【摘 要】
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我国钢铁行业的CO2排放量约占全国CO2排放总量的15%,少数钢铁企业开展了工业尾气CO2捕集利用的工程建设,但原料气气源石灰窑和热电厂尾气中的CO2含量普遍小于30%,且石灰窑和热电厂区域距离转炉冶炼区域较远,造成CO2捕集项目的投资运行成本、能耗和占地面积大幅度增加。基于此,本文提出了“转炉炼钢CO-CO2质能转换自循环利用”的新工艺思路,采用转炉煤气富氧燃烧富集烟气中的CO2,降低CO2捕集
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目“CO2应用于炼钢的基础理论研究”（No.51334001）；
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我国钢铁行业的CO2排放量约占全国CO2排放总量的15%,少数钢铁企业开展了工业尾气CO2捕集利用的工程建设,但原料气气源石灰窑和热电厂尾气中的CO2含量普遍小于30%,且石灰窑和热电厂区域距离转炉冶炼区域较远,造成CO2捕集项目的投资运行成本、能耗和占地面积大幅度增加。基于此,本文提出了“转炉炼钢CO-CO2质能转换自循环利用”的新工艺思路,采用转炉煤气富氧燃烧富集烟气中的CO2,降低CO2捕集的投资和运行成本,有助于推动钢铁企业大规模捕集CO2资源化利用技术的发展。分析了助燃气成分、当量比、循环烟气和预热温度对于转炉煤气富氧燃烧特性及烟气性质的影响,确定了当量比为0.9的SCH-3为最适合CO2捕集工序的燃烧方案;经过4次循环的烟气中CO2含量稳定在74.32%,预热温度降低了烟气中NOx的生成量,但对烟气中C02含量没有影响。研究了不同CO2捕集流程的碳排放及（火用）效率,发现C-PRO-1、C-PRO-2、C-PRO-3 和 C-PRO-4 流程的碳排因子分别 为 3.7811 tCO2/km3、3.2057 tCO2/km3、1.8553tCO2/km3 和 0.8701tCO2/km3,产品（火用）效率分别为 9.76%、6.71%、4.34%和 4.51%,而回收（火用）效率分别为 9.76%、6.71%、18.27%和 19.01%。建立了转炉顶底复吹CO2冶炼的物料平衡和能量平衡模型,开展了 CO2冶炼工业试验,确定CO2喷吹最大比例为14.71%,且煤气和蒸汽循环作为捕集工序的输入项不会影响能源平衡;U-BOU-1边界和U-BOU-2边界的CO2排放量分别为165.5 kg/t钢和138.2 kg/t钢,（火用）损失分别为7.17%和5.98%,（火用）效率分别为92.83%和94.02%,主产品（火用）效率分别为84.75%和85.01%。评估了新工艺思路（PRO-4流程）的碳排放、（火用）效率和经济性指标,发现PRO-4流程的CO2排放量为0.1404t/t钢,相比常规冶炼、PRO-1、PRO-2和PRO-3流程的CO2排放量分别减少了 25.13 kgCO2/t钢、16.91 kgC02/t钢、13.57 kgCO2/t 钢和 5.72 kgCO2/t 钢;C-PRO-4 流程的运行成本为 247.64 元/km3CO2,相比 C-PRO-1、C-PRO-2 和 C-PRO-3 流程分别降低了 39.5%、55.5%和 26.3%。本文的研究成果将为“转炉炼钢CO-CO2质能转换自循环利用”新工艺提供参考依据,有助于钢铁企业CO2捕集利用技术的进一步发展。
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