УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИЗИЧЕСКОЙ ТЕПЛОТЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЧУГУНА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭТОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2011 года по МПК C21B11/00 F01K7/00 

Данное изобретение относится к установке для получения энергии и к способу получения энергии с применением этой установки, а более конкретно к установке для получения энергии с использованием физической теплоты отходящего газа при производстве чугуна и к способу получения энергии с применением этой установки.

Недавно исследовали процесс восстановления в расплаве, который может заменить доменный процесс. В процессе восстановления в расплаве в качестве топлива и восстанавливающего агента непосредственно применяют необработанный уголь, а в качестве источника железа непосредственно применяют железную руду и таким образом железную руду восстанавливают в реакторе восстановления, а чугун производят в плавильной печи-газификаторе.

Кислород вдувают в плавильную печь-газификатор, а затем сжигают находящийся в ней неподвижный слой угля. Кислород превращается в восстановительный газ и его выпускают из плавильной печи-газификатора. Выпускаемый из плавильной печи-газификатора восстановительный газ транспортируют в реактор восстановления. Железную руду восстанавливают восстановительным газом в реакторе восстановления. После восстановления железной руды восстановительный газ выводят из реактора восстановления в виде отходящего газа.

Содержащуюся в отходящем газе пыль улавливают посредством распыления воды, а отходящий газ частично подвергают реформингу, а затем снова применяют в качестве восстановительного газа. Поскольку температура отходящего газа высока, отходящий газ обладает большим количеством физической теплоты, которая теряется при его циркуляции.

Обеспечивают установку для получения энергии, обеспечивающую возможность рециркуляции энергии путем использования физической теплоты отходящего газа, полученного при производстве чугуна. Кроме того, обеспечивают способ получения энергии, позволяющий рециркулировать энергию путем использования физической теплоты отходящего газа, полученного при производстве чугуна.

Способ получения энергии в соответствии с примером реализации данного изобретения включает: i) обеспечение отходящего газа, выпускаемого из установки для получения чугуна, включающей реактор восстановления, в котором получают восстановленное железо, восстанавливаемое из железной руды, и плавильную печь-газификатор, в которой плавят восстановленное железо с получением чугуна; ii) превращение охлаждающей воды в пар высокого давления путем приведения охлаждающей воды в контакт с отходящим газом и iii) получение энергии по меньшей мере от одной паровой турбины путем подачи пара высокого давления к паровой турбине и вращения паровой турбины.

Отходящий газ можно выпускать после восстановления железной руды в реакторе восстановления, где при обеспечении отходящего газа реактор восстановления представляет собой реактор восстановления с неподвижным слоем или реактор восстановления с псевдоожиженным слоем. При обеспечении отходящего газа его можно выпускать из плавильной печи-газификатора. Установка для получения чугуна может дополнительно включать бункер для подачи восстановленного железа, из которого восстановленное железо, восстанавливаемое в реакторе восстановления, подают в плавильную печь-газификатор. Бункер для подачи восстановленного железа может быть соединен с реактором восстановления и с плавильной печью-газификатором. При обеспечении отходящего газа его можно выпускать из бункера для подачи восстановленного железа.

При превращении охлаждающей воды в пар высокого давления температура отходящего газа после контакта отходящего газа с охлаждающей водой может составлять от 200°С до 250°С. Охлаждающая вода может косвенно контактировать с отходящим газом при превращении охлаждающей воды в пар высокого давления. Давление пара высокого давления, подаваемого в паровую турбину на стадии получения энергии, может быть равно или более 4 МПа избыт. (40 бар избыт.).

Способ получения энергии в соответствии с одним из примеров реализации данного изобретения может дополнительно включать: i) получение пара низкого давления, который выпускают из паровой турбины, приводимой во вращение паром высокого давления; ii) обеспечение охлаждающей воды путем охлаждения пара низкого давления и iii) подачу охлаждающей воды к отходящему газу. Энергию, получаемую на стадии получения энергии, можно использовать для подачи охлаждающей воды к отходящему газу.

Способ получения энергии в соответствии с одним из примеров реализации данного изобретения может дополнительно включать: i) подачу технологической воды к отходящему газу, который контактирует с охлаждающей водой; ii) улавливание пыли из отходящего газа путем распыления воды с использованием технологической воды и iii) отбор технологической воды после завершения улавливания пыли путем распыления воды. Энергию, полученную на стадии получения энергии, можно использовать для подачи технологической воды к отходящему газу.

Способ получения энергии в соответствии с одним из примеров реализации данного изобретения может дополнительно включать сжатие отходящего газа, который вступил в контакт с охлаждающей водой. Энергию, полученную на стадии получения энергии, можно использовать для сжатия отходящего газа.

Способ получения энергии в соответствии с одним из примеров реализации данного изобретения может дополнительно включать: i) обеспечение пара низкого давления, который выпускают из паровой турбины, которую приводит во вращение пар высокого давления; ii) обеспечение охлаждающей воды путем охлаждения пара низкого давления; iii) отвод охлаждающей воды; iv) нагревание отведенной охлаждающей воды для превращения ее в дополнительное количество пара высокого давления и v) подачу дополнительного количества пара высокого давления в паровую турбину. Способ получения энергии в соответствии с одним из примеров реализации данного изобретения может дополнительно включать хранение пара высокого давления. Может быть предусмотрено множество паровых турбин, соединенных друг с другом параллельно при получении энергии.

