СПОСОБ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ДОМЕННОГО ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C21B5/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу отправления на рецикл доменного газа, по которому, по меньшей мере, одну часть газов, получающихся в результате работы доменной печи, подвергают воздействию стадии очистки от CO₂ для создания газа, обогащенного по CO, который повторно вдувают в доменную печь. Изобретение также относится к устройству, которое реализует данный способ.

Уровень техники

Доменная печь представляет собой трехфазный противоточный химический реактор, использующий в работе фазы газа, жидкости и твердого вещества, основное назначение которого заключается в получении чугуна, после этого преобразуемого в сталь в результате восстановления его углеродного содержимого.

В доменную печь в ее верхней части подают твердые материалы, в основном агломерат, окатыши, железную руду и кокс. В горне в ее нижней части выпускают жидкости, состоящие из чугуна и шлака.

Превращение железосодержащей шихты (агломерат, окатыши и железная руда) в чугун обычно проводят в результате восстановления оксидов железа газообразным восстановителем (в частности, содержащим CO, Н₂ и N₂), который получают в результате сжигания кокса в фурмах, размещенных в нижней части доменной печи, где вдувают воздух, предварительно нагретый до температуры в диапазоне от 1000°С до 1300°C, что называют горячим дутьем.

Для увеличения производительности и уменьшения затрат в фурмах также вдувают и вспомогательное топливо, такое как уголь в порошкообразной форме, топливная нефть, природный газ или другие виды топлива, в сочетании с кислородом, который обогащает горячее дутье.

Газы, извлеченные в верхней части доменной печи и называемые доменными газами, в основном состоят из CO, CO₂, Н₂ и N₂ с соответствующими долями, равными приблизительно 22%, 22%, 3% и 53%. Данные газы в общем случае используют в других частях установки в качестве топлива. Поэтому доменные печи являются существенными производителями CO₂.

С учетом значительного увеличения концентрации CO₂ в атмосфере с начала последнего столетия существенным является уменьшение выбросов CO₂ там, где его производят в большом количестве, и поэтому, в частности, в доменных печах.

Для этой цели в течение последних 50 лет потребление восстановителей в доменной печи уменьшили наполовину, так что в настоящее время в доменных печах обычной конфигурации потребление углерода достигло нижнего предела, связанного с законами термодинамики.

Один известный способ дополнительного уменьшения выбросов CO₂ заключается в повторном введении в доменную печь доменных газов, которые очищают от CO₂, и которые обогащены по CO. Таким образом, использование газа, обогащенного по CO, в качестве восстановителя делает возможным уменьшение потребления кокса и поэтому выбросов CO₂.

В одной предпочтительной конфигурации CO повторно вводят на двух уровнях, с одной стороны, на одном уровне с фурмами при температуре, равной приблизительно 1200°С, более часто находящейся в диапазоне от 1000°С до 1300°С, а, с другой стороны, на одном уровне с распаром, в окрестности угла распар-шахта доменной печи, при температуре, равной приблизительно 900°С, более часто находящейся в диапазоне от 1000°С до 1300°С. Данная известная система описывается при обращении к фигуре 1.

В доменную печь 1 подают кокс, агломерат, окатыши и железную руду 2 через линию 3 в точке 4. Чугун и шлаг 5 извлекают в точке 6 на одном уровне с горном через линию 7. Кислород и уголь и/или другие вспомогательные восстановители 8 вводят в точке 9 на одном уровне с фурмами через линию 10.

Доменные газы извлекают в точке 11 верхней части доменной печи при использовании линии 12. Одну часть 13 данных доменных газов экспортируют по трубе 14 в другое устройство по месту. Другую часть доменных газов отправляют на рецикл в доменную печь при использовании трубы 15.

Данную часть доменных газов, предназначенную для отправления на рецикл, очищают от основной части ее CO₂ при использовании установки для очистки от CO₂. Данная установка для очистки 16 может, например, быть образована способом физико-химического абсорбирования при использовании раствора аминов или способом адсорбирования с колебаниями давления (АКД) или способом адсорбирования с колебаниями вакуума-давления (АКВД), при этом данные способы возможно объединяют или не объединяют с дополнительной криогенной стадией, предназначенной для получения чистого CO₂ 17, готового для аккумулирования в недрах (таким образом, это называют подземным хранением) или для использования в специфических областях применения, таких как пищевая промышленность или интенсификация добычи углеводородов из месторождений на конечном этапе извлечения.

После этого газ, обогащенный по СО, 18 нагревают в теплообменниках 24, обычно называемых «кауперами», затем вводят в доменную печь 1 при температуре в диапазоне от 700°С до 1000°С в точке 20 из линии верхнего вдувания 21 и при температуре в диапазоне от 1000°С до 1300°С в точке 22 из линии нижнего вдувания 23.

Удельный расход газа, обогащенного по СО, необходимый для линии верхнего вдувания 21, находится в диапазоне от 300 до 600 нм³ на одну тонну чугуна, а для линии нижнего вдувания 23 он находится в диапазоне от 200 до 500 нм³ на одну тонну чугуна.

