在用来制造直接还原的金属矿石的设备中进行能量优化的系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在用来制造直接还原的金属矿石、尤其是直接还原的铁的设备（3）中进行能量优化的系统，其中所述设备（3）至少包括还原机组（12）、用于分开混合气的、具有所属的压缩装置（4、4a、4b）的装置（7、7a、7b）以及布置在所述还原机组（12）前面的气体加热装置（10）。此外，将过程气体（2、2a、2b）的一部分通过供给管路从至少一台用于进行生铁制造的设备（1、1a、1b）、尤其是熔化还原设备中输送给所述用于制造直接还原的金属矿石的设备（3）。在所述按本发明的系统中，将涡轮机（8、8a、8b）、尤其膨胀涡轮机如此安装在所述用于分开混合气的装置（7、7a、7b）与所述布置在还原机组（12）前面的气体加热装置（10）之间，从而将在所述用于分开混合气的装置（7、7a、7b）与所述还原机组（12）之间的压力降转换为能够用于运行所述用来制造直接还原的金属矿石的设备（3）的其它组件（4、4a、4b、15、15a、15b）的能量形式、尤其是电能和/或机械能。通过本发明，以简单而有利的方式来降低所述设备（3）的能耗并且由此降低运行成本，因为通过所述涡轮机（8、8a、8b）的使用来经济地利用在所述用于分开混合气的装置（7、7a、7b）与所述还原机组（12）之间的压力降。
【专利说明】在用来制造直接还原的金属矿石的设备中进行能量优化的系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在用来制造直接还原的金属矿石、尤其是直接还原的铁的设备中进行能量优化的系统。在此用于制造直接还原的金属矿石或者金属、尤其是铁的设备至少包括还原机组(比如流化床反应器系统、固定床还原竖炉，比如MIDREX?还原竖炉等等)、用于分开混合气的、具有所分配的压缩装置的装置以及布置在所述还原机组前面的气体加热装置。对于直接还原的金属矿石的制造来说必要的过程气体至少部分地通过供给管路从至少一台用于进行生铁制造的设备比如熔化还原设备中来供给并且必要时部分地通过回收从所述制造过程本身中提取。
【背景技术】
[0002]从金属矿石或者金属、尤其是铁矿石或者氧化铁到直接还原的铁或者海绵铁的、所谓的直接还原，比如在自身的设备-所谓的直接还原设备中实施。这样的用于制造直接还原的金属矿石的设备，一般按有待还原的金属矿石比如是以块状的形式还是以微粒状的形式存在或需要用于进一步加工成生铁、类似于生铁的产品或者用于钢生产，至少包括还原机组、比如固定床还原竖炉、流化床反应器系统等等。
[0003]将有待还原的材料(比如金属矿石、铁矿石、氧化铁等等)在直接还原时以块状的形式-比如作为块状矿石或者球团矿-或者以微粒的-粒状的形式加入到所述包括所述至少一台还原机组的、用于制造直接还原的金属矿石的设备中。在所述还原机组中的材料而后在所谓的逆流原理下面由也被称为还原气体的过程气体贯穿流过。在此，所述材料由还原气体比如完全或者部分地还原-氧化铁比如被还原成海绵铁-并且所述还原气体在这个过程中被氧化。在所述还原机组中由还原气体还原的材料而后比如具有大约45直到超过95%的金属化程度。
[0004]对于金属矿石的还原来`说必要的过程气体(比如还原气体)比如在熔化气化器中以熔化还原方法(比如COREX?、FINEX?、氧气高炉等等)或者在煤气化器中来提取。比如在熔化气化器中产生的还原气体优选热到750到1000°C并且大多数含尘并且富含一氧化炭和氢气(比如具有大约70到95%的CO和H2)。所述还原气体优选在所述还原机组的当中的直到下面的四分之一中或者在流化床反应器系统中被导入到第一流化床反应器中。而后所述还原气体在所述还原机组中往上升，或者在流化床反应器系统中被从一个反应器导送给另一个反应器并且在这过程中以逆流的形式使所述材料(比如金属矿石、铁矿石、氧化铁等等)还原。而后，所述还原气体作为所谓的炉顶气或者废气被从所述还原机组中排出。
