Область техники
Настоящее изобретение относится к способу эксплуатации доменной печи и вспомогательному оборудованию для доменной печи.
Уровень техники
В последние годы в связи с глобальной проблемой защиты окружающей среды существует настоятельная необходимость в уменьшении выбросов в атмосферу двуокиси углерода (СО2). Следовательно, при работе доменной печи, установленной на металлургическом заводе, необходимо, чтобы печь работала с низким расходом восстанавливающего агента (низкий RAR).
В традиционной доменной печи в качестве дутьевого газа в доменную печь из фурмы вдувают горячее дутье (воздух, нагретый приблизительно до 1200°С). В результате кислород, содержащийся в горячем дутье, реагирует с коксом или угольной пылью, используемой в качестве восстанавливающего агента, с получением газообразных оксида углерода (СО) и водорода (H2). Полученные оксид углерода и водород восстанавливают железную руду, загруженную в доменную печь. Кроме того, в ходе реакции восстановления железной руды получают двуокись углерода.
Газ, вдуваемый в доменную печь из фурмы, является дутьевым газом. Дутьевой газ имеет также важное значение в процессе газификации угольной пыли и кокса в доменной печи.
В качестве способа снижения выбросов двуокиси углерода при работе доменной печи был предложен метод превращения оксида углерода и двуокиси углерода, содержащихся в отходящем газе, отводимом из доменной печи, и т.п. с получением углеводородов, таких как метан и этанол, и ввода полученных углеводородов обратно в доменную печь в качестве восстанавливающего агента.
Например, в патентном документе JP2011-225969A (PTL 1) описан «способ эксплуатации доменной печи, включающий стадию (А) отделения и удаления CO2 и/или СО из газообразной смеси, содержащей CO2 и/или CO; стадию (В) добавления водорода к CO2 и/или CO, отделенных и удаленных на стадии (А), и превращение CO2 и/или CO в СН4; стадию (С) отделения и удаления H2O из газа, который был подвержен стадии (В), и стадию (D) вдувания газа, который был подвержен стадии (С), в доменную печь».
В патентном документе JP2014-005510A (PTL 2) «способ эксплуатации доменной печи, включающий отделения CO2 из отходящего газа пламенной печи, которая использует отходящий газ доменной печи в качестве всего или части топлива, превращение отделенного CO2 в метан с получением восстанавливающего газа, и вдувание восстанавливающего газа в доменную печь».
Список патентных документов
PTL 1: JP 2011-225969A
PTL 2: JP 2014-005510A
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема
При практическом использовании способов, описанных в патентных документах PTL 1 и PTL 2, в том случае, если количество метана, вдуваемого в доменную печь в качестве восстанавливающего агента, превышает определенный уровень, это может привести к эксплуатационным неполадкам, в частности, к недостаточному нагреву нижней части доменной печи, увеличению перепада давления и нарушению процесса выпуска металла из печи.
Следовательно, существует необходимость в создании способа эксплуатации доменной печи, который может дополнительно уменьшить величину выбросов двуокиси углерода из доменной печи при стабильной работе печи.
В соответствии с изложенным выше может быть полезным разработать способ эксплуатации доменной печи, который может дополнительно уменьшить выбросы двуокиси углерода и доменной печи при сохранении стабильной работы печи.
Может быть также полезным обеспечить вспомогательное оборудование доменной печи для использования в способе эксплуатации доменной печи, описанном выше.
Решение технической проблемы
Для решения поставленных выше задач были проведены интенсивные исследования.
Прежде всего, были изучены проблемы эксплуатации, возникающие в том случае, когда количество метана, вдуваемого в доменную печь в качестве восстанавливающего агента, превышало определенный уровень, реализуемый в способах, известных из PTL 1 и PTL 2.
В результате были получены следующие результаты.
Если количество метана, вдуваемого в доменную печь в качестве восстанавливающего агента, превышает определенный уровень, температура пламени (далее именуемая температурой на выходе из фурмы), возникающего при сжигании вдуваемого восстанавливающего агента и кокса в зоне горения (зона циркуляции) вблизи выхода из фурмы, значительно уменьшается. Уменьшение температуры на выходе из фурмы становится причиной проблем эксплуатации доменной печи, таких как недостаточный нагрев нижней части доменной печи, увеличение перепада давления и нарушению процесса выпуска металла из печи.
Более конкретно, если в доменную печь в качестве восстанавливающего агента из фурмы вдувается угольная пыль, то, поскольку основным компонентом угольной пыли является углерод, в зоне циркуляции происходит следующая химическая реакция:
C + 0,5 O2 = CO + 110,5 кДж/мол
С другой стороны, когда из фурмы в доменную печь в качестве восстанавливающего агента вдувают метан, в зоне циркуляции происходит следующая химическая реакция:
CH4 + 0,5 O2 = CO + 2H2 + 35,7 кДж/мол
Количество теплоты, выделяющейся в процессе реакции, при превращении в один моль общего количество СО и Н2, составляет 11,9 кДж/мол.
Для стабильной эксплуатации доменной печи необходимо поддерживать температуру на выходе фурмы в интервале от 2000 °C до 2400 °C. Однако, если большая часть восстанавливающего агента, вдуваемого в доменную печь, превращается из угольной пыли в метансодержащий газ, температура на выходе из фурмы будет уменьшаться вследствие различия количества теплоты рассмотренных выше реакций. В результате температура на выходе из фурмы не может поддерживаться в пределах указанного выше интервала, и возникают различные проблемы эксплуатации.
Принимая во внимание рассмотренные выше полученные результаты, были проведены дополнительные исследования.
В итоге были получены следующие положительные результаты. Использование кислородсодержащего газа в качестве дутьевого газа, вместо горячего дутья (воздух, нагретый до температуры приблизительно 1200°С), эффективно предотвращало снижение температуры на выходе из фурмы, даже если в качестве восстанавливающего агента, подлежащего вдуванию в доменную печь, использовали большое количество метана. Кроме того, путем регенерации метана из отходящего газа, выходящего из доменной печи (именуемого далее отходящим газом доменной печи), и вдувания регенерированного метана (регенерированного метансодержащего газа) обратно в доменную печь в качестве восстанавливающего агента, может быть достигнута стабильная работа доменной печи при одновременном снижении выбросов двуокиси углерода из доменной печи.
Кроме того, значительно уменьшено количество азота, содержащегося в отходящем газе доменной печи, за счет использования в качестве дутьевого газа кислородсодержащего газа с очень высокой концентрацией кислорода. В результате процесс отделения оксида углерода и двуокиси углерода от отходящего газа доменной печи больше не является необходимым, что является крайне выгодным с точки зрения компактности используемого оборудования.
Как предполагается, причина, по которой температуру на выходе из фурмы можно контролировать в интервале от 2000°С до 2400°С за счет использования в качестве дутьевого газа кислородсодержащего газа даже в том случае, если в качестве восстанавливающего агента, вдуваемого в доменную печь, используется большое количество метана, заключается в следующем.