Трудность в данной конфигурации заключается в контроле данных расходов. Действительно, газ, обогащенный по СО, который циркулирует в линии нижнего вдувания 23 и линии верхнего вдувания 21, находится при температуре, большей, чем 700°С для линии верхнего вдувания и большей, чем 1000°С для линии нижнего вдувания, и поэтому невозможно использовать обычные контрольные клапаны, поскольку последние не выдерживают воздействие таких температур, в частности, в линиях циркуляции газообразного восстановителя.

Раскрытие изобретения

Изобретение делает возможным устранение данной проблемы в результате предложения способа и связанного с этим устройства, которые делают возможным вдувание газа, обогащенного по СО, в доменную печь в линиях нижнего и верхнего вдувания при требуемых температурах и расходах с одновременным обеспечением безопасности устройства, в особенности в случае нахождения одного из теплообменников в нерабочем состоянии.

В данных целях один основной предмет изобретения представляет собой способ отправления доменного газа на рецикл, по которому, по меньшей мере, одну часть газов, получающихся в результате работы доменной печи, подвергают воздействию стадии очистки от СО₂ для создания газа, обогащенного по СО, который повторно вдувают в первой точке верхнего вдувания, расположенной выше основания доменной печи, при температуре в диапазоне от 700°С до 1000°С через линию верхнего вдувания и во второй точке нижнего вдувания в основании доменной печи при температуре в диапазоне от 1000°С до 1300°С через линию нижнего вдувания, по которому газы из линий нижнего и верхнего вдувания нагревают при использовании нагревателей, из которых газы выходят при температуре в диапазоне от 1000°С до 1300°С. Данный способ характеризуется тем, что часть обогащенного по СО газа, покидающего стадию очистки, непосредственно вводят в линию верхнего вдувания через линию вдувания холодного газа (35) для получения температуры в диапазоне от 700°С до 1000°С в первой точке верхнего вдувания, и тем, что расходы газа через точки нижнего и верхнего вдувания контролируют по ходу технологического потока до системы нагревателей.

Способ изобретения также может включать следующие далее необязательные признаки, взятые раздельно или в комбинации:

- измеряют температуру в линии верхнего вдувания и расход холодного газа, вводимого в данную линию верхнего вдувания, регулируют в соответствии с измеренной прежде температурой;

- газы линий верхнего и нижнего вдувания нагревают при использовании двух независимых систем нагревателей, измеряют расходы газа, делая возможным оценку расходов газа в соответствующих точках нижнего и верхнего вдувания, и расходы газа, вводимого, соответственно, в первую и вторую системы нагревателей, регулируют в соответствии с оцененными прежде расходами газа;

- измеряют расход газа, циркулирующего в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, до линии вдувания холодного газа, и расход газа на впускном отверстии в систему нагревателя линии нижнего вдувания и регулируют расходы газа, вводимого, соответственно, в первую и вторую системы нагревателей для получения целевых расходов газа в соответствующих точках нижнего и верхнего вдувания;

- расходы газа, вводимого в первую и вторую системы нагревателей, контролируют, с одной стороны, в результате регулирования расхода газа в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, до линии вдувания холодного газа, оказывая воздействие либо непосредственно на расход газа данной линии, либо на компрессор, расположенный по ходу технологического потока до установки для очистки от CO₂ 16, в который поступает газ, либо на турбодетандер, необязательно встроенный в установку для очистки от CO₂, а, с другой стороны, в результате регулирования расхода газа на впускном отверстии в систему нагревателя линии нижнего вдувания;

- существует переключатель от конфигурации, в которой газы линий верхнего и нижнего вдувания нагревают при использовании двух независимых систем нагревателей, на конфигурацию, в которой газы линий верхнего и нижнего вдувания нагревают при использовании одной системы нагревателя;

- в конфигурации с одной системой нагревателя измеряют расход газа, циркулирующего в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, (18) до линии вдувания холодного газа, и регулируют расход газа, вводимого в одну систему нагревателя;

- в данной конфигурации измеряют расход газа, который циркулирует в одной или другой или обеих линиях вдувания, выбираемых из линий нижнего и верхнего вдувания, для оценки расхода газа через точки нижнего и/или верхнего вдувания, и газы из одной или другой или обеих линий вдувания, выбираемых из линий нижнего и верхнего вдувания, поступают в систему сингулярных падений давления для оказания воздействия, по существу равномерного, на расходы газа точек нижнего и/или верхнего вдувания;

- температура газов линии нижнего вдувания в точке вдувания в нижней части доменной печи составляет приблизительно 1200°С, а температура газов линии верхнего вдувания в точке вдувания в окрестности угла распар-шахта доменной печи составляет приблизительно 900°C.