Установка для получения энергии в соответствии с одним из примеров реализации данного изобретения включает: i) резервуар для хранения охлаждающей воды, из которого подают охлаждающую воду; ii) генератор пара, в котором охлаждающую воду превращают в пар высокого давления путем приведения охлаждающей воды в контакт с отходящим газом, выпускаемым из установки для получения чугуна, включающей реактор восстановления, в котором получают восстановленное железо, восстанавливаемое из железной руды, и плавильную печь-газификатор, в которой плавят восстановленное железо с получением чугуна, и iii) по меньшей мере одну паровую турбину, которая соединена с генератором пара, причем паровая турбина производит энергию посредством вращения с помощью пара высокого давления, подаваемого от генератора пара.

Генератор пара может включать множество труб, по которым проходит охлаждающая вода, и отходящий газ может контактировать с внешней поверхностью этих труб. Отходящий газ можно выпускать после восстановления железной руды в реакторе восстановления. Установка для получения чугуна может дополнительно включать трубопровод для отходящего газа, по которому проходит отходящий газ. Трубопровод для отходящего газа может быть соединен с реактором восстановления. Реактор восстановления может представлять собой реактор восстановления с псевдоожиженным слоем или реактор восстановления с неподвижным слоем. Генератор пара может быть соединен с трубопроводом для отходящего газа.

Установка для получения чугуна может дополнительно включать газовый компрессор, встроенный в трубопровод для подачи отходящего газа, отведенный от трубопровода для отходящего газа, и паровая турбина может быть соединена с газовым компрессором для энергоснабжения газового компрессора. Отходящий газ можно выпускать из плавильной печи-газификатора, а установка для получения чугуна может дополнительно включать трубопровод для подачи восстановительного газа, по которому протекает отходящий газ. Трубопровод для подачи восстановительного газа может быть соединен с плавильной печью-газификатором. Трубопровод для подачи восстановительного газа может быть соединен с генератором пара.

Установка для получения чугуна может дополнительно включать: i) бункер для подачи восстановленного железа, который соединяет реактор восстановления с плавильной печью-газификатором и из которого восстановленное железо, восстановленное в реакторе восстановления, подают в плавильную печь-газификатор, и ii) трубопровод для выпуска отходящего газа, по которому отходящий газ выходит из бункера для подачи восстановленного железа. Трубопровод для выпуска отходящего газа может быть соединен с генератором пара. Температура отходящего газа после контакта с охлаждающей водой может составлять от 220°С до 250°С. Давление пара высокого давления, подаваемого в паровую турбину, может быть равно или более 4 МПа избыт. (40 бар избыт.).

Установка для получения энергии в соответствии с одним из примеров реализации данного изобретения может дополнительно включать: i) конденсатор, в котором охлаждают пар низкого давления, выпускаемый из паровой турбины, чтобы превратить пар низкого давления в охлаждающую воду, и ii) насос для циркуляции охлаждающей воды, который соединен с конденсатором и подает охлаждающую воду к генератору пара. Паровая турбина может быть соединена с насосом для циркуляции охлаждающей воды для энергоснабжения насоса для циркуляции охлаждающей воды.

Установка для получения чугуна может дополнительно включать: i) скруббер для улавливания пыли, содержащейся в отходящем газе, посредством распыления воды; ii) резервуар для хранения технологической воды, который соединен со скруббером, для подачи технологической воды в скруббер и отбора технологической воды после завершения улавливания пыли путем распыления воды и iii) насос для циркуляции технологической воды, который соединен с резервуаром для хранения технологической воды и со скруббером, при этом насос для циркуляции технологической воды обеспечивает циркуляцию технологической воды между резервуаром для хранения технологической воды и скруббером. Паровая турбина может быть соединена с насосом для циркуляции технологической воды для энергоснабжения насоса для циркуляции технологической воды.

Установка для получения энергии в соответствии с одним из примеров реализации данного изобретения может дополнительно включать генератор дополнительного пара, в котором нагревают охлаждающую воду, отведенную от охлаждающей воды, подаваемой к генератору пара, чтобы превратить ее в дополнительное количество пара высокого давления и направить этот дополнительный пар высокого давления в паровую турбину. Установка для получения энергии в соответствии с одним из примеров реализации данного изобретения может дополнительно включать резервуар для хранения пара, который соединяет генератор пара с паровой турбиной и в котором хранят пар высокого давления, полученный от генератора пара. Может быть предусмотрено множество паровых турбин, соединенных друг с другом параллельно.

Положительные эффекты

Можно повысить эффективность использования энергии путем получения энергии с использованием физической теплоты отходящего газа, полученного при производства чугуна. Кроме того, можно повысить восстановительную способность восстановительного газа путем понижения температуры восстановительного газа с использованием охлажденного отходящего газа при производстве чугуна.

Описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение установки для получения энергии в соответствии с первым примером реализации данного изобретения.

Фиг.2 представляет собой схематический вид в перспективе внутренней конструкции генератора пара по Фиг.1.

Фиг.3 представляет собой схематическое изображение установки для получения чугуна, соединенной с установкой для получения энергии по Фиг.1.

Фиг.4 представляет собой вид другой установки для получения чугуна, соединенной с установкой для получения энергии по Фиг.1.

Фиг.5 представляет собой схематическое изображение установки для получения энергии в соответствии со вторым примером реализации данного изобретения.

Оптимальный способ реализации изобретения

Ниже примеры реализации данного изобретения поясняют подробно, со ссылкой на прилагаемые чертежи, чтобы специалисты в области, к которой относится данное изобретение, могли легко осуществить данное изобретение. Однако данное изобретение можно реализовать в различных формах, и оно не ограничено приведенными ниже примерами реализации. Кроме того, в данном описании и в чертежах одни и те же цифры обозначают одни и те же элементы.