Более подробно, при использовании в качестве дутьевого газа горячего дутья (воздуха, нагретого приблизительно до 1200°С) дымовые газы содержат приблизительно 50 об.% азота, который не участвует в реакции горения, и, следовательно, температура пламени в зоне циркуляции едва ли будет высокой. Поэтому если большая часть восстанавливающего агента, вдуваемого в доменную печь, превращается из угольной пыли в метансодержащий газ, различие между теплотой, выделившейся при реагировании угольной пыли с кислородом, и теплотой реакции при реагировании метана с кислородом будет приводить к снижению температуры на выходе из фурмы, и, в конце концов, температура на выходе фурмы будет составлять менее 2000°С, что является нижним пределом оптимальной температуры.
С другой стороны, использование кислородсодержащего газа в качестве дутьевого газа может сдерживать включение в смесь азотсодержащего газа, который не участвует в реакции горения, благодаря чему температура на выходе из фурмы может быть увеличена до достаточной температуры. Более подробно, температура пламени в зоне циркуляции может иметь более высокую величину, чем при использовании горячего дутья, и поэтому даже при вдувании из фурмы в качестве восстанавливающего газа большого количества метана, температуру на выходе из фурмы можно контролировать в интервале от 2000°С до 2400°С, который является оптимальным интервалом температур.
Были проведены дополнительные исследования, в результате которых установлено, что предварительный нагрев кислородсодержащего газа и/или регенерированного метансодержащего газа перед вдуванием в доменную печь из фурмы позволяет дополнительно уменьшить выбросы двуокиси углерода из доменной печи в атмосферу.
Здесь предполагается, что причина, по которой предварительный нагрев кислородсодержащего газа и/или регенерированного метансодержащего газа перед вдуванием в доменную печь из фурмы может дополнительно уменьшить выбросы двуокиси углерода из доменной печи, заключается в следующем.
Предполагается, что количество теплоты, необходимой для эксплуатации доменной печи, которая первоначально подводится в виде теплоты реакции газификации угля кислородом, может обеспечиваться за счет теплосодержания дутьевого газа, полученного в результате предварительного нагрева газообразного кислорода и/или регенерированного метансодержащего газа, что позволяет уменьшить степень газификации угля, и, следовательно, выбросы двуокиси углерода.
Настоящее изобретение основано на этих положительных результатах и дополнительных исследованиях.
Существенными признаками характерными особенностями настоящего изобретения являются следующие.
1. Способ эксплуатации доменной печи, включающий
выработку регенерированного метансодержащего газа с использованием отходящего газа доменной печи, который являются газом, выходящим из доменной печи, и
вдувание дутьевого газа и восстанавливающего агента в доменную печь из фурмы,
при этом дутьевым газом является кислородсодержащий газ, а регенерированный метансодержащий газ используется, по меньшей мере, как часть восстанавливающего агента, причем кислородсодержащий газ и/или регенерированный метансодержащий газ предварительно нагревают перед вдуванием в доменную печь из фурмы.
2. Способ эксплуатации доменной печи по п.1, в котором потребление (расход) циркулирующих атомов углерода, присутствующих в восстанавливающем агенте, составляет 60 кг/т или более,
при этом потребление циркулирующих атомов углерода соответствует выраженной в углеродном эквиваленте массе регенерированного метансодержащего газа, который вдувают в доменную печь в качестве восстанавливающего агента, затрачиваемой на получение 1т горячего металла, и определяется в соответствии со следующим уравнением:
[Потребление циркулирующих атомов углерода (кг/т)] = [Масса метана в регенерированном метансодержащем газе, который вдувают в доменную печь в качестве восстанавливающего агента (кг)] × (12/16) ÷ [Произведенное количество металла (т)].
3. Способ эксплуатации доменной печи по п.1 или п.2, в котором кислородсодержащий газ имеет концентрацию 80 об.% или более.
4. Способ эксплуатации доменной печи по любому из пп.1-3, в котором регенерированный метансодержащий газ получают из части отходящего газа доменной печи, и избыточное количество отходящего газа доменной печи направляют на металлургический завод.
5. Способ эксплуатации доменной печи по любому из пп.1-4, в котором избыточное количество регенерированного метансодержащего газа направляют на металлургический завод.
6. Вспомогательное оборудование доменной печи, используемое в способе эксплуатации доменной печи по любому из пп.1-5, содержащее устройство для выработки метансодержащего газа, которое производит регенерированный метансодержащий газ, используя отходящий газ доменной печи,
устройство предварительного нагрева, которое обеспечивает предварительный нагрев кислородсодержащего газа и/или регенерированного метансодержащего газа,
и устройство для вдувания газа, содержащее участок подачи метансодержащего газа, который обеспечивает ввод регенерированного метансодержащего газа в фурму доменной печи, и участок подачи кислородсодержащего газа, который обеспечивает ввод в фурму доменной печи кислородсодержащего газа.
Положительный эффект
Настоящее изобретение обеспечивает дополнительное снижение выбросов двуокиси углерода (СО2) из доменной печи во внешнюю среду при сохранении стабильной эксплуатации доменной печи. Использование метансодержащего газа, получаемого из отходящего газа доменной печи, кроме того, уменьшает используемое количество кокса и угольной пыли, а именно, количество угля, используемого в качестве исходного ископаемого топлива.
Кроме того, поскольку количество азота в отходящем газе доменной печи уменьшается в значительной степени, отсутствует необходимость процесса отделения окиси углерода и двуокиси углерода от отходящего газа доменной печи, или другими словами, отсутствует необходимость в использовании сепаратора очень большого размера, работающего посредством абсорбции при переменном давлении (PSA), или подобного устройства, что является крайне выгодным с точки зрения использования более компактного вспомогательного оборудования.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематическая иллюстрация примера доменной печи и вспомогательного оборудования доменной печи, используемых в способе эксплуатации доменной печи в соответствии с одним из описанных воплощений.
Фиг.2А и 2В – схематическая иллюстрация примеров устройства для вдувания газа, используемого в способе эксплуатации доменной печи в соответствии с одним из описанных воплощений.
Фиг.3 - схематическая иллюстрация доменной печи и вспомогательного оборудования доменной печи, используемых в сравнительном примере.
Фиг.4 - схематическая иллюстрация доменной печи и вспомогательного оборудования доменной печи, используемых в сравнительном примере.
Фиг.5 - схематическая иллюстрация доменной печи и вспомогательного оборудования доменной печи, используемых в сравнительном примере.
Фиг.6 - графическая иллюстрация примера соотношения между потреблением (расходом) циркулирующих атомов углерода и температурой на выходе из фурмы при осуществлении горячего дутья и вдувания газообразного кислорода.
Осуществление изобретения
Далее охарактеризованные в описании технические решения будут раскрыты с помощью воплощений изобретения.
Одним из воплощений изобретения является способ эксплуатации доменной печи, включающий
получение регенерированного метансодержащего газа с использованием отходящего газа доменной печи, который является отработанным газом, отводимым из доменной печи, и
вдувание дутьевого газа и восстанавливающего агента в доменную печь из фурмы,
при этом дутьевой газ представляет собой кислородсодержащий газ, а регенерированный метансодержащий газ используется, по меньшей мере, как часть восстанавливающего агента, и кислородсодержащий газ и/или регенерированный метансодержащий газ (т.е. любой из двух или оба вместе, кислородсодержащий газ и/или регенерированный метансодержащий газ) предварительно нагревают перед вдуванием в доменную печь из фурмы.