Изобретение также относится к устройству для отправления на рецикл доменного газа, включающему:

- установку для очистки от СО₂, в которую втекает, по меньшей мере, одна часть газов, получающихся в результате работы доменной печи, для создания газа, обогащенного по СО,

- линию верхнего вдувания, через которую в первой точке верхнего вдувания выше основания доменной печи вдувают обогащенный по СО газ, получающийся в результате работы установки для очистки, при температуре в диапазоне от 700°С до 1000°С,

- линию нижнего вдувания, через которую во второй точке нижнего вдувания в нижнюю часть доменной печи вдувают обогащенный по СО газ, получающийся в результате работы установки для очистки, при температуре в диапазоне от 1000°С до 1300°С,

- две системы нагревателей, которые делают возможным нагревание, соответственно, газа линий верхнего и нижнего вдувания,

- линию подачи холодного газа в линию верхнего вдувания, через которую в линию верхнего вдувания в точке вдувания холодного газа вводят часть обогащенного по СО газа, покидающего установку для очистки, для получения температуры в диапазоне от 700°С до 1000°С в точке верхнего вдувания доменной печи, и

- систему для контроля расходов газа в соответствующих точках нижнего и верхнего вдувания, которая располагается по ходу технологического потока до систем нагревателей.

Устройство изобретения также может включать следующие далее необязательные признаки, взятые раздельно или в комбинации:

- устройство включает:

- по меньшей мере, одну систему для измерения температуры газа в линии верхнего вдувания и

- по меньшей мере, одну систему, которая делает возможным регулирование расхода холодного газа, вдуваемого в линию верхнего вдувания, в зависимости от температуры газа данной линии верхнего вдувания;

- система для контроля расходов газа в соответствующих точках нижнего и верхнего вдувания включает:

- по меньшей мере, одну систему для измерения расхода газа, которая делает возможной оценку расходов газа линий нижнего и верхнего вдувания в точках нижнего и верхнего вдувания,

- систему, которая делает возможным регулирование расходов газа на впускном отверстии в каждую из систем нагревателей в соответствии с оцененными расходами газа линий нижнего и верхнего вдувания;

- устройство включает:

- систему для измерения расхода газа в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, до линии вдувания холодного газа,

- систему для измерения расхода газа на впускном отверстии в систему нагревателя линии нижнего вдувания,

- систему, которая делает возможным регулирование расхода газа в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, до линии вдувания холодного газа, и

- систему, которая делает возможным регулирование расхода газа на впускном отверстии в систему нагревателя линии нижнего вдувания;

- система, которая делает возможным регулирование расхода газа в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, до линии вдувания холодного газа, представляет собой либо контрольный клапан, либо компрессор, расположенный по ходу технологического потока до установки для очистки CO₂, в который протекает газ, либо турбодетандер, необязательно встроенный в установку для очистки CO₂;

- системы нагревателей представляют собой теплообменники, каждый из которых включает систему для нагревания газа и систему для аккумулирования тепла, при этом для каждого из данных теплообменников возможно переключение от функции аккумулирования тепла на функцию нагревания газа и наоборот, для того чтобы выдерживать температуру газа, выходящего из системы нагревателя, относительно стабильной на уровне температуры в диапазоне от 1000°С до 1300°С;

- устройство включает переключающие элементы, которые делают возможным изменение с переходом от конфигурации, в которой газы линий верхнего и нижнего вдувания нагревают при использовании двух независимых систем нагревателей, на конфигурацию, в которой газы линий верхнего и нижнего вдувания нагревают при использовании одной системы нагревателя;

- переключающие элементы включают первый клапан, способный соединять две трубы для введения газа в первую и вторую системы нагревателей, и второй клапан, способный соединять линии верхнего и нижнего вдувания до точки вдувания холодного газа в линию верхнего вдувания;

- устройство включает, по одной или другой или обеим линиям вдувания, выбираемым из линий нижнего и верхнего вдувания, сингулярные падения давления, что делает возможным оказание воздействия на расходы газа точек нижнего и/или верхнего вдувания.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет лучше понято после прочтения следующего далее описания изобретения, приведенного при обращении к прилагаемым фигурам, в числе которых:

- уже описывавшаяся фигура 1 представляет известное устройство для отправления доменного газа на рецикл;

- фигура 2 представляет систему нагревателя, образованную из трех кауперов;

- фигура 3 схематически представляет способ и связанное с этим устройство изобретения для конфигурации, в которой газы линий верхнего и нижнего вдувания. нагревают при использовании двух независимых систем нагревателей; и

- фигура 4 схематически представляет способ и использующееся устройство для конфигурации, в которой газы линий верхнего и нижнего вдувания нагревают при использовании одной системы нагревателя, например, в случае возникновения проблемы с одним из теплообменников.

Осуществление изобретения

Общие элементы у устройств на фигурах 1, 3 и 4 имеют идентичные обозначения. Ради простоты на фигурах 3 и 4 вдувание вспомогательных топлив и извлечение чугуна и шлака не представлены, но очевидно представляют собой стадии, которые присутствуют в способах, проиллюстрированных на данных фигурах.

Как можно сказать при обращении к фигуре 3, в доменную печь 1 подают кокс, железную руду, окатыши и агломерат 2 через линию 3 в точке 4.

Доменные газы извлекают в точке 11 верхней части доменной печи при использовании линии 12. Одну часть 13 данных доменных газов экспортируют через трубу 14 в другое устройство по месту. Другую часть отправляют на рецикл в доменную печь при использовании трубы 15.