Все термины, включая используемые в тексте настоящего описания технические и научные термины, имеют значение, которое обычно подразумевают специалисты в области, к которой относится данное изобретение. Кроме того, следует понимать, что термины, приведенные в обычно используемых словарях, следует интерпретировать, как имеющие значение, соответствующее их значению в контексте соответствующей области техники и настоящего описания, и их не следует интерпретировать в идеализированном или излишне формальном смысле, за исключением случаев, когда это явно выражено в тексте настоящего описания.

На Фиг.1 схематически показана установка 100 для получения энергии в соответствии с первым примером реализации данного изобретения. В области, ограниченной на Фиг.1 пунктирной линией, показаны установки 800 и 900 для получения чугуна (приведенные на Фиг.3 и 4), соединенные с установкой 100 для получения энергии.

Как показано на Фиг.1, установка 100 для получения энергии включает генераторы 10, 12 и 14 пара, резервуар 20 для хранения охлаждающей воды и паровую турбину 30. Кроме того, установка 100 для получения энергии дополнительно включает конденсатор 40, насос 50 для циркуляции охлаждающей воды, резервуар 60 для хранения пара, горелку 70 и силовые приводы 82, 84 и 86.

На Фиг.1 схематически показана установка 100 для получения энергии в соответствии с первым примером реализации данного изобретения. Конструкция установки 100 для получения энергии на Фиг.1 приведена просто для того, чтобы проиллюстрировать данное изобретение, и данное изобретение не ограничено ею. Следовательно, конструкция установки 100 для получения энергии может иметь другие модификации.

Как показано на Фиг.1, установка 100 для получения энергии включает генераторы 10, 12 и 14 пара, резервуар 20 для хранения охлаждающей воды и паровую турбину 30. Кроме того, установка 100 для получения энергии дополнительно включает конденсатор 40, насос 50 для циркуляции охлаждающей воды, резервуар 60 для хранения пара, горелку 70 и силовые приводы 82, 84 и 86.

Как показано на Фиг.1, генераторы 10, 12 и 14 пара включают первый, второй и третий генераторы 10, 12 и 14 пара. В генераторах 10, 12 и 14 пара осуществляют теплообмен охлаждающей воды с отходящими газами, выпускаемыми из установок 800 и 900 для получения чугуна (изображенных на Фиг.3 и 4). Таким образом, охлаждающую воду превращают в пар высокого давления за счет физической теплоты горячего отходящего газа. Внутренние конструкции генераторов 10, 12 и 14 пара подробно поясняют ниже, со ссылкой на Фиг.2.

Как показано на Фиг.1, вышеописанный пар высокого давления хранят в резервуаре 60 для хранения пара, соединенном с генераторами 10, 12 и 14 пара. Резервуар 60 для хранения пара соединяет генераторы 10, 12 и 14 пара с паровой турбиной 30. Хотя на Фиг.1 изображен резервуар 60 для хранения пара, он может и отсутствовать.

Пар высокого давления, выпускаемый из резервуара 60 для хранения пара, подают к паровой турбине 30. Давление пара высокого давления, направляемого к турбине 30, равно или более 4 МПа избыт.(40 бар избыт.). Таким образом, паровая турбина 30 может работать с требуемой скоростью под действием пара высокого давления, и эффективность работы паровой турбины 30 можно оптимизировать.

Паровая турбина 30 вращается с получением энергии посредством подаваемого на нее пара высокого давления. Подаваемый на паровую турбину 30 пар высокого давления вращает турбину, при этом он расширяется, охлаждается и выходит наружу в виде пара низкого давления. За счет энергии вращения паровой турбины 30 можно сжимать газ, приводить в действие насос и получать электричество. Это подробно поясняют далее.

Во-первых, как показано на Фиг.1, паровая турбина 30 соединена с насосом 50 для циркуляции охлаждающей воды через силовой привод 82. Таким образом, паровая турбина 30 передает энергию к насосу 50 для циркуляции охлаждающей воды. То есть насос 50 для циркуляции охлаждающей воды вращается вместе с вращающейся паровой турбиной 30, чтобы осуществить циркуляцию охлаждающей воды. Поскольку силовой привод 82 может включать редукторы и т.д., насос 50 для циркуляции охлаждающей воды может вращаться со скоростью вращения, которая ниже скорости вращения паровой турбины 30. Поскольку специалисты в соответствующей области могут легко понять соединительные конструкции паровой турбины 30, силового привода 82 и насоса 50 для циркуляции охлаждающей воды, их подробное описание опущено.

Как показано на Фиг.1, насос 50 для циркуляции охлаждающей воды получает охлаждающую воду, поступающую из резервуара 20 для хранения охлаждающей воды, и транспортирует ее к генераторам 10, 12 и 14 пара. Таким образом, энергию, полученную от паровой турбины 30, используют в насосе 50 для циркуляции охлаждающей воды, подающем охлаждающую воду к отходящему газу, и таким образом в генераторах 10, 12 и 14 пара можно непрерывно получать пар высокого давления.

Между тем, насос 50 для циркуляции охлаждающей воды соединен с другой осью, отличной от оси, к которой присоединен силовой привод 82. Насос 50 для циркуляции охлаждающей воды и электродвигатель 90 соединены через силовой привод 88. Таким образом, электродвигатель 90 приводят во вращение отдельной подачей электроэнергии, даже если паровая турбина 30 не работает, таким образом обеспечивая работу насоса 50 для циркуляции охлаждающей воды. Например, насос 50 для циркуляции охлаждающей воды можно приводить в действие электродвигателем 90 перед запуском паровой турбины 30. В результате охлаждающая вода может циркулировать непрерывно.

