УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ КОНВЕРТЕРНОГО ГАЗА

Область техники
Решение относится металлургии, а именно к сталеплавильному производству и предусматривает устройство для регенерации конвертерного газа, в котором образующийся при производстве стали конвертерный газ охлаждают после пылеудаления в фильтровальных установках и перед следующим за пылеудалением накоплением в накопителях.
Уровень техники
2
При продувке чугуна кислородом примесные элементы чугуна окисляются кислородом и отделяются от железа. В то время как оксиды Si, Mn и Р в виде шлака удаляются из стальной ванны, углерод в виде моноксида СО газообразно улетучивается из нее. Возникающая в результате процесса продувки доля моноксида углерода в так называемом конвертерном газе, который улетучивается из содержащего стальную ванну конвертера, способствует высокому энергосодержанию конвертерного газа. За счет химического превращения в диоксид углерода СО это энергосодержание можно позднее использовать, например, за счет сжигания СО или восстановления оксидов металлов посредством СО. Для этого известно, что конвертерный газ накапливают и хранят. Эти этапы способа называются также регенерацией конвертерного газа. Для этого он подвергается пылеудалению, например электростатическому, и охлаждению. Выходящий из горловины конвертера в охлаждающий канал конвертерный газ имеет температуру более 1500°C и на первом этапе посредством охлаждающего канала косвенно охлаждается примерно до 900-1050°C. На втором этапе из уровня техники известно испарительное охлаждение посредством распыления воды до температур 350-130°C, обычно 300-160°C. На последующее пылеудаление, в большинстве случаев электростатическое, и на следующие за пылеудалением дальнейшие этапы охлаждения конвертерный газ поступает соответственно с температурой 350-130°C. При этом на следующих за пылеудалением этапах охлаждения конвертерного газа используются, как правило, мокрые газоохладители, которые дополнительно уменьшают содержание пыли в конвертерном газе. Обычно входная температура очищенного от пыли и охлажденного после пылеудаления конвертерного газа при поступлении в накопитель составляет около 70°C. За счет охлаждения конвертерного газа можно хранить в данном объеме накопителя его большее количество, чем при вводе в накопитель неохлажденного конвертерного газа. Обычно используемые, действующие в качестве скрубберов газоохладители мокрого типа очищенного от пыли конвертерного газа имеют тот недостаток, что приходится использовать большие количества воды. Соответственно повышаются эксплуатационные расходы, поскольку необходимо компенсировать водопотери и подвергать сложной очистке образующуюся отработанную воду. Дальнейший вклад в повышение эксплуатационных расходов вносит высокая потребность необходимой для циркуляции воды насосной системы в электроэнергии, а также большая занимаемая площадь и потребность в больших капиталовложениях, причиной чего являются необходимые для снабжения водой и ее очистки части установки. К тому же в случае используемых, действующих в качестве скрубберов газоохладителей мокрого типа также сам газоохладитель требует значительной занимаемой площади и больших капиталовложений. Кроме того, достигнутые за счет использования систем пылеудаления сухого типа по сравнению с системами мокрого типа преимущества в отношении водного хозяйства частично уменьшены за счет использования действующих в качестве скрубберов газоохладителей мокрого типа.
Таким образом, существует необходимость в обеспечении эффективной регенерации конвертерного газа.
Из документа CN 101550466 А, С21С 5/38, 07.10.2009 известно устройство регенерации конвертерного газа, содержащее отсасывающий трубопровод для конвертерного газа, впадающий в устройство для охлаждения конвертерного газа, пылеуловитель, в виде пешочного фильтра для очистки охлажденного конвертерного газа от пыли, пылеулавливающий трубопровод, соединяющий устройство для охлаждения конвертерного газа и пылеуловитель, а также газонакопитель для накопления охлажденного и очищенного от пыли конвертерного газа, в который впадает идущий от пылеуловителя накопительный трубопровод.