Данную часть доменных газов, предназначенную для отправления на рецикл, перепускают в компрессор 19 и очищают от CO₂ при использовании установки для очистки от CO₂ 16, такой как установка для аминного абсорбирования, АКВД, АКД, или при использовании одного из данных устройств, объединенных с дополнительной криогенной стадией. В примере на фигуре 3 установка для очистки от CO₂ представляет собой АКВД 16. Кроме того, компрессор 19 может быть встроен в АКВД 16; ради ясности он представлен отдельно от АКВД. CO₂ 17 аккумулируют в недрах после проведения при необходимости надлежащих обработок.

Часть обогащенного по СО газа, получающегося в результате работы АКВД 16, перетекает в основную транспортную линию 18 и отправляется через трубу 31 в первую систему нагревателя 30, в которой ее нагревают до температуры, равной приблизительно 1200°С. Горячий обогащенный по СО газ, получающийся в результате работы данной первой системы нагревателя 30, в точке 22 вдувают в нижнюю часть доменной печи на одном уровне с фурмами при использовании линии нижнего вдувания 23.

Другую часть обогащенного по СО газа, получающегося в результате работы АКВД 16, через трубу 32 отправляют во вторую систему нагревателя 33, в которой ее также нагревают до температуры, равной приблизительно 1200°С. Горячий обогащенный по СО газ, получающийся в результате работы данной второй системы нагревателя, в точке вдувания 34 перемешивают с обогащенным по СО газом, получающимся в результате работы АКВД, который находится при температуре, близкой к температуре окружающей среды, при использовании линии подачи холодного газа 35.

Перемешивание данных двух газов в соответствии с одним рабочим режим, который будет разъяснен впоследствии, делает возможным получение газа, обогащенного по СО, при температуре, равной приблизительно 900°С, который вдувают в точке 20 в окрестности угла распар-шахта доменной печи при использовании линии верхнего вдувания 21.

Первый контрольный клапан 36 располагается в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, 18 до линии вдувания холодного газа 35. Данный клапан 36 соединяется с системой для измерения расхода газа 38, также расположенной в основой линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, 18 до линии вдувания холодного газа 35. В качестве варианта необходимо отметить возможность контроля расхода основной линии газа, очищенного от CO₂, 18 при использовании компрессора 19 АКВД 16, как это представлено пунктирными линиями на фигуре 3, вместо контрольного клапана 36.

Второй контрольный клапан 37 располагается в трубе 31 на впускном отверстии в первую систему нагревателя 30. Данный клапан 37 соединяется с системой для измерения расхода газа 39, также расположенной в данной трубе 31.

Устройство изобретения также включает контрольный клапан 40, расположенный в линии подачи холодного газа 35, что делает возможным регулирование расхода холодного газа, вдуваемого в линию верхнего вдувания 21, в зависимости от температуры газов данной линии, которую измеряют при использовании подходящей системы 41, для того чтобы газ, обогащенный по СО, который вдувают в окрестности угла распар-шахта доменной печи, оставался бы при относительно стабильной температуре, равной приблизительно 900°С.

Измерения расходов газа на выпускном отверстии из АКВД 16 и на впускном отверстии в первую систему нагревателя 30 делают возможным регулирование расходов газа в точке нижнего вдувания 22 и точке верхнего вдувания 20 в доменную печь при использовании клапанов 36 и 37.

Контроль расходов газа, обогащенного по СО, по ходу технологического потока до систем нагревателей и контроль расхода холодного газа, вдуваемого в линии верхнего вдувания 21, делают возможным получение системы, в которой температуры и расходы обогащенных по СО газов, вдуваемых в доменную печь, являются относительно стабильными и контролируемыми без необходимости прибегать к использованию контрольных клапанов в линии верхнего вдувания 21 и линии нижнего вдувания 23, в которых циркулируют газы при температурах, соответственно, больших, чем 700°С и больших, чем 1000°С.

Первая система нагревателя 30 и вторая система нагревателя 33 варианта осуществления фигуры 3 относится к тому типу, который представлен на фигуре 2. Функционирование данных систем нагревателей разъясняется при обращении к данной фигуре 2.

Система нагревателя 50 фигуры 2 включает три теплообменника 51, 52, 53, два из которых представлены в режиме аккумулирования тепла 52, 53, а один - в режиме нагревания газа 51. Каждый из данных теплообменников обычно называют каупером.

Каждый каупер 51, 52, 53 в альтернативном варианте будет исполнять функцию нагревания газа, который поступает в рассматриваемую линию вдувания, и функцию аккумулирования тепла.

В каждом из двух кауперов в режиме аккумулирования тепла 52, 53 в горелку 58, расположенную в нижней части шахт горения 59, вводят смесь из доменного газа и газа сталелитейного завода и/или коксового газа и/или любого другого газа, подходящего для использования в способе нагревания данных систем, 55, а также воздух 56.

Сжигание данной смеси газов нагревает огнеупорный насадочный кирпич, составляющий стенки шахты насадки 60, и дымовые газы 61 выпускают в низу шахты насадки 60 в направлении дымовых труб.

