用于冷却废气的设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于冷却废气、特别是来自生铁制造中的废气的设备，包含优选连接在炉子上的、竖直定向的或基本上竖直定向的第一锅炉部段，该第一锅炉部段被废气竖直向上穿流。在第一锅炉部段上连接竖直或基本上竖直的第二锅炉部段，该竖直的第二锅炉部段被废气竖直向下穿流。在第二锅炉部段上连接第三锅炉部段，废气通过该第三锅炉部段竖直向上流动并且优选能够被冷却到550℃至750℃的温度，在第三锅炉部段上连接第四锅炉部段，废气通过该第四锅炉部段被竖直向下引导并且被冷却到小于300℃的温度。
【专利说明】用于冷却废气的设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于冷却废气、特别是来自生铁制造中的废气的设备，包含优选连接在炉子上的、竖直定向的或基本上竖直定向的第一锅炉部段，该第一锅炉部段被废气竖直向上穿流，其中在第一锅炉部段上连接竖直或基本上竖直的第二锅炉部段，该竖直的第二锅炉部段被废气竖直向下穿流。
【背景技术】
[0002]上述类型的设备例如由EPl 772 672A1已知。这样的用于冷却废气的设备在实践中已经证明过了。在由实践已知的设备中例如来自用于生铁制造的熔化还原炉的废气借助于热交换器被冷却到750°C的温度。利用由现有技术已知的设备不能可靠地实现废气的进一步冷却。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供开头所述一种类型的设备，其允许可靠冷却废气，其可以实现废气能量的有效利用，其可以非常简单地实现并且特征在于短的投资回收期。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明的设备的特征在于，在第二锅炉部段上连接第三锅炉部段，废气通过该第三锅炉部段竖直向上流动并且优选能够被冷却到550°C至750°C的温度，在第三锅炉部段上连接第四锅炉部段，废气通过第四锅炉部段被竖直向下引导并且被冷却到小于300°C的温度。特别优选的是根据本发明的设备用于冷却来自生铁制造的废气。来自生铁制造的废气例如具有大约12体积百分比的一氧化碳含量、大约4体积百分比的氢气含量和大约27体积百分比的二氧化碳含量。可能的是，来自生铁制造的废气大于400ppm的硫氢气和大于20ppm的氮氧化物。
[0005]本发明的一个重要的实施方式的特征在于，通过各单个锅炉部段流动的废气处于过压下。在各单个锅炉部段中的流动通道的气体内压有利地高于大气压0.6至lbar，优选高于大气压0.7至0.9bar并且特别优选高于大气压大约0.Sbar。渗入第一锅炉部段中的废气通常具有1200°C至1600°C、优选1300°C至1500°C、特别优选大约1450°C的气体温度。
[0006]炉子优选是生铁制造炉子。该炉子可选地可以是高炉。根据一个实施方式，在该炉子上连接一个水平的废气通道部段，该在水平的废气通道部段上连接第一锅炉部段。在第一锅炉部段的上端部上废气经由转向部段导入到第二锅炉部段中。在第二锅炉部段的下端部上优选设置一个灰尘排出装置，通过该灰尘排出装置在废气中包含的灰尘被收集并且从第二锅炉部段中可移除。可能的是，每Nm3的废气包含10至60克的灰尘并且每Nm3的废气优选包含大约20克的灰尘。
[0007]建议在第三锅炉部段中废气冷却到一个温度，其与在第二锅炉部段的端部上的废气的温度相比优选小大约80°C至120°C并且根据一个优选的实施方式小大约100°C。特别优选，废气在第二锅炉部段的端部上具有大约700°C至800°C的温度。
[0008]建议废气在第一锅炉部段中和/或在第二锅炉部段中被冷却，其方式为容器的热量的至少一部分被传递至冷却介质。有利地冷却介质在第一锅炉部段中和/或在第二锅炉部段中被引导通过冷却管，该冷却管加衬第一锅炉部段的内壁和/或第二锅炉部段的内壁。可能的是，冷却介质在第二锅炉部段中被引导通过屏式受热面，其中在屏式受热面中热量从废气传递至冷却介质。
[0009]根据一个特别优选的实施方式，第三锅炉部段的内壁设计成带管通道。带管通道特别是指的是，通过第三锅炉部段给出的废气通道具有一个壁，该壁加衬有冷却管。通过冷却管，有利地冷却介质被引导。在第三锅炉部段上优选连接一个另外的转向部段，在该转向部段中废气被导入到第四锅炉部段中。
