НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2016 года по МПК C21B9/00 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к устройству для нагревания воздухонагревателя доменной печи, имеющего область сгорания и выпуск дымовых газов, связанный с областью сгорания.

Доменные печи используют, главным образом, но не исключительно, для восстановления железной оксидной руды в расплавленное железо. Задача воздухонагревателей доменной печи заключается в том, чтобы обеспечивать доменную печь соответствующей температурой горячего дутья при требуемой скорости потока, безопасным и не вредным для окружающей среды образом в течение продолжительного многолетнего периода. В принципе, воздухонагреватель доменной печи работает просто. В топливно-воздушной горелке, как правило, используют для сжигания топливный газ (обычно это, главным образом, доменный газ), и продукты сгорания пропускают через большую массу огнеупорных кирпичей, которые поглощают физическое тепло продуктов сгорания. Когда огнеупорные кирпичи достигают желательной рабочей температуры, горелку отключают и холодный воздух, пропускаемый через воздухонагреватель, проходит над кирпичами, в результате чего он подогревается перед поступлением в доменную печь в качестве воздуха горячего дутья. Как правило, воздухонагреватели работают в блоках по три или четыре, в результате чего некоторые воздухонагреватели нагреваются, в то время как другие обеспечивают горячее дутье для доменной печи.

Воздухонагреватели доменной печи могут иметь любую из ряда различных конфигураций. Как правило, каждый воздухонагреватель включает первую вертикальную камеру, в которой происходит сгорание, рядом со второй вертикальной камерой, в которой расположены огнеупорные кирпичи. Такой воздухонагреватель часто относят к типу внешней камеры сгорания. Также известны воздухонагреватели, в которых область сгорания расположена в огнеупорной камере. Это так называемые «Воздухонагреватели внутреннего сгорания». В другой конфигурации камера сгорания расположена сверху огнеупорной камеры, обычно находящейся внутри куполовидной структуры.

В текущей практике существуют три основных подхода в попытках максимально увеличить количество тепла, которое воздухонагреватель может передавать для горячего дутья. Обеспечение горячего дутья с максимально возможным теплосодержанием уменьшает расход кокса для производства железа в доменной печи. Для достижения высокой температуры горячего дутья огнеупорные или насадочные кирпичи в воздухонагревателях необходимо нагревать до максимально возможной температуры, учитывая физические ограничения, устанавливаемые допустимой температурой купола воздухонагревателя. В результате теплотворная способность топливного газа, поступающего в горелку, должна быть достаточной для создания подходящего горячего пламени.

Колошниковый газ доменной печи (иногда называемый «доменный газ») обычно представляет собой основное топливо, используемое для нагревания воздухонагревателей доменной печи, но недостаток использования этого топлива заключается в том, что его теплотворная способность является переменной и зависит в значительной степени от условий работы доменной печи. Переменная теплотворная способность доменного газа является хорошо известной причиной смешивания доменного газа с топливным газом с высокой теплотворной способностью, таким как коксовый газ, конвертерный газ или природный газ, чтобы повысить его теплотворную способность и обеспечить требуемую температуру пламени. В качестве альтернативы, известно подогревание топливного газа и воздуха перед сгоранием в горелке воздухонагревателя. Действительно, газообразные продукты сгорания, выходящие из воздухонагревателей во время цикла нагревания, обычно имеют температуру от 250 до 400°C и содержат приблизительно 18% энергии, потребляемой воздухонагревателями. На некоторых заводах этот относительно горячий топочный газ направляют в блок регенерации отходящего тепла, где часть его физического тепла захватывается и используется для осуществления подогрева. Другой альтернативный способ нагревания воздухонагревателей доменной печи заключается в обогащении воздуха для горения кислородом. Введение кислорода вместо части воздуха для горения повышает температуру пламени, поскольку при постоянном суммарном потоке молекулярного кислорода сокращается азотный балласт в продуктах сгорания. Как правило, используют обогащенный кислородом воздух, чтобы способствовать уменьшению количества коксового, конвертерного или природного газа, требуемого для создания необходимой температуры пламени.