В каупере в режиме нагревания газа насадочный кирпич шахты насадки 60, который предварительно был нагрет в соответствии с тем принципом, который только что был описан, будет, нагревать газ, обогащенный по СО, 18а, источником которого является АКВД 16 (фигуры 3 и 4), и который вводят через трубы 31 и/или 32 в основании шахты насадки 60. Кирпичи будут охлаждаться в результате циркуляции данного газа, обогащенного по СО, который выпускают из каупера 51 при температуре, равной приблизительно 1200°С, из шахты насадки 59 в зону доменной печи, в которую его вдувают.

Если кирпичи больше уже не будут достаточно горячими, и если температура газа на выпускном отверстии будет меньшей, чем 1200°С, каупер 51 переключается на свою функцию аккумулирования тепла, в то время как одновременно один из двух кауперов 52, 53, например, каупер 52, переключается на цикл нагревания газа, обогащенного по СО. Подобным образом, если данный каупер 52 больше уже не будет производить достаточно тепла, именно последний каупер 53 будет обеспечивать нагревание газа, в то время как каупер 52 опять войдет в цикл аккумулирования тепла.

В данной конфигурации с тремя кауперами в случае отключения одного из кауперов система сможет продолжить функционировать с двумя кауперами, при этом первый каупер будет нагревать газ, а второй - находиться в цикле нагревания.

С другой стороны, в первом варианте осуществления, представленном на фигуре 3, для каждой из двух систем нагревателей 30, 33 предусматривается включение только двух кауперов, соответственно, 51, 52 и 53, 54.

Данная конфигурация является выгодной в контексте изобретения. Действительно, установка, включающая две системы нагревателей с тремя кауперами в каждой, была бы очень дорогостоящей. Однако, функционирование с двумя независимыми системами нагревателей необходимо для обеспечения возможности контроля расходов газа в точке нижнего вдувания 22 и точке верхнего вдувания 20.

Вот почему выбрали систему, в которую входят две системы нагревателей, каждая из которых включает два каупера.

Однако, в соответствии с данной системой в случае нахождения одного из кауперов в нерабочем состоянии работа всей системы должна быть прервана, поскольку система нагревателя, каупер которой дефектен, не может функционировать только с одним каупером.

Вот почему изобретение предлагает средства, которые делают возможным переключение системы от функционирования с двумя системами нагревателей, каждая из которых включает два каупера, фигуры 3 на систему с одной системой нагревателя, включающей три каупера, представленную на фигуре 4, таким образом, позволяя избежать полного отключения доменной печи с рециклом.

Для переключения от конфигурации с четырьмя кауперами на конфигурацию с тремя кауперами клапан 70 соединяет трубы 32 и 31, в которых циркулирует обогащенный по СО газ 18, получающийся в результате работы установки для очистки от CO₂ 16, с первой системой нагревателя 30 и второй системой нагревателя 33. Данный клапан 70 сохраняют в закрытом положении, в то время как функционирует система с четырьмя кауперами фигуры 3. От него потребуется быть открытым в случае необходимости переключения системы на функционирование с тремя кауперами, как это представлено на фигуре 4, с получением одной трубы 43 (фигура 4), в которой циркулирует обогащенный по СО газ 18, получающейся в результате работы АКВД 16, в систему нагревателя 45.

Кроме того, клапан 71 соединяет линию верхнего вдувания 21 и линию нижнего вдувания 23 на уровне, расположенном до точки перемешивания 34, через которую в линию верхнего вдувания 21 вдувают холодный газ 18. В результате открытия данного клапана 71 и консервации впускного отверстия и выпускного отверстия каупера, который больше не функционирует, все газы, циркулирующие в линии верхнего вдувания 21 и линии нижнего вдувания 23, нагреваются при использовании одной системы нагревателя 45, имеющей три каупера, в соответствии с конфигурацией, представленной на фигуре 4.

В примере, представленном на фигуре, именно каупер 52 отключен; таким образом, система нагревателя 45 функционирует с тремя другими кауперами 51, 53 и 54.

Функционирование системы с одной системой нагревателя 45, включающей три каупера 51, 53, 54, описывается при обращении к фигуре 4.

На выпускном отверстии из данной системы нагревателя 45 газы находятся при температуре, равной приблизительно 1200°С. Одну часть данного газа вдувают в точке 22 в нижнюю часть доменной печи на одном уровне с фурмами при использовании линии нижнего вдувания 23. Другую часть в точке 34 перемешивают с обогащенным по СО газом, получающимся в результате работы АКВД 16, который находится при температуре, близкой к температуре окружающей среды, при использовании линии подачи холодного газа 35. Расход холодного газа контролируют так, как и в варианте осуществления фигуры 3, при использовании того же самого контрольного клапана 40 и системы 41 для измерения температуры газа в линии верхнего вдувания 21.

Расход на впускном отверстии в систему нагревателя 45 контролируют при использовании контрольного клапана 36 в сочетании с его системой для измерения расхода 38. Контрольный клапан 37, представленный на фигуре 3, больше уже не исполняет функции контроля, вот почему, он не представлен на фигуре 4.

В данной конфигурации фигуры 4 невозможно независимо контролировать расход газа линии верхней подачи 21 и расход газа линии нижней подачи 23.