Во-вторых, как показано на Фиг.1, паровая турбина 30 приводит в действие газовый компрессор 855 посредством силового привода 84. Поскольку силовой привод 84 включает редукторы и т.д., скорость вращения газового компрессора 855 можно успешно регулировать. Поскольку специалист в соответствующей области легко может понять соединительные конструкции паровой турбины 30, силового привода 84 и газового компрессора 855, их подробное описание опущено. В газовом компрессоре 855 сжимают газ, поступивший под действием вращательной энергии, с получением газа высокого давления. Таким образом, газ можно выпускать наружу после того, как его давление возрастет. В этом случае газ высокого давления подают в установки 880 для реформинга газа (изображенные на Фиг.3 и 4), тем самым доводя до максимума эффективность реформинга газа.

В-третьих, как показано на Фиг.1, от паровой турбины 30 энергию можно передавать насосу 895 для циркуляции технологической воды (показанному на Фиг.3 и 4). Паровая турбина 30 соединена с насосом 895 для циркуляции технологической воды посредством силового привода 86. Поскольку насос 895 для циркуляции технологической воды включает редукторы и т.д., насос 895 для циркуляции технологической воды может вращаться с требуемой скоростью вращения. Так как специалисты в данной области легко могут понять соединительные конструкции паровой турбины 30, силового привода 86 и насоса 895 для циркуляции технологической воды, их подробное описание опущено. В данном описании насос 895 для циркуляции технологической воды обеспечивает циркуляцию технологической воды, посредством распыления которой улавливают пыль, содержащуюся в отходящем газе, выходящем из установок 800 и 900 для получения чугуна. В результате насос 895 для циркуляции технологической воды, включенный в установки 800 и 900 для получения чугуна, может работать от паровой турбины 30, и таким образом можно рециркулировать энергию.

Как показано на Фиг.1, выходящий из паровой турбины 30 пар низкого давления охлаждают в конденсаторе 40, чтобы превратить его в охлаждающую воду. Другая охлаждающая вода течет по множеству труб в конденсаторе 40, а пар низкого давления контактирует с внешними поверхностями этих труб. Таким образом, тепло отбирают от пара низкого давления с получением охлаждающей воды. После накопления охлаждающей воды в резервуаре 20 для охлаждающей воды, ее направляют к насосу 50 для циркуляции охлаждающей воды, чтобы она циркулировала в установке 100 для получения энергии.

Между тем, если недостает некоторого количества пара высокого давления, его можно увеличить, производя пар высокого давления по мере необходимости. То есть, как показано на Фиг.1, поток воды, отведенный от охлаждающей воды, подаваемой в генераторы 10, 12 и 14 пара, направляют к дополнительному генератору 16 пара. К горелке 70 подают кислород и топливо, таким образом нагревая генератор 16 пара горячим газом, получаемым при сгорании. Таким образом, проходящую через дополнительный генератор 16 пара охлаждающую воду нагревают с получением пара высокого давления. После накопления дополнительного пара высокого давления, полученного в дополнительном генераторе 16 пара, в резервуаре 60 для хранения пара его направляют к паровой турбине 30. Таким образом, если не хватает некоторого количества пара высокого давления, его легко можно увеличить. Внутреннюю конструкцию первого генератора 10 пара на Фиг.1 подробно поясняют со ссылкой на Фиг.2.

На Фиг.2 схематически показан первый генератор 10 пара по Фиг.1. Внутренняя конструкция его показана в увеличенном кружке на Фиг.2. Конструкция первого генератора 10 пара может быть принята без изменений для конструкций второго и третьего генераторов 12 и 14 пара (показанных на Фиг.1), Кроме того, конструкция первого генератора 10 пара на Фиг.2 приведена просто для того, чтобы проиллюстрировать данное изобретение, и данное изобретение не ограничено ею. Следовательно, конструкция первого генератора 10 пара может иметь различные модификации.

Как показано на Фиг.2, первый генератор 10 пара включает корпус 101 и множество труб 1033. После того, как охлаждающая вода поступает во входную трубу 1031, она проходит через ряд труб 1033, распределяясь в них. Как показано в увеличенном кружке Фиг.2, охлаждающая вода протекает через множество труб 1033 и при этом нагревается отходящим газом, таким образом превращаясь в пар высокого давления. Пар высокого давления выпускают наружу через выходную трубу 1035, к которой присоединено множество труб 1033.

Отходящий газ контактирует с внешней поверхностью множества труб 1033, таким образом передавая физическую теплоту этим трубам 1033. То есть отходящий газ косвенно контактирует с охлаждающей водой. Если отходящий газ и охлаждающая вода контактируют друг с другом непосредственно, содержащаяся в отходящем газе пыль переходит в охлаждающую воду. Хотя при этом лучше осуществляется теплообмен. Таким образом, эффективность охлаждения охлаждающей водой снижена. Поскольку первый генератор 10 пара включает множество труб 1033, площадь контакта между отходящим газом и множеством труб 1033 приведена к максимуму. Следовательно, физическую теплоту отходящего газа можно эффективно передавать охлаждающей воде, проходящей по множеству труб 1033.

Между тем, отходящий газ поступает в первый генератор 10 пара через входное отверстие 1051 для отходящего газа. Отходящий газ охлаждается в первом генераторе 10 пара, нагревая множество труб 1033. Охлажденный отходящий газ выходит наружу через выходное отверстие 1055 для отходящего газа.

Как показано на Фиг.2, направления входа/выхода отходящего газа противоположны направлениям входа/выхода охлаждающей воды в первом генераторе 10 пара. То есть первый генератор 10 пара представляет собой генератор противоточного типа. Однако генератор 10 пара можно сконструировать так, чтобы он представлял собой генератор прямоточного типа, то есть типа, в котором направления входа/выхода отходящего газа будут такими же, как направления входа/выхода охлаждающей воды.