Требуется усовершенствовать работу воздухонагревателей доменной печи, но гибким образом, позволяющим учитывать изменения доступности и стоимости топливного и других газов во время срока службы.

Раскрытие изобретения

Согласно настоящему изобретению предложено устройство для нагревания воздухонагревателя доменной печи, имеющего область сгорания и выпуск дымовых газов, связанный с областью сгорания, содержащее:

a) источник топлива с низкой теплотворной способностью;

b) первый трубопровод, выполненный с возможностью распределения топлива с низкой теплотворной способностью из его источника в область сгорания;

c) источник воздуха;

d) второй трубопровод, выполненный с возможностью распределения воздуха из его источника в область сгорания;

e) источник окислителя, содержащего по меньшей мере 85 об.% кислорода;

f) третий трубопровод, выполненный с возможностью распределения окислителя из его источника в область сгорания;

g) четвертый трубопровод, выполненный с возможностью проведения дымовых газов из выпуска дымовых газов от воздухонагревателя; и

h) пятый трубопровод, выполненный с возможностью возврата части дымовых газов в область сгорания.

Термин «дымовые газы» включает все газообразные продукты сгорания.

Устройство согласно настоящему изобретению способно работать во множестве различных режимов, согласно которым второй, третий и пятый трубопроводы выбирают для сообщения с областью сгорания. Наиболее важный их этих режимов тот, в котором окислитель, содержащий по меньшей мере 85 об.% кислорода, представляет собой единственный окислитель, используемый для поддержания горения, и дымовые газы рециркулируют в область сгорания через пятый трубопровод. Работа в таком режиме может обеспечить ряд преимуществ. Во-первых, возможно простое достижение необходимых температур пламени путем использования доменного газа в качестве топливного газа без обогащения газом с высокой теплотворной способностью, таким как коксовый газ или природный газ. Во-вторых, рециркуляция дымовых газов обеспечивает чистое уменьшение скорости выделения диоксида углерода. В-третьих, можно обеспечить преимущества, аналогичные тем, которые достижимы при обогащении воздуха кислородом (см. выше).

Устройство согласно настоящему изобретению может работать с регенерацией тепла от дымовых газов при пропускании газов через регенерирующий теплообменник.

Рециркуляция дымовых газов в область сгорания разбавляет содержащуюся в ней смесь топлива и окислителя и, таким образом, изменяет температуру и уменьшает риск повреждения материалов воздухонагревателя в результате сгорания. Горение может быть фактически беспламенным.

Устройство согласно настоящему изобретению позволяет оператору доменной печи переключаться на обычный режим работы, при котором используют воздух для обеспечения сгорания и теплотворную способность доменного топлива повышают, используя, помимо доменного топлива, топливо с высокой теплотворной способностью, такое как коксовый газ, конвертерный газ или природный газ.

Устройство согласно настоящему изобретению, таким образом, включает источник топлива с высокой теплотворной способностью и шестой трубопровод, выполненный с возможностью распределения топлива с высокой теплотворной способностью в область сгорания.

Термин «топливо с низкой теплотворной способностью» включает топливо, теплотворная способность которого составляет 9 МДж/Нм³ или менее. Как отмечено выше, доменный газ представляет собой топливо с низкой теплотворной способностью, которое обычно используют. Термин «газ с высокой теплотворной способностью» включает газ, теплотворная способность которого, как правило, превышает 9 МДж/Нм³. Коксовый газ, конвертерный газ или природный газ представляют собой подходящее топливо с высокой теплотворной способностью для использования в устройстве согласно настоящему изобретению.

При необходимости устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно включать средство для селективного введения окислителя из третьего трубопровода во второй трубопровод. Такое устройство позволяет оператору доменной печи эксплуатировать воздухонагреватель с воздухом, обогащенным кислородом.