Для устранения ограничения, накладываемого данной невозможностью, можно воспользоваться системами сингулярных падений давления 80, 81, расположенных, соответственно, в линии верхнего вдувания после точки перемешивания 34 и в линии нижнего вдувания 23, что делает возможным, через геометрию их дизайна, модифицирование расходов газа в соответствующих точке нижнего вдувания 22 и точке верхнего вдувания 20 в доменную печь.

Кроме того, в системе фигуры 4 может потребоваться необходимость измерения расхода газа, циркулирующего в одной или другой или обеих линиях вдувания, выбираемых из линии нижнего вдувания 23 и линии верхнего вдувания 21, по причинам, независимым от предмета изобретения. Контролю расхода двух линий вдувания 21, 23 также может поспособствовать измерение расхода данного типа, проводимое при использовании связанного с этим устройства 82, например, в линии верхнего вдувания 21, что, в частности, делает возможным задание величины сингулярных падений давления 80, 81, внедренных в соответствующие линию верхнего вдувания 21 и линию нижнего вдувания 23. Можно предусмотреть одно устройство для измерения расхода горячего газа 82, расположенное в одной или другой линии вдувания, выбираемой из линии нижнего вдувания 23 и линии верхнего вдувания 21, но также и устройство для измерения расхода, расположенное в каждой из данных двух линий 21, 23.

Необходимо отметить то, что системы сингулярных падений давления 80, 81 и устройство для измерения расхода горячего газа 82 уже присутствовали в устройстве, представленном на фигуре 3, хотя они и не были представлены, необходимо понимать то, что данные системы 80, 81, 82 не функционируют в контексте изобретения в конфигурации с двумя системами нагревателей.

В любом случае способ и устройство изобретения делают возможными, с одной стороны, контроль расхода и температуры газа, циркулирующего на двух уровнях вдувания при температурах, больших, чем 700°С, при использовании двух независимых систем нагревателей 30, 33, а, с другой стороны, обеспечение безопасности системы благодаря предусмотренному переключению на конфигурацию, в которой расходы газа двух линий вдувания заведомо больше уже не контролируют независимо, но в которой доменная печь, тем не менее, может продолжать функционировать.

Один исключительно выгодный аспект изобретения заключается в простоте переключения между конфигурацией с четырьмя кауперами (фигура 3) и конфигурацией с тремя кауперами (фигура 4).

Действительно, контрольные клапаны 40 и 36 используют в обеих системах без необходимости прибегать к изменению их конфигурации.

В качестве варианта может быть предусмотрено расположение клапана 36 и связанного с ним устройства для измерения расхода 38 в трубе 32 на впускном отверстии во вторую систему нагревателя 33. В данном случае для обеспечения контроля расходов линии верхнего вдувания 21 и линии нижнего вдувания 23 будет предусматриваться дополнительное измерение расхода в линии холодного газа 35. В данной конфигурации переключение на конфигурацию с одной системой нагревателя 45 является более сложным, поскольку оно задействует изменение конфигурации клапана 36 или 37, которые оба будут использоваться параллельно, по ходу технологического потока до системы нагревателя 45.

В качестве варианта также могла бы быть предусмотрена установка клапана 37 и связанного с ним устройства для измерения расхода 39 в трубе 32 на впускном отверстии во вторую систему нагревателя 33. В данном случае для обеспечения контроля расходов линии верхнего вдувания 21 и линии нижнего вдувания 23 будет предусматриваться дополнительное измерение расхода в линии холодного газа 35.

В качестве варианта можно предусмотреть присутствие одной системы сингулярных падений давления, расположенной либо в линии верхнего вдувания 21, либо в линии нижнего вдувания 23.

Также необходимо отметить то, что температура вдувания 900°С для вдувающегося газа на полпути вверх по доменной печи представляет собой оптимум в диапазоне от 700°С до 1000°С, и то, что температура газа линии нижнего вдувания, представленного при 1200°С, может находиться в диапазоне от 1000°С до 1300°С, что представляет собой максимальную температуру газа на выпускном отверстии теплообменников.

