具有高效废热利用的冶金工艺装置制造方法
【专利摘要】一种冶金工艺装置具有在钢的制备工艺中位于制钢装置(8)上游的装置(7)和产生出口气(2)的气体发生装置(1)。含于该出口气(2)中的二氧化碳和/或水在分离设备(3)中至少部分从该出口气(3)中去除。由此产生的产品气(4)在供入上游装置(7)之前在燃烧设备(6)中通过燃烧燃气(11)而加热。以大体积向燃烧设备(6)供入该燃气(11)，该体积明显大于为加热产品气(4)之所需。燃烧该燃气(11)时产生的热能，只要其未用于加热该产品气(4)，则以热的方式将其利用。该利用可在燃烧设备(6)内通过产生蒸汽实现和/或基于燃烧燃气时所形成的烟气(12)的气流，在燃烧设备(6)的下游来进行。在后一情况下，该利用通过预热燃气(11)和/或通过预热燃烧燃气(11)所用的氧化气(10)和/或通过预热和/或干燥该上游装置(7)和/或供入气体发生装置(1)的原料(20,21)来进行。
【专利说明】具有高效废热利用的冶金工艺装置
[0001 ] 本发明涉及用于冶金工艺装置的运行方法，该装置具有在钢的制备工艺中位于制钢装置上游的装置和产生出口气的气体发生装置，
-其中，在分离设备中将含于该出口气中的二氧化碳和/或水至少部分从该出口气中去除，并且使由此产生的产品气(Produktgas)在供入上游装置前在燃烧设备中通过燃烧燃气加热。
[0002]本发明还涉及冶金工艺装置，其如此构成，以使其以连续运行方式实施这种运行方法。
[0003]这类冶金工艺装置和所属的运行方法通常是已知的。
[0004]在冶金工艺装置中，特别是在制铁和制钢工业的装置中，需大量的高温下的热能。因此在这类装置中产生大量废热。所产生的废热部分已用以加热在该冶金工艺装置内产生的或待处理的中间产物一特别是过程气体。所述废热也部分已用以经产生蒸汽的设备连同下游的涡轮机来驱动发电机。
[0005]本发明的目的在于，提供更高效利用开头所述类型的冶金工艺装置的可能性。
[0006]该目的是通过具有权利要求1的特征的运行方法实现的。本发明的运行方法的有利实施方案是从属权利要求2-11的主题。
[0007]根据本发明提供，按如下配置开头所述类型的冶金工艺装置的运行方法:
-以大体积向燃烧设备供入燃气，该体积明显大于为加热产品气之所需，
-其中在燃气燃烧时产生的热能，只要其未用于加热该产品气，则在该燃烧设备内将其热利用，用于产生蒸汽和/或基于燃烧燃气时所形成的烟气的气流，在该燃烧设备下游用于预热该燃气和/或预热燃烧燃气所用的氧化气和/或用于预热和/或干燥供入所述上游装置和/或气体发生装置的原料。
[0008]在本发明的一个优选实施方案中，在燃烧燃气时形成的烟气首先用于产生蒸汽并随后才用于加热产品气。
[0009]在一些情况下需要，产品气的温度基本恒定保持在额定温度。如是这种情况，且该烟气的温度过高，则为调节加热产品气的烟气的温度，可在用于产生蒸汽之后和加热产品气之前将冷空气混入烟气中。
[0010]在本发明的一个特别优选的实施方案中提供，
-将产品气的加热限制在一个中间温度，所述中间温度低于在上游装置中使用该产品气所需的反应温度，尽管在燃烧燃气时产生了为此所需的热能，和
-通过部分氧化产品气将经加热的产品气从中间温度加热到反应温度。
[0011]如果烟气的热能足够大，则可在该燃烧设备的下游利用烟气的热能来加热导热油。
[0012]可使用部分由气体发生装置产生的出口气体作为燃气。替代地或附加地，也可使用在从出口气中去除二氧化碳和水时产生的浓集有二氧化碳和水的过程气作为燃气。如果该所述过程气不足以稳定燃烧或不含所需的热能，则可在该过程气中混入一种另外的可燃气体或将该过程气可与另外的可燃气体一起燃烧。[0013]所产生的出口气的量和/或组成和与此相关的还有所产生的过程气的量和/或组成常常随时间强烈波动。因此，在许多情况下将作为燃气使用的出口气部分或过程气中间贮存在配置于燃烧设备上游的低压-储气罐中是合适的。
[0014]在许多情况下，上游装置运行时产生可燃气体。可将该可燃气体至少部分混入出口气中。替代地或附加地，可将该可燃气体用作燃气。特别是需要时可将最后提及的可燃气体混入上述的浓集有二氧化碳和水的过程气中或与该过程气一起燃烧。
