МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ЭФФЕКТИВНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДЯЩЕГО ТЕПЛА
METALLURGICAL PLANT WITH EFFICIENT USE OF WASTE HEAT

Настоящее изобретение относится к способу эксплуатации для металлургической установки, которая имеет установку, расположенную в процессе изготовления стали перед установкой для производства стали, и газогенераторную установку, генерирующую экспортируемый газ,
- причем содержащаяся в экспортируемом газе двуокись углерода и/или вода в разделительном устройстве по меньшей мере частично удаляется из экспортируемого газа, и при этом получаемый (генераторный) газ перед подачей на вышерасположенную установку нагревается в топочном устройстве посредством сжигания горючего (топочного) газа,
- причем топочный газ подается в топочное устройство в объеме, который больше, чем требуется для нагрева полученного газа.
Предложенное изобретение относится, кроме того, к металлургической установке, которая выполнена таким образом, что она в процессе эксплуатации выполняет подобный способ.
Подобные металлургические установки и соответствующие способы эксплуатации известны из US 5 846 268 А.
В металлургических установках, в особенности в установках по производству чугуна и стали, требуются большие количества тепловой энергии при высоких температурах. В подобных установках в качестве побочного продукта получаются большие количества отходящего тепла. Такое получаемое отходящее тепло частично уже используется для того, чтобы подогревать получаемые внутри металлургической установки или подлежащие обработке промежуточные продукты, особенно технологические газы. Также отходящее тепло частично уже используется, чтобы посредством парогенераторных устройств вместе с последующей турбиной приводить в действие электрический генератор.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать возможности для более эффективного использования металлургической установки вышеуказанного типа.
Эта задача решается способом эксплуатации с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления соответствующего изобретению способа эксплуатации являются предметом зависимых пунктов 2-11.
В соответствии с изобретением предусмотрено выполнить способ эксплуатации металлургической установки вышеназванного типа таким образом,
- что получаемая при сжигании топочного газа термическая энергия, если она не применяется для нагрева полученного газа, термически используется внутри топочного устройства для производства пара и/или по отношению к газовому потоку дымового газа, возникающего при сжигании топочного газа, после топочного устройства для подогрева и/или сушки исходных материалов, подаваемых на вышерасположенную установку и/или на газогенераторную установку.
В предпочтительном варианте осуществления предложенного изобретения дымовой газ, возникающий при сгорании топочного газа, сначала используется для генерации пара и только потом - для нагрева полученного газа.
В некоторых случаях требуется поддерживать температуру полученного газа по существу постоянной на заданной температуре. Если это имеет место, и температура дымового газа слишком высока, то можно для установки температуры дымового газа, нагревающего полученный газ, подмешивать в дымовой газ холодный воздух после использования для генерации пара и перед нагревом полученного газа.
В особенно предпочтительном варианте осуществления предложенного изобретения предусмотрено,
- что нагрев полученного газа ограничен до промежуточной температуры ниже температуры реакции, требуемой для применения полученного газа в вышерасположенной установке, хотя при сжигании топочного газа получается требуемая для этого термическая энергия, и
- что нагретый полученный газ посредством частичного окисления полученного газа нагревается от промежуточной температуры до температуры реакции.
Если термическая энергия дымового газа достаточно велика, то возможно, что термическая энергия дымового газа после топочного устройства используется для подогрева топочного газа и/или для подогрева окислительного газа, применяемого для сжигания топочного газа, и/или для нагрева масла-теплоносителя.
Возможно, что в качестве топочного газа применяется часть генерируемого в газогенераторной установке экспортируемого газа. Альтернативно или дополнительно, возможно, что в качестве топочного газа применяется обогащенный двуокисью углерода и водой технологический газ, получаемый при удалении двуокиси углерода и воды из экспортируемого газа. Если упомянутый технологический газ недостаточно стабильно горит или не содержит требуемую термическую энергию, то к технологическому газу может подмешиваться дополнительный горючий газ, или технологический газ может сжигаться вместе с дополнительным горючим газом.