Устройство согласно настоящему изобретению предпочтительно включает вытяжную трубу для дымовых газов, которую обычно заканчивает дымовая труба, через которую вытяжная труба обычно сообщается с четвертым трубопроводом. Когда устройство согласно настоящему изобретению работает с рециркуляцией дымовых газов в область сгорания, вытяжка части дымовых газов ограничивает внедрение примесей в циркулирующий газ.

Источником топливного газа с низкой теплотворной способностью обычно является доменная печь, с которой связан воздухонагреватель доменной печи, образующий часть устройства согласно настоящему изобретению.

Как правило, источник воздуха представляет собой по меньшей мере один компрессор, нагнетатель или вентилятор. Этот компрессор обычно отделен от компрессора или компрессоров, которые обеспечивают воздушное дутье в доменную печь.

Источник окислителя, содержащего по меньшей мере 85 об.% кислорода, обычно представляет собой установку для разделения воздуха. Таким образом, окислитель может включать по меньшей мере 95 об.% кислорода. Установка для разделения воздуха может, например, разделять воздух путем фракционной дистилляции или путем адсорбции при переменном давлении.

Каждый из трубопроводов с первого по шестой может включать клапан или ряд клапанов, при открытии которых создается требуемый поток и закрытие которых прекращает этот поток. Все клапаны могут быть соединены с общим управляющим устройством, которое, при необходимости, может работать автоматически и которое может быть программируемым. Каждый из трубопроводов с первого по шестой может также включать датчики, предохранительные клапаны и другие устройства управления, которые содействуют всей работе устройства.

При необходимости четвертый и пятый трубопроводы можно одновременно соединять с устройством для обработки дымовых газов. Обработка дымовых газов может включать регенерацию отходящего тепла и/или рекомпрессию. Устройство согласно настоящему изобретению может, таким образом, включать теплообменник для регенерации отходящего тепла от дымовых газов и нагнетатель или компрессор для пропускания дымовых газов из четвертого трубопровода в пятый.

Краткое описание чертежей

Далее устройство согласно настоящему изобретению будет описано посредством примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет собой упрощенную иллюстрацию доменной печи и связанных с ней воздухонагревателей на обычном металлургическом заводе;

Фиг.2 представляет собой схематический вид в разрезе воздухонагревателя доменной печи, имеющего внешнюю камеру сгорания; и

Фиг.3 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую устройство согласно настоящему изобретению для работы воздухонагревателей доменной печи.

Чертежи не соответствуют реальному масштабу. Разнообразные датчики, предохранительные клапаны и другие устройства управления, которые хорошо известны из области газоснабжения, не приведены на чертежах.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

На фиг.1 схематично представлено устройство доменной печи 120 и трех воздухонагревателей 100 на металлургическом заводе. При работе доменной печи 120 получают расплавленное железо путем восстановления оксида железа углеродом, содержащимся в таких материалах, как кокс. При восстановлении железной оксидной руды в железо образуется моноксид углерода, и газовая смесь, включающая моноксид углерода, диоксид углерода и азот, выходит из верхней части доменной печи 120 в устройство 110, регулирующее подачу топлива, которое регулирует подачу доменных газов каждого из трех воздухонагревателей доменной печи 100. Каждый воздухонагреватель 100 содержит камеру для сжигания доменного газа из доменной печи 120 и камеру для нагревания доменного дутья. Доменное дутье обеспечивается посредством устройства 130, регулирующего подачу воздуха. Камера для нагревания доменного дутья включает тугоплавкий металл в виде керамических кирпичей и т.п., часто называемых «насадкой». Газообразные продукты сгорания из камеры сгорания каждого воздухонагревателя 100 проходят через воздухонагревательную камеру и отдают тепло огнеупорным кирпичам. Как правило, каждый воздухонагреватель работает в соответствии с заданным циклом таким образом, что в любой момент времени по меньшей мере один из воздухонагревателей используется для нагревания доменного дутья, а остальные воздухонагреватели нагреваются при сгорании доменного газа.

