炼铁高炉能源系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115612769A(43)申请公布日2023.01.17(21)申请号202210468187.2H02J3/38(2006.01)(22)申请日2022.04.29(71)申请人中国科学技术大学地址230026安徽省合肥市金寨路96号(72)发明人请求不公布姓名(74)专利代理机构合肥天明专利事务所(普通合伙)34115专利代理师张梦媚(51)Int.Cl.C21B7/00(2006.01)C21B5/00(2006.01)C21B5/06(2006.01)H02J3/00(2006.01)H02J3/24(2006.01)H02J3/28(2006.01)权利要求书3页说明书11页附图4页(54)发明名称炼铁高炉能源系统(57)摘要本发明公开了一种炼铁高炉能源系统，其包括：高炉、煤气净化装置、CO2分离装置、至少4组等离子体气化煤粉装置以及局域电网，还包括子系统一、子系统二中的至少一种；其中，所述子系统一包括发电机组，所述子系统二包括电解水制氢装置和合成气催化转化装置。该炼铁高炉能源系统基于现有的高炉炼铁工艺，可大量消纳可再生能源电力，解决现有电力系统储能不足和弃电的问题，以电力加热代替燃烧，实现CO2资源化利用，大量降低CO2排放。CN115612769ACN115612769A权利要求书1/3页1.一种炼铁高炉能源系统，其特征在于，包括：高炉，所述高炉转化利用所输入的燃料和热能、通过高炉炼铁工艺产出铁水并从炉顶输出炉顶煤气，优选的，所述高炉以最低焦比运行；煤气净化装置，所述煤气净化装置去除包括在所述炉顶煤气中的杂质；CO2分离装置，所述CO2分离装置用于从已去除杂质的炉顶煤气中分离出CO2，并获得脱除CO2的高热值净煤气；至少4组等离子体气化煤粉装置，所述等离子体气化煤粉装置用于气化含碳氢的粉末燃料、并将分离出的CO2转化为CO、产生包括CO、H2、C2H2、CO2和H2O的高温气体，所述高温气体直接喷入所述高炉底部，优选的，所述含碳氢的粉末燃料的载气选自所述CO2分离装置分离的CO2、净煤气、炉顶煤气中的一种或两种以上的混合气体；以及局域电网，所述局域电网含可再生能源电力，用于向所述等离子体气化煤粉装置输送电力；还包括子系统一、子系统二中的至少一种；其中，所述子系统一包括发电机组，所述发电机组直接或间接使用所述高热值净煤气产生电力，送入所述局域电网；优选的，所述子系统还包括煤气包，所述煤气包储存高热值净煤气；所述子系统二包括电解水制氢装置和合成气催化转化装置，所述电解水制氢装置由所述局域电网供应电力，通过电解水制取H2和O2；所述等离子体气化煤粉装置直接或间接的使用制取的O2，所述合成气催化转化装置直接或间接使用所述净煤气和电解水制取的H2作为合成气原料转化成产品；优选的，所述子系统二还包括储氧罐，所述储氧罐储存电解水制取的O2。2.如权利要求1所述的炼铁高炉能源系统，其特征在于，所述等离子体气化煤粉装置设于所述高炉软熔带根部以下炉壁上，其射流喷口指向所述高炉的炉缸，喷口射流的平均气温＜3500℃。3.如权利要求1所述的炼铁高炉能源系统，其特征在于，所述等离子体气化煤粉装置包括一个阴极转移弧等离子体炬和n个阳极转移弧等离子体炬，1≤n≤10；其中，所述阴极转移弧等离子体炬与阳极转移弧等离子体炬的轴线间的最小距离位置位于所述高炉的炉膛内，所述阴极转移弧等离子体炬和阳极转移弧等离子体炬的轴线在所述高炉内的最小距离小于所述阴极转移弧等离子体炬直径的2倍。4.如权利要求3所述的炼铁高炉能源系统，其特征在于，所述阴极转移弧等离子体炬和所述阳极转移弧等离子体炬的轴线之间的夹角a在20°‑90°之间。5.如权利要求3所述的炼铁高炉能源系统，其特征在于，n个所述阳极转移弧等离子炬围绕所述阴极转移弧等离子体炬的轴线的圆周均布，且所述阳极转移弧等离子体炬与所述阴极转移弧等离子体炬的轴线之间的夹角a在20°‑90°之间，n个所述阳极转移弧等离子体炬的轴线相切于一个平面垂直于所述阴极转移弧等离子体炬的圆周上，且该圆周直径小于所述阴极转移弧等离子体炬直径的2倍。6.如权利要求3所述的炼铁高炉能源系统，其特征在于，所述等离子体气化煤粉装置与所述局域电网之间连接有直流电流控制的电源，所述电源具有n个正极和n个负极，其中，n个所述正极与n个所述的阳极转移弧等离子体炬相连，n个所述负极与所述阴极转移弧等离2CN115612769A权利要求书2/3页子体炬相连。7.如权利要求3所述的炼铁高炉能源系统，其特征在于，输入n个所述阳极转移弧等离子体炬的气流量的和大于输入所述阴极转移弧等离子体炬气流量的2倍。8.一种基于权利要求1‑7任一项所述的炼铁高炉能源系统的运行方法，其特征在于，包括以下步