Количество и/или состав полученного экспортируемого газа и связанное с этим количество и/или состав полученного технологического газа часто подвержены сильным временным колебаниям. Поэтому во многих случаях может быть целесообразным, что применяемая в качестве топочного газа часть экспортируемого газа или технологического газа промежуточным образом хранится в газохранилище низкого давления, расположенном перед топочным устройством.
Во многих случаях при эксплуатации вышерасположенной установки производится горючий газ. Возможно, что горючий газ по меньшей мере частично подмешивается к экспортируемому газу. Альтернативно или дополнительно, горючий газ может применяться как топочный газ.
Кроме того, возможно, что при эксплуатации вышерасположенной установки производится горячий доменный газ. В этом случае является возможным, что содержащаяся в доменном газе термическая энергия используется для подогрева полученного газа перед его подачей на топочное устройство и/или перед использованием для генерации пара. Горячий доменный газ может, альтернативно быть горючим или негорючим газом.
Вышерасположенная установка может быть выполнена, например, как доменная печь, как плавильно-восстановительная установка, как плавильный агрегат или как установка прямого восстановления. Газогенераторная установка может быть выполнена, например, как установка газификации угля или как установка для плавки металлов.
Указанная задача также решается посредством металлургической установки с признаками пункта 12 формулы изобретения. В соответствии с изобретением предусмотрено, что металлургическая установка вышеуказанного типа выполнена таким образом, что она в процессе эксплуатации выполняет соответствующий изобретению способ эксплуатации.
Другие преимущества и детали следуют из последующего описания примеров выполнения во взаимосвязи с чертежами, на которых в схематичном представлении показано следующее:
Фиг. 1 - схема металлургической установки.
Фиг. 2 - схема фрагмента металлургической установки по фиг. 1.
Фиг. 3 - схема возможного варианта осуществления металлургической установки по фиг. 1.
Согласно фиг. 1 металлургическая установка имеет газогенераторную установку 1. Газогенераторная установка 1 может, например, быть выполнена как установка газификации угля или как установка для плавки металла. В случае выполнения как установки для плавки металла, она может быть выполнена, в частности, как установка для выплавки стали - также как доменная печь, в частности как печь с кислородным дутьем - или как плавильно-восстановительная установка. Печь с кислородным дутьем является доменной печью, при которой в качестве горячего дутья применяется технически чистый кислород, и возникающий доменный газ может возвращаться в доменную печь.
2
2
Газогенераторная установка 1 генерирует в процессе работы газ 2, далее обозначаемый как экспортируемый газ 2. Экспортируемый газ 2 содержит горючие компоненты, а также дополнительно двуокись углерода, воду и, как правило, также азот. Наличие двуокиси углерода и воды на фиг. 1 представлено тем, что для экспортируемого газа указаны обозначения “CO” и “HO”.
2
2
2
2
Экспортируемый газ 2 - полностью или частично - подается на разделительное устройство 3. В разделительном устройстве 3 экспортируемый газ 2 - при необходимости только подаваемая на разделительное устройство 3 часть экспортируемого газа 2 - подвергается подготовке. В частности, в разделительном устройстве 3 содержащаяся в экспортируемом газе 2 двуокись углерода и содержащаяся в экспортируемом газе 2 вода полностью или частично удаляются из экспортируемого газа 2. Тем самым образуется, с одной стороны, полученный (генераторный) газ 4, в котором по сравнению с экспортируемым газом 2 обеднено содержание двуокиси углерода и воды. Это показано на фиг. 1 обозначениями “CO-” и “HO-”. С другой стороны, получается технологический газ 5, часто обозначаемый как остаточный газ, обогащенный двуокисью углерода и водой. Это показано на фиг. 1 обозначениями “CO+” и “HO+”.
Полученный газ 4 подается сначала на топочное устройство 6 и оттуда на вышерасположенную установку 7. Вышерасположенная установка 7 является установкой, которая в процессе производства стали предшествует установке 8 производства стали. Вышерасположенная установка 7 может, например, быть выполнена как доменная печь, плавильно-восстановительная установка, как плавильный агрегат или как установка прямого восстановления.