Когда огнеупорные кирпичи нагреваются, полученные в результате сгорания или топочные газы поступают в устройство для утилизации топочного газа 150. Задача воздухонагревателей 100 заключается в том, чтобы обеспечивать в доменной печи 120 соответствующую температуру горячего дутья с требуемой скоростью потока в течение продолжительного многолетнего периода. В технике хорошо известно регулирование сгорания таким образом, чтобы получать соответствующие характеристики воздухонагревателя, уменьшать энергопотребление и обеспечивать безопасную работу и продолжительный срок службы. Камера сгорания каждого воздухонагревателя 100 снабжена горелкой для обеспечения сгорания. Огнеупорные кирпичи поглощают физическое тепло продуктов сгорания. Когда насадочные кирпичи достигают рабочей температуры, горелку выключают и холодный воздух пропускают над огнеупорными кирпичами, где он подогревается перед поступлением в доменную печь в качестве воздуха «горячего дутья». Как правило, воздухонагреватели работают в блоках по 3 или 4 таким образом, что некоторые воздухонагреватели нагреваются, а другие обеспечивают горячее дутье в доменную печь.

На фиг.2 показан обычный воздухонагреватель 100, содержащий внешнюю камеру 101 сгорания, огнеупорный материал 102 и купол 103. Воздухонагреватель работает таким образом, чтобы предотвращать повышение температуры купола 103 до такого уровня, который вызывает повреждение воздухонагревателя 100. Следует понимать, что существуют также воздухонагреватели с внутренними камерами сгорания, и что устройство согласно настоящему изобретению применимо в равной степени к работе таких воздухонагревателей.

Когда огнеупорный материал нагревается, доменный газ поступает в горелку 108 через впуск 105 топлива и окислитель поступает в горелку 108 через впуск 104 окислителя. Полученные горячие газообразные продукты сгорания поднимаются через камеру 101, и проходят через купол 103, и опускаются через камеру, выложенную огнеупорными кирпичами 102. В результате огнеупорные кирпичи 102 нагреваются. Полученные дымовые газы выходят из воздухонагревателя 100 через отверстие 106. Как правило, температура выходящих дымовых газов обычно составляет приблизительно от 200 до 350°C. Когда огнеупорный материал кирпичей достигает заданной температуры, работа переключается на нагревание доменного дутья. Затем воздух поступает через отверстие 106 и проходит через камеру, выложенную огнеупорными кирпичами 102. В результате воздух нагревается. Нагретый воздух проходит через купол 103 и камеру сгорания 101 и выходит через выпускное отверстие 107. В этот момент воздух для дутья обычно имеет температуру от 1100 до 1200°C. Доменный газ предпочтительно отбирают из доменной печи, в которую воздух для дутья поступает из воздухонагревателя 100. Это позволяет устанавливать воздухонагреватели 100 рядом с доменной печью 120, экономит энергию и способствует возможности уменьшения суммарных выбросов завода.

Доменный газ из доменной печи имеет теплотворную способность, составляющую приблизительно 3,2 МДж/Нм³. При необходимости, в качестве альтернативы, вместо него можно использовать топливо с низкой теплотворной способностью.

Как правило, если воздух поступает в качестве окислителя в горелку 108 каждого воздухонагревателя, возникают затруднения в достижении достаточно высокой температуры пламени, чтобы нагревать воздух до требуемой температуры дутья.

Чтобы обеспечить дополнительное тепло, доменный газ дополняют топливным газом с высокой теплотворной способностью. Как правило, для этого используют коксовый газ, но вместо него можно использовать другие газы, такие как конвертерный газ или природный газ. Количество используемого газа с высокой теплотворной способностью составляет меньше необходимого для повышения теплотворной способности доменного газа до 9 МДж/Нм³.

Существуют разнообразные технологии для уменьшения количества топливного газа с высокой теплотворной способностью, которое необходимо добавлять. В одном примере относительно горячий топочный газ из воздухонагревателей, который обычно имеет температуру от 250 до 450°C, проходит в блок регенерации отходящего тепла, где часть его физического тепла поглощается и используется для подогрева топливного газа перед сгоранием в горелках воздухонагревателей.