[0005]接着，在气体净化装置(比如气体洗涤器)中对所述还原气体进行净化，并且必要时为了除去二氧化碳C02而将其作为所谓的循环气继续导送给布置在所述还原机组前面的、用于分开混合气的、具有所属的压缩装置的装置。作为用于分开混合气的装置，尤其使用压力交变吸附设备，比如变压吸附(Pressure Swing Adsorption (PSA))、真空变压吸附(Vakuum Pressure Swing Adsorption (VPSA)),因为这些设备在经济上比其它的吸附方法便宜。在所述用于分开混合气的装置中处理之后，所述循环气而后又可以作为还原气体被导入到所述还原机组中。
[0006]除了对于在所述设备中利用的过程气体的、比如部分的再利用之外，将比如从生铁制造的方法中或者从熔化还原过程、比如C0REX?或者FINEX?方法中排出的、所谓的出口气体用于在所述还原机组中的还原过程。“出口气体”这个名称尤其用作用于所谓的炉顶气的一种部分的名称，这种部分被从所述熔化还原过程或者所述生铁制造的方法中排出，一般来说经过冷却并且也经过(湿式或者干式)除尘，并且“出口气体”这个名称必要时也用作用于其它的过程气体、比如来自熔化气化器的过剩气体的名称。作为炉顶气，在此一般是指经过充分利用的、来自高炉、熔化气化器或者还原竖炉/流化床反应器的还原气体。 [0007]如果将所述出口气体从一台或者数台用于制造直接还原的金属矿石的熔化还原设备(比如基于C0REX?或者FINEX?方法的设备)中排出，那就将这样的设备称为复合设备。所述出口气体在此通过供给管路来加入到所述用于制造直接还原的金属矿石或者铁的设备中，并且在相应的还原机组比如流化床反应器系统、还原竖炉炉比如MIDREX?还原竖炉等等中得到利用。在加入时，所供给的出口气体可以与所述用于制造直接还原的金属矿石的设备的循环气相混合，其中用于所述出口气体的供给管路一般在所述用于分开混合气的装置之前汇合到用于所述用来制造直接还原的金属矿石的设备的循环气的管路中。
[0008]不过，为了在所述用于制造直接还原的金属矿石或者铁的设备中获得所述还原过程的最佳的功能性，有必要在所述用于分开混合气的装置中进行良好地发挥功能的、从过程气体-比如由所述设备的循环气和所供给的出口气体构成的混合物-中除去C02的过程。因此，一般来说，用于所述用来分开混合气的装置的输入压力借助于所属的压缩装置(比如一台或者数台压缩机)来提高。在所述用于分开混合气的装置中的输入压力，一般来说应该恒定地处于大约3到Sbar过压的输入压力水平上，用于保证有效地并且经济地从所述过程气体中除去C02。因此，为了除去C02，比如由PSA需要至少6bar过压，并且由VPSA需要至少大约3bar过压。
[0009]不过，所使用的还原机组以小得多的工作压力为前提。因此，所谓的MIDREX?还原竖炉作为还原机组比如仅仅需要大约1.2到1.5bar过压的输入压力。由此，一则由于尤其在使用PSA设备的情况下所述用于分开混合气的装置的较高的工作压力并且再则由于所述还原机组的较低的工作压力而产生一种压差，对于所述用于制造直接还原的金属矿石的设备的最佳的功能性来说必须消除这种压差。
[0010]一般来说，这种压差的消除通过调节阀的系统来进行，所述调节阀尤其安装在所述用于分开混合气的装置与所述还原机组或者布置在所述还原机组前面的气体加热装置之间。不过，通过调节阀来消除压差的做法具有以下缺点:这种压差保持未被利用的状态或者-尤其对于所述用于分开混合气的装置中的输入压力水平来说-必须耗费能量，而后要在未被利用的情况下消除所述压差。因此，比如在使用用于压力交变吸附(PSA)的装置或者用于真空压力交变吸附(VPSA)的装置以及用作还原机组的、所谓的MIDREX?还原竖炉时由于相应必要的工作压力大约I到6bar在未被利用的情况下消除。由此，比如所谓的复合设备的、单位的能量消耗或者电流消耗比较高，并且由此降低了其经济性。此外，由于所述阀站而产生的噪声比较高。
[0011]此外，所述至少部分地作为过程气体被导入到所述用于制造直接还原的金属矿石的设备中的出口气体，比如可能来自两台用于制造生铁的设备或者熔化还原设备，所述设备比如在相应的转交位置上具有不同的压力水平。这比如可能由于在相应的熔化气化器上的、不同的系统压力预值所引起。为了对于所述还原机组或者所述用于分开混合气的装置来说获得几乎恒定的输入压力水平，在这样的复合设备中比如可以设置旁路流量压力调节。不过，这个旁路流量压力调节具有以下缺点:用于在所述复合设备中、尤其在所述用于制造直接还原的金属矿石的设备中利用的、出口气体的大约10到20%会失去，由此同样降低了所述设备的生产率和经济性。