[0010]优选在第四锅炉部段上的废气具有600°C至700°C的温度。第四锅炉部段的输入端特别是指的是第四锅炉部段的一个部段，该部段连接在所述另外的转向部段上。特别优选，在第四锅炉部段的输入端上的废气具有大约680°C的温度。建议废气在第四锅炉部段的输出端上具有大约250°C的温度。第四锅炉部段的输出端优选指的是第四锅炉部段的与第四锅炉部段的输入端对置的端部。
[0011]根据一个实施方式，第四锅炉部段具有一个压力容器，在该压力容器中设置用于废气的流动竖井。优选流动竖井如此相对于压力容器对流体密封地密封，使得废气仅仅从第三锅炉部段流入到流动竖井中。优选流动竖井的输入端部段相对于压力容器的内腔对流体密封地分离。可能的是，流动竖井的背对第三锅炉部段的端部设计成与压力容器的内腔是流体导通的。原则上可能的是，冷却到最大300°c且优选大约250°C温度的废气从流动竖井在流动竖井的背对第三锅炉部段的端部上排出并且渗入到压力容器中。根据一个优选实施方式，在压力容器中的或在压力容器的内腔中的废气的压力正好等于或大致正好等于流动竖井中的废气的压力(工作压力)。有利地压力容器和/或流动竖井可在高于大气压
0.6bar至lbar、优选高于大气压0.7bar至0.9bar的工作压力下运行,优选在高于大气压大约0.Sbar的工作压力下运行。建议压力容器和/或流动竖井是压力稳定的，直至例如大气压力的1.6倍。建议压力容器具有基本上圆形的、优选圆形的横截面。压力容器的直径可以是5至1m并且优选是6至7米。有利地流动竖井利用保持元件固定在压力容器中。除了保持元件之外，在压力容器和流动竖井之间优选不存在接触。优选流动竖井定心地设置在压力容器中，其中在压力容器和流动竖井之间设置一个自由空间。在压力容器和流动竖井之间的该自由空间优选不可被废气穿流。第四锅炉部段如此连接在所述另外的转向部段或连接在第三锅炉部段上，使得废气仅仅被导入到第四锅炉部段的流动竖井中。有利地流动竖井具有围挡或侧壁，其特别是由相对于一氧化碳、硫化氢和水具有抵抗性的或耐腐蚀的材料制造。压力容器连同在其中设置的流动竖井可以具有例如30_的长度。
[0012]在本发明的范围内的是，在流动竖井中设置至少一个热交换装置，利用所述热交换装置，热量从废气可传递至冷却介质。冷却介质特别是水或蒸汽。冷却介质特别是水或蒸汽。优选废气的热量利用热交换装置被传递至冷却介质，其中优选产生蒸汽或过热的蒸汽。热交换装置可以在本发明的范围内具有例如10至15m2、优选大约14m2的横截面面积。利用根据本发明的设备，废气的热量可被传递至冷却介质，直至废气被冷却到例如300°C和优选大约250°C的温度。有利地利用利用根据本发明的设备与利用由实践已知的设备相比能够获得较大的蒸汽量。
[0013]有利地在流动竖井中设置多个热交换器装置。根据一个实施方式，在压力容器的流动竖井中设置4至10个热交换器装置。根据一个特别优选的实施方式，流动竖井具有八个热交换器装置。
[0014]根据一个特别优选的实施方式，在流动竖井中设置两组热交换器装置。优选利用第一组热交换器装置将废气冷却到大约350°C至450°C的温度，优选冷却到大约400°C的温度。在本发明的范围内的是，废气利用第二组热交换器装置冷却到200°C至300°C的温度并且优选冷却到大约250°C的温度。
[0015]有利地所述第一组例如具有四个热交换器装置，这些热交换器装置彼此并联布置。根据一个实施方式，第二组热交换器装置串联布置。可能的是，第一组和第二组分别具有相同数量的热交换器装置，例如四个热交换器装置。
[0016]建议一个热交换器装置具有至少一个冷却管，该冷却管卷绕成处于一个平面或基本上处于一个平面中的冷却蛇管。有利地热交换器装置具有多个冷却管，其中，这些冷却管分别卷绕成处于一个平面中或基本上处于一个平面中的冷却蛇管(管蛇管)并且分别同向地被冷却介质穿流。优选，一个热交换器装置的冷却蛇管并联布置或连接到一个用于冷却介质的输入管路上。有利地，一个热交换器装置的各冷却蛇管相同或基本上相同地构成。特别优选，各单个平面相互平行或基本上相互平行地定向。根据一个实施方式，一个热交换器装置具有10至60、优选20至30个冷却管。特别优选，一个热交换器装置具有24个冷却管。原则上可能的是，在相邻的各平面中设置的冷却管彼此相对错位地布置。