Данный документ обеспечивает регенерацию конвертерного газа, однако имеет недостатки в необходимости частой замены используемого мешочного фильтра, и обеспечения интенсивного охлаждения регенерируемого конвертерного газа, что требует значительного пространства для оборудования.
Техническая задача
Задачей настоящего решения является предоставление устройства, которое позволяет устранить недостатки известного уровня техники.
Технический результат
Технический результат настоящего решения заключается в обеспечении эффективной регенерации конвертерного газа при снижении затрат на размещение и эксплуатацию используемого оборудования.
Техническое решение
Указанный результат достигается за счет того, что в устройстве регенерации конвертерного газа по известному уровню техники, пылеуловитель для очистки охлажденного конвертерного газа от пыли выполнен в виде ESP (electrostatic precipitator) - пылеуловителя, причем в направлении течения конвертерного газа за ESP (electrostatic precipitator) - пылеуловителем и перед газонакопителем в накопительном трубопроводе расположено устройство для осуществления способа сухого охлаждения.
Таким образом, устраняется необходимость значительного охлаждения конвертерного газа перед пылеуловителем, то есть сокращается размер оборудования, необходимость частой замены мешочного фильтра, а также исключается использование водяного охлаждения.
В устройстве для регенерации конвертерного газа образующийся при производстве стали конвертерный газ охлаждают после пылеудаления в фильтровальных установках и перед следующим за пылеудалением накоплением в накопителях, причем конвертерный газ после пылеудаления в фильтровальных установках и перед следующим за пылеудалением накоплением в накопителях охлаждают способом сухого охлаждения.
Накопление и хранение конвертерного газа называется также его регенерацией.
Конвертерный газ образуется при продувке партий чугуна для производства стали в конвертере. Конвертером может быть, например, AOD-конвертер для производства нержавеющей стали или LD-конвертер для осуществления BOF-процесса с верхней продувкой кислородом или конвертер донной продувки или комбинированный конвертер донной и верхней продувки.
Под способом сухого охлаждения следует понимать способ, при котором во время охлаждения газового потока не образуется никакой отработанной воды, которая при охлаждении вступает в непосредственный контакт с охлаждаемым газовым потоком.
Предпочтительные эффекты
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего решения, способом сухого охлаждения является способ косвенного теплообмена. При косвенном теплообмене газообразная или жидкая охлаждающая среда поддерживается пространственно отделенной от конвертерного газа. Поэтому смешивания охлаждающей среды с конвертерным газом произойти не может. Соответственно охлаждающая среда не загрязняется в результате контакта с конвертерным газом, и ее не приходится подвергать сложной очистке или утилизации. При этом влажность конвертерного газа не повышается из-за ее подвода в результате контакта между охлаждающей средой и конвертерным газом.
Согласно одному предпочтительному варианту, в способе косвенного теплообмена речь идет о способе косвенного газо-газового теплообмена. Например, конвертерный газ может охлаждаться посредством газо-газового теплообмена, когда охлаждающий газ, например окружающий воздух, подается посредством нагнетателей по направляющим конвертерный газ трубопроводам. В зоне, где охлаждающий воздух подается по этим трубопроводам, они выполнены так, что имеют максимально большое отношение поверхности к объему. Таким образом, можно осуществлять охлаждение особенно эффективно. Преимущественно по меньшей мере в зоне, где охлаждающий воздух подается по трубопроводам, их материалом является металл. Особенно предпочтительна сталь, поскольку она хорошо обрабатывается, недорогая и достаточно хорошо проводит тепло для этой цели. В зоне, где конвертерный газ направляется по трубопроводам, они выполнены, например, в виде плитообразных полых тел, в которые конвертерный газ может подаваться и из которых он может отводиться.
В зоне, где конвертерный газ направляется по трубопроводам, они могут быть выполнены также в виде труб, в которые конвертерный газ может подаваться и из которых он может отводиться.
Охлаждение за счет газо-газового теплообмена может происходить также без нагнетателей. В этом случае охлаждение осуществляