冶金动力2015年第11期套筒窑尾气二氧化碳回收利用探讨
陈素君，王涛，李鹏，王铁民
（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山063200）
【摘要】详细探讨了采用变压吸附分离法提取石灰窑尾气中的CO2，并将其用于混合喷吹炼钢工艺技术，可降低氧气射流火点区的温度，改善脱磷炉冶炼效果，提高脱磷率，提高煤气热值；进行炼钢过程的烟尘控制，减少环境污染，降低铁损；同时利用CO2代替部分氩气或氮气进行转炉底吹等，可降低氩气或氮气消耗和生
产成本，直接促进节能减排，为实现碳交易提供平台。
【关键词】套筒窑；CO
2
；回收利用
ccic【中图分类号】X74【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(2015)11-0020-03
A Discussion on Recovery and Utilization of Carbon Dioxide from
fall
the Off-gas of Sleeve Kiln
CHEN Sujun，WANG Tao，LI Peng，WANG Tiemin
(Shougang Jingtang Iron&Steel United Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei063200,China)【Abstract】This paper discuss in detail the application of the pressure swing adsorp-tion paration process in CO2extraction from the sleeve kiln exhaust gas and utilization of the recovered CO2in the mixed blow steelmaking process,which can reduce the temperature
of oxygen jet fire area,improve the smelting effect of the dephosphorizing furnace and de-phosphorization rate and increa gas caloric value.It can also reduce environmental pollution and iron loss through dust control in steelmaking process.At the same time,using CO2to partly replace argon or nitrogen in converter bottom blowing can reduce argon or nitrogen consumption and production cost and directly promote energy-saving and emission reduction, providing a platform for carbon trading in the future.
【Keywords】sleeve kiln;CO2;recycling
1引言
目前CO2日益增长的排放使全球气候变暖已成为国际社会必须面对的焦点问题，我国于2009年11月26日公布了控制温室气体排放的行动目标，即到2020年全国单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%~45%。其中工业生产的减排对我国整个控制温室气体排放的行动目标完成具有重要意义，冶金行业是能源消耗大户，也是工业生产中CO2排放最大的来源，仅冶金行业的CO2排放量比例就占工业总排放量的30.4%，冶金行业的节能减排工作是整个工业生产过程CO2减排的关键之一，深入研究CO2的回收利用技术已成为钢铁行业节能减排的迫切需求。
kanen2二氧化碳回收制备工艺方案
首钢京唐公司有5座套筒窑，其中1#、3#两座窑生产普通石灰，4#、5#两座窑生产高钙白灰，2#窑生产轻烧白云石。从原料角度来看，高钙石灰石产生的二氧化碳浓度较高，经测试分析4#套筒窑尾气的CO2浓度为20%~25%左右，初步确定作为气源回收二氧化碳。考虑到变压吸附法为干法物理净化工艺，生产过程中无废水、废气产生，清洁环保，本制备工艺选用变压吸附法制取年产5万t的食品级CO2。
来自4#套筒窑除尘器后的原料气（流量14000 m3/h，压力800Pa）首先通过冷却器降温至约40℃，然后经增压风机1加压到0.12MPa，经过混合缓冲罐、气水分离器，脱除游离水后，进入PSA-Ⅰ变压吸附，将套筒窑尾气中的二氧化碳吸附下来，未被吸附的其余气体从塔顶排出去放空；经PSA-Ⅰ解吸出来中间气，经过增压机2加压到0.17MPa，进入气水分离器，脱除游离水后，进入PSA-Ⅱ变压吸附，
冶金动力
2015年第11期总第期
然后进入二氧化碳压缩机3，经过3级加压到3.0MPa （产品气）进入提纯工艺。出球罐的3.0MPa 的气体一路（DN300）直接送出站区，供脱磷转炉顶吹炼使用；另一路经过减压阀组由3.0MPa 减至2.0MPa （DN125）送出站区，供脱磷转炉底吹炼使用。多余部分的液体CO 2可以通过液体泵1灌车外销；同时也可外购液体灌入液体储槽内。液体储槽留有双向接口。其工艺流程简图如图1所示。
3二氧化碳在京唐公司脱磷转炉上的应用工艺方案
CO 2作为一种弱氧化性气体，在炼钢温度下利用可参与炼钢脱磷反应，完成脱磷任务。与纯氧相比，采用CO 2作为炼钢过程的氧化剂时，CO 2参与熔池反应为吸热或微放热反应，反应的热效应降低，因此，可在京唐300t 脱磷转炉中混合喷吹一定比例的CO 2来实现对炼钢脱磷过程温度的调控，为脱磷反应的进行创造良好的热力学条件；同时利用CO 2参与熔池反应可产生更多的气体，有利于强化熔池搅拌能力，为脱磷反应创造良好的动力学条件。由于首钢京唐公司的300t 脱磷转炉采用“全三脱”模式和常规模式，因此，分别考虑两种吹炼模式下的气体混合和使用方案。3.1“全三脱”冶炼模式
目前，首钢京唐公司的300t 脱磷转炉当采用“全三脱”冶炼模式进行冶炼时，底吹采用全程吹N 2，底吹共有16支支路，氮气总流量为3600m 3/h。该方案考虑顶吹气体中最多混合50%CO 2，顶吹全程采用氧气和CO 2的混合气体，混合比例可根据炉
爱酷英语况进行调节，比例为0~50%，流量为0~15000m 3/h；底吹全程采用氮气和CO 2的混合气体，CO 2气
体比例可根据炉况进行调节，调节比例为0~100%，防止CO 2气体的吸热冷却效应导致底吹喷嘴冷却凝固。
（1）顶吹CO 2混合喷吹参数顶吹混合气体总流量：25000~40000m 3/h CO 2顶吹混合比例：0~50%顶吹阀前压力：1.3~1.6MPa 顶吹阀后压力：0.7~0.9MPa 顶吹CO 2气体流量：0~15000m 3/h （2）底吹CO 2混合喷吹参数底吹混合气体总流量：3600m 3/h CO 2底吹混合比例：0~100%底吹工作压力：0.7~1.1MPa 底吹CO 2混合量：0~3600m 3/h 底吹支路：16支
每支路底吹CO 2混合量：0~225m 3/h 3.2常规冶炼模式
目前，首钢京唐公司的300脱磷转炉当采用常规冶炼模式进行冶炼时，底吹采用N 2-Ar 切换的方式，节约Ar 消耗，切换点根据冶炼钢种不同略有调整（低氮钢可采用全程底吹Ar 的方式），气体总流量为540~2700m 3/h （即底吹强度按照0.03~0.15m 3/min ·t 进行考虑）。该方案考虑常规冶炼时顶吹气体中最多混合20%CO 2，顶吹全程采用氧气和CO 2的混合气体，混合比例可根据炉况进行调节，比例为0~20%，流量为0~12000m 3/h；底吹采用N 2-CO
2和Ar-CO 2的混合气体进行切换，即吹炼前期和中期采
图1二氧化碳回收制备工艺流程简图
冶金动力2015年第11期
（上接第19页）发现并改进生产工艺和设备上的不足与缺陷，最终实现转炉煤气回收指标的重大突破。
[参考文献]
[1]刘向龙，龚福华，姿小铁，郑文亨.锅炉脱硝的原理和技术[J].湖
南工程学院学报，2006（16）：80－83.
