专利名称：加热高炉热风炉的方法
技术领域：
本发明涉及加热用于高炉的高炉热风炉的方法。
背景技术：
供应至高炉的燃烧空气通常使用热风炉进行预热，其包括使用燃烧器加热的耐火材料。在该材料足够热时，使燃烧空气通过热风炉以对其进行预热，然后将其注入高炉中。通常有多个热风炉并联且循环地运行，从而使至少一个热风炉运行以加热燃烧空气，同时加热至少一个热风炉的耐火材料。离开高炉的炉顶气的温度通常约为110至120°C，并且包含各自约20至25%的CO和C02。通常还存在3至5%的H2和一些H2O,但是炉顶气的其他主要成分是N2 (通常为45至57%)。该气体构成低级燃料，其具有比较低的热值，并且通常用于为热风炉供应燃料。 通常使用空气-燃料燃烧器在热风炉中使炉顶气燃烧。为了确保高炉所需的高的鼓风温度，已知使炉顶气中高发热值气体富集，例如焦炉煤气或天然气。该额外的燃料的燃烧导致由该设备整体上排放更大量的二氧化碳，因此是非期望的。还已知使在烟囱燃烧器中使用的燃烧空气中的氧气富集。用于减少或消除额外的高发热值燃料的需求所需的富集水平通常例如导致燃烧空气中的最终氧化剂氧气的含量约为28至30%。这些方法在某些情况下可能使得峰值火焰温度足够高以致损坏热风炉的耐火材料，可能需要例如供应过量空气流率以抑制火焰温度。此外还已知，使用热回收单元对送入热风炉燃烧器的燃料和空气进行预热。所有上述方法增加了工艺的复杂性，并且要求昂贵的设备。高炉本身是高效的逆流反应器，其已经发展了许多年。其接近热力学效率的极限，所以难以相对于目前最佳的运行实践减少能量消耗。此外，高炉及其辅助设备，例如热风炉，是钢铁联合企业中最大的能量消耗装置。此外，在炼铁中消耗的能量是决定集成炼钢工艺的碳消耗的主要因素，因此是决定二氧化碳排放量的主要因素。因此，期望提高高炉热风炉的热效率。使用所谓的“碳捕获”技术可以从热风炉烟气分离出二氧化碳，以减少排放量。然而，该分离过程是比较昂贵的。因此，期望的是设计一种允许更廉价地捕获碳的高炉热风炉。除了上述高峰值温度的问题以外，过低的火焰温度或热输入率导致长的加热周期，这是非期望的。换而言之，需要火焰温度是中等的。
发明内容
本发明解决了上述问题。因此，本发明涉及通过在位于热风炉中的燃烧室内的燃烧区域内使具有9MJ/Nm3或更低的低热值(LHV)的燃料燃烧并且使燃烧气体流动通过并由此加热热风炉中的耐火材料从而加热高炉热风炉的方法，其特征在于，利用包含至少85%氧气的氧化剂使燃料燃烧，将燃烧气体再循环至燃烧区域内，并由此充分稀释其中的燃料和氧化剂的混合物从而使燃烧无火焰。下面依照本发明的示例性的实施方案和附图详细地描述本发明。
图I所示为传统炼铁厂中的高炉和三个热风炉的简化图；图2所示为显示具有外部燃烧室的传统的现代热风炉的截面图；图3所示为根据本发明具有额外的喷枪的热风炉的截面图；图4所示为根据本发明具有氧燃烧燃烧器的热风炉的详细截面
图5所示为根据本发明具有燃烧气体循环装置的热风炉的截面图；图6所示为根据本发明具有喷射器喷枪的热风炉的详细截面图。
具体实施例方式图I所示为炼铁厂中的高炉120和3个热风炉100的基本排列方式。高炉120运行产生高炉炉顶气，使用燃料供应控制装置110将其送至各个热风炉100以用作燃料从而加热所述的热风炉100。利用通过空气供应控制装置130供应的空气形式的氧化剂使炉顶
气燃烧。各个热风炉100包括陶瓷砖等的形式的耐火材料，首先对其进行加热，然后将其用于加热被送入高炉中的鼓风。在以耐火材料加热模式(“以气体(on gas)”模式)运行时，在热风炉100中利用氧化剂使炉顶气燃烧，并将燃烧气体送至烟气处理装置150，其可能还包括传统的碳捕获步骤。在以鼓风加热模式(“以鼓风(on blast)”模式)运行时，以相反的方向输送空气通过耐火材料，然后将其输送至高炉120。热风炉100循环运行，从而在任何时刻有至少一个热风炉以鼓风模式运行，而其他的热风炉以气体模式运行。图2所示为传统的现代热风炉100的截面图。该热风炉100包括外部燃烧室101、耐火材料102和顶盖103。在以气体模式运行时，关键的是顶盖103中的温度不会变得过高，因为于是存在损坏热风炉100的风险。应当理解，还存在具有内部燃烧室的热风炉，本发明同样可以应用于这些热风炉的运行。在以气体模式运行时，将炉顶气和空气经由空气燃烧器108送入燃烧室101的燃烧区域内，在其中进行燃烧。该燃烧器108包括燃料入口 105和空气入口 104。然后，热的燃烧气体向上流动通过该室101，经过顶盖103，向下流动通过耐火材料102，从而对其进行加热。在通过端口 106排出时，燃烧气体的温度通常约为200至350°C。在耐火材料达到预定温度时，将运行模式切换为以鼓风模式运行。然后，将空气通过端口 106引入，流动通过热的耐火材料102，经过顶盖103和燃烧室101，通过出口端口107排出。在此，鼓风的温度通常为1100至1200°C。在本发明的范畴内，优选利用高炉炉顶气加热热风炉，如上所述。此外，优选使用来自高炉的炉顶气，由热风炉提供鼓风至高炉。这允许热风炉布置在高炉附近，是能量上有效的，并且使得来自该设备的总排放量低。然而，应当理解，本发明同样可以有利地应用于利用其他低级燃料加热的热风炉。示例性地，表I和II分别给出高炉炉顶气和转炉废气的典型化学组成(百分比数值)和低热值(LHV)。表I