Прежде всего, будет описан способ эксплуатации доменной печи с соответствии с одним из раскрытых воплощений, взятый в качестве примера, в котором способ используется в доменной печи и вспомогательным оборудованием доменной печи, схематически показанными на фиг.1.
На этой фигуре номером позиции 1 обозначена доменная печь, 2 – фурма, 3 – устройство для получения метансодержащего газа, 3-2 и 3-3 – устройства предварительного нагрева, 4 – устройство для вдувания газа, 5 - первое устройство дегидратации, 6 – второе устройство дегидратации и 7 – форсунка.
Используемый здесь термин «доменная печь» включает восстановительные печи шахтного типа.
Описание эксплуатации доменной печи
В способе эксплуатации доменной печи в соответствии с одним из рассматриваемых воплощений агломерат, крупнокусковая руда и брикеты шихты (здесь и далее именуемые как руда), кокс и т.д., которые являются исходным материалами, загружают в доменную печь через колошник печи (не показан). Кроме того, дутьевой газ и восстанавливающий агент вдувают в доменную печь 1 из фурмы 2, установленной в нижней части доменной печи. Восстанавливающий агент, который вдувают в доменную печь 1 из фурмы 2, называется также «вдуваемым восстанавливающим агентом» чтобы отличить его от кокса.
Газообразная окись углерода и водородсодержащий газ, полученные в результате реакции между дутьевым газом и восстанавливающим агентом, восстанавливают руду, загружаемую в доменную печь 1. В результате реакции восстановления руды образуется двуокись углерода. Затем двуокись углерода отводится из колошника доменной печи в качестве отходящего газа, вместе с окисью углерода и водородом, которые не реагируют с рудой. Колошник доменной печи находится в условия высокого давления, составляющего приблизительно 2,5 атм. Следовательно, пары воды конденсируются вследствие расширения и охлаждения отходящего газа доменной печи, который является отходящим газом, отводимым из колошника доменной печи, и возвращается к нормальному атмосферному давлению. Образовавшийся конденсат затем удаляется с помощью первого устройства дегидратации 5.
После этого, по меньшей мере, часть отходящего газа доменной печи вводится в устройство 3 для получения метансодержащего газа, в котором окись углерода и двуокись углерода, содержащиеся в отходящем газе доменной печи, вступают в реакцию с водородсодержащим газом, с получением газа, содержащего метан (СН4). В настоящем описании изобретения метансодержащий газ, полученный в результате реакции в отходящем газе доменной печи, называется регенерированным метансодержащим газом.
Водородсодержащий газ, используемый для получения регенерированного метансодержащего газа, может поступать из металлургического завода или с внешней стороны. Если водородсодержащий газ получают на металлургическом заводе, предпочтительным является способ, при осуществлении которого получают как можно меньше двуокиси углерода, например, может быть использован процесс электролиза воды. Кроме того, водородсодержащий газ, который может поступать с внешней стороны (от внешнего источника), представляет собой, например, водородсодержащий газ, полученный путем риформинга углеводородов, в частности, полученный из природного газа путем парового риформинга, и т.п., водородсодержащий газ, полученный путем испарения сжиженного водорода, и водородсодержащий газ, полученный посредством дегидрогенизации органических соединений с водородными связями.
Водородсодержащий газ, используемый в производстве регенерированного метансодержащего газа, не должен содержать 100 об.% водорода, но для достижения высокой концентрации метана в регенерированном метансодержащем газе предпочтительно используется газ с высокой концентрацией водорода, в частности, водородсодержащий газ с концентрацией 80 об.% или более. Более предпочтительной является концентрация водорода 90 об.% или более и, кроме того, предпочтительно концентрация 95 об.% или более. Концентрация водорода может составлять 100 об.%. Остальным газом, помимо водорода, может быть, например, CO, CO2, H2S, CH4, and N2.
При последующем охлаждении регенерированного метансодержащего газа до комнатной температуры водяной пар, содержащийся в регенерированным метансодержащем газе, конденсируется. Образовавшийся конденсат затем удаляется во втором устройстве 6 дегидратации.
Регенерированный метансодержащий газ, из которого был удален конденсат и/или кислородсодержащий газ, подлежащий использованию в качестве дутьевого газа так, как описано ниже, затем предварительно нагревают в устройствах предварительного нагрева 3-2 и/или 3-3.
По этой причине количество теплоты, необходимой для эксплуатации доменной печи, которое первоначально подводится в виде теплоты реакции газификации угля, осуществляемой с использованием кислорода, может быть обеспечено за счет теплосодержания дутьевого газа, полученного путем предварительного нагрева кислородсодержащего газа и/или регенерированного метансодержащего газа, и в результате уменьшается степень газификации угля и, следовательно, уменьшаются выбросы диоксида углерода.
Предварительный нагрев регенерированного метансодержащего газа и кислородсодержащего газа может быть осуществлен только в отношении одного из них, но предпочтительно производить нагрев обоих газов.
В случае использования вдуваемого восстанавливающего агента, отличающегося от регенерированного метансодержащего газа, также предпочтительно осуществлять предварительный нагрев восстанавливающего агента, иного чем регенерированный метансодержащий газ (в частности, метансодержащий газ, поступающий от внешнего источника) одновременно вместе с другим газом.
Температура предварительного нагрева регенерированного метансодержащего газа (температура в подающем трубопроводе) предпочтительно находится в интервале от 200°С до 450°С. Если одновременно используется вдуваемый восстанавливающий агент, отличающийся от регенерированного метансодержащего газа, температура предварительного нагрева вдуваемого восстанавливающего газа (температура в подающем трубопроводе), отличающегося от регенерированного метансодержащего газа предпочтительно находится в интервале от 100°С до 600°С. В частности, если вдуваемым восстанавливающим газом, отличающимся от регенерированного метансодержащего газа, является подводимый с внешней стороны метансодержащий газ, температура предварительного нагрева (температура в подающем трубопроводе) метансодержащего газа, подводимого с внешней стороны, предпочтительно находится в интервале от 200°С до 450°С.
(Более конкретно, если в качестве восстанавливающего агента используются регенерированный метансодержащий газ и метансодержащий газ, подводимый с внешней стороны, температура предварительного нагрева (температура в подающем трубопроводе) вдуваемых восстанавливающих агентов предпочтительно находится в интервале от 200°С до 450°С).
Температура предварительного нагрева (температура в подающем трубопроводе) кислородсодержащего газа предпочтительно находится в интервале от 300°С до 800°С.
Предварительный нагрев может быть осуществлен с помощью электрического нагрева или путем теплообмена с использованием в качестве теплоносителя высокотемпературного газа.
В случае электрического нагрева на использование электрической энергии никаких ограничений не накладывается, но предпочтительно использовать электрическую энергию возобновляемых источников энергии или оборудование для генерирования электрической энергии, имеющееся на металлургическом заводе.
