所述进气口5设置在烧结罩1的上端和/或侧壁上并与微波加热区101内部连通，进气口5与氢能输送管道Lq连通。

作为优选，该系统还包括：增压泵6、除尘装置7，所述增压泵6设置在抽风管道Lc上；除尘装置7设置在增压泵6上游的抽风管道Lc上。

作为优选，该系统还包括：燃料调节阀8、温度传感器9，所述燃料调节阀8设置在氢能输送管道Lq上；温度传感器9设置在烧结罩1内侧。

作为优选，燃料调节阀8的旁路出口801与综合燃料管道Lz连通。

作为优选，综合燃料管道Lz接入助燃气体预热系统、烧结矿料干燥预热系统或活性炭解析塔加热系统。

作为优选，该系统还包括：导气孔102，所述导气孔102设置在烧结罩1上端和/或侧壁上。

作为优选，该系统还包括：微波抑制器10，所述微波抑制器10设置在烧结罩1的进料端和出料端出。

实施例1

一种氢能介质联合微波烧结方法，该方法包括以下步骤：1)烧结物料制备：将铁矿石、固体燃料、熔剂混合，制成待烧结物料；2)加热待烧结物料：将待烧结物料布料在烧结机上，待烧结物料进入烧结机的微波加热区；待烧结物料经微波加热区加热开始烧结，待烧结物料在烧结过程中产生含有二氧化碳和水蒸气的尾气；3)制取氢能介质：将上述步骤2)产生的含有二氧化碳和水蒸气的尾气作为气化剂通入气化炉4中，二氧化碳和水蒸气与气化炉4内的待气化煤反应产生CO、H

实施例2

重复实施例1，只是步骤3)中，含有二氧化碳和水蒸气的尾气与待气化煤反应产生CO、H

C+H

C+CO

其中，两个反应为吸热反应，反应温度T为1100-1600℃，反应压力P为2.5-10MPa。

实施例3

重复实施例2，只是步骤3)中，将上述步骤2)的含有二氧化碳和水蒸气的尾气作为气化剂通入气化炉4中具体为：从烧结机3的烟道301内抽出部分烧结烟气，通过烟气除尘装置除去烟气中的粉尘，得到含有二氧化碳和水蒸气的尾气；再将含有二氧化碳和水蒸气的尾气通入气化炉4中。

实施例4

重复实施例3，只是含有二氧化碳和水蒸气的尾气由增压泵6泵入气化炉4中。

实施例5

重复实施例4，只是步骤1)中还包括步骤：对待烧结物料进行干燥预热。

实施例6

重复实施例5，只是步骤4)中利用氢能介质对待烧结物料进行干燥预热。步骤4)中还包括步骤：向微波烧结区101中通入助燃气体。

实施例7

重复实施例6，只是助燃气体为空气、纯氧气体或富氧气体。

实施例8

重复实施例7，只是步骤4)中还包括步骤：检测微波烧结区101中烧结物料的燃烧温度Q

实施例9

重复实施例8，只是步骤2)中还包括步骤：在微波烧结区101的上游和/或下游设置微波抑制器10。

实施例10

重复实施例9，只是步骤3)中，待气化煤为高氢低品质煤。步骤1)中，固体燃料为烟煤。

实施例11

一种应用第一个实施方案的烧结加热系统，该系统包括：烧结罩1、微波烧结区101、微波加热装置2、烧结机3、烟道301、气化炉4；所述烧结罩1设置在烧结机3的上方，微波烧结区101在烧结罩1内部；微波加热装置2设置在烧结罩1的上端和/或侧壁上并与微波加热区101连通；烧结机3的烟道301通过抽风管道Lc接入气化炉4；所述气化炉4的排气口通过氢能输送管道Lq连通至烧结罩1内。

实施例12

重复实施例11，只是所述气化炉4的排气口通过氢能输送管道Lq连通至烧结罩1内具体为，该系统还包括：进气口5，所述进气口5设置在烧结罩1的上端和/或侧壁上并与微波加热区101内部连通，进气口5的燃料口与氢能输送管道Lq连通。

实施例13

重复实施例12，只是该系统还包括：助燃气体源6，所述助燃气体源6与进气口5的助燃气体口连通。

实施例14

重复实施例13，只是该系统还包括：增压泵6、除尘装置7，所述增压泵6设置在抽风管道Lc上；除尘装置7设置在增压泵6上游的抽风管道Lc上。

实施例15

重复实施例14，只是该系统还包括：燃料调节阀8、温度传感器9，所述燃料调节阀8设置在氢能输送管道Lq上；温度传感器9设置在烧结罩1内侧。

实施例16

重复实施例15，只是燃料调节阀8的旁路出口801与综合燃料管道Lz连通。

实施例17

重复实施例16，只是综合燃料管道Lz接入助燃气体预热系统、烧结矿料干燥预热系统或活性炭解析塔加热系统。

实施例18

重复实施例17，只是该系统还包括：导气孔102，所述导气孔102设置在烧结罩1上端和/或侧壁上。

实施例19

重复实施例18，只是该系统还包括：微波抑制器10，所述微波抑制器10设置在烧结罩1的进料端和出料端出。

实施例20

按常规烧结方法：1)烧结物料制备，将铁矿石、固体燃料(采用无烟煤)、熔剂(采用生石灰)混合，制成待烧结物料；2)加热待烧结物料，将待烧结物料布料在烧结机上，待烧结物料进入烧结区点火，进行烧结。3)待烧结物料烧结完成得到烧结矿。得到烧结矿经测试与实施例1得到的烧结矿作比较。与常规烧结法相比，其中实施例1所得到烧结矿其成品率、转鼓强度、平均粒度分别提高3％、4％和2％，废气外排量下降超过95％。综合考虑成本，实施例1的一种氢能介质联合微波烧结方法较常规烧结方法能有效降低成本，约在20元/吨烧结矿(含污染物治理成本、烧结加工成本及余热余能利用成本等静态成本)。