В топочном устройстве 6 полученный газ 4 нагревается в теплообменнике 9 полученного газа. При этом химический состав полученного газа 4 остается, по меньшей мере по существу, неизменным. Изменяется только температура полученного газа 4.
При розжиге топочного устройства 6, в топочном устройстве 6 с применением окислительного газа 10 топочный газ 11 сжигается до образования дымового газа 12. Оба газа 10, 11 подаются на топочное устройство 6. Окислительный газ 10 может, в частности, быть нормальным воздухом.
Топочный газ 11 подается на топочное устройство 6 в объеме, который значительно выше, чем требуется для нагрева полученного газа 4. Поэтому в топочном устройстве 6 производится в значительном объеме избыточная термическая энергия. Произведенная термическая энергия может, если она избыточна, - то есть не требуется и не применяется для нагрева полученного газа 4, - использоваться, например, для того, чтобы посредством испарителя 13 производить пар и, таким образом, приводить в действие водопаровой контур циркуляции. Пар может, например, приводить в действие турбину 14, которая, со своей стороны, приводит в действие электрический генератор 15. В качестве альтернативы пар может использоваться иным образом.
Если осуществляется генерация пара, то испаритель 13 - см. особенно явно на фиг. 2 - по отношению к газовому потоку дымового газа 12 предшествует теплообменнику 9 полученного газа. Получаемый при сжигании топочного газа 11 дымовой газ 12 сначала используется для генерации пара и только после этого - для нагрева полученного газа 4.
При необходимости, посредством дымового газа 12 может также осуществляться перегрев произведенного пара. Возможно имеющийся пароперегреватель (на фигурах не показан) в этом случае предшествует теплообменнику 9 полученного газа, при необходимости также испарителю 13, по отношению к газовому потоку дымового газа 12. Кроме того, может осуществляться подогрев испаряемой воды. Соответствующий подогреватель (на фигурах не показан) в этом случае расположен после теплообменника 9 полученного газа по отношению к газовому потоку дымового газа 12.
Альтернативно или дополнительно к использованию для генерации пара, можно использовать дымовой газ 12 в агрегатах 16-19, которые расположены по отношению к газовому потоку дымового газа 12 за топочным устройством 6.
Например, топочный газ 11 может подогреваться в теплообменнике 16 топочного газа. Альтернативно или дополнительно к подогреву топочного газа 11, в теплообменнике 17 окислительного газа подогревается окислительный газ 10. Подогрев топочного газа 11 и/или окислительного газа 10 осуществляется, разумеется, перед подачей упомянутых газов 10, 11 в топочное устройство 6.
Кроме того, альтернативно или дополнительно к подогреву топочного газа 11 и/или окислительного газа 10, в устройстве 18 подготовки сырья (исходных материалов) может осуществляться сушка и/или подогрев исходных материалов 20, которые должны подаваться на вышерасположенную установку 7. Аналогичным образом, в дополнительном устройстве 18 подготовки исходных материалов - дополнительно или альтернативно - может осуществляться сушка и/или подогрев исходных материалов 21, которые должны подаваться на газогенераторную установку 1. В качестве исходных материалов 21 могут использоваться, в частности, железная руда или коксующийся уголь.
Если, кроме того, в распоряжении имеется избыточная термическая энергия дымового газа 12, то дополнительно можно использовать термическую энергию дымового газа 12 за топочным устройством 6 в масляном теплообменнике 23 для нагрева масла-теплоносителя 24.
В некоторых случаях может быть рациональным устанавливать температуру дымового газа 12, нагревающего полученный газ 4. С этой целью к дымовому газу 12 согласно фиг. 2 может подмешиваться холодный воздух 25. Подмешивание холодного воздуха 25 осуществляется в этом случае после использования дымового газа 12 для генерации пара, но, разумеется, перед нагревом полученного газа 4.