【发明内容】
[0012]因此，本发明的任务是，说明一种系统，通过该系统可以有意义地利用未被利用的压差并且避免出口气体的损失并且提高用于制造直接还原的金属矿石的设备的经济性。
[0013]该任务的解决通过一种开头所说明的类型的系统来进行，其中涡轮机、尤其膨胀涡轮机被如此安装在所述用于分开混合气的装置与所述布置在还原机组前面的气体加热装置之间，使得在所述用于分开混合气的装置与所述还原机组之间的压力降能够转换为能够用于运行所述用来制造直接还原的金属矿石的设备的其它组件的能量形式。
[0014]所述按本发明所建议的解决方案的主要方面在于，通过在将过程气体从所述用于分开混合气的装置继续导送给所述还原机组时被这些气体贯穿流过的涡轮机、尤其膨胀涡轮机的加入，可以经济地利用所存在的(比如大约I到6bar过压的)压力降。通过所述涡轮机，来将所述压力降以简单的方式转换为其它的能量形式(比如电能、机械能等等)，所述其它的能量形式能够理想地在所述用于制造直接还原的金属矿石的设备本身中比如用于运行其它的组件。作为涡轮机，尤其使用膨胀涡轮机。膨胀涡轮机是一种燃气轮机，在该燃气轮机中处于压力之下的气体在输出功或者能量的情况下进行膨胀，其中所述膨胀的气体不是在所述涡轮机本身中产生，而是在前面的过程中产生。
[0015]通过这样的涡轮机的使用，非常容易转换在处于所述用于分开混合气的装置与所述还原机组之间存在的压力降中·所储存的能量并且使其能够加以利用。由此，在通过属于所述用来分开混合气的装置的压缩装置对所述过程气体进行压缩时所供给的能量又以简单的方式至少部分得到回收。由此提高所述用于制造直接还原的金属矿石的设备的或者复合设备的经济性。
[0016]因为所述过程气体在所述用于分开混合气的装置中进行处理之后、尤其在PSA或者VPSA中进行处理之后非常干燥或者具有很低的含水量(露点大约为-110°C)，所以几乎不可能产生与在所述涡轮机中膨胀的过程中由于过程气体的冷却而产生的冷凝相关的问题。此外，通过所述用于分开混合气的装置，借助于所述吸附装置一般以较高的百分比(t匕如对于H2S来说99%)将腐蚀性的和/或含焦油的组成部分从所述过程气体(比如H2S、PAK等等)中消除。由此也将在所述涡轮机中的、可能由于腐蚀、结块和/或磨损而产生的故障/损坏保持在很低的程度上。
[0017]在所述按本发明的系统的另一种设计方案中规定，为了在继续导送给布置在所述还原机组前面的气体加热装置之前对所述过程气体进行预热，而如此安装了气体换热装置，从而将被导入到所述用于分开混合气的装置中的过程气体的、尤其所谓的出口气体的热排放给被继续导送给所述还原机组的过程气体。通过这种方式，一方面所述过程气体-尤其来自用于进行生铁制造的设备的出口气体-在被导入到所述用于分开混合气的装置或者所属的压缩装置中之前得到冷却。另一方面，理想地利用所排放的热，用于对经过冷却的过程气体进行预热，所述经过冷却的过程气体在所述用于分开混合气的装置之后比如具有大约30到50°C的温度或者所述经过冷却的过程气体通过在所述涡轮机中的膨胀之后进一步冷却到比如大约10到-20°C。由此，在通过所述布置在还原机组前面的气体加热装置对过程气体加热时，可以额外地节省能量。
[0018]所述气体换热装置可以有利地被设置在所述用于分开混合气的装置与所述涡轮机或者膨胀涡轮机之间。布置在所述用于分开混合气的装置之后并且布置在所述涡轮机之前的气体换热装置具有以下优点:在所述用于分开混合气的装置之前由所述过程气体、尤其出口气体排放的热可以额外地用于在所述涡轮机中提取能量。
[0019]作为替代方案，也可能有利的是，所述气体换热装置布置在所述设置在还原机组前面的气体加热装置之前并且由此布置在所述涡轮机之后。由此，为了在所述涡轮机后面对所述过程气体进行加热而必定在所述气体加热装置中耗费更少的能量，因为已经理想地将由所述过程气体在被导入到所述用于分开混合气的装置之前为了在所述气体换热装置中的冷却而排放的热用于部分地对被导送给还原机组的气体进行加热。