Во второй методике окислитель, содержащий по меньшей мере 85 об.% кислорода (как правило по меньшей мере 95 об.% кислорода) используют для замены части воздуха для горения. Эта замена производит эффект повышения температуры пламени, поскольку при постоянном суммарном потоке кислорода уменьшается азотный балласт в продуктах сгорания. Если допустимая температура купола воздухонагревателя не достигается, можно использовать повышенную температуру для уменьшения количества газа с высокой теплотворной способностью, которое необходимо добавлять, чтобы создать требуемую температуру пламени. Хотя требуемую температуру пламени можно поддерживать при уменьшенной скорости потока газа с высокой теплотворной способностью вследствие обогащения кислородом, энергопотребление воздухонагревателей при этом обычно уменьшается. На практике это устраняют увеличением потока доменного газа в горелку воздухонагревателя. Повышенная массовая скорость потока доменного газа компенсирует уменьшение массового потока воздуха. В результате несущественно изменяются условия конвективной теплопередачи внутри воздухонагревателей.

Однако существует практическое ограничение степени кислородного обогащения, которое можно использовать в воздухонагревателях (это основано на текущей технологии), чтобы температура пламени не становилась чрезмерно высокой, что обычно представляет собой риск повреждения огнеупорных кирпичей и купола воздухонагревателя.

Согласно одновременно рассматриваемой международной патентной заявке PCT/SE2010/051301, полное содержание которой включено сюда путем ссылки, использование газа с высокой теплотворной способностью можно совершенно исключить, используя вместо воздуха окислитель, содержащий по меньшей мере 85% кислорода и вызывая рециркуляцию дымовых газов в область сгорания воздухонагревателя. Рециркулирующие дымовые газы достаточно разбавляют смесь топлива и окислителя, чтобы сгорание не приводило к повреждению материалов воздухонагревателей. При необходимости сгорание может быть практически беспламенным. Как правило, таким образом рециркулирует приблизительно одна треть дымовых газов, образующихся в воздухонагревателях. Хотя работа с рециркулирующими дымовыми газами и окислителем, содержащим по меньшей мере 85 об.% кислорода, совершенно отличается от работы с использованием воздуха для поддержания горения и без рециркуляции дымовых газов, требуется относительно небольшая модификация обычного воздухонагревателя доменной печи, чтобы осуществить такое изменение. Как правило, топливный газ будет по-прежнему проходить через существующие отверстия для топливного газа и рециркулирующие дымовые газы и окислитель, содержащий по меньшей мере 85 об.% кислорода, будут предварительно перемешиваться, образуя «синтетический воздух», который можно вводить через существующие отверстия для воздуха. Во всех случаях суммарный массовый поток через воздухонагреватели поддерживается точно или почти точно на уровне массового потока для работы с традиционным топливом и воздухом. Хотя количество доменного газа увеличивается, происходит соответствующее уменьшение потока других газов в воздухонагреватели, в результате чего суммарный массовый поток изменяется незначительно.

Образующийся «синтетический воздух», содержащий рециркулирующие дымовые газы и окислитель, содержащий по меньшей мере 85 об.% кислорода, могут образовывать газовую смесь, которая, по сравнению с воздухом, имеет относительно высокую концентрацию кислорода. При необходимости части необходимого газопровода, в которых содержится газовая смесь, можно выполнять из таких материалов, как медь или другие материалы, которые являются безопасными для использования с кислородом. В качестве альтернативы, если требуется избежать установки впускной трубы на отверстия для «синтетического воздуха» из такого материала, некоторое количество кислорода можно вводить в камеру сгорания через одну или более фурм.

Доменные печи обычно работают непрерывно в течение периода, составляющего несколько лет. В течение этого срока службы могут изменяться стоимость и доступность различных исходных материалов для доменной печи и воздухонагревателей доменной печи. Соответственно, хотя авторы полагают, что работа с рециркуляцией дымовых газов обычно является предпочтительной, оператору доменной печи может потребоваться определенная гибкость при выборе режима работы воздухонагревателей доменной печи. Вариант осуществления нагревательного устройства согласно настоящему изобретению обеспечивает эту гибкость. Пример такого устройства представлен на фиг.3. Различные проточные клапаны, клапаны-регуляторы потока и т.п. не представлены на фиг.3, чтобы упростить понимание варианта осуществления настоящего изобретения.