[2]李明.锅炉脱硝系统改造分析[J].节能，2013（5）：31-34.
收稿日期：2015－08－12作者简介：梁会云（1963－），女，1987年毕业于鞍山钢铁学院煤化工专业，首席工程师，现从事燃气专业技术管理工作。
用底吹N2-CO2的混合气体，约70%时刻时采用Ar-CO2的混合气进行切换。底吹CO2气体比例可根据炉况进行调节，调节比例为0~100%。
说英语
常规模式设计参数如下：
（1）顶吹CO2混合喷吹参数
顶吹混合气体总流量：60000m3/h
我是歌手第三季李荣浩CO2顶吹混合比例：0~20%
顶吹阀前压力：1.3~1.6MPa
顶吹阀后压力：0.8~0.95MPa
顶吹CO2气体流量：0~12000m3/h
（2）底吹CO2混合喷吹参数
底吹混合气体总流量：540~2700m3/h
CO2底吹混合比例：0~100%
底吹工作压力：0.7~1.0MPa
底吹CO2混合量：0~2700m3/h
底吹支路：16支
4实施效果分析
4.1经济效益
（1）炉渣中铁损减少产生的效益
鼠鸟目
由于炉渣中(TFe)含量降低1%以上，以吨钢产生60kg炉渣估算，每年炉渣中铁损将减少5585t，TFe价格按照2200元/t计算，则减少铁损产生的效益为1229万元/年。
（2）利用CO2代替氮气产生的效益
利用CO2代替氮气，年CO2代替氮气消耗总量为1694.15万m3，氮气价格为0.15元/m3，则节约氮气费用为254万元/年。
（3）利用CO2代替氧气产生的效益
利用CO2代替氧气，年CO2代替氧气消耗总量为1768.62万m3/年，氧气价格为0.24元/m3，节约氧气
费用为424万元/年。
epox（4）利用CO2代替氧气、氮气使得脱磷效果提高产生的效益
目前炼钢生产2座脱磷炉终点磷含量为0.030%左右，造成3座脱碳炉额外的脱磷任务，仅脱碳炉加入的升温剂，硅铁消耗为500t/月，碳化硅消耗为3000t/月，升温硅铁价格按5571元/t（不含税）、碳化硅价格按1860元/t（不含税）计算，每月费用共计836.55万元/月，年费用约1亿元。若使用CO2代替氧气、氮气，则两座脱磷炉中的磷含量降低5%，预计升温剂消耗能至少能降低5%，年节约费用大约500万元。
4.2环境减排效益
（1）吨钢烟尘量以15kg计算，产生烟尘量降低10%，每年减少烟尘量为6562.5t；
（2）减少4#白灰窑废气排放1.4万m3/h，按粉尘排放浓度20mg/m3计算，每年可减排粉尘2.35t；
（3）根据节能效果折算二氧化碳减排，年减排1531.25t CO2气体，或减排416.5t碳，可为碳排放交易提供平台。
2011年12月四级真题4.3社会效益
目前国家对工业污染排放和环境保护的治理要求日趋严格，采用新技术回收利用二氧化碳，实现节能减排，产生良好的社会效益，有利于提升京唐公司的对外形象，产生技术示范作用；二氧化碳如作为商品外销，开发新的经济增长点，增强了企业竞争力。
前两年我公司对石灰窑尾气CO2提纯技术及在炼钢中的应用进行了深入的可行性研究，但因CO2外销市场等综合原因，该项目未进一步推进。
[参考文献]
[1]宋师忠等.二氧化碳用途综述与生产现状[J].化工科技市场，
2003（12）.
[2]肖九高.烟道气中二氧化碳回收技术的研究[J].现代化工，
2004，24（5）：47-49.
[3]陈道远.变压吸附法脱除二氧化碳的研究[D].江苏：南京工业大
学，2003.
仁爱英语九年级上册
收稿日期：2015－07－13作者简介：陈素君（1981-），女，2008年毕业于重庆大学热能与动力工程专业，硕士研究生学历，工程师，现从事热能动力工程、工业余热利用技术管理工作。