[0020]用于对来自所述用于分开混合气的装置的气体、所谓的产出气体进行预热的能量，比如也可以来自以下废热源:
-用于还原气体的加热装置(比如还原气体炉)的烟气；
-来自所述还原机组的、所谓的炉顶气；
-用于对在还原机组中或者布置在后面的冷却装置中的、热的经过还原的材料进行冷却的冷却气体；
-来自布置在前面的制铁方法的废热(比如炉顶气、废气、发生器气体等等)。
[0021]也有利的是，所述涡轮机额外地设置用于:调节过程气体量或者从所述用于分开混合气的装置到所述还原机组的过程气体流量，并且/或者调节在所述用于分开混合气的装置之后的出口压力。通过由所述涡轮机进行的这样的(比如对于过程气体量和/或出口压力的)调节，尤其以简单的方式来保证，不会超过所述用于分开混合气的装置-尤其PSA或者VPSA-的最大的生产能力。这比如可以通过对流往所述用于分开混合气的装置、尤其PSA的馈送气体流的和/或出口压力的监控来得到保证。否则，超过这种最大的生产能力就可能导致所述用于分开混合气的装置的损坏并且/或者导致液压的过载。
[0022]额外地在所述还原机组中以过程气体的、尤其还原气体的几乎恒定的量为前提。这种几乎恒定的气体量或者还原气体与直接还原的材料(金属、铁(DRI)等等)的量的比例，在此比如确定了所述直接还原的金属或者海绵铁的产品质量。因此，按所期望的产品质量，在所述还原机组中的还原气体的、专门选择的、几乎恒定的量是必要的。这同样可以借助于所述涡轮机通过对于过程气体量或者过程气体流量的调节来实现。
[0023]在此有利的是，为了调节所述过程气体量或者过程气体流量，所述涡轮机要么具有所谓的导入装置要么包括用于对阀进行控制的装置，通过其以简单且成本低廉的方式来控制或者调节从所述用于分开混合气的装置到所述还原机组的过程气体流。
[0024]此外，有 利的是，为了将在所述用于分开混合气的装置与所述还原机组之间的压力降转换为电能而设置了发电机，该发电机由所述涡轮机或者所述膨胀涡轮机来驱动。通过所述涡轮机与发电机的耦合，以简单的方式将所述压力降转换为电能并且就这样可以将其用于运行所述用来制造直接还原的金属矿石的设备的其它组件(比如压缩机等等)。由此理想地降低所述设备的电流消耗或者电流成本。
[0025]在所述按本发明的系统的一种优选的实施方式中，可以规定，为了将在所述用于分开混合气的装置与所述还原机组之间的压力降转换为机械能，将所述涡轮机与所述用来制造直接还原的金属矿石的设备的其它组件、尤其所述设备的压缩装置比如压缩机、冷却气体压缩机耦合起来并且以特别优选的方式与循环气压缩机耦合起来。在进行这种耦合时，能量比如能够直接由所述涡轮机传递到所述用来制造直接还原的金属矿石的设备的一个或者数个组件上，通过这种耦合可以额外地省去发电机的使用以及为此而产生的成本。
[0026]也有利的是，为了所述用来制造直接还原的金属矿石的设备的起动/停止和/或部分负载运行，绕过所述涡轮机或者膨胀涡轮机设置了 -比如具有调节阀和/或调节闸门的-旁通管路。通过这种方式，也在所述设备起动或者停止时或者在其部分负载运行时，在所述用来制造直接还原的金属矿石的设备中确保恒定的压力和过程气体量状况。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]下面以示范性的方式借助于附图对本发明进行解释。附图示出: 图1是所述按本发明的、用于在用来制造直接还原的金属矿石的设备中或者在复合设备中进行能量优化的系统的结构的、示范性的并且示意性的图示；
图2是所述按本发明的、用于进行能量优化的系统的、在从两台用于进行生铁制造的设备中供给出口气体时的、示意性的并且示范性的图示，并且
图3是所述按本发明的、用于进行能量优化的系统的、另一种变型方案的、在从两台用于进行生铁制造的设备中供给出口气体时的、示意性的并且示范性的图示。
【具体实施方式】
[0028]在图1中示意性地并且示范性示出了用于制造直接还原的金属矿石3、尤其是铁的设备的构造，该设备包括所述按本发明的、用于进行能量优化的系统。将所述示意性示出的、示范性的、用于制造直接还原的金属矿石的设备3的过程气体2、11、16从用于进行生铁制造的设备、尤其是熔化还原设备中-比如在所谓的C0REX?或者FINEX?方法的基础上排出。这样的设备也被称为复合设备。