На фиг.3 показано множество, состоящее, например, из четырех воздухонагревателей 302, 304, 306 и 308 доменной печи. Воздухонагреватели 302, 304, 306 и 308 соединены параллельно друг с другом. Устройство включает основной воздухопровод 310, основной трубопровод 320 топлива с низкой теплотворной способностью (доменного газа), основной трубопровод 330 топлива с высокой теплотворной способностью (коксового газа), основной трубопровод 340 дымовых газов, основной трубопровод 350 кислорода и основной трубопровод 360 рециркулирующего газа. Трубопроводы соединены с газовыми коллекторами или распределителями (не показаны), которые обеспечивают соответствующее соединение между различными трубопроводами и впусками и выпусками воздухонагревателей; эти впуски и выпуски, в основном, аналогичны тем, которые содержит воздухонагреватель, представленный на фиг.2. Таким образом, основной впускной воздухопровод 310 принимает воздух из компрессора 309 и соединяется с соответствующими впускными отверстиями воздухонагревателей 302, 304, 306 и 308 через распределительные трубы 312, 314, 316 и 318 соответственно. Доменный газ распределяется из основного трубопровода 320 доменного газа в воздухонагреватели 302, 304, 306 и 308 через распределительные трубы 322, 324, 326 и 328 доменного газа соответственно. Аналогичным образом, коксовый газ или другое топливо с высокой теплотворной способностью можно распределять в воздухонагреватели 302, 304, 306 и 308 через распределительные трубы 332, 334, 336 и 338 коксового газа соответственно. Дымовые газы выходят из воздухонагревателей 302, 304, 306 и 308 через распределительные трубы 342, 344, 346 и 348 дымовых газов соответственно, и все они соединены с основным трубопроводом 340 дымовых газов.

Трубопровод 340 заканчивается нагнетателем 370 рециркулирующего газа и проходит через рабочий блок 380 регенерации отходящего тепла. Между блоком 380 регенерации отходящего тепла и нагнетателем 370 рециркулирующего газа расположен вытяжной трубопровод 390, который выводит отходящий газ в дымовую трубу (не показана) для выпуска в атмосферу.

Выпуск нагнетателя 370 сообщается с трубопроводом 360 рециркулирующих дымовых газов. Трубопровод 360 рециркулирующего газа соединен с каждой из воздухораспределительных труб 312, 314, 316 и 318. Основной трубопровод 350 кислорода может подавать кислород, полученный в установке 351 для разделения воздуха, в каждую из распределительных труб 312, 314, 316 и 318. В качестве альтернативы или дополнительно он может подавать кислород непосредственно в воздухонагреватели 302, 304, 306 и 308 через кислородораспределительные трубы 352, 354, 356, 358 соответственно.

При необходимости можно использовать байпасную трубу, направляющую газообразные продукты сгорания из трубопровода 340 в байпасный блок 380 регенерации отходящего тепла. Блок 380 регенерации отходящего тепла обычно устанавливают, чтобы передавать тепло от дымовых газов газовоздушной исходной смеси, поступающей в доменную печь.

Устройство, представленное на фиг.3, способно работать во множестве различных режимов, которые были описаны выше.

Эти режимы включают:

a) подачу доменного газа, топливного газа с высокой теплотворной способностью, например коксового газа, и воздуха в воздухонагреватели, но без подачи кислорода, рециркуляции дымовых газов и регенерации отходящего тепла от дымовых газов;

b) то же, что в пункте (a), но с регенерацией отходящего тепла от дымовых газов;

c) то же, что в пункте (b), но с кислородным обогащением воздуха и без подачи топливного газа с высокой теплотворной способностью;

d) подачу доменного газа, подачу кислорода и рециркуляцию дымовых газов, но без подачи воздуха, подачи газа с высокой теплотворной способностью и регенерации отходящего тепла от дымовых газов;

e) то же, что в пункте (d), но с регенерацией отходящего тепла от дымовых газов; и

f) то же, что в пункте (e), но с подачей воздуха.