На Фиг.3 схематично показана установка 800 для получения чугуна, соединенная с установкой 100 для получения энергии по Фиг.1.

Как показано на Фиг.3, установка 800 для получения чугуна включает реактор 820 восстановления с псевдоожиженным слоем, устройство 830 для получения компактного железа, плавильную печь-газификатор 810 и трубопровод 840 для подачи восстановительного газа. Кроме того, установка 800 для получения чугуна дополнительно включает устройство 812 для уравнивания давления в горячем состоянии и бункер 816 для хранения измельченного восстановленного железа. Установка 800 для получения чугуна может включать и другие устройства, если это необходимо.

Как показано на Фиг.3, реактор 820 восстановления с псевдоожиженным слоем включает первый, второй, третий и четвертый (824, 825, 826 и 827) реакторы восстановления с псевдоожиженным слоем. Первый, второй, третий и четвертый реакторы 824, 825, 826 и 827 восстановления с псевдоожиженным слоем, непрерывно соединенные между собой. Восстановительный газ из плавильной печи-газификатора 810 подают в реактор 820 восстановления с псевдоожиженным слоем по трубопроводу 840 для подачи восстановительного газа, посредством чего в реакторе 820 восстановления с псевдоожиженным слоем восстанавливают железную руду с получением восстановленного железа. В первом реакторе 824 восстановления с псевдоожиженным слоем осуществляют предварительное нагревание подаваемой железной руды восстановительным газом. Во втором и третьем реакторах 825 и 826 восстановления с псевдоожиженным слоем осуществляют предварительное восстановление предварительно нагретой железной руды. Кроме того, в четвертом реакторе 827 восстановления с псевдоожиженным слоем осуществляют окончательное восстановление предварительно восстановленной железной руды с получением мелкодисперсного восстановленного железа.

Из реактора 820 восстановления с псевдоожиженным слоем мелкодисперсное восстановленное железо транспортируют в устройство 830 для получения компактного железа. В устройстве 830 для получения компактного железа уплотняют мелкодисперсное восстановленное железо. Если мелкодисперсное восстановленное железо непосредственно загружать в плавильную печь-газификатор 810, то мелкодисперсное восстановленное железо будет выноситься наружу восстановительным газом в плавильной печи-газификаторе 810. Кроме того, если мелкодисперсное восстановленное железо непосредственно загружать в плавильную печь-газификатор 810, может быть нарушена проницаемость внутреннего пространства плавильной печи-газификатора (820). Таким образом, после того, как мелкодисперсное восстановленное железо превращают в компактное железо с помощью устройства 830 для получения компактного железа, его направляют в плавильную печь-газификатор 810.

Как показано на Фиг.3, устройство 830 для получения компактного железа включает бункер 831 для хранения, пару валков 833, дробилку 835 и бункер 837 для хранения компактного железа. В бункере 831 временно хранят мелкодисперсное восстановленное железо. Мелкодисперсное восстановленное железо выгружают из бункера 831 для хранения, чтобы превратить его в компактное железо в виде ленты с помощью пары валков 833. В дробилке 835 измельчают компактное железо, чтобы довести его до подходящего размера. Измельченное компактное железо хранят в бункере 837 для хранения компактного железа.

Устройство 812 для выравнивания давления в горячем состоянии соединяет устройство 830 для получения компактного железа с бункером 816 для подачи восстановленного железа. Устройство 812 для выравнивания давления в горячем состоянии контролирует давление между устройством 830 для получения компактного железа и бункером 816 для подачи восстановленного железа, чтобы принудительно подавать компактное железо из устройства 830 для получения компактного железа в бункер 816 для подачи восстановленного железа. В бункере 816 для подачи восстановленного железа компактное железо накапливают и подают из него в плавильную печь-газификатор 810.

Компактное железо загружают в плавильную печь-газификатор 810 и плавят в ней. Кусковые углеродистые материалы загружают в плавильную печь-газификатор 810, чтобы образовать в ней неподвижный слой угля. В данном случае кусковые углеродистые материалы могут представлять собой, например, кусковой уголь или угольные брикеты. В плавильную печь-газификатор 810 вдувают кислород, таким образом зажигая неподвижный слой угля и расплавляя компактное железо за счет теплоты горения неподвижного слоя угля. Компактное железо плавят с превращением его в расплавленный чугун и выгружают наружу.

Получаемый из неподвижного слоя угля восстановительный газ направляют в реактор 820 восстановления с псевдоожиженным слоем и в бункер 816 для подачи восстановленного железа по трубопроводу 840 для подачи восстановительного газа. Таким образом, компактное железо, направляемое в бункер 816 для подачи восстановленного железа, можно снова подвергать восстановлению. Между тем, хотя это и не показано на Фиг.3, крупную железную руду, например железную руду с размером частиц, равным 8 мм или выше, можно направлять в бункер 816 для подачи восстановленного железа.

Как показано на Фиг.3, отходящий газ, выходящий через первый реактор 824 восстановления с псевдоожиженным слоем, выпускают наружу по трубопроводу 850 для отходящего газа. В трубопровод 850 для отходящего газа вмонтирован первый генератор 10 пара и первый скруббер 891. Хотя здесь первый генератор 10 пара и первый скруббер 891 вмонтированы, трубопровод 850 для отходящего газа и соединены с ним, они могут быть и не вмонтированы в сам трубопровод 850 для отходящего газа, а просто соединены с ним.

