本發(fā)明涉及冶金工業(yè)冶煉領(lǐng)域，特別涉及用城市固廢熱解氣局部替代轉(zhuǎn)底爐煤氣實現(xiàn)碳減排的方法。

背景技術(shù)：

1、冶金塵泥是鋼鐵行業(yè)中較為典型的固體廢棄物，這些冶金塵泥中含有一定量的鐵、碳、鋅、鉛、鉻等元素，其中鉛、鉻等重金屬元素會對土壤、水源造成破壞；另外冶金塵泥的粒級大多為微米級的，這些冶金塵泥對空氣造成嚴重的污染。對冶金塵泥的回收既是對資源的利用，也是對環(huán)境的保護。目前對含鋅塵泥的回收工藝主要有：浸出工藝、回轉(zhuǎn)窯工藝、轉(zhuǎn)底爐工藝等。轉(zhuǎn)底爐工藝具有工藝流程簡單、運行可靠操作靈活、對燃料和還原劑要求靈活等優(yōu)點，因此轉(zhuǎn)底爐成為處理含鋅塵泥的最有前景的工藝之一。

2、傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)底爐處理冶金塵泥的基本流程為制球、干燥、還原，制球是根據(jù)冶金塵泥的成分來配制相應(yīng)的碳基還原劑和粘接劑等并充分混合，用壓球機壓制成型，之后對球團進行干燥處理，干燥后的球團平鋪在轉(zhuǎn)底爐爐底。燃料通過燒嘴噴吹進入轉(zhuǎn)底爐在爐內(nèi)燃燒，并通過輻射傳熱對球團加熱，通過在不同的轉(zhuǎn)底爐不同的段設(shè)置不同數(shù)量的噴嘴和不同的燃料流量來實現(xiàn)不同段的不同的溫度分布。并采用爐底的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)進料、出料。球團中的金屬氧化物與碳基還原劑反應(yīng)，其中的鐵氧化物生成直接還原鐵在出料口得到產(chǎn)物；氧化鋅在爐內(nèi)被還原，由于鋅的沸點較爐內(nèi)溫度低，鋅以鋅蒸汽形式存在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)，然后隨煙氣排出達到鋅元素的脫除。近些年，有許多學(xué)者提出多種不同的轉(zhuǎn)底爐處理冶金塵泥的工藝。例如，中國專利cn117327857a提出一種采用生物質(zhì)焦炭作為球團的碳基還原劑的工藝，并介紹了一種球團直接還原前的預(yù)處理方法；中國專利cn102586529a提出了一種采用生物質(zhì)焦炭、生物質(zhì)熱解氣或煤氣用與轉(zhuǎn)底爐煉鐵的方法。這些專利的著重點在碳基還原劑，很少有對燃料的結(jié)構(gòu)的改變，然而，整個轉(zhuǎn)底爐工藝的熱量主要是來源是燃料的燃燒。

3、金屬球團在轉(zhuǎn)底爐中的進行熱還原，而整個過程的熱量來源主要是依靠燃料燃燒，并通過輻射傳熱對球團加熱，這就導(dǎo)致轉(zhuǎn)底爐在回收處理冶金塵泥時能耗高、熱利用率低。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市固體廢棄物(生物質(zhì)廢棄物及有機固廢等)的數(shù)量逐年增加，其合理利用是近年來研究的熱點。目前，城市固廢用于焚燒發(fā)電是主流的利用方式，但是其存在環(huán)境污染大、碳排放高等問題。將城市固廢進行熱解，得到的熱解碳和熱解氣同時可以用于轉(zhuǎn)底爐的固體配碳以及氣體燃料，因此，耦合城市固廢熱解處理工藝與轉(zhuǎn)底爐工藝能夠?qū)崿F(xiàn)兩者的優(yōu)勢互補，從而改變轉(zhuǎn)底爐的燃料結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)碳排放的降低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何通過改變轉(zhuǎn)底爐的燃料，實現(xiàn)減碳的目的。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：用城市固廢熱解氣局部替代轉(zhuǎn)底爐煤氣實現(xiàn)碳減排的方法，獲取生物質(zhì)及有機固廢熱解氣，并分析其成分；獲取現(xiàn)有轉(zhuǎn)底爐處理冶金塵泥工藝中的燃料，記為現(xiàn)有燃料，分析現(xiàn)有燃料的成分，計算現(xiàn)有燃料的熱值或耗氧量；按照現(xiàn)有燃料的熱值或耗氧量配置生物質(zhì)及有機固廢熱解氣，使生物質(zhì)及有機固廢熱解氣的熱值與現(xiàn)有燃料的熱值相同，或者使生物質(zhì)及有機固廢熱解氣的耗氧量與現(xiàn)有燃料的耗氧量相同；整個轉(zhuǎn)底爐分成預(yù)熱段、還原段i段、還原ii段、還原iii段、還原iv段和還原v段，整個轉(zhuǎn)底爐的跨度為312.5°，其中預(yù)熱段50～60°、原段i段40～45°、還原ii段50～55°、還原iii段50～55°、還原iv段50～55°、還原v段35～45°。使用生物質(zhì)及有機固廢熱解氣替代還原ii段和iii段的現(xiàn)有燃料，或還原ii段、iii段和iv段的現(xiàn)有燃料。

3、進一步的，所述生物質(zhì)及有機固廢熱解氣的成分為h2含量在10％～20％，ch4含量在30％～50％，c2h4含量在10％～25％，c2h6含量在6％～12％，c3～c6烴含量在4％～15％。