[0029]对于复合设备来说，所述用于进行生铁制造的设备I的出口气体2 —般在用于制造直接还原的金属矿石、铁等等的设备3中用作用于金属矿石、铁矿石等等的还原的还原气体11。所述出口气体2在所述用于进行生铁制造的设备I中比如在熔化还原方法、比如C0REX?或者FINEX?方法中产生，其中在所述C0REX?方法中使用块状的形式的金属矿石(t匕如块状矿石、球团矿等等)，而在所述FINEX?方法中则加入作为粉矿的金属矿石。
[0030]所述出口气体2作为过程气体通过供给管路到达所述用于制造直接还原的金属矿石的设备3中。在此，所述用于出口气体2的供给管路汇入在反馈管路中，在所述反馈管路中又为了还原过程而对所述设备3的所谓的炉顶气或者循环气16进行处理并且将其导回。
[0031]将所述出口气体2和循环气16输送给压缩装置4 (比如压缩机)，该压缩装置被分配给布置在后面的、用于分开混合气的装置7。利用所述压缩装置4来建立对于所述用于分开混合气的装置7来说必要的、一般来说恒定的压力水平(比如大约3到Sbar的过压)。在此应该额外地注意，在所述出口气体2与所述循环气11之间存在着压差。因为所述出口气体2在量方面(比如以10%的幅度)波动，所以循环气16的量一般通过出口压力调节来改变。所述对于压力调节及量调节来说没有必要的循环气16比如可以通过排出管路17作为所述设备3的、所谓的DR出口气体来排出并且比如在热方面得到利用(比如冶金厂中的负载，比如辊底炉、推杆式炉等等)或者通过气体清除装置18 (比如吹焰器)来排出。这条排出管路17同样为了进行压力控制而具有阀。
[0032]在所述压缩机4的后面，将所述过程气体2冷却到对于在所述用于分开混合气的装置7中的处理过程来说必要的温度(比如大约30到50°C)。冷却是必要的，因为来自所述用于进行生铁制造的设备的出口气体2在其压缩之后比如具有大约100到120°C的温度。因此，所述过程气体2在所述压缩装置4的后面被导送穿过气体换热装置5，该气体换热装置5同时用于在所述膨胀装置8之前对在很大程度上不含C02和/或水蒸汽的过程气体2进行预热。为了进一步进行冷却，还将所述过程气体2在所述用于分开混合气的装置7之前导送穿过另一个冷却装置6。作为冷却装置6，比如可以设置具有冷却水的换热器。
[0033]在足够地冷却到大约30到50°C之后，将所述过程气体2输送给所述用于分开混合气的装置7，用于除去C02。这个装置7比如可以在压力水平足够高时构造为用于压力交变吸附的装置7 (Pressure Swing Adsorption (PSA))或者构造为所谓的真空压力交变吸附装置 7 (VPSA)0
[0034]所述在很大程度上不含C02和/或水蒸汽的过程气体2 (—般来说由于在所述用于分开混合气的装置7中的处理而非常干燥-也就是说具有很小的含水量，并且比如也具有很小的百分比的、腐蚀性的及含焦油的气体组成部分)，然后为了进行预热而被导送穿过所述气体换热装置5。所述过程气体从那里流往涡轮机8或者膨胀涡轮机8。在这台涡轮机8中，消除压力降或者将其转换为其它的、能够利用的能量形式。
[0035]所述压力降的消除是必要的，`因为为了在所述用于分开混合气的装置7上有效地并且经济地将C02从所述过程气体2中除去，一般需要大约3到Sbar过压的输入压力水平。因此，为了除去C02，比如由PSA需要至少6bar过压，并且由VPSA需要至少大约3bar过压。不过，所述还原机组12以低得多的工作压力(比如对于所谓的MIDREX?还原竖炉来说大约为1.2到1.5bar过压)为前提。由此，一则由于尤其在使用PSA时所述用于分开混合气的装置7的较高的工作压力并且再则由于所述还原机组12的较低的工作压力而产生压差，对于所述用于制造直接还原的金属矿石的设备3的最佳的功能性来说，必须消除所述压差。因此，在所述涡轮机8中，消除这种压力降并且将其转换为对于所述设备3来说能够利用的能量形式。