В случае использования электрической энергии, выработанной с использованием возобновляемых источников энергии, представляется возможным уменьшить выбросы двуокиси углерода. Возобновляемая энергия относится к энергии, которая существует в природе постоянно, например, солнечная энергия, энергия ветра, гидроэнергия, геотермальная энергия и биомасса. При использовании электрической энергии, генерируемой оборудованием, имеющимся на металлургическом заводе (электроэнергетической установкой), можно создать более эффективную систему рециркуляции имеющегося источника энергии. Электроэнергетическая установка на металлургическом заводе включает, например, установку для выработки электрической энергии за счет использования энергии давления колошникового газа доменной печи и установку, которая использует отходящий газ доменной печи (в качестве теплового источника). В электроэнергетической установке, которая использует в качестве активного источника энергии (источника теплоты) отходящий газ доменной печи, в качестве такого источника энергии также могут быть использованы коксовый газ (отходящий газ коксовой печи), конвертерный газ (отходящий газ, выходящий из конвертера) или бытовой газ, в зависимости от режима эксплуатации доменной печи.
Средой для теплообмена (здесь и далее именуемой как «теплоноситель») может быть отходящий газ доменной печи, для теплообмена может быть также использована теплота, получаемая от регенерированного метансодержащего газа, (отработанная теплота устройства для производства метансодержащего газа), или теплота, подводимая от водорода, полученного путем электролиза воды.
Регенерированный метансодержащий газ направляется в устройство 4 для вдувания газа. Устройство 4 для вдувания газа соединено с устройством 3 для выработки метансодержащего газа посредством второго устройства 6 дегидратации. Устройство 4 для вдувания газа содержит участок подачи метансодержащего газа, обеспечивающий ввод регенерированного метансодержащего газа, который является восстанавливающим агентом, вдуваемым в фурму 2 доменной печи 1, и участок подачи кислородсодержащего газа, обеспечивающий ввод кислородсодержащего газа в фурму доменной печи в качестве дутьевого газа.
Например, как показано на фиг.2А, устройство 4 для вдувания газа содержит несколько соединенных коаксиальных труб, включающих центральную трубу 4-1 и внешнюю трубу 4-3. Метансодержащий газ (регенерированный метансодержащий газ и подходящий внешний метансодержащий газ) поступает во внутренний канал центральной трубы, который является участком подачи метансодержащего газа, а кислородсодержащий газ вводится в кольцевой трубчатый канал, образованный между центральной трубой 4-1 и внешней трубой 4-3, который является участком (каналом) подачи кислородсодержащего газа.
Может быть также совместно использован второй вдуваемый восстанавливающий агент, например, угольная пыль, пластмассовые отходы или восстанавливающий газ такой как водородсодержащий газ или газ, содержащий оксид углерода. Общее расходное количество второго вдуваемого восстанавливающего агента в доменную печь предпочтительно составляет 150 кг/т или менее. В настоящем описании единица измерения «кг/т» представляет собой расходное количество (удельный расход) второго вдуваемого восстанавливающего агента в доменную печь, затрачиваемого на производство 1 тонны металла.
При использовании второго вдуваемого восстанавливающего агента он может быть также введен в участок подачи метансодержащего газа. При использовании в качестве второго вдуваемого восстанавливающего агента угольной пыли или пластмассовых отходов предпочтительно обеспечить отдельно от участка подачи метансодержащего газа участок (канал) подачи второго восстанавливающего агента, через который проходит угольная пыль или пластмассовые отходы. В этом случае, как показано на фиг.2В, например, устройство 3 для вдувания газа содержит несколько соединенных коаксиальных труб, включающих, в дополнение к центральной трубе 4-1 и внешней трубе 4-3, внутреннюю трубу 4-2, размещенную между центральной трубой 4-1 и внешней трубой 4-3. Второй вдуваемый восстанавливающий агент, такой как угольная пыль или пластмассовые отходы, вводится из внутреннего канала центральной трубы, представляющего собой участок подачи второго восстанавливающего агента. Кроме того, метансодержащий газ вводится из кольцевого трубчатого канала, образованного между центральной трубой 4-1 и внешней трубой 4-3, который является участком подачи метансодержащего газа, а кислород вводится из кольцевого трубчатого канала между внутренней трубой 4-2 и внешней трубой 4-3, который образует участок подачи кислородсодержащего газа.
Поскольку применение кислородсодержащего газа обуславливает недостаточную воспламеняемость по сравнению с использованием горячего дутья, предпочтительно, чтобы выходной участок внешней трубы представлял собой участок подачи кислородсодержащего газа устройства 4 для вдувания газа, имеющий пористую структуру, способствующую смешиванию кислородсодержащего газа и вдуваемого восстанавливающего агента.
Использование только регенерированного метансодержащего газа в качестве метансодержащего газа, вдуваемого в доменную печь из фурмы (здесь и далее именуемый как «вдуваемый метансодержащий газ»), не является необходимым. Вместе с тем, метансодержащий газ, поступающий из отдельной трубопроводной линии (здесь и далее именуемый как «внешний метансодержащий газ») может быть использован, исходя из реализуемого режима работы металлургического завода. В этом случае питающая трубопроводная линия внешнего метансодержащего газа может быть соединена с участком подачи метансодержащего газа устройства 4 для вдувания газа или с участком подачи второго восстанавливающего агента. Линия подачи внешнего метансодержащего газа может быть также соединена с трубопроводом, транспортирующим поток регенерированного метансодержащего газа, между устройством 3 для выработки метансодержащего газа и устройством 4 для вдувания газа (предпочтительно между вторым устройством 6 дегидратации и устройством 4 для вдувания газа). Устройство предварительного нагрева внешнего метансодержащего газа может быть установлено отдельно на линии подачи внешнего метансодержащего газа. В частности, как показано на фиг.1, линия подачи внешнего метансодержащего газа предпочтительно подключена выше по ходу движения потока от устройства 3-2 предварительного нагрева (между вторым устройством дегидратации 6 и блоком предварительного нагрева 3-2) так, что в устройстве 3-2 предварительного нагрева осуществляется предварительный нагрев как регенерированного метансодержащего газа, так и внешнего метансодержащего газа.
Внешний метансодержащий газ представляет собой, например, метансодержащий газ, полученный из ископаемых видов топлива.
Как показано на фиг.2А и 2В, вдуваемый восстанавливающий агент, в частности, вдуваемый метансодержащий газ и кислородсодержащий газ, поступающий из устройства 4 для вдувания газа, смешиваются в фурме 2. Непосредственно после смешивания смесь газов вдувается в доменную печь 1 из фурмы 2, и происходит быстрое воспламенение и сгорание. В зоне циркуляции 8 кислородсодержащий газ вступает в реакцию с вдуваемым восстанавливающим агентом, таким как вдуваемый метансодержащий газ, и в доменной печи за пределами фурмы 2 образуется кокс.
При увеличении концентрации кислорода в дутьевом газе количество газа в печи уменьшается, и рост температуры шихты в верхней части доменной печи может быть недостаточным. В этом случае, как показано на фиг.1, предпочтительно осуществлять вдувание предварительно нагретого газа, при котором часть отходящего газа доменной печи ниже по потоку от первого устройства 5 дегидратации частично сжигается форсункой 7 для достижения температуры в интервале от приблизительно 800°С до 1000°С, и затем вдувается в определенный участок шахты доменной печи.