4、其中，生物質(zhì)及有機固廢熱解氣的成分可以為：

5、h2：15％、ch4：45％、c2h4：20％、c2h6：10％、c3h8：10％。

6、或h2：20％、ch4：50％、c2h4：20％、c2h6：6％、c3h8：4％。

7、或h2：20％、ch4：43％、c2h4：10％、c2h6：12％、c3h8：15％。

8、或h2：10％、ch4：50％、c2h4：15％、c2h6：10％、c3h8：15％。

9、或h2：10％、ch4：40％、c2h4：25％、c2h6：10％、c3h8：15％。

10、或h2：20％、ch4：30％、c2h4：25％、c2h6：10％、c3h8：15％。

11、或h2：10％、ch4：50％、c2h4：15％、c2h6：10％、c3h8：15％。

12、生物質(zhì)廢棄物和有機固廢進行熱解，熱解氣成分為的氫氣、甲烷、乙烷、乙烯以及其他烴類可燃氣體，具有較高的熱值。生物質(zhì)燃料的制造過程是植物的光合作用通過吸收二氧化碳而產(chǎn)生的，因此生物質(zhì)燃料燃燒過程的碳排放可以與其制造過程吸收的二氧化碳抵消，實現(xiàn)“凈零排放”。

13、本發(fā)明提出使用生物質(zhì)及有機固廢熱解氣局部替換傳統(tǒng)的化石燃料作為轉(zhuǎn)底爐加熱燃料；生物質(zhì)廢棄物的熱解氣理論碳排放為零，又由于有機固廢熱解氣的氫氣占比高，其作為燃料較傳統(tǒng)化石燃料碳排放低，提高清潔能源的比例，降低轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)過程的碳排放。本發(fā)明模擬了生物質(zhì)及有機固廢熱解氣局部替代的燃燒行為和混合煤氣(目前應(yīng)用的傳統(tǒng)化石燃料)的燃燒行為，對比二者的溫度場、流場來確定城市固廢熱解氣局部替代混合煤氣用于轉(zhuǎn)底爐加熱的可行性。1、通過計算混合煤氣的熱值，然后將生物質(zhì)配制成等熱值的混合生物質(zhì)燃料；2、通過計算混合煤氣的耗氧量，然后將生物質(zhì)配制成等耗氧量的混合生物質(zhì)燃料。通過用上述兩類燃料局部代替混合煤氣進行模擬。

14、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有如下優(yōu)點：

15、1、采用生物質(zhì)及有機固廢熱解氣局部替換現(xiàn)有的混合煤氣對轉(zhuǎn)底爐進行加熱，一方面利用生物質(zhì)燃料的清潔性實現(xiàn)降低轉(zhuǎn)底爐供熱過程的碳排放，另一方面為生物質(zhì)廢棄物以及有機固廢的資源化利用提供高效的利用路徑。

16、2、碳減排方面，采用傳統(tǒng)的化石燃料用于生產(chǎn)直接還原鐵的噸鐵碳排放為1000kg左右，采用不同替代方案噸鐵碳減排放可達14％～37.6％。

技術(shù)特征：

1.用城市固廢熱解氣局部替代轉(zhuǎn)底爐煤氣實現(xiàn)碳減排的方法，其特征在于：獲取生物質(zhì)及有機固廢熱解氣，并分析其成分；獲取現(xiàn)有轉(zhuǎn)底爐處理冶金塵泥工藝中的燃料，記為現(xiàn)有燃料，分析現(xiàn)有燃料的成分，計算現(xiàn)有燃料的熱值或耗氧量；

2.如權(quán)利要求1所述的用城市固廢熱解氣局部替代轉(zhuǎn)底爐煤氣實現(xiàn)碳減排的方法，其特征在于：所述生物質(zhì)及有機固廢熱解氣的成分為h2含量在10％～20％，ch4含量在30％～50％，c2h4含量在10％～25％，c2h6含量在6％～12％，c3～c6烴含量在4％～15％。

3.如權(quán)利要求1或2所述的用城市固廢熱解氣局部替代轉(zhuǎn)底爐煤氣實現(xiàn)碳減排的方法，其特征在于：所述生物質(zhì)及有機固廢熱解氣的選取為h2：15％、ch4：45％、c2h4：20％、c2h6：10％、c3h8：10％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了用城市固廢熱解氣局部替代轉(zhuǎn)底爐煤氣實現(xiàn)碳減排的方法，獲取生物質(zhì)及有機固廢熱解氣，并分析其成分；獲取現(xiàn)有轉(zhuǎn)底爐處理冶金塵泥工藝中的燃料，記為現(xiàn)有燃料，分析現(xiàn)有燃料的成分，計算現(xiàn)有燃料的熱值或耗氧量；按照現(xiàn)有燃料的熱值或耗氧量配置生物質(zhì)及有機固廢熱解氣，使生物質(zhì)及有機固廢熱解氣的熱值或耗氧量與現(xiàn)有燃料的熱值或耗氧量相等；整個轉(zhuǎn)底爐分成預(yù)熱段、還原段I段、II段、III段、IV段和V段，使用生物質(zhì)及有機固廢熱解氣替代還原II段和III段，或還原II段、III段和IV段的現(xiàn)有燃料。該利用生物質(zhì)燃料的清潔性實現(xiàn)降低轉(zhuǎn)底爐供熱過程的碳排放，同時為生物質(zhì)廢棄物以及有機固廢的資源化利用提供高效的利用路徑。

技術(shù)研發(fā)人員：游洋,田仁豪,劉曉華,呂學(xué)偉,彭程,游志雄,張元玲,羅棟才,蔣勝龍,吳正怡,劉長正,薛鈺霄,黨杰
受保護的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21