[0017]业已证明有利的是，通过热交换器装置的冷却蛇管分别规定横向于废气的流动方向或水平或基本上水平定向的冷却平面。通过这种方式确保了，废气在绕流所述冷却管的情况下穿流所述至少一个热交换器装置，由此获得有利的冷却作用并且实现热量从废气向冷却介质的有效的热传递。优选一个热交换装置具有10至40、优选15至30个冷却平面。根据一个实施方式，一个热交换器装置具有24个冷却平面。
[0018]根据一个实施方式，一个热交换器装置的冷却管或冷却平面的竖直间距为50至200mm并且优选大约为100mm。热交换器装置的竖直厚度优选为1000至4000mm并且优选为2000至2500mm。根据一个特别优选的实施方式，热交换器装置的竖直厚度为大约2300mm。厚度特别是指热交换器装置在竖直方向或废气流动方向上的尺寸。
[0019]在本发明的范围内的是，在两个热交换器装置之间的竖直间距为600mm至1200mm。优选在两个热交换器装置之间的竖直间距为800mm至1000mm。
[0020]建议，热交换器装置具有矩形或基本上矩形的横截面。特别优选，热交换器装置具有正方形的横截面。例如，热交换器装置的正方形的横截面的侧面长度为3.7米长。可能的是，在压力容器中的所有的热交换器装置具有相同或基本上相同的横截面面积。
[0021]有利地至少一个清洁装置可移入流动竖井的一个上部的部段中(在该上部的部段中废气可被冷却到至多500°C的温度)并且可从流动竖井中移出。有利地利用清洁装置可清除在热交换器装置上的沉积物。原则上可能的是，在热交换器装置中的所有热交换器装置借助于可移入到流动竖井中且从流动竖井可移出的清洁装置可清除沉积物。建议清洁装置设计成优选旋转的喷嘴，通过所述喷嘴热交换器装置可被加载清洁剂。有利地，清洁装置仅当热交换器装置被清洁剂加载时才移入到流动竖井中。如果在流动竖井的上部的部段中不实现热交换装置的清洁，那么清洁装置处于移出的状态下或者清洁装置从流动竖井中移出。有利地设计成旋转的喷嘴的清洁装置在一个自由端部上具有两个优选沿着直径对置的喷嘴孔，通过这些喷嘴孔清洁剂在热交换器装置清洁时被排出。特别优选清洁装置在两个相邻的热交换器装置之间设置在流动竖井的上部的部段中。换句话说，利用在上部的流动竖井中的清洁装置，在两个彼此相邻设置的热交换器装置上的沉积物可被移除。
[0022]根据一个有利的实施方式，在流动竖井的一个下部的部段中(在该下部的部段中废气具有小于500°C的温度)设置至少一个持久地伸入到流动通道中的固定的清洁装置，其优选具有多个喷嘴孔。在本发明的范围内的是，通过喷嘴孔，清洁剂被喷射到热交换器装置上。根据一个实施方式，固定的清洁装置不可从流动竖井中移除，其中固定的清洁装置的移位在固定的清洁装置运行时如此实现，使得所有或基本上所有在热交换器装置上的沉积物被移除。建议在两个相邻的热交换器装置之间设置一个固定的清洁装置。在固定的清洁装置中的喷嘴孔优选如此设置在固定的清洁装置中，使得实现在固定的清洁装置竖直上方且在固定的清洁装置竖直下方设置的热交换器装置的清洁剂加载。特别优选清洁装置和/或固定的清洁装置是炭黑吹风机。清洁剂优选是过热的蒸汽。原则上可能的是，应用空气和/或氮气作为清洁剂。
[0023]本发明以这样的认识为基础，即利用根据本发明的设备可以将来自生铁制造的废气可靠地冷却到大约250°C的温度。在此利用较小的结构耗费可能的是，在废气中包含的热量用于产生过热的蒸汽。根据本发明的设备的特征在于有利地较少的水消耗。此外本发明基于这样的认识，即根据本发明的设备可以无问题地整合到现有的用于冷却来自生铁制造的废气的设备中。根据本发明的设备的特征此外在于令人意想不到地短的投资回收期(payback per1d)。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]本发明借助于仅仅示出一个实施例的附图详细阐述。附图示意示出:
[0025]图1示出根据本发明的设备的侧视图；
[0026]图2示出根据图1的压力容器的横截面视图。
【具体实施方式】
[0027]在附图1中示出一种设备，其用于冷却来自生铁制造的废气。该设备具有一个炉子1，废气从该炉子排出。在炉子I的上部区域2中在炉子I上连接一个废气通道3，其具有一个第一锅炉部段4、一个第二锅炉部段5、一个第三锅炉部段6和一个第四锅炉部段7，连接到炉子上。废气在气密的且被冷却的废气通道3中被冷却到一个温度，该温度在该实施例中大约为250°C。在附图中未详细示出被冷却的废气从废气通道3中出来后的进一步排出。