Отходящий газ охлаждают по мере того как он проходит через первый генератор 10 пара (см. Фиг.1). То есть хотя температура отходящего газа, выпускаемого из первого реактора 824 с псевдоожиженным слоем, находится в диапазоне от 400°С до 450°С, после контакта с охлаждающей водой при прохождении через первый генератор 10 пара она изменяется до диапазона от 200°С до 250°С. Если температура отходящего газа ниже 200°С, содержащийся в отходящем газе деготь конденсируется до твердого состояния, таким образом нарушая теплоперенос от отходящего газа. Кроме того, если температура отходящего газа выше 250°С, то температура восстановительного газа возрастает слишком сильно при смешивании его с отходящим газом, и, таким образом, железная руда может прилипать к внутренней стороне реактора 820 восстановления с псевдоожиженным слоем. Таким образом, температуру отходящего газа регулируют в вышеуказанном диапазоне.

Затем, как показано на Фиг.3, отходящий газ охлаждают технологической водой, которую распыляют также из первого скруббера 891. Технологическую воду, с помощью которой собирают мелкие частицы, содержащиеся в отходящем газе, и осуществляют улавливание пыли путем распыления воды, возвращают в резервуар 897 для хранения технологической воды. Мелкие частицы, содержащиеся в технологической воде, выгружают из резервуара 897 для хранения технологической воды в виде шлама, смешанного с водой, и удаляют. Технологическую воду, из которой удален шлам, снова направляют в первый скруббер 891 посредством насоса 895 для циркуляции технологической воды. Насос 895 для циркуляции технологической воды соединен с резервуаром 897 для хранения технологической воды и с первым скруббером 891, таким образом осуществляя циркуляцию технологический воды между ними.

Отходящий газ, охлажденный первым скруббером 891, частично выпускают наружу, а остаток отходящего газа смешивают с восстановительным газом, выпущенным из плавильной печи-газификатора 810 по трубопроводу 857 для подачи отходящего газа. В трубопровод 857 для подачи отходящего газа, который ответвляется от трубопровода 850 для отходящего газа, вмонтированы устройство 853 для удаления дегтя, газовый компрессор 855 и установка 880 для реформинга газа. В устройстве 853 для удаления дегтя удаляют деготь, содержащийся в отходящем газе, а в газовом компрессоре 855 повышают давление отходящего газа. В установка 880 для реформинга газа из отходящего газа удаляют компоненты, которые отрицательно влияют на восстанавливающую способность восстановительного газа, например диоксид углерода.

Как показано на Фиг.3, второй генератор 12 пара вмонтирован в трубопровод 840 для подачи восстановительного газа и соединен с ним. Во втором генераторе 12 пара охлаждающую воду преобразуют в пар высокого давления путем использования физической теплоты отходящего газа, выходящего из плавильной печи-газификатора 810. Таким образом, можно понизить температуру отходящего газа, протекающего по трубопроводу 840 для подачи восстановительного газа. Температура восстановительного газа, подаваемого в реактор 820 восстановления с псевдоожиженным слоем, является высокой, поскольку она составляет примерно от 900°С до 950°С. Однако температуру отходящего газа понижают посредством второго генератора 12 пара и, таким образом, температуру восстановительного газа изменяют до значений в диапазоне от 700°С до 800°С.

Между тем, как показано на Фиг.3, отходящий газ выпускают из бункера 816 для подачи восстановленного железа по трубопроводу 854 выпуска отходящего газа. Третий генератор 14 пара вмонтирован в трубопровод 854 и соединен с ним. Отходящий газ охлаждают посредством третьего генератора 14 пара, чтобы он имел температуру от 500°С до 600°С. Охлажденный отходящий газ очищают водой во втором скруббере 893. Мелкие частицы, содержащиеся в отходящем газе, собирают посредством технологической воды, которую распыляют во втором скруббере 893, а затем выгружают в виде шлама из резервуара 897 для хранения технологической воды. Отходящий газ, обработанный очисткой с помощью воды, подают в трубопровод 850 для подачи отходящего газа и выпускают наружу или используют в качестве восстановительного газа.

Как описано выше, насос 895 для циркуляции технологической воды может работать посредством пара высокого давления, получаемого от генераторов 10, 12 и 14 пара, с использованием физической теплоты отходящего газа. Таким образом, можно свести к минимуму используемое количество энергии в установке 800 для получения чугуна.

На Фиг.4 схематически показана другая установка 900 для получения чугуна, соединенная с установкой для получения энергии по Фиг.1. Поскольку конструкция установки 900 для получения чугуна аналогична конструкции установки 800 для получения чугуна по Фиг.3, подобные элементы обозначены такими же ссылочными номерами, и их подробное описание опущено.

Как показано на Фиг.4, после того, как восстановленное железо получено путем применения реактора 922 восстановления с неподвижным слоем, его загружают в плавильную печь-газификатор 810 и перерабатывают в расплавленный чугун. В плавильную печь-газификатор 810 загружают кусковые углеродистые материалы, формируя в ней неподвижный слой угля, и из нее выпускают восстановительный газ. Восстановительный газ подают в реактор 922 восстановления с неподвижным слоем по трубопроводу 840 для подачи восстановительного газа, превращая, таким образом, железную руду в восстановленное железо.

Отходящий газ выпускают из реактора 922 восстановления с неподвижным слоем по трубопроводу 950 для отходящего газа. В трубопровод 950 для отходящего газа вмонтирован первый генератор 10 пара. В первом генераторе 10 пара получают пар высокого давления путем отбора физической теплоты отходящего газа. Кроме того, пар высокого давления можно получать во втором генераторе 12 пара с использованием физической теплоты отходящего газа, выходящего из плавильной печи-газификатора 810. Таким образом, к установке 100 для получения энергии по Фиг.1 присоединена другая установка 900 для получения чугуна, что снижает используемое количество энергии.