[0015]此外，在上游装置运行时还可产生热的顶气。在此情况下，含于顶气中的热能可用于预热供入燃烧设备之前的产品气和/或用于产生蒸汽。即是说，该热的顶气可以是可燃气体或不可燃气体。
[0016]该上游装置可例如设计成高炉、熔融还原装置、熔炼机组或直接还原装置。该气体发生装置可例如设计成煤气化装置或金属熔炼装置，特别是熔铁装置或熔融还原装置。
[0017]此外，所述目的是通过具有权利要求12的特征的冶金工艺装置实现的。按本发明提供，如此配置开头所述类型的冶金工艺装置，以使其以连续运行方式实施本发明的运行方法。
[0018]其它优点和详情由实施例的下述说明并结合附图给出。在原理图中:
图1以示意图示出一种冶金工艺装置，
图2以示意图示出图1的冶金工艺装置的片段图，和 图3以示意图示出图1的冶金工艺装置的一种可能方案。
[0019]按图1，冶金工艺装置具有气体发生装置I。该气体发生装置I例如可设计成煤气化装置或金属熔炼装置。在设计成金属熔炼装置的情况下，其特别可设计为熔铁装置一也为高炉，特别是氧吹炉一或为熔融还原装置。氧吹炉是一种高炉，其中使用工业纯氧作为热风，且所形成的高炉煤气可返回到该高炉。
[0020]该气体发生装置I在运行时产生气体2，下面称为出口气2。该出口气2含可燃成分以及另外含二氧化碳、水和通常也含氮。二氧化氮和水的存在在图1中由出口气中的附加标记“ CO2 ”和“H2O”表示。
[0021]出口气2 —完全或部分一供入分离设备3中。在分离设备3中处理出口气2 —需要时仅处理供入分离设备3的该部分出口气2。在该分离设备3中特别是从该出口气2中完全或部分去除含于出口气2中的二氧化碳和/或含于出口气2中的水。由此，一方面产生产品气4，与出口气2相比，产品气4中贫化了二氧化碳和水。这在图1中通过附加标记“C02_”和“H20-”表示。另一方面产生过程气5 —常称为尾气一，在其中浓集有二氧化碳和/或水。这在图1中通过附加标记“C02+”和“H20+”表示。
[0022]首先将该产品气4供入燃烧设备6，并从那里供入上游装置7。该上游装置7是在钢的生产工艺中配置在制钢装置8上游的装置。该上游装置7例如可设计成高炉、熔融还原装置、熔炼机组或直接还原装置。
[0023]在燃烧设备6中，使该产品气4在产品气-热交换器9中加热。这时保持该产品气4的化学组成一至少基本上一不变。仅产品气4的温度有所变化。
[0024]在燃烧设备6燃烧时，在燃烧设备6中使用氧化气10将燃气11燃烧成烟气12。气体10、11两者均供入燃烧设备6中。氧化气10特别可以是标准空气。
[0025]燃气11以大体积供入燃烧设备6中，该体积明显大于为加热产品气4之所需。因此，在燃烧设备6中产生大量的多余的热能。所产生的热能，只要其是多余的一即不需和不用于来加热产品气4 一，则例如可在燃烧设备6中借助于蒸发器13用于产生蒸汽和用于推动水-蒸汽-循环。该蒸汽例如可驱动涡轮机14，该涡轮机再驱动发电机15。或者，该蒸汽也可用于其它方面。
[0026]如果产生蒸汽，则蒸发器13 —图2中特别明显可见一根据烟气12的气流配置在产品气-热交换器9上游。因此，在燃烧燃气11时产生的烟气12首先用于产生蒸汽，并随后才用于加热出口气4。
[0027]任选可借助于烟气12甚至使产生的蒸汽过热。在此情况下，可能的过热器(图中未示出)根据烟气12的气流配置在产品气-热交换器9上游，任选也在蒸发器13上游。此夕卜，可预热待蒸发的水。在此情况下，相应的预热器(图中未示出)根据烟气12的气流配置在产品气-热交换器9下游。
[0028]替代地或除用于产生蒸汽之外附加地，还可在机组16-19中利用烟气12，这些机组根据烟气12的气流配置在燃烧设备6下游。
[0029]例如可在燃气-热交换器16中预热燃气11。替代地或除预热燃气11之外附加地，可在氧化气-热交换器17中预热氧化气10。燃气11和/或氧化气10的预热当然在将所述气体10、11供入燃烧设备6之前进行。
[0030]此外可以一替代地或除预热燃气11和/或氧化气10之外附加地一在原料处理设备18中干燥和/或预热将供入上游装置7中的原料20。附加或替代地，以类似的方法可在另一原料处理设备19中干燥和/或预热将供入气体发生装置中的原料21。作为原料21特别可考虑铁矿石或焦炭。
[0031]如果此外烟气12的多余的热能可供使用，则另外可在该燃烧设备6下游于油热交换器23中利用烟气12的热能加热导热油24。
[0032]在有些情况下，调节加热产品气4的烟气12的温度可能是适用的。为此目的，可按图2在烟气12中混入冷空气25。在此情况下，在利用烟气12产生蒸汽之后，但是一当然一在加热产品气4之前混入冷空气25。
[0033]可在燃烧装置6中加热产品气4直到反应温度T (通常高于800°C )，该产品气4必需具有该温度，以能够在上游装置7中使用。但在许多情况下，将产品气4的加热限制到低于反应温度T的中间温度T’是在利的。虽然在燃烧燃气11时产生对此(即加热直到反应温度T)所需的热能，但这也是适用的。该中间温度T’例如可为约400°C -约600°C。如果产品气4在燃烧设备6中加热最高仅到中间温度T’，则按图2，在燃烧设备6中经加热的产品气4通过产品气4在氧化设备26中的部分氧化从中间温度T’加热到反应温度T。为此目的，通常除产品气4之外附加地向氧化设备26中供入氧化气27，如工业纯的氧(氧含量至少90%)。
[0034]原则上可任意选择在燃烧设备6中燃烧的燃气11。燃气11可从外部供入冶金工艺装置中。或者，燃气11可以是在冶金工艺装置内产生的气体。根据图3，例如可以使用由气体发生装置I产生的出口气2的一部分作为燃气11。替代地或附加地，也可利用过程气5作为燃气11。只要需要，可在过程气5中混入其它的可燃气体28。或者可以，只要需要，使所述其它的可燃气体28在燃烧设备6的单独的燃烧器中与过程气5 —起燃烧。
[0035]如果使用出口气2的一部分或过程气5作为燃气11，则优选在通向该燃烧设备6的相应气体2、5的输入管道中布置低压-储气罐29。该低压-储气罐29用于补偿在产生出口气2和/或过程气5时出现的量的波动和/或组成的波动。在低压-储气罐29中存在气压P，其略大于大气压。
[0036]在许多情况下，在上游装置7运行时产生热的和/或可燃的气体30。该气体30常称为顶气30。如果该顶气30是可燃的，则可将该顶气30 —完全或部分地一混入出口气2中。替代地或附加地可将顶气30用作燃气11。任选可与出口气2和/或过程气5 —起使用。在此情况下，顶气30尤其可与那种可燃气体28 —样，其可混入过程气5中或与其一起燃烧。
[0037]如果该顶气30是热的，则可将该顶气30中所含的热能用于在产品气4供入燃烧器6之前预热该产品气4和/或用于产生蒸汽(包括需要时的过热)。这在图3中用虚线表不。
[0038]本发明具有许多优点。特别是可以以相对简单的方法高效利用在冶金工艺装置中产生的热能和产生的可燃的气体。
[0039]上述说明书仅用于阐述本发明。相反，本发明的保护范围仅由所附的权利要求确定。
[0040]附图标记表:
1气体发生装置
2出口气
3分离设备
4产品气
5过程气
6燃烧设备
7上游装置
8制钢装置
9产品气-热交换器 10，27 氧化气
11燃烧气
12烟气
13蒸发器
14涡轮机
15发电机 16-19 机组
16燃烧气-热交换器
17氧化气-热交换器 18，19 原料处理设备
20，21 原料
23油热交换器
24导热油
25冷空气26氧化设备
28其它的可燃烧气
29低压-储气罐
30顶气P气压
T反应温度
T’中间温度
【权利要求】
1.用于冶金工艺装置的运行方法，该装置具有在钢的制备工艺中位于制钢装置（8)上游的装置（7)和产生出口气（2)的气体发生装置（1)， -其中，在分离设备（3)中将含于该出口气（2)中的二氧化碳和/或水至少部分从该出口气（2)中去除，并且使由此产生的产品气（4)在供入上游装置（7)之前在燃烧设备（6)中通过燃烧燃气（11)加热 -其中，以大体积向燃烧设备（6)供入燃气（11)，该体积明显大于为加热产品气（4)之所需， -其中，在燃气（11)燃烧时产生的热能，只要其未用于加热该产品气（4)，则在燃烧设备（6)内将其热利用，用于产生蒸汽和/或基于燃烧燃气（11)时所产生的烟气（12)的气流，在该燃烧设备（6)下游用于预热燃气（11)和/或预热燃烧燃气（11)所用的氧化气（10)和/或用于预热和/或干燥供入所述上游装置（7)和/或气体发生装置（I)的原料（20，21)。