В способе эксплуатации доменной печи в соответствии с одним из рассмотренных воплощений в качестве дутьевого газа, вместо горячего дутья (воздуха, нагретого приблизительно до 1200°С), необходимо использовать кислородсодержащий газ, как это было отмечено выше.
Более конкретно, если в качестве дутьевого газа используется горячее дутье (воздух, нагретый приблизительно до 1200°С), газообразные продукты сгорания содержат азот в количестве, соответствующем приблизительно 50 об.%, который не участвует в реакции горения, и, таким образом, температура пламени в зоне циркуляции вряд ли будет высокой. Следовательно, если большую часть восстанавливающего агента, вдуваемого в доменную печь, заменить на метансодержащий газ, полученный из угольной пыли, различие между теплотой реакции, протекающей между угольной пылью и кислородом, и теплотой реакции между кислородом и метансодержащим газом будет обуславливать снижение температуры на выходе из фурмы и, в конце концов, температура на выходе из фурмы будет составлять менее 2000°С, что является нижним пределом оптимальной температуры. В результате возникают нарушения в работе доменной печи, такие как недостаточный нагрев нижней части печи, увеличение перепада давления и нарушение условий выпуска металла из печи. Кроме того, поскольку отходящий газ доменной печи содержит большое количество азота, необходимо отделить азот от окиси и двуокиси углерода перед осуществлением процесса получения метансодержащего газа из отходящего газа доменной печи.
С другой стороны, использование кислородсодержащего газа в качестве дутьевого газа может препятствовать подмешиванию газа, содержащего азот, который не участвует в реакции горения, так что температура на выходе из фурмы может увеличиться до оптимальной величины. Это означает, что температура пламени в зоне циркуляции может быть выше, чем в случае использование горячего дутья. Таким образом, даже если из фурмы вдувают в качестве восстанавливающего агента большое количество метана, температура на выходе из фурмы может поддерживаться в интервале от 2000°С до 2400°С.
В соответствии с изложенным в качестве дутьевого газа в способе эксплуатации доменной печи, соответствующем одному из описанных воплощений настоящего изобретения, следует использовать кислородсодержащий газ.
Фиг. 6 иллюстрирует, пример соотношения между потреблением (величиной расхода) циркулирующих атомов углерода в восстанавливающем агенте (здесь и далее именуемым просто как потребление циркулирующих атомов углерода), охарактеризованном ниже, и температурой на выходе из фурмы для режима работы печи (здесь и далее именуемого как режим с вдуванием горячего дутья), при котором в качестве дутьевого газа используется горячее дутье (воздух, нагретый приблизительно до 1200°С) и для режима работы (здесь и далее именуемый как режим с вдуванием кислородсодержащего газа), при котором в качестве дутьевого газа используется кислородсодержащий газ (концентрация кислорода составляет 100%). В обоих случаях весь вдуваемый восстанавливающий агент представляет собой регенерированный метансодержащий газ (концентрация метана составляет 99,5%).
Как показано на фиг.6, в режиме работы с использованием горячего дутья в том случае, когда потребление циркулирующих атомов углерода составляет 52 кг/т или более (вдуваемое количество регенерированного метана составляет 97 н.м3/т или более), температура на выходе из фурмы падает до величины менее 2000°С, которая является нижним пределом оптимальной температуры. Таким образом, при обычно реализуемых параметрах горячего дутья расход циркулирующих атомов углерода, составляющий 55 кг/т или более, в частности, 60 кг/т или более, обуславливает снижение температуры на выходе фурмы, что делает невозможным обеспечение стабильной работы печи.
С другой стороны, в режиме с вдуванием кислородсодержащего газа температура на выходе фурмы поддерживается на уровне 2000°С или выше, даже если расход циркулирующих атомов углерода составляет 55 кг/т или более, или даже 60 кг/т или более.
В режиме с вдуванием кислородсодержащего газа, иллюстрируемом на фиг.6, температура на выходе из фурмы превышает величину 2400°С, которая является верхним пределом оптимального интервала температур, при этом расход циркулирующих атомов углерода составляет от 55 кг/т до 80 кг/т. По этой причине весь вдуваемый восстанавливающий агент представляет собой регенерированный метан. Если частью вдуваемого восстанавливающего агента является внешний метансодержащий газ, температура на выходе из фурмы может поддерживаться в интервале от 2000°С до 2400°С, несмотря на то, что расход циркулирующих атомов углерода находится в пределах от 55 кг/т до 80 кг/т. Даже в том случае, если вдуваемым восстанавливающим агентом является регенерированный метан, температура на выходе из фурмы может поддерживаться в интервале от 2000°С до 2400°С путем регулирования концентрации кислорода в кислородсодержащем газе.
Концентрация кислорода в кислородсодержащем газе составляет предпочтительно 80 об.% или более. Более конкретно, если величина концентрации кислорода в кислородсодержащем газе является низкой, количество газа, вводимого в доменную печь, и, следовательно, перепад давление в доменной печи могут увеличиться, что приводит к снижению производительности печи. Кроме того, в процессе многократного повторения циркуляции газа концентрация метансодержащего газа в регенерированном метансодержащем газе соответственно уменьшается. При этом концентрация кислорода в кислородсодержащем газе предпочтительно составляет 80 об.% или более. Более предпочтительно, концентрация кислорода составляет 90 об.% или более, и ещё более предпочтительно 95 об.% или более. В частности, если концентрация кислорода составляет 90 об.% или более, концентрация метансодержащего газа в регенерированном метансодержащем газе может поддерживаться на высоком уровне (приблизительно 90 об.%) при отсутствии необходимости подачи внешнего метансодержащего газа, даже если продолжительность эксплуатации доменной печи превышает период нормальной эксплуатации, что является весьма благоприятным результатом. Концентрация кислорода может быть равной 100 об.%.
Остальными газами в составе кислородсодержащего газа, помимо кислорода, могут быть, например, азот, двуокись углерода и аргон.
Концентрация метана во вдуваемом метансодержащем газе, состоящем из регенерированного метансодержащего газа или из регенерированного метансодержащего газа и внешнего метансодержащего газа, предпочтительно составляет 80 об.% или более.
Более конкретно, если концентрация метана во вдуваемом метансодержащем газе низкая, количество газа, вдуваемого в доменную печь, и, следовательно, перепад давления в доменной печи могут увеличиваться, что приводит к снижению производительности. Кроме того, в процессе многократного повторения циркуляции газа концентрация метана в регенерированном метансодержащем газе соответственно уменьшается. При этом концентрация метана во вдуваемом газе, содержащем метан, предпочтительно составляет 80 объем.% или более. Более предпочтительно, концентрация метана в метансодержащем газе составляет 90 об.% или более, и ещё более предпочтительно 95 об.% или более. Концентрация метана во вдуваемом метансодержащем газе может быть равной 100 об.%.
По этой же причине, концентрация метана в регенерированном метансодержащем газе и внешнем метансодержащем газе предпочтительно составляет 80 об.% или более. Концентрация метана в каждом из регенерированного метансодержащего газа и внешнего метансодержащего газа предпочтительно составляет 90 об.% или более, и ещё более предпочтительно составляет 95 об.% или более. Концентрация метана в каждом из регенерированного метансодержащего газа и внешнего метансодержащего газа может быть равной 100 об.%.