На Фиг.5 схематически показана установка 200 для получения энергии в соответствии со вторым примером реализации данного изобретения. Поскольку конструкция установки 200 для получения энергии по Фиг.5 является такой же, как конструкция установки 100 для получения энергии по Фиг.1, одинаковые ссылочные номера относятся к одинаковым элементам, и их подробное описание опущено. Кроме того, установку 200 для получения энергии по Фиг.5 можно использовать для присоединения к установкам 800 и 900 для получения чугуна, по Фиг.3 и 4, соответственно.

Как показано на Фиг.5, установка 200 для получения энергии включает множество паровых турбин 32, 34 и 36, соединенных друг с другом параллельно. В данном случае множество паровых турбин 32, 34 и 36 включает первую, вторую и третью паровые турбины 32, 34 и 36. Таким образом, паровые турбины 32, 34 и 36 являются небольшими, что приводит к максимальному получению энергии.

Данное изобретение подробно поясняют со ссылкой на нижеприведенный Пример. Данный Пример приведен просто для того, чтобы проиллюстрировать данное изобретение, и данное изобретение не ограничено им.

Пример

Физическую теплоту отходящего газа отводят с использованием установки для получения чугуна, имеющей конструкцию такую же, как конструкция установки для получения чугуна по Фиг.1. Отводимую физическую теплоту отходящего газа используют в установке для получения энергии такой же конструкции, как конструкция установки для получения энергии по Фиг.2. Количество энергии, используемой в установке для получения чугуна, составляло 4945 Мкал/tHm на 1 тонну чугуна, до того, как применяли установку для получения энергии.

Измеряли физическую теплоту отходящего газа, получаемую при производстве чугуна в установке для получения чугуна. Измеряли физическую теплоту отходящего газа, выходящего из плавильной печи-газификатора, теплоту от реактора восстановления с псевдоожиженным слоем и теплоту от бункера для подачи компактного железа. Физическая теплота отходящего газа, выходящего из плавильной печи-газификатора, составляла 58 Мкал/tHm на 1 тонну чугуна, а теплота от реактора восстановления с псевдоожиженным слоем составляла 111 Мкал/tHm на 1 тонну чугуна. Кроме того, физическая теплота отходящего газа, выходящего из бункера для подачи восстановленного железа, составляла 22 Мкал/tHm на 1 тонну чугуна.

Общее количество физической теплоты вышеописанного отходящего газа составляло 291 Мкал/tHm на 1 тонну чугуна. Электричество получали, отводя вышеприведенную общую физическую теплоту из установки для получения энергии. В результате количество энергии, применяемой в установке для получения чугуна, составляло 4652 Мкал/tHm на 1 тонну чугуна. Таким образом, путем применения установки для получения энергии можно было снизить энергию на 293 Мкал/tHm на 1 тонну чугуна. То есть при использовании установки для получения энергии потребляемую энергию уменьшали на 6%.

Изобретение относится к получению энергии с использованием физического тепла отходящего газа, получаемого при изготовлении чугуна. Для получения энергии обеспечивают отходящий газ, выпускаемый из установки для получения чугуна, включающей реактор восстановления, в котором получают восстановленное железо, восстанавливаемое из железной руды, и плавильную печь-газификатор, в которой плавят восстановленное железо с получением чугуна. Охлаждающую воду приводят в контакт с отходящим газом с превращением охлаждающей воды в пар высокого давления и получают энергию с помощью по меньшей мере одной паровой турбины путем подачи пара высокого давления на паровую турбину и вращения паровой турбины. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ получения энергии, включающий обеспечение отходящего газа, выпускаемого из установки для получения чугуна, включающей реактор восстановления, в котором получают восстановленное железо, восстанавливаемое из железной руды, и плавильную печь-газификатор, в которой плавят восстановленное железо с получением чугуна, приведение охлаждающей воды в контакт с отходящим газом с превращением охлаждающей воды в пар высокого давления и получение энергии с помощью по меньшей мере одной паровой турбины путем подачи пара высокого давления на паровую турбину и вращения паровой турбины.

2. Способ по п.1, в котором при обеспечении отходящего газа отходящий газ выпускают после восстановления железной руды в реакторе восстановления и реактор восстановления представляет собой реактор восстановления с неподвижным слоем или реактор восстановления с псевдоожиженным слоем.

3. Способ по п.1, в котором при обеспечении отходящего газа отходящий газ выпускают из плавильной печи-газификатора.

4. Способ по п.1, в котором установка для получения чугуна дополнительно включает бункер для подачи восстановленного железа, из которого восстановленное железо, восстанавливаемое в реакторе восстановления, подают в плавильную печь-газификатор, при этом бункер для подачи восстановленного железа соединен с реактором восстановления и плавильной печью-газификатором, и при обеспечении отходящего газа отходящий газ выпускают из бункера для подачи восстановленного железа.

5. Способ по п.1, в котором при превращении охлаждающей воды в пар высокого давления температура отходящего газа после контакта отходящего газа с охлаждающей водой составляет от 200°С до 250°С.

6. Способ по п.1, в котором при превращении охлаждающей воды в пар высокого давления осуществляют косвенный контакт охлаждающей воды с отходящим газом.

7. Способ по п.1, в котором при получении энергии давление пара высокого давления, подаваемого в паровую турбину, равно или более 4 МПа избыт.(40 бар избыт.)

8. Способ по п.1, дополнительно включающий обеспечение пара низкого давления, который выпускают из паровой турбины, которую вращают посредством пара высокого давления, обеспечение охлаждающей воды путем охлаждения пара низкого давления и подачу охлаждающей воды к отходящему газу, и энергию, получаемую на стадии получения энергии, используют для подачи охлаждающей воды к отходящему газу.