Приведенный выше пример (f), в основном, аналогичен примеру (e), но не предусматривает полную замену воздуха для горения кислородом и рециркулирующими дымовыми газами; воздух для горения только частично замещен этими газами.

Источник кислорода предпочтительно представляет собой установку для разделения воздуха, производящую кислород, чистота которого составляет по меньшей мере 95% и, как правило, по меньшей мере 99,9%.

Чтобы обеспечить работу устройства в каком-либо из вышеупомянутых режимов, предусмотрено множество клапанов включения/выключения. Как показано выше на фиг.3, предусмотрены клапаны 313, 315, 317 и 319 подачи воздуха в трубопроводах 312, 314, 316 и 318 соответственно; распределительные клапаны 333, 335, 337 и 339 топливного газа с высокой теплотворной способностью (коксового газа) в трубах 332, 334, 336 и 338 топливного газа с высокой теплотворной способностью соответственно; закрывающий рециркуляцию газа клапан 342; основные клапаны 353, 355, 357 и 359 подачи кислорода в подающих кислород трубах 352, 354, 356 и 358 соответственно; клапаны 393, 395, 387 и 399 обогащения кислородом, осуществляющие обогащение кислородом воздуха, проходящего через трубы 312, 314, 316 и 318 соответственно; клапаны рециркулирующего газа 363, 365, 367 и 369, сообщающиеся с трубами 312, 314, 316 и 318 соответственно; клапан 382 регенерации отходящего тепла и байпасный клапан 384 блока регенерация отходящего тепла.

Вышеупомянутые клапаны можно открывать и закрывать, чтобы проиллюстрированное устройство работало в каком-либо из режимов согласно приведенным выше примерам (a)-(f), чтобы нагревать воздухонагреватели. Необходимые положения клапанов представлены ниже в таблице 1. Как правило, одновременно нагревается только один (или, возможно, два) из воздухонагревателей.

В примере (c) таблицы 1, помимо обогащения воздуха кислородом через клапаны 393, 395, 397 и 399, в результате чего воздухонагреватели нагреваются, кислород можно необязательно подавать через фурмы непосредственно в воздухонагреватели 302, 304, 306, 308, и в таком случае открыты клапаны 353, 355, 357 и 359.

Следует отметить, что устройство может работать и в других режимах, помимо описанных выше режимов (a)-(f). Например, регенерацию отходящего тепла можно использовать во всех режимах, но не в режимах (b) и (c).

Некоторые иллюстративные технологические параметры приведены для режимов работы (a)-(e) в таблице 2.

Следует отметить, что отсутствует необходимость дополнения доменного газа коксовым газом в примерах (c)-(e). Примеры (d) и (e) являются более предпочтительными, чем пример (c), вследствие повышенного содержания диоксида углерода в дымовом газе, если предполагается поглощать или извлекать диоксид углерода.

Определенное преимущество работы в режиме (d) заключается в том, что скорость, при которой молекулы азота поступают в воздухонагреватели, здесь меньше, чем в других режимах, в результате чего сокращается образование оксидов азота. Даже когда устройство, представленное на фиг.3, работает с рециркуляцией, не должно быть никакой необходимости подвергать дымовые газы химической обработке для удаления оксидов азота.