[0028]在该实施例中且根据附图1，在炉子I的上部区域2上首先连接一个水平的或稍微倾斜的废气通道部段8，该废气通道部段过渡到第一竖直的锅炉部段4中。废气而后经由转向部段9流入到第二竖直的锅炉部段5中，在该锅炉部段中废气重新被向下引导。废气通道3具有颠倒的U的形状，具有连接在其上的水平的废气通道部段8，其建立与炉子I的上部区域2的连接。从炉子的上部区域2流入废气通道部段8中的废气根据该实施例具有大约1450°C的温度以及比大气压力高0.8bar的气体过压。
[0029]在附图中没有示出，第一锅炉部段的壁通过冷却介质冷却，所述冷却介质通过覆盖第一通道部段的内壁的冷却管被引导。同样没有示出，在第二锅炉部段5中设置用于冷却废气的屏式受热面。在第二锅炉部段5的底部侧的或脚部侧的端部上设置一个灰尘排出装置10，利用该灰尘排出装置在废气通道3的运行中从废气中分离出来的灰尘可从废气通道3中移除。
[0030]第二锅炉部段5利用过渡件11连接在第三锅炉部段6上，从而废气在竖直方向上从下向上穿流第三锅炉部段6。在该实施例中未示出，第三锅炉部段6的内壁利用管子覆盖，冷却介质流过这些管子。在上端部上或在头部侧，在第三锅炉部段上借助于一个另外的转向部段12连接设计成压力容器13的第四锅炉部段7。在第四锅炉部段7中废气在与在第三锅炉部段6中的废气流动方向相反的方向上流动。
[0031]在附图1中示出，在压力容器13中设置一个流动竖井14，在该流动竖井中废气流过压力容器13。此外在附图1中可以看出，在流动竖井14中设置八个热交换装置15a、15b，其中在两个相邻的热交换装置之间分别安装设计成炭黑吹风机16a、16b的清洁装置。优选且根据该实施例，在面向所述另外的转向部段12的热交换装置15a上方设置附加的炭黑吹风机16a。炭黑吹风机16a根据附图1设计成可移动的炭黑吹风机，其仅当需要清洁热交换装置15a时才移入到流动竖井14中。炭黑吹风机16b设计成固定的炭黑吹风机，其持久地定位在流动竖井14中。在这些附图中未示出，热交换装置15a、15b可利用由炭黑吹风机16a、16b流出的过热的水蒸气加载，以便移除在热交换装置15a、15b上的沉积物。
[0032]优选且根据该实施例，废气以大约680°C的温度被导入压力容器13的流动竖井14中，并且以大约250°C的温度在压力容器13的流动竖井14的脚侧的端部上离开流动竖井。废气在离开压力容器13之后的进一步热处理在附图中未示出。
[0033]此外在附图1中示出，各热交换装置15a组成第一组热交换装置，其中热交换装置15a彼此并联布置。各热交换装置15b组成第二组热交换装置I并且彼此串联布置。冷却介质通过输入管路19在一个在脚侧设置在流动竖井14中的热交换装置15b中进入并且作为被加热的冷却介质通过排出管路20离开在头部侧的热交换装置15b。第一组的各单个热交换装置15a分别配设给未利用附图标记表示的用于冷却介质的输入管路和用于被加热的冷却介质的排出管路。
[0034]根据图1的热交换装置15a、15b分别具有冷却管17，其中每个冷却管17卷绕成蛇管并且在一个平面或大致在一个平面中设置。通过冷却管17，根据该实施例分别给出热交换装置15a、15b，其具有24个横向于废气流动方向定向的冷却平面K。冷却平面K的剖视图在附图2中示出。在附图2中可见，每个冷却管17从流动竖井14引导出来并且从压力容器13引导出来。未示出的是，冷却管17分别连接在一个在附图2中未示出的用于冷却介质的输入管路上。两个彼此相邻地设置在热交换装置15a、15b中的冷却平面K的竖直间距在该实施例中是100mm。优选和根据附图1，在流动竖井14中设置两个热交换装置15a、15b,使得在这两个热交换装置之间的竖直间距分别为1000mm。
[0035]流动竖井14优选且根据附图2具有一个矩形的横截面，其中流动竖井14与压力容器13的内腔18对流体密封地分离。这意味着，通过流动竖井14流动的废气不能进入到压力容器13的内腔18中。设置在流动竖井13中的热交换装置15a、15b的横截面基本上对应于流动竖井13的横截面。在该实施例中流动竖井13具有正方形的横截面，其具有3.7m的侧向长度。
[0036]由于热交换装置15a、15b的构成，在流动竖井14中确保，废气与冷却管多重接触，从而确保了废气与冷却管17多重接触，从而确保了在废气与在压力容器13中或在热交换装置15a、15b中的冷却介质之间的强烈的能量交换。通过这种方式可能的是，利用较少的冷却介质应用，废气利用在压力容器13中的热交换装置15a、15b可靠地从根据该实施例680°C冷却至 250°C。