9. Способ по п.1, дополнительно включающий подачу технологической воды к отходящему газу, который вступил в контакт с охлаждающей водой, улавливание пыли из отходящего газа путем распыления воды с использованием технологической воды и отбор технологической воды после завершения улавливания пыли путем распыления воды, и энергию, получаемую на стадии получения энергии, используют для подачи технологической воды к отходящему газу.

10. Способ по п.1, дополнительно включающий сжатие отходящего газа, который вступил в контакт с охлаждающей водой, и энергию, полученную на стадии получения энергии, используют для сжатия отходящего газа.

11. Способ по п.1, дополнительно включающий обеспечение пара низкого давления, который выпускают из паровой турбины, которую вращают посредством пара высокого давления, обеспечение охлаждающей воды путем охлаждения пара низкого давления, отведение охлаждающей воды, нагревание отведенной охлаждающей воды для превращения ее в дополнительное количество пара высокого давления и подачу дополнительного количества пара высокого давления в паровую турбину.

12. Способ по п.1, дополнительно включающий хранение пара высокого давления.

13. Способ по п.1, включающий множество паровых турбин, соединенных друг с другом параллельно при получении энергии.

14. Установка для получения энергии, включающая резервуар для хранения охлаждающей воды, из которого подают охлаждающую воду, генератор пара, в котором охлаждающую воду превращают в пар высокого давления путем приведения охлаждающей воды в контакт с отходящим газом, выпускаемым из установки для получения чугуна, включающей реактор восстановления, в котором получают восстановленное железо, восстанавливаемое из железной руды, и плавильную печь-газификатор, в которой плавят восстановленное железо с получением чугуна и по меньшей мере одну паровую турбину, которая соединена с генератором пара, причем паровая турбина производит энергию посредством вращения с помощью пара высокого давления, подаваемого от генератора пара.

15. Установка по п.14, в которой генератор пара включает множество труб, по которым проходит охлаждающая вода, и отходящий газ контактирует с внешней поверхностью множества труб.

16. Установка по п.14, в которой отходящий газ выпускают после восстановления железной руды в реакторе восстановления, установка для получения чугуна дополнительно включает трубопровод для отходящего газа, по которому поступает отходящий газ, и трубопровод для отходящего газа соединен с реактором восстановления, реактор восстановления представляет собой реактор восстановления с псевдоожиженным слоем или реактор восстановления с неподвижным слоем и генератор пара соединен с трубопроводом для отходящего газа.

17. Установка по п.16, в которой установка для получения чугуна дополнительно включает газовый компрессор, встроенный в трубопровод для подачи отходящего газа, отведенный от трубопровода для отходящего газа, и паровая турбина соединена с газовым компрессором для энергоснабжения газового компрессора.

18. Установка по п.14, в которой отходящий газ выпускают из плавильной печи-газификатора, установка для получения чугуна дополнительно включает трубопровод для подачи восстановительного газа, по которому протекает отходящий газ, причем трубопровод для подачи восстановительного газа соединен с плавильной печью-газификатором, и генератор пара соединен с трубопроводом для подачи восстановительного газа.

19. Установка по п.14, в которой установка для получения чугуна дополнительно включает бункер для подачи восстановленного железа, который соединяет реактор восстановления с плавильной печью-газификатором, причем из бункера для подачи восстановленного железа восстановленное железо, восстановленное в реакторе восстановления, поступает в плавильную печь-газификатор и трубопровод для выпуска отходящего газа, по которому отходящий газ выходит из бункера для подачи восстановленного железа, генератор пара соединен с трубопроводом для выпуска отходящего газа.

20. Установка по п.14, в которой температура отходящего газа после контакта с охлаждающей водой составляет от 220°С до 250°С.

21. Установка по п.14, в которой давление пара высокого давления, подаваемого на паровую турбину, равно или превышает 4,0 МПа избыт.(40 бар избыт.).

22. Установка по п.14, дополнительно включающая конденсатор, в котором охлаждают пар низкого давления, выпускаемый из паровой турбины, чтобы превратить пар низкого давления в охлаждающую воду, и насос для циркуляции охлаждающей воды, который соединен с конденсатором, и посредством которого охлаждающую воду подают к генератору пара, и паровая турбина соединена с насосом для циркуляции охлаждающей воды для энергоснабжения насоса для циркуляции охлаждающей воды.

23. Установка по п.14, в которой установка для получения чугуна дополнительно включает скруббер для улавливания пыли, содержащейся в отходящем газе, посредством распыления воды, резервуар для хранения технологической воды, который соединен со скруббером, для подачи в скруббер технологической воды и отбора технологической воды после завершения улавливания пыли посредством распыления воды, и насос для циркуляции технологической воды, который соединен с резервуаром для хранения технологической воды и со скруббером, причем насос для циркуляции технологической воды осуществляет циркуляцию технологической воды между резервуаром для хранения технологической воды и скруббером, и паровая турбина соединена с насосом для циркуляции технологической воды для энергоснабжения насоса для циркуляции технологической воды.

24. Установка по п.14, дополнительно включающая дополнительный генератор пара, в котором нагревают охлаждающую воду, отводимую от охлаждающей воды, направляемой к генератору пара, чтобы превратить ее в дополнительное количество пара высокого давления, и который обеспечивает дополнительное количество пара высокого давления для паровой турбины.

25. Установка по п.14, дополнительно включающая резервуар для хранения пара, который соединяет генератор пара с паровой турбиной и в котором хранят выработанный генератором пара пар высокого давления.

26. Установка по п.14, включающая множество паровых турбин, соединенных друг с другом параллельно.