Кроме того, температура газа в точке верхнего вдувания 21 понимается как строго меньшая, чем 1000°С, а температура газа в точке нижнего вдувания понимается как строго большая, чем 1000°С.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу рециркуляции газа из доменной печи. Способ включает воздействие стадии очистки от CO₂ по меньшей мере на часть газов из доменной печи для создания газа, который является обогащенным по CO. Полученный газ вдувают в первой точке верхнего вдувания, расположенной выше основания доменной печи, при температуре в диапазоне от 700 до 1000°С через линию верхнего вдувания и во второй точке нижнего вдувания в основании доменной печи при температуре в диапазоне от 1000°С до 1300°С через линию нижнего вдувания. Осуществляют контроль расхода газа через точки нижнего и верхнего вдувания по ходу технологического потока до системы подогревателей (30, 33; 45). Изобретение также относится к устройству для реализации вышеупомянутого способа. Использование изобретения обеспечивает безопасность устройства. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ рециркуляции доменного газа, включающий воздействие стадией очистки от CO₂ по меньшей мере на одну часть газов, получающихся в результате работы доменной печи, для создания газа, обогащенного по CO, который повторно вдувают в первой точке верхнего вдувания, расположенной выше основания доменной печи, при температуре в диапазоне от 700°С до 1000°С через линию верхнего вдувания и во второй точке нижнего вдувания в основании доменной печи при температуре в диапазоне от 1000°С до 1300°С через линию нижнего вдувания, при этом газы из линий нижнего и верхнего вдуваний нагревают при использовании нагревателей, из которых газы выходят при температуре в диапазоне от 1000°C до 1300°C, отличающийся тем, что часть обогащенного по CO газа (18), покидающего стадию очистки, непосредственно вводят в линию верхнего вдувания (21) через линию вдувания холодного газа (35) для получения температуры в диапазоне от 700°C до 1000°C в первой точке верхнего вдувания (20), при этом расходы газа через точку нижнего вдувания (22) и точку верхнего вдувания (20) контролируют по ходу технологического потока до системы нагревателей (30, 33; 45).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеряют температуру в линии верхнего вдувания (21), при этом расход холодного газа, вводимого в данную линию верхнего вдувания (21), регулируют в соответствии с измеренной прежде температурой.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что газы линии верхнего вдувания (21) и линии нижнего вдувания (23) нагревают при использовании двух независимых систем нагревателей (30, 33), измеряют расходы газа, оценивают расходы газа в соответствующих точке нижнего вдувания (22) и точке верхнего вдувания (20) и регулируют расходы газа, вводимого соответственно в первую систему нагревателя (33) и вторую систему нагревателя (30) в соответствии с оцененными прежде расходами газа.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что измеряют расход газа, циркулирующего в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, (18) до линии вдувания холодного газа (35), и расход газа на впускном отверстии в системы нагревателей линии нижнего вдувания (30) и регулируют расходы газа, вводимого соответственно в первую систему нагревателя (33) и вторую систему нагревателя (30) для получения целевых расходов газа в соответствующих точке нижнего вдувания (22) и точке верхнего вдувания (20).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что расходы газа, вводимого в первую систему нагревателя (33) и вторую систему нагревателя (30), контролируют, с одной стороны, в результате регулирования расхода газа в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, (18) до линии вдувания холодного газа (35), оказывая воздействие либо непосредственно на расход газа в данной линии, либо на компрессор (19), расположенный по ходу технологического потока до установки для очистки от CO₂ (16), в который поступает газ, либо на турбодетандер, встроенный в установку для очистки от CO₂ (16), а, с другой стороны, в результате регулирования расхода газа на впускном отверстии в систему нагревателя линии нижнего вдувания (30).

6. Способ по любому из пп.3-5, отличающийся тем, что осуществляют переключение от конфигурации, в которой газы линии верхнего вдувания (21) и линии нижнего вдувания (23) нагревают при использовании двух независимых систем нагревателей (30, 33), на конфигурацию, в которой газы линии верхнего вдувания (21) и линии нижнего вдувания (23) нагревают при использовании одной системы нагревателя (45).

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в конфигурации с одной системой нагревателя (45) измеряют расход газа, циркулирующего в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, (18) до линии вдувания холодного газа (35), и регулируют расход газа, вводимого в одну систему нагревателя (45).

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что измеряют расход газа, который циркулирует в одной или другой или обеих линиях вдувания, выбираемых из линии нижнего вдувания (23) и линии верхнего вдувания (21), для оценки расхода газа через точку нижнего вдувания (22) и/или точку верхнего вдувания (20), при этом газы из одной или другой или обеих линий вдувания, выбираемых из линии нижнего вдувания (23) и линии верхнего вдувания (21), поступают в систему сингулярных падений давления (80, 81) для оказания воздействия, по существу равномерного, на расходы газа точки нижнего вдувания (22) и/или точки верхнего вдувания (20).

9. Способ по любому из пп.1-5, 7 или 8, отличающийся тем, что температура газов линии нижнего вдувания (23) в точке вдувания (22) в нижней части доменной печи составляет приблизительно 1200°С, а температура газов линии верхнего вдувания (21) в точке вдувания (20) на середине высоты доменной печи составляет приблизительно 900°С.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что температура газов линии нижнего вдувания (23) в точке вдувания (22) в нижней части доменной печи составляет приблизительно 1200°С, а температура газов линии верхнего вдувания (21) в точке вдувания (20) на середине высоты доменной печи составляет приблизительно 900°С.

