【技术前沿】白灰窑尾气CO₂回收用于CO₂-O₂混合喷吹炼钢工艺技术

一、技术名称

白灰窑尾气CO₂捕集用于CO₂-O₂混合喷吹炼钢工艺技术

二、技术类别

减碳技术

三、所属领域及使用范围

钢铁行业；适用于白灰窑、炼钢。

四、该技术应用现状及产业化情况

该技术采用变压吸附法+液化提纯法，目前仅在首钢京唐钢铁联合有限公司建设有一条示范生产线，已经建成投产。CO₂用于转炉冶炼提高了炼钢冶金效果，及转炉煤气质量。

五、技术内容

（一）技术原理

1、利用不同气体在变压情况下吸附剂吸附气体量不同及CO₂加压容易液化的原理对CO₂气体进行提纯；

2、利用CO₂和铁水中C反应可生成CO的原理增加冶金搅拌动能，降低炉渣铁含量，提高煤气质量；

3、利用CO₂和铁水中C反应生成CO时吸热原理降低火点区温度，减少粉尘的产生。

（二）关键技术

1、基于白灰窑提浓和回收CO₂技术；白灰窑提浓技术涉及白灰窑烟气循环燃烧、密封改造、空燃比的控制等技术；回收CO₂技术涉及到烟气精除尘、降温、脱水、脱硫、脱硝、PSA回收、TSA精脱水、加压、液化和汽化等技术。

2、CO₂-O₂混合喷吹炼钢工艺技术；CO₂-O₂混合喷吹炼钢工艺技术涉及到冶炼时的底吹流量、压力的控制；顶吹混合喷吹的阀组设计；冶炼时顶吹与O₂混合比例、压力控制；煤气回收控制等技术。

3、CO₂回收与炼钢CO₂-O₂混合喷吹系统集成技术。系统集成技术涉及CO₂回收时的白灰窑优化操作控制技术；CO₂回收时根据白灰窑尾气 CO₂浓度动态调整操作技术；CO₂成品气输送技术；CO₂回收与炼钢 CO₂-O₂混合顶底喷吹技术等。

（三）工艺流程

从白灰窑烟囱取尾气经过高精度除尘装置除尘、鼓风机升压到25kPa.G，然后进入窑气冷却器，降温后去TSA深度净化塔(2个)脱除其中的水、NOX和SO₂，净化后的气体进入PSA（12个）进行CO₂提浓，当CO₂气体浓度达到94%左右时，对CO₂进行加压液化提纯达到99.8%以上，液化后的CO₂经过汽化后存储在2个100m³的储罐内，当转炉冶炼时通过管道输送到炼钢车间供转炉进行CO₂-O₂混合喷吹炼钢。

工艺流程图见图 1。

白灰窑尾气CO₂捕集用于CO₂-O₂混合喷吹炼钢工艺技术工艺流程图

六、主要技术指标

1、烟气温度：120-175°C；

2、烟气SO₂<30mg/m³、NOx<100mg/m³；

七、技术鉴定情况

该项目获得国家授权发明专利4项，实用新型专利2项。

八、典型用户及投资效益

典型案例：首钢京唐钢铁联合有限责任公司CO₂－O₂混合喷吹炼钢工艺技术及装备示范。

建设规模：白灰窑作为CO₂回收气源，建设年产量5万吨的CO₂回收制备装置；在炼钢部脱磷、脱碳转炉增建顶底吹阀门室，增建二氧化碳捕集和炼钢车间之间的 CO₂输送管线。同时对一级自动化控制、二级自动化炼钢模型及接口进行调整和改造；对3#110KV变电站进行改造，增加相应的设备设施；配套建设循环水泵站；炼钢车间及厂区配套敷设供电电缆，配套建设CO₂、压缩空气、蒸汽、给排水、采暖热水等综合管网。

主要设备：高精度除尘器、窑气冷却器、烟气深度净化塔、PSA提浓塔、压缩机、CO₂净化塔、冰机、CO₂液化塔、成品储罐、CO₂-O₂混合顶吹阀门室、CO₂底吹阀门室等。项目年减排量约18.43万tCO₂，CO₂代替底吹33部分Ar（或N₂），Ar（或N₂）消耗减少150万Nm³（0.5m³/吨钢），降低粉尘排放15%，炉渣铁损降低>1%，减少铁损3750吨（2.5kg/吨钢）以上；

项目总投资9000多万元，建设期为1年。

碳减排单位成本为120元/tCO₂。

年产生经济效益约为2000万元，项目投资回收期约5年。

九、推广前景和减排潜力

目前已推广比例不到10%，2025年预期推广比例达到30%，2025年该技术预计总投资额达13.44 亿元。2025年预计可形成的年碳减排潜力约150万tCO₂/a。