Остальными газами в составе вдуваемого метансодержащего газа и внешнего метансодержащего газа, помимо метана, могут быть, например, окись углерода, двуокись углерода, водород и углеводороды, и примесный газ, в частности, азот.
В том случае, если концентрация метана в регенерированном метансодержащем газе уменьшается, концентрация метана во вдуваемом метансодержащем газе может поддерживаться высокой за счет, например, уменьшения относительного содержания регенерированного метансодержащего газа во вдуваемом метансодержащем газе при одновременном увеличении относительного содержания внешнего метансодержащего газа с высокой концентрацией метана.
В способе эксплуатации доменной печи в соответствии с одним из рассмотренных воплощений расход циркулирующих атомов углерода в восстанавливающем агенте предпочтительно составляет 55 кг/т или более, более предпочтительно 60 кг/т или более.
Расход циркулирующих атомов углерода соответствует выраженной в углеродном эквиваленте массе регенерированного метансодержащего газа, вдуваемого в доменную печь в качестве восстанавливающего агента, затрачиваемой на производство 1 тонны жидкого металла, и определяется в соответствии со следующим уравнением:
[Потребление (расход) циркулирующих атомов углерода (кг/т)] = [Масса метана в регенерированном метансодержащем газе, который вдувают в доменную печь в качестве восстанавливающего агента (кг)] × (12/16) ÷ [Произведенное количество жидкого металла (т)].
Для стабильной эксплуатации доменной печи обычно необходимо поддерживать температуру на выходе из фурмы в интервале от 2000°С до 2400°С. Поэтому при использовании в качестве дутьевого газа горячего дутья (воздуха, нагретого приблизительно до 1200°С) метансодержащий газ можно вдувать в доменную печь лишь с расходом, соответствующим массе метансодержащего газа, выраженной в углеродном эквиваленте, составляющим приблизительно до 52 кг/т, для поддержания температуры на выходе из фурмы в пределах указанного интервала температуры. Более конкретно, даже если весь газ, содержащий метан, вдуваемый в печь, является регенерированным метансодержащим газом, расход циркулирующих атомов углерода в восстанавливающем агенте приблизительно составляет лишь 52 кг/т.
С другой стороны, в способе эксплуатации доменной печи в соответствии с одним из рассмотренных воплощений даже при значительном увеличении вдуваемого количества метансодержащего газа температуру на выходе фурмы можно поддерживать в интервале от 2000°С до 2400°С. При этом расход циркулирующих атомов углерода в восстанавливающем агенте может быть увеличен до 55 кг/т или более, и даже 60 кг/т или более. Это приведет к увеличению количества используемого регенерированного метансодержащего газа, полученного из окиси углерода и двуокиси углерода, содержащихся в отходящем газе доменной печи, и дополнительному уменьшению выбросов двуокиси углерода из доменной печи. Расход циркулирующих атомов углерода в восстанавливающем агенте предпочтительно составляет 80 кг/т или более, и более предпочтительно 90 кг/т или более. Верхний предел расхода циркулирующих атомов углерода в восстанавливающем агенте не установлен, но предпочтительно верхний предел составляет 110 кг/т или менее.
Расход циркулирующих атомов углерода в восстанавливающем агенте может поддерживаться путем регулирования количества регенерированного метансодержащего газа в восстанавливающем агенте, вдуваемом в фурму.
В частности, за счет установления относительного содержания регенерированного метансодержащего газа во вдуваемом метансодержащем газе на уровне 80 об.% или более, предпочтительно 90 об.% или более может быть достигнут значительный эффект снижения выбросов двуокиси углерода.
Регенерированный метансодержащий газ может быть получен из части отходящего газа доменной печи, а избыточное количество отходящего газа доменной печи может быть направлено на металлургический завод. Кроме того, при наличии избыточного количества регенерированного метансодержащего газа этот избыток может быть направлен на металлургический завод.
Вдуваемое количество кислородсодержащего газа и восстанавливающего агента, а также другие рабочие параметры не являются ограничением и могут быть надлежащим образом определены в соответствии с производительностью доменной печи и тому подобным параметром.
Вспомогательное оборудование доменной печи
Вспомогательное оборудование доменной печи в соответствии с одним из рассмотренных воплощений используется в способе эксплуатации доменной печи, описанном выше, и содержит
устройство для производства метансодержащего газа, которое производит регенерированный метансодержащий газ, используя для этого отходящий газ доменной печи,
устройство предварительного нагрева, которое осуществляет предварительный нагрев кислородсодержащего газа и/или регенерированного метансодержащего газа, и
устройство для вдувания газа, содержащее участок подачи метансодержащего газа, посредством которого регенерированный метансодержащий газ, вводится в фурму доменной печи, и участок подачи кислородсодержащего газа, который обеспечивает ввод кислородсодержащего газа в фурму доменной печи.
Здесь устройство для производства метансодержащего газа содержит, например, участок ввода отходящего газа доменной печи, участок ввода водородсодержащего газа и участок проведения реакции. На участке проведения реакции отходящий газ доменной печи, отведенный из участка отбора отходящего газа доменной печи, и водородсодержащий газ, отведенный из участка отбора водородсодержащего газа, вступают в химическую реакцию с получением регенерированного метансодержащего газа.
Поскольку реакция с получением метансодержащего газа сопровождается выделением теплоты, участок проведения реакции предпочтительно снабжен средствами охлаждения. При этом для отвода выделившейся теплоты более предпочтительно использование теплообменника, например, теплообменника в виде трубного кожуха или пластинчатого типа, так что теплота, которая выделяется в процессе реакции получения метансодержащего газа может быть использована в другом оборудовании, например, в указанном выше устройстве предварительного нагрева.
Предварительный нагрев в устройстве предварительного нагрева осуществляется с помощью электронагревательного устройства (электрического нагревателя) или теплообменника. В одном примере воплощения устройство предварительного нагрева содержит электрический нагреватель и канал для подачи нагреваемого материала (в частности, регенерированного метансодержащего газа или кислородсодержащего газа). Электрический нагреватель установлен в канале подачи нагреваемого материала. В другом примере устройство предварительного нагрева содержит теплообменный аппарат (теплообменник), в котором осуществляется теплообмен между материалом, подлежащим нагреву, и теплоносителем, канал подачи материала, подлежащего нагреву, и канал подачи теплоносителя.
Как описано выше, например, как показано на фиг.2А, устройство для вдувания газа содержит коаксиальные соединенные трубы, включающие центральную трубу 4-1 и внешнюю трубу 4-3. Метансодержащий газ (регенерированный метансодержащий газ и, соответственно, внешний метансодержащий газ) поступает во внутренний канал центральной трубы, который является участком (каналом) подачи метансодержащего газа, а кислородсодержащий газ вводится в кольцевой трубчатый канал между центральной трубой 4-1 и внешней трубой 4-3, который является участком (каналом) подачи кислородсодержащего газа.