11. Устройство рециркуляции доменного газа, содержащее установку для очистки от CO₂ (16), в которую подается по меньшей мере одна часть газов, получающихся в результате работы доменной печи, для создания газа, обогащенного по CO, линию верхнего вдувания (21), через которую в первой точке верхнего вдувания (20) выше основания доменной печи вдувается обогащенный по CO газ (18), получающийся в результате работы установки для очистки (16), при температуре в диапазоне от 700°С до 1000°С, линию нижнего вдувания (23), через которую во второй точке нижнего вдувания (22) в нижнюю часть доменной печи вдувается обогащенный по CO газ (18), получающийся в результате работы установки для очистки (16), при температуре в диапазоне от 1000°С до 1300°С, две системы нагревателей (30, 33), которые выполнены с возможностью нагревания соответственно газа линии верхнего вдувания (21) и линии нижнего вдувания (23), линию подачи холодного газа в линию верхнего вдувания (21), через которую в линию верхнего вдувания (21) в точке вдувания холодного газа (34) вводится часть обогащенного по CO газа (18), покидающего установку для очистки (16), для получения температуры в диапазоне от 700°С до 1000°С в точке верхнего вдувания (20) доменной печи, и по меньшей мере одну систему (36, 37) для контроля расходов газа в соответствующих точке нижнего вдувания (22) и точке верхнего вдувания (20), которая расположена по ходу технологического потока до систем нагревателей (30, 33).

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одну систему (41) для измерения температуры газа в линии верхнего вдувания (21), по меньшей мере одну систему (40) для регулирования расхода холодного газа, вдуваемого в линию верхнего вдувания (21), в зависимости от температуры газов данной линии верхнего вдувания (21).

13. Устройство по любому из пп.11, 12, отличающееся тем, что система для контроля расходов газа в соответствующих точке нижнего вдувания (22) и точке верхнего вдувания (20) содержит по меньшей мере одну систему для измерения расхода газа для оценки расходов газа линии нижнего вдувания (23) и линии верхнего вдувания (21) в точке нижнего вдувания (22) и точке верхнего вдувания (20), по меньшей мере одну систему (36, 37) для регулирования расходов газа на впускном отверстии в каждую из систем нагревателей в соответствии с оцененными расходами газа линии нижнего вдувания (23) и линии верхнего вдувания (21) и расходом газа линии холодного газа (35).

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что оно содержит систему для измерения расхода газа в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, (18) до линии вдувания холодного газа (35), систему для измерения расхода газа на впускном отверстии в одну или другую систему нагревателя, выбираемую из систем нагревателей (30, 33), систему для регулирования расхода газа в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, (18) до линии вдувания холодного газа (35), и систему для регулирования расхода газа на впускном отверстии в одну или другую систему нагревателя, выбираемую из систем нагревателей (30, 33).

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что система для регулирования расхода газа в основной линии транспортирования газа, очищенного от CO₂, (18) до линии вдувания холодного газа (35), представляет собой либо контрольный клапан, либо компрессор, расположенный по ходу технологического потока раньше, в котором протекает газ.

16. Устройство по любому из пп.11, 12, 14 или 15, отличающееся тем, что системы нагревателей (30, 33) представляют собой теплообменники, каждый из которых содержит систему для нагревания газа (51, 52, 53, 54) и систему для аккумулирования тепла (51, 52, 53, 54), при этом для каждой из данных систем (51, 52, 53, 54) возможно переключение от функции аккумулирования тепла на функцию нагревания газа и наоборот, для выдерживания температуры газа, выходящего из системы нагревателя, относительно стабильной на уровне температуры в диапазоне от 1000°С до 1300°С.

17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что системы нагревателей (30, 33) представляют собой теплообменники, каждый из которых содержит систему для нагревания газа (51, 52, 53, 54) и систему для аккумулирования тепла (51, 52, 53, 54), при этом для каждой из данных систем (51, 52, 53, 54) возможно переключение от функции аккумулирования тепла на функцию нагревания газа и наоборот, для выдерживания температуры газа, выходящего из системы нагревателя, относительно стабильной на уровне температуры в диапазоне от 1000°С до 1300°С.

18. Устройство по любому из пп.12, 14, 15 или 17, отличающееся тем, что оно содержит переключающие элементы (70, 71) для перехода от конфигурации, в которой газы линии верхнего вдувания (21) и линии нижнего вдувания (23) нагревают при использовании двух независимых систем нагревателей (30, 33), на конфигурацию, в которой газы линии верхнего вдувания (21) и линии нижнего вдувания (23) нагревают при использовании одной системы нагревателя (45).

19. Устройство по п.13, отличающееся тем, что оно содержит переключающие элементы (70, 71) для перехода от конфигурации, в которой газы линии верхнего вдувания (21) и линии нижнего вдувания (23) нагревают при использовании двух независимых систем нагревателей (30, 33), на конфигурацию, в которой газы линии верхнего вдувания (21) и линии нижнего вдувания (23) нагревают при использовании одной системы нагревателя (45).

20. Устройство по п.18, отличающееся тем, что переключающие элементы (70) содержат первый клапан (70), соединяющий две трубы (31, 32) для введения газа в первую систему нагревателя (30) и вторую систему нагревателя (33), и второй клапан (71), соединяющий линию верхнего вдувания (21) и линию нижнего вдувания (23) до точки (34) вдувания холодного газа в линию верхнего вдувания (21).

21. Устройство по п.19, отличающееся тем, что оно содержит по одной или другой или обеим линиям вдувания, выбираемым из линии нижнего вдувания (23) и линии верхнего вдувания (21), систему сингулярных падений давления для воздействия на расходы газа точки нижнего вдувания (22) и/или точки верхнего вдувания (20).