[0036]对于所述能量的转换或者利用来说，所述涡轮机8可以与发电机相耦合，通过该发电机将储存在所述压力降中的能量转换为电能。这种电能而后可以用于运行所述用来制造直接还原的金属矿石的设备3的、其它组件比如压缩机4、15。作为替代方案，所述涡轮机8可以直接设有与其它组件的、尤其压缩机4、15的机械的耦合，用于将在所述压力降中所储存的能量用作机械能。
[0037]所述涡轮机8也具有用于调节过程气体量或者用于调节在所述用于分开混合气的装置7后面的下游压力的装置9，以便不会超过所述用于分开混合气的装置7的最大的生产能力并且不会在该装置上产生损坏。作为用于调节过程气体量的装置9，要么可以设置导入装置，要么可以设置用于对阀进行控制的装置。
[0038]然后，将由于在所述涡轮机8中的膨胀而进一步冷却下来的、具有比如大约10到_20°C的温度的过程气体2继续导送给加热装置10。作为替代方案，所述气体换热装置5也可以不是安装在所述用于分开混合气的装置7与所述涡轮机8之间，而是安装在所述涡轮机8之后并且安装在所述加热装置10之前。
[0039]在所述气体换热装置5中用于从所述用来分开混合气的装置7中继续导出的、过程气体2的预热的能量，比如可以使用废热源、比如所述加热装置10 (比如还原气体炉)的烟气19、来自所述还原机组12的炉顶气13、用于对在还原机组12中或者在布置在后面的冷却装置中的还原的热的材料进行冷却的冷却气体或者来自布置在前面的铁制造方法的废热(比如炉顶气、废气、发生器气体等等)。
[0040]而后在所述加热装置10中，为了所述还原过程而将所述过程气体2或者混合气与循环气16 —起加热，并且作为还原气体11导送给所述还原机组12。接着将所述还原气体11导入到所述还原机组12中，用于以逆流的形式使这种材料还原，其中在所述还原机组12中有通过材料供给机构来供给的、有待还原的材料-比如金属矿石、铁矿石等等。作为还原机组12，可以按当前的、有待还原的材料(块状的形式的矿石、球团矿、粉矿等等)而使用固定床还原竖炉，比如MIDREX?还原竖炉或者流化床反应器系统。
[0041]然后将所述还原气体11作为废气或者炉顶气13从所述还原机组12的上方的部分中排出并且使其冷却。为所述气体13的净化设置了布置在所述还原机组12后面的气体净化装置14。在所述气体净化装置14的后面，设置了压缩装置15。然后将所述经过净化的循环气16通过反馈管路又输送给所述还原过程。
[0042]图2又示意性地并且·示范性地示出了所述用于制造直接还原的金属矿石的设备
3。不过，在此出口气体2a、2b从两台用于进行生铁制造的设备la、lb中获得。为了简便起见，所述在图2中示出的设备3的、具有相同的功能的组件用相同的附图标记来表示。不过因为所述用于进行生铁制造的设备la、Ib可能在相应的出口气体2a、2b的转交位置上具有不同的压力水平，所以为相应的压力水平而设置了组件、比如所述用于分开混合气的装置7a、7b连同所属的压缩装置4a、4b、所述气体换热装置5a、5b、所述涡轮机8a、8b等等。
[0043]在此，来自所述用于进行生铁制造的第一设备Ia的出口气体2a通过具有压缩装置4a、气体换热装置5a和额外的冷却装置6a的第一分支被导送给用于分开混合气的第一装置7a。而后将相对于所述还原机组12存在的压力降经由具有用于对相应的过程气体量进行调节的装置9a的第一涡轮机8a通过所述用于进行预热的气体换热装置5a来输送给所述加热装置10并且由此输送给所述还原机组12。
[0044]然后将来自用于进行生铁制造的第二设备Ib的出口气体2b通过同样具有压缩装置4b、气体换热装置5b和额外的冷却装置6b的、并联的第二分支来同样导送给用于分开混合气的第二装置7b。相对于所述还原机组12在所述第二分支中存在的压力降同样通过具有用于对相应的过程气体量进行调节的装置％的第二涡轮机Sb来消除或者转换为能够利用的能量形式。接着，同样为了进行预热而将在所述第二分支中的过程气体通过所述第二分支的气体换热装置5b来进一步导送给所述加热装置10并且导送给所述还原机组12。[0045]作为替代方案，在所述两条分支中-如在图1中示出的那样-相应的气体换热装置5a、5b也布置在相应的、用于分开混合气的装置7a、7b之后并且布置在相应的涡轮机8a、8b之前。在所述两个转交位置上的、相应的出口气体压力，通过两个用于循环气16a、16b的、并联的压缩装置15a、15b来调节。然后通过这些压缩装置15a、15b，可以设定不同的出口压力。过剩的、对于压力调节和量调节来说不需要的循环气体16a、16b，比如可以作为所谓的DR出口气体通过排出管路17a、17b来排出给所述用于制造直接还原的金属矿石的设备3，并且比如在热方面得到利用，或者通过气体清除装置18来排出。