Можно нагревать полученный газ 4 в топочном устройстве 6 до температуры Т реакции (как правило, выше 800°С), которую должен иметь полученный газ 4, чтобы иметь возможность применяться в вышерасположенной установке 7. Во многих случаях, однако, полезно ограничивать нагрев полученного газа 4 до промежуточной температуры Т’, которая лежит ниже температуры Т реакции. Это имеет место, хотя при сжигании топочного газа 11 производится требуемая для этого (то есть для нагрева до температуры Т реакции) термическая энергия. Промежуточная температура Т’ может, например, лежать в интервале от примерно 400°С до примерно 600°С. Если полученный газ 4 в топочном устройстве 6 нагревается только до промежуточной температуры Т’, то полученный газ 4, нагретый в топочном устройстве 6, согласно фиг. 2, посредством частичного окисления полученного газа 4 в устройстве 26 окисления нагревается от промежуточной температуры Т’ до температуры Т реакции. Как правило, с этой целью на устройство 26 окисления дополнительно к полученному газу 4 подается окислительный газ 27, например технически чистый кислород (содержание кислорода по меньшей мере 90%).
Топочный газ 11, который сжигается в топочном устройстве 6, может выбираться в принципе любым. Можно топочный газ 11 подавать на металлургическую установку извне. В качестве альтернативы, горючий газ может представлять собой газ, производимый в пределах металлургической установки. Например, возможно, что в качестве топочного газа 11 согласно фиг. 3 применяется часть экспортируемого газа 2, генерируемого газогенераторной установкой 1. Альтернативно или дополнительно возможно, что технологический газ 5 применяется в качестве топочного газа 11. Если требуется, к технологическому газу 5 может подмешиваться дополнительный горючий газ 28. Альтернативно, если требуется, дополнительный горючий газ 28 может сжигаться в отдельной горелке топочного устройства 6 вместе с технологическим газом 5.
Если в качестве топочного газа 11 применяется часть экспортируемого газа 2 или технологический газ 5, в подводящей магистрали соответствующего газа 2, 5 к топочному устройству 6 предпочтительно размещено газовое хранилище 29 низкого давления. Газовое хранилище 29 низкого давления служит тому, чтобы выравнивать колебания количества или состава, которые возникают при генерации экспортируемого газа 2 и/или технологического газа 5. В газовом хранилище 29 низкого давления имеется давление р газа, которое незначительно выше, чем атмосферное давление.
Во многих случаях при работе вышестоящей установки 7 получается газ 30, который является горячим и/или горючим. Этот газ 30 часто называют доменным (колошниковым) газом. Если доменный газ 30 является горючим, то можно доменный газ 30 - полностью или частично - подмешивать к экспортируемому газу 2. Альтернативно или дополнительно, можно доменный газ 30 применять как топочный газ 11. При необходимости применение может осуществляться совместно с экспортируемым газом 2 и/или технологическим газом 5. В частности, доменный газ 30 в этом случае идентичен тому горючему газу 28, который подмешивается к технологическому газу 5 или вместе с ним сжигается.
Если доменный газ 30 является горячим, то можно использовать содержащуюся в доменном газе 30 термическую энергию для подогрева полученного газа 4 перед его подачей на топочное устройство 6 и/или для производства пара (включая перегрев). Это также показано на фиг. 3 пунктиром.
Предложенное изобретение имеет множество преимуществ. В частности, относительно простым способом возможно эффективное использование производимой в металлургической установке термической энергии и производимых горючих газов.
Представленное выше описание служит исключительно пояснению предложенного изобретения. Объем защиты предложенного изобретения должен определяться исключительно приложенной формулой изобретения.
Перечень ссылочных позиций
1 газогенераторная установка
2 экспортируемый газ
3 разделительное устройство
4 топочный газ
5 технологический газ
6 топочное устройство
7 вышерасположенная установка
8 установка для производства стали
9 теплообменник полученного газа
10, 27 окислительный газ
11 топочный газ
12 дымовой газ
13 испаритель
14 турбина
15 генератор
16-19 агрегаты
16 теплообменник топочного газа
17 теплообменник окислительного газа
18, 19 устройства подготовки исходных материалов
20, 21 исходные материалы
23 теплообменник масла-теплоносителя
24 масло-теплоноситель
25 холодный воздух
26 устройство окисления
28 дополнительный горючий газ
29 газохранилище низкого давления
30 доменный газ
р давление газа
Т температура реакции
Т' промежуточная температура