Одновременно может быть использован другой вдуваемый восстанавливающий агент, например, угольная пыль, пластмассовые отходы, или восстанавливающий газ, такой как водородсодержащий газ или газ, содержащий окись углерода.
В случае использования второго вдуваемого восстанавливающего агента он может быть также введен в канал подачи метансодержащего газа. При использовании в качестве второго вдуваемого восстанавливающего агента угольной пыли или пластмассовых отходов предпочтительно обеспечивать, отдельно от участка подачи метансодержащего газа участок (канал) подачи второго восстанавливающего агента, через который проходит угольная пыль или пластмассовые отходы. В этом случае, как показано на фиг.2В, например, устройство для вдувания газа содержит коаксиальные соединенные трубы, включающие, в дополнение к центральной трубе 4-1 и внешней трубе 4-3, внутреннюю трубу 4-2, размещенную между центральной трубой 4-1 и внешней трубой 4-3. В этом случае второй вдуваемый восстанавливающий агент, в частности, угольная пыль или пластмассовые отходы вводится из внутреннего канала центральной трубы, который является участком подачи второго восстанавливающего агента. Кроме того, метансодержащий газ поступает из кольцевого трубчатого канала между центральной трубой 4-1 и внешней трубой 4-3, который является участком подачи метансодержащего газа, а кислород вводится из кольцевого трубчатого канала между внутренней трубой 4-2 и внешней трубой 4-3, который является участком подачи кислородсодержащего газа.
Примеры
Была реализована работа доменных печей с использованием доменных печей и вспомогательного оборудования для доменных печей, схематически показанных на фиг.1 и 3-5, при рабочих параметрах, приведенных в Таблице 1, и были произведены вычисления выбросов двуокиси углерода и температуры на выходе фурмы в процессе работы этих доменных печей. Результаты расчетов также приведены в Таблице 1.
На фиг.3-5 позицией 9 показана печь для получения горячего воздуха и позицией 10 - устройство для разделения газа.
В Примере 1 доменная печь и вспомогательное оборудование доменной печи, схематически показанные на фиг.1, были использованы для производства регенерированного метансодержащего газа из части отходящего газа доменной печи, а избыточное количество отходящего газа доменной печи было направлено на металлургический завод. Весь вдуваемый восстанавливающий агент представлял собой регенерированный метансодержащий газ, и количество полученного регенерированного метансодержащего газа регулировали так, чтобы не получить избыточное количество регенерированного газа. Кроме того, дутьевой газ (кислородсодержащий газ) был предварительно нагрет.
В Примере 2 доменная печь и вспомогательное оборудование доменной печи, схематически показанные на фиг.1, были использованы для производства регенерированного метансодержащего газа из части отходящего газа доменной печи, а избыточное количество отходящего газа доменной печи было направлено на металлургический завод. Весь вдуваемый восстанавливающий агент представлял собой регенерированный метансодержащий газ, и количество полученного регенерированного метансодержащего газа регулировали так, чтобы не было получено избыточное количество регенеративного газа. Кроме того, вдуваемый восстанавливающий газ (регенерированный метансодержащий газ) был предварительно нагрет.
В Примере 3 доменная печь и вспомогательное оборудование доменной печи, схематически показанные на фиг.1, были использованы для производства регенерированного метансодержащего газа из части отходящего газа доменной печи, при этом избыточное количество отходящего газа доменной печи было направлено на металлургический завод. Весь вдуваемый восстанавливающий агент представлял собой регенерированный метансодержащий газ, и количество полученного регенерированного метансодержащего газа регулировали так, чтобы не получить избыточное количество регенеративного газа. Кроме того, дутьевой газ (кислородсодержащий газ) вдуваемый восстанавливающий газ (регенерированный метансодержащий газ) были предварительно нагреты.
В Примере 4 доменная печь и вспомогательное оборудование доменной печи, схематически показанные на фиг.1, были использованы для получения регенерированного метансодержащего газа из части отходящего газа доменной печи, и избыточное количество отходящего газа доменной печи было направлено на металлургический завод. В качестве вдуваемого восстанавливающего агента, в дополнение к регенерированному метансодержащему газу был также использован внешний метансодержащий газ, выработанный из ископаемого топлива. Кроме того, дутьевой газ (кислородсодержащий газ) был предварительно нагрет.
В Примере 5 доменная печь и вспомогательное оборудование доменной печи, схематически показанные на фиг.1, были использованы для генерирования регенеративного газа, содержащего метан, из части отходящего газа доменной печи, и избыточное количество отходящего газа доменной печи было направлено на металлургический завод. В качестве вдуваемого восстанавливающего агента, в дополнение к регенеративному газу, содержащему метан, был также использован внешний газ, содержащий метан, полученный из ископаемого топлива. Кроме того, вдуваемый восстанавливающий агент (регенеративный газ, содержащий метан + внешний газ, содержащий метан) был предварительно нагрет.
В Примере 6 доменная печь и вспомогательное оборудование доменной печи, схематически показанные на фиг.1, были использованы для производства регенерированного метансодержащего газа из части отходящего газа доменной печи, и избыточное количество отходящего газа доменной печи было направлено на металлургический завод. В качестве вдуваемого восстанавливающего агента, в дополнение к регенерированному метансодержащему газу был также использован внешний метансодержащий газ, произведенный из ископаемого топлива. Кроме того, дутьевой газ (кислородсодержащий газ) и вдуваемый восстанавливающий агент (регенерированный метансодержащий газ + внешний метансодержащий газ) были предварительно нагреты.
В то же время в Сравнительном примере 1 были использованы доменная печь и вспомогательное оборудование доменной печи, схематически показанные на фиг. 3. Более подробно, Сравнительным примером 1 является традиционный способ эксплуатации доменной печи, в котором используется горячее дутье (воздух, нагретый приблизительно до 1200°С (концентрация кислорода составляет приблизительно от 21 об.% до 25 об.%)) в качестве дутьевого газа и угольная пыль в качестве вдуваемого восстанавливающего агента. Регенерированный метансодержащий газ из отходящего газа доменной печи не производили.
В Сравнительном примере 2 были использованы доменная печь и вспомогательное оборудование доменной печи, схематически показанные на фиг.4. Более подробно, внешний метансодержащий газ был использован для обеспечения всего вдуваемого восстанавливающего агента, а в качестве дутьевого газа использовали кислородсодержащий газ. Кроме того, дутьевой газ (кислородсодержащий газ) и вдуваемый восстанавливающий агент (внешний метансодержащий газ) были предварительно нагреты.
В Сравнительном примере 3 были использованы доменная печь и вспомогательное оборудование доменной печи, схематически показанные на фиг.5. Более подробно, использовалось горячее дутье (воздух, нагретый приблизительно до 1200°С (концентрация кислорода составляла приблизительно от 21 об.% до 25 об.%)) в качеству дутьевого газа и регенерированный метансодержащий газ в качестве вдуваемого восстанавливающего агента. Перед осуществлением процесса производства регенерированного метансодержащего газа окись углерода и двуокись углерода были отделены от отходящего газа доменной печи, и регенерированный метансодержащий газ был произведен из отделенных окиси углерода и двуокиси углерода. Количество газа, содержащего исходный материал, в процессе производства метансодержащего газа в Сравнительном примере 3 в Таблице 1 представляет собой количество отходящего газа доменной печи перед отделением окиси углерода и двуокиси углерода от отходящего газа доменной печи.