[0046]图3示意性地并且示范性地同样示出了所述用于制造直接还原的金属矿石的设备3，对于该设备来说出口气体2a、2b从两台用于进行生铁制造的设备la、Ib中获得。为简便起见，在图3所示出的设备3中那些具有与在图1或者2中的组件相同的功能的组件同样用与在图1和2中相同的附图标记来表示。因为所述用于进行生铁制造的设备la、lb在相应的出口气体2a、2b的转交位置上具有不同的压力水平，所以在图3所示出的、用于制造直接还原的金属矿石的设备3中又为相应的压力水平而设置了组件，比如所述用于分开混合气的装置7a、7b连同所属的压缩装置4a、4b。
[0047]在此，又将来自所述用于进行生铁制造的第一设备Ia的出口气体2a通过第一分支来导送给第一压缩装置4a，并且将来自所述用于进行生铁制造的第二设备Ib的出口气体2b通过第二分支导送给第二压缩装置4b。然后将所述两条分支汇合起来并且将所述出口气体2a、2b —起导送给气体换热装置5和额外的冷却装置6。在所述转交位置处的不同的出口气体压力在图3所示出的设备3中比如通过所述两个并联的压缩装置4a、4b来调节。
[0048]在所述额外的冷却装置6的后面，为了从所述过程气体中除去C02和/或水蒸汽，相应地设置了两个并联地布置的、用于分开混合气的装置7a、7b。然后将所述在很大程度上不含C02和/或水蒸汽的过 程气体又在所述用于分开混合气的装置7a、7b的后面汇合起来并且继续导送给具有用于对过程气体量进行调节的装置9的涡轮机8，用于消除压力降。所述过程气体从那里作为还原气体11经过所述加热装置10流往所述还原机组12，其中可以从所述加热装置10处比如抽出或者利用烟气19，用于对所述过程气体进行预热。
[0049]在所述还原机组12的后面，将所述还原气体11作为所谓的废气或者炉顶气13来排出，对其进行冷却，并且在气体净化装置14中对其进行净化。在所述气体净化装置14的后面，为每台用于进行生铁制造的设备la、lb分别设置了用于相应的循环气16a、16b的压缩装置15a、15b以及反馈管路，其中从所述用于进行生铁制造的设备la、lb处获得出口气体2a、2b。在此，通过所述压缩装置15a、15b又可以设定不同的出口压力。过剩的、对于压力调节和量调节来说不需要的循环气16a、16b比如通过排出管路17a、17b作为所谓的DR出口气体排出给所述用于制造直接还原的金属矿石的设备3，并且比如在热方面得到利用，或者通过所述气体清除装置18来排出。
[0050]在所述用于制造直接还原的金属矿石的设备3的、在图3中示出的变型方案中，作为替代方案也可以将所述气体换热装置5-如在图1中示出的那样-布置在所述并联的、用于分开混合气的装置7a、7b的后面并且布置在所述涡轮机8的前面。
[0051 ] 通过在所述用于制造直接还原的金属矿石的设备3中使用涡轮机8或者膨胀涡轮机8这种方式，可以按设备尺寸比如回收或者节省大约2到6MWh/h的电能。由此可以显著降低这样的设备3的能耗且减少了运行费用。除此以外，通过所述涡轮机8的使用比如也降低了所述设备3的C02排放，因为需要更少量的用于运行所述设备3的电能。
[0052]附图标记列表:
UlaUb用于进行生铁制造的设备，尤其熔化还原设备
2、2a、2b用于进行生铁制造的设备的出口气体
3用于制造直接还原的金属矿石或者铁的设备(DR-设备)
4、4a、4b用于用来分开混合气的装置的压缩装置(比如压缩机)
5、5a、5b气体换热装置
6、6a、6b冷却装置(比如换热器)
7、7a、7b用于分开混合气-除去C02的装置
8、8a、8b膨胀涡轮机
9、9a、9b用于对过程气体量进行调节的装置
10用于还原气体的加热装置(比如还原气体炉)
11还原气体