2.根据权利要求1的运行方法，其特征在于，在燃烧燃气（11)时产生的烟气（12)首先用于产生蒸汽，且之后才用于加热产品气（4)。
3.根据权利要求2的运行方法，其特征在于，为调节加热产品气（4)的烟气（12)的温度，在用于产生蒸汽之后和在加热产品气（4)之前将冷空气（25)混入烟气（12)中。
4.根据权利要求1、2或3的运行方法，其特征在于， -将产品气⑷的加热限制在一个中间温度（T’），所述中间温度（T’ )低于在上游装置（7)中使用该产品气⑷所需的反应温度（T)，尽管在燃烧燃气（11)时产生了为此所需的热能，和 -通过部分氧化产品气（4)将经加热的产品气（4)从中间温度（T’ )加热到反应温度⑴。
5.根据上述权利要求之一的运行方法，其特征在于，在该燃烧设备(6)的下游利用燃气（12)的热能用于加热导热油（24)。
6.根据上述权利要求之一的运行方法，其特征在于，使用由气体发生装置（I)产生的出口气（2)的一部分和/或在由出口气（2)去除二氧化碳和水时产生的浓集有二氧化碳和水的过程气（5)作为燃气一后者任选混入其它的可燃气体（28)或与所述其它的可燃气体(28)一起燃烧。
7.根据权利要求6的运行方法，其特征在于，将所述作为燃气（11)使用的一部分出口气（2)或过程气（5)中间贮存在配置于燃烧设备（6)上游的低压-储气罐（29)中。
8.根据上述权利要求之一的运行方法，其特征在于，在上游装置（7)运行时产生可燃的顶气（30)，且将所述可燃的顶气（30)至少部分混入出口气（2)中和/或用作燃气（11)。
9.根据权利要求1-7之一的运行方法，其特征在于，在上游装置（7)运行时产生热的顶气（30)，且含于所述顶气（30)中的热能用于预热供入燃烧设备（6)之前的产品气（4)和/或用于产生蒸汽。
10.根据上述权利要求之一的运行方法，其特征在于，所述上游装置（7)被设计成高炉、熔融还原装置、熔炼机组或直接还原装置。
11.根据上述权利要求之一的运行方法，其特征在于，所述气体发生装置（I)被设计成煤气化装置或金属熔炼装置，特别是熔铁装置或熔融还原装置。
12.冶金工艺装置，其如此设计，以使其以连续运行方式实施根据上述权利要求之一的运行方法，其包括: -制钢装置(8)， -制钢装置(8)的上游装置(7)， -产生出口气(2)的气体发生装置(1)， -分离设备(3)，用于至少部分除去出口气(2)中所含的二氧化碳和/或水，产生产品气⑷， -燃烧设备(6)，其具有将产品气(4)从分离设备(3)供入燃烧设备(6)的管道和通入上游装置(7)的用于将在燃烧设备(6)中加热的产品气从燃烧设备(6)供入上游装置(7)中的管道， -用于将燃气(11)供入燃烧设备(6)的管道， -用于将氧化气(10)供入燃烧设备(6)的管道， 其中，存在至少一个选自下列的设备: -在燃烧设备(6)内部的用于产生蒸汽的蒸发器(13)， -用于预热燃气(11)的燃气-热交换器(16)， -用于预热氧化气(10)的氧化气-热交换器(17)， -用于预热和/或干燥原料(20，21)的原料处理设备(18，19)，其供料给上游装置(7)和/或气体发生装置(I)。
13.根据权利要求12的冶金工艺装置，其特征在于，存在将冷空气供入烟气(12)中的管道。
14.根据权利要求12或13之一的冶金工艺装置，其特征在于，存在用于中间贮存出口气⑵或过程气(5)的低压-储气罐(29)，其中，所述低压-储气罐(29)配置于燃烧设备(6)的上游。
15.根据权利要求12-14之一的冶金工艺装置，其特征在于，所述上游装置(7)是高炉、熔融还原装置、熔炼 机组或直接还原装置。
16.根据权利要求12-15之一的冶金工艺装置，其特征在于，所述气体发生装置(I)是煤气化装置、金属熔炼装置，特别是熔铁装置或熔融还原装置。
【文档编号】C21B13/14GK103842759SQ201280013726
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年3月8日 优先权日:2011年3月17日
【发明者】R.米尔纳, G.罗森菲尔纳 申请人:西门子Vai金属科技有限责任公司