【权利要求】
1.用于冷却废气、特别是来自生铁制造中的废气的设备，包含优选连接在炉子(I)上的、竖直定向的或基本上竖直定向的第一锅炉部段(4)，该第一锅炉部段(4)被废气竖直向上穿流，其中在第一锅炉部段(4)上连接竖直或基本上竖直的第二锅炉部段(5)，该竖直的第二锅炉部段(5)被废气竖直向下穿流，其特征在于，在第二锅炉部段(5)上连接第三锅炉部段(6)，废气通过该第三锅炉部段(6)竖直向上流动并且优选能够被冷却到550°C至750°C的温度，在第三锅炉部段(6)上连接第四锅炉部段(7)，废气通过该第四锅炉部段(7)被竖直向下引导并且被冷却到小于300°C的温度。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在第四锅炉部段(7)的输入端上的废气具有600°C至700°C的温度。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在第四锅炉部段(7)的输出端上的废气具有大约250°C的温度。
4.如上述权利要求1至3之一项所述的设备，其特征在于，第四锅炉部段(7)具有压力容器(13)，在该压力容器(13)中设置用于废气的流动竖井(14)，并且流动竖井(14)如此相对于压力容器(13)对流体密封地密封，使得废气仅仅从第三锅炉部段(6)流入到流动竖井(14)中。
5.如上述权利要求1至4之一项所述的设备，其特征在于，在流动竖井(14)中设置至少一个热交换装置(15a，15b)，利用所述热交换装置(15a，15b)能够将热量从废气传递至冷却介质。
6.如上述权利要求1至5之一项所述的设备，其特征在于，在流动竖井(14)中设置多个热交换装置(15a, 15b)。
7.如权利要求5或6所述的设备，其特征在于，一个热交换装置(15a，15b)具有至少一个冷却管(17)，所述冷却管(17)卷绕成处于一个平面或基本上处于一个平面中的冷却蛇管。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，一个热交换装置(15a，15b)具有多个冷却管(17)、例如10至60个冷却管(17)，这些冷却管(17)分别卷绕成处于一个平面或基本上处于一个平面中的冷却蛇管并且分别同方向地被冷却介质穿流。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，通过热交换装置(15a，15b)的冷却蛇管分别规定横向于废气的流动方向或者水平或基本上水平定向的冷却平面(K)。
10.如上述权利要求7至9之一项所述的设备，其特征在于，各冷却平面(K)的竖直间距为50mm至200mm、优选大约100mm。
11.如上述权利要求5至10之一项所述的设备，其特征在于，在两个热交换装置(15a，15b)之间的竖直间距为600mm至1200mm。
12.如上述权利要求5至11之一项所述的设备，其特征在于，热交换装置(15a，15b)具有矩形的或基本上矩形的横截面。
13.如上述权利要求5至12之一项所述的设备，其特征在于，清洁装置(16a)能够移入流动竖井(14)的一个上部的部段中和从其中移出，在该上部的部段中废气能够被冷却到至多500°C的温度，利用这些清洁装置(16a)能够去除在热交换装置(15a)上的沉积物。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，清洁装置(16a)设计成优选旋转的喷嘴，热交换装置(15a)能够通过这些喷嘴被加载清洁剂。
15.如上述权利要求5至14之一项所述的设备，其特征在于，在流动竖井的一个下部的部段中设置持久地伸入流动竖井中的、具有多个喷嘴孔的清洁装置(16b)，在该下部的部段中废气具有小于500°C的温度，并且清洁剂通过这些喷嘴孔被喷洒到热交换装置(15b)上。
【文档编号】F23J15/06GK104165368SQ201310340465
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2013年5月16日
【发明者】H·卡沙布, J-C·施拉格 申请人:奥莎茨有限公司