Таблица 1 Пример Открытые клапаны   Нагревается воздухонагреватель 302 Нагревается воздухонагреватель 304 Нагревается воздухонагреватель 306 Нагревается воздухонагреватель 308 a) 313 315 317 319 323 325 327 329 333 335 337 339 384 384 384 384 b) 313 315 317 319 323 325 327 329 333 335 337 339 382 382 382 382 c) 313 315 317 319 323 325 327 329 (353) (355) (357) (359) 393 395 397 399 382 382 382 382 d) 323 325 327 329 353 355 357 359 363 365 367 369 393 395 397 399 342 342 342 342 384 384 384 384 e) 323 325 327 329 353 355 357 359 363 365 367 369 393 395 397 399 342 342 342 342 384 384 384 384 f) 313 315 317 319 323 325 327 329 353 355 357 359 363 365 367 369 393 395 397 399 342 342 342 342 384 384 384 384

Таблица 2   a) b) c) d) e) Доменный газ, Нм³/ч 44370 54461 64000 64000 64000 Температура доменного газа, °C 120 215 215 120 120 Коксовый газ, Нм³/ч 3100 1457 0 0 0 Температура коксового газа, °C 5 5 - - - Поток воздуха, Нм³/ч 43000 39095 28000 0 14000 Температура воздуха, °C 120 215 215 - 120 Поток кислорода, Нм³/ч 0 0 1900 8000 5250 Температура кислорода, °C - - 20 20 20 Рециркуляция топочного газа 0 0 0 12987 4000 Температура топочного газа, °C - - - 300 300             Температура пламени, °C 1444 1453 1456 1460 1448 Теплота сгорания, ГДж/ч 184 182 181 181 182             Содержание кислорода в дымовом газе, % 1 0,5 0,5 1 1 Содержание диоксида углерода в дымовом газе, % 23,5 28 32 43,5 37

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройству для нагрева воздухонагревателя доменной печи. Устройство содержит источник топлива с низкой теплотворной способностью, первый трубопровод для подачи топлива с низкой теплотворной способностью в зону сгорания воздухонагревателя, источник воздуха, второй трубопровод для подачи воздуха в зону сгорания воздухонагревателя, источник окислителя, содержащего по меньшей мере 85 об.% кислорода, третий трубопровод для подачи окислителя в зону сгорания воздухонагревателя, четвертый трубопровод, сообщающийся с выпуском дымовых газов воздухонагревателя для вывода дымовых газов от воздухонагревателя, и пятый трубопровод, выполненный с возможностью рециркуляции дымовых газов в зону сгорания. Использование изобретения обеспечивает уменьшение количества коксового, конвертерного или природного газа для создания необходимой температуры. 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Устройство для нагрева воздухонагревателя доменной печи, имеющего зону сгорания, сообщенную с выпуском дымовых газов, содержащее:
a) источник топлива с низкой теплотворной способностью;
b) первый трубопровод, выполненный с возможностью распределения топлива с низкой теплотворной способностью из его источника в зону сгорания;
c) источник воздуха;
d) второй трубопровод, выполненный с возможностью распределения воздуха из его источника в зону сгорания;
e) источник окислителя, содержащего по меньшей мере 85 об.% кислорода;
f) третий трубопровод, выполненный с возможностью распределения окислителя из его источника в зону сгорания;
g) четвертый трубопровод, выполненный с возможностью вывода дымовых газов из выпуска дымовых газов от воздухонагревателя; и
h) пятый трубопровод, выполненный с возможностью возврата части дымовых газов в зону сгорания.

2. Устройство по п. 1, которое дополнительно содержит средства для селективного введения окислителя из третьего трубопровода во второй трубопровод.

3. Устройство по п. 1, которое дополнительно содержит вытяжную трубу, сообщенную с четвертым трубопроводом.

4. Устройство по п. 1, в котором в качестве источника топлива с низкой теплотворной способностью использована доменная печь, с которой связан воздухонагреватель доменной печи.

5. Устройство по п. 1, в котором в качестве источника воздуха использован по меньшей мере один компрессор.

6. Устройство по п. 1, которое дополнительно содержит источник топлива с высокой теплотворной способностью и шестой трубопровод, обеспечивающий возможность сообщения источника топлива с высокой теплотворной способностью с зоной сгорания.

7. Устройство по п. 6, в котором каждый трубопровод с первого по шестой содержит клапан, выполненный с возможностью селективного обеспечения заданного сообщения или предотвращения сообщения с источником топлива с высокой теплотворной способностью.