12还原机组
13炉顶气或者炉顶气管路
14用于炉顶气的气体净化装置
15、15a、15b用于循环气的压缩装置(比如压缩机)
16、16a、16b循环气或者循环气管路
17、17a、17b用于过剩的过程气体的排出管路
18气体清除装置(比如 吹焰器)
19来自用于还原气体的加热装置(比如还原气体炉)的烟气。
【权利要求】
1.用于在用来制造直接还原的金属矿石的设备(3)中进行能量优化的系统，所述设备(3)至少包括还原机组(12)、用于分开混合气的装置(7、7a、7b)以及布置在所述还原机组(12)前面的气体加热装置(10)，并且对于所述设备(3)来说过程气体(2、2a、2b)的至少一部分能够通过供给管路从至少一台用于进行生铁制造的设备(l、la、lb)、尤其是熔化还原设备中来供给，其特征在于，将涡轮机(8、8a、8b)、尤其是膨胀涡轮机如此安装在所述用于分开混合气的装置(7、7a、7b)与所述布置在还原机组(12)前面的气体加热装置(10)之间，使得在所述用于分开混合气的装置(7、7a、7b)与所述还原机组(12)之间的压力降能够转换为能够用于运行所述用来制造直接还原的金属矿石的设备(3)的其它组件(4、4a、4b、15、15a、15b)的能量形式。
2.按权利要求1所述的系统，其特征在于，为了在继续导送给布置在所述还原机组(12)前面的气体加热装置(10)之前对所述过程气体(11)进行预热，而如此安装了气体换热装置(5、5a、5b)，从而将被导入到所述用于分开混合气的装置(7、7a、7b)中的过程气体(2、16、2a、2b、16a、16b)的、尤其所谓的出口气体(2、2a、2b)的热排出。
3.按权利要求2所述的系统，其特征在于，所述气体换热装置(5、5a、5b)布置在所述用于分开混合气的装置(7、7a、7b)之后并且布置在所述涡轮机(8、8a、8b)之前。
4.按权利要求2所述的系统，其特征在于，所述气体换热装置(5、5a、5b)布置在所述涡轮机(8、8a、8b)之后并且布置在所述布置在还原机组(12)前面的气体加热装置(10)之前。
5.按前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述涡轮机(8、8a、8b)被设立用于:调节从所述用于分开混合气的装置(7、7a、7b)流往所述还原机组(12)的过程气体(11)的量，并且/或者用于调节在所述用于分开混合气的装置(7、7a、7b)之后的出口压力。
6.按权利要求5所述的系统，其特征在于，所述涡轮机(8、8a、8b)为了调节所述过程气体量而具有所谓的导入装置(9、9a、9b)。
7.按权利要求5所述的系统，其特征在于，所述涡轮机(8、8a、8b)为了调节所述过程气体量而具有用于对阀进行控制的装置(9、9a、9b)。
8.按前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，为了将在所述用于分开混合气的装置(7、7a、7b)与所述还原机组(12)之间的压力降转换为电能而设置了发电机。
9.按前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，为了将在所述用于分开混合气的装置(7、7a、7b)与所述还原机组(12)之间的压力降转换为机械能，设置了所述涡轮机(8、8a、8b)与所述用来制造直接还原的金属矿石的设备(3)的组件的、尤其是压缩装置(4、4a、4b、15、15a、15b)之间的机械的I禹合。
10.按前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，为了所述用来制造直接还原的金属矿石的设备(3)的起动、停止和/或部分负载运行，绕过所述涡轮机(8、8a、8b)设置了旁通管路。
【文档编号】C21B13/00GK103797133SQ201280044523
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年8月28日 优先权日:2011年9月13日
【发明者】R.米尔纳, G.罗森菲尔纳, H.斯普伦格 申请人:西门子 Vai 金属科技有限责任公司