В целях сравнения технические характеристики доменных печей были приведены в соответствии со стандартами настолько, насколько это возможно. Более подробно, к.п.д. шахты - 94%, а тепловые потери составляли 150000 ккал/т.
Единица измерения «ккал/т» относится к количеству теплоты (ккал), которое выделяется при производстве 1 тонны жидкого металла. Подобным образом, единица измерения «кг/т», используемая для удельного расхода кокса, например, означает количество кокса (кг), затрачиваемого на производство 1 тонны жидкого металла. Кроме того, единица измерения «н.м3/т», используемая для относительного количества вдуваемого метана, относится к количеству метана (н.м3), содержащегося в метансодержащем газе, который вдувают в доменную печь, для производства 1 т жидкого металла (относительное количество вдуваемого метана представляет собой сумму относительного количества регенерированного метана и относительного количества внешнего метана, при этом регенерированный метансодержащий газ содержит небольшое количество остального газа, иного, чем метан. Величина относительного количества регенерированного метана и величина относительного количества внешнего метана, приведенные в Таблице 1, характеризуют оба количества метана, включающего небольшое количество остального газа, иного, чем метан, и получены путем округления с исключением десятичного знака. Поэтому каждое из относительных количеств вдуваемого метана, приведенное в Таблице 1, иногда отличается от суммы соответствующих относительных количественных величие регенерированного метана и внешнего метана. То же самое можно применить к другой величине параметра в Таблице 1).
Кроме того, наименование показателя «Количество С, поступающего в доменную печь» в Таблице 1 относится к массе (кг) атомов углерода внешнего источника (в частности, содержащихся в коксе, угольной пыли и внешнем метансодержащем газе), затрачиваемой на производство 1 т жидкого металла.
Как указано в таблице 1, во всех примерах количество углекислого газа, выбрасываемого из доменной печи наружу, можно было уменьшить при сохранении стабильной работы доменной печи, регулируя температуру на выходе из фурмы в диапазоне от 2000°С до 2400°С.
С другой стороны, Сравнительные примеры 1 и 2 не обеспечивали достаточного эффекта снижения выбросов диоксида углерода. В Сравнительном примере 3 доменная печь не могла стабильно работать, поскольку температура на выходе из фурмы была ниже 2000°C из-за увеличения количества вдуваемого метансодержащего газа.
Список ссылочных позиций
1: доменная печь
2: фурма
3: устройство для производства метансодержащего газа
3-2, 3-3: устройство предварительного нагрева
4: устройство для вдувания газа
4-1: центральная труба
4-2: внутренняя труба
4-3: внешняя труба
5: первое устройство дегидратации
6: второе устройство дегидратации
7: форсунка
8: зона циркуляции
9: печь для получения горячего воздуха
10: устройство для разделения газа
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ | 2020 |
|
RU2802414C1 |
| СПОСОБ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ И КОПЬЕ | 2014 |
|
RU2674454C2 |
| СПОСОБ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ | 2014 |
|
RU2674374C2 |
| СПОСОБ ВДУВАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВОССТАНОВИТЕЛЕЙ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ | 2015 |
|
RU2671024C2 |
| СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ | 2015 |
|
RU2679817C2 |
| СПОСОБ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ | 2014 |
|
RU2674455C2 |
| СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ | 2020 |
|
RU2784932C1 |
| СПОСОБ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ | 2021 |
|
RU2812287C1 |
| СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ | 1996 |
|
RU2096476C1 |
| СПОСОБ ПОДАЧИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ФУРМЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ | 1994 |
|
RU2061053C1 |
Изобретение относится к вдуванию газа в доменную печь. Способ вдувания газа в доменную печь включает производство регенерированного метансодержащего газа с использованием отходящего газа, выходящего из доменной печи, и вдувание дутьевого газа и восстанавливающего агента в доменную печь из фурмы. При этом дутьевым газом является кислородсодержащий газ, причем регенерированный метансодержащий газ используют по меньшей мере как часть восстанавливающего агента, а кислородсодержащий газ и/или регенерированный метансодержащий газ предварительно нагревают перед вдуванием в доменную печь из фурмы. Расход циркулирующих атомов углерода в восстанавливающем агенте составляет 55 кг/т или более, причем расход циркулирующих атомов углерода соответствует выраженной в углеродном эквиваленте массе регенерированного метансодержащего газа, который вдувают в доменную печь в качестве восстанавливающего агента для получения 1 т жидкого металла. При этом кислородсодержащий газ имеет концентрацию кислорода 80 об.% или более. Изобретение обеспечивает сокращение выбросов двуокиси углерода из доменной печи при сохранении стабильной работы печи. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
1. Способ вдувания газа в доменную печь, включающий
производство регенерированного метансодержащего газа с использованием отходящего газа, выходящего из доменной печи, и
вдувание дутьевого газа и восстанавливающего агента в доменную печь из фурмы,
при этом дутьевым газом является кислородсодержащий газ, причем регенерированный метансодержащий газ используют по меньшей мере как часть восстанавливающего агента, а кислородсодержащий газ и/или регенерированный метансодержащий газ предварительно нагревают перед вдуванием в доменную печь из фурмы,
при этом расход циркулирующих атомов углерода в восстанавливающем агенте составляет 55 кг/т или более, причем расход циркулирующих атомов углерода соответствует выраженной в углеродном эквиваленте массе регенерированного метансодержащего газа, который вдувают в доменную печь в качестве восстанавливающего агента для получения 1 т жидкого металла,
при этом кислородсодержащий газ имеет концентрацию кислорода 80 об.% или более.
2. Способ по п. 1, в котором расход циркулирующих атомов углерода в восстанавливающем агенте составляет 60 кг/т или более, при этом расход циркулирующих атомов углерода определяют в соответствии со следующим уравнением:
[расход циркулирующих атомов углерода, кг/т] = [масса метана в регенерированном метансодержащем газе, который вдувают в доменную печь в качестве восстанавливающего агента, кг] × (12/16) ÷ [произведенное количество жидкого металла, т].
3. Способ по п. 1 или 2, в котором регенерированный метансодержащий газ получают из части отходящего газа доменной печи, а избыточное количество отходящего газа доменной печи направляют на металлургический завод.
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором избыточное количество регенерированного метансодержащего газа направляют на металлургический завод.
5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором не осуществляют отделение окиси углерода и двуокиси углерода от отходящего газа доменной печи.
6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором регенерированный метансодержащий газ предварительно нагревают до температуры от 200 до 450°С перед подачей в доменную печь из фурмы.
| Токарный резец | 1924 |
|
SU2016A1 |
| Способ приготовления лака | 1924 |
|
SU2011A1 |
| JP 63171804 A, 15.07.1988 | |||
| Способ подготовки высокотемпературного восстановительного газа для вдувания в доменную печь | 1985 |
|
SU1266864A1 |
| Способ конверсии природного газа для доменной плавки | 1984 |
|
SU1245588A1 |