权利要求
1.加热高炉热风炉(300，400，500，600)的方法，其是通过以下方式实施的在位于热风炉中的燃烧室(301 ；401 ；501 ；601)内的燃烧区域内使具有9MJ/Nm3或更低的低热值(LHV)的燃料燃烧，并且使燃烧气体流动通过并由此加热热风炉中的耐火材料(302，402，502，602)，其特征在于，利用包含至少85%氧气的氧化剂使燃料燃烧，将燃烧气体再循环至燃烧区域内，并由此充分稀释其中的燃料和氧化剂的混合物从而使燃烧无火焰。
2.根据权利要求I的方法，其特征在于，将燃烧气体从燃烧室(301;401)本身内部但是位于燃烧室被燃烧区域所占据的部分外部的位置进行再循环，通过喷枪(310，311，312)将氧化剂以高速供应至燃烧区域，从而将燃烧气体输送至燃烧区域内以对火焰进行稀释。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，以至少200m/s的速度喷射氧化剂。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，至少以声速喷射氧化剂。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，以接近燃料供应入口(413)的方式布置喷枪的喷嘴(416)，从而通过喷射器作用将该燃料输送至燃烧区域内。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，在燃烧室(301)内位于燃料入口(413)下游的位置额外地提供氧化剂，从而在燃烧区域内实现分级燃烧。
7.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，现有的空气燃烧器在初始步骤中用一个或多个喷射所述氧化剂的高速氧化剂喷枪加以补充。
8.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，将流动通过耐火材料(502，602)的燃烧气体循环返回至燃烧区域内。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，循环的燃烧气体在进入燃烧区域之前与所述氧化剂预先混合。
10.根据权利要求8或9的方法，其特征在于，循环足够的燃烧气体，使得在不将非惰性燃料成分计算在内的情况下在燃烧室(501，601)内的气氛的惰性部分的总的氧气体积百分比等于或小于12%。
11.根据权利要求8至10之一的方法，其特征在于，热风炉(500)中的现有的空气燃烧器在初始步骤中被燃料入口(516)和循环的燃烧气体的入口(513)代替，然后利用所述氧化剂使燃料燃烧。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，循环足够的燃烧气体，以保持单位时间通过耐火材料(502，602)的气体质量流量的水平至少与在不进行循环的情况下运行现有的空气燃烧器时所采用的单位时间的气体质量流量相同。
13.根据权利要求11的方法，其特征在于，与在不进行循环的情况下运行现有的空气燃烧器时所分别采用的火焰温度和单位时间的热能通过量相比，循环足够的燃烧气体以保持火焰温度在相同或更低的水平，并保持向耐火材料(502，602)的热能传输量在相同或更高的水平。
14.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，所述燃料是高炉炉顶气。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，所述高炉炉顶气是取自高炉，通过热风炉(300，400，500，600 )利用热空气供应的。
全文摘要
通过在位于热风炉中的燃烧室(301；401；501；601)内的燃烧区域内使具有9MJ/Nm3或更低的低热值(LHV)的燃料燃烧并且使燃烧气体流动通过并由此加热热风炉中的耐火材料(502)从而加热高炉热风炉(500)的方法。本发明的特征在于，利用包含至少85％氧气的氧化剂使燃料燃烧，将燃烧气体再循环至燃烧区域内，并由此充分稀释其中的燃料和氧化剂的混合物从而使燃烧无火焰。
文档编号C21B9/00GK102770564SQ201080053761
公开日2012年11月7日 申请日期2010年11月25日 优先权日2009年11月26日
发明者A·卡梅伦, M·卡特茨, T·埃克曼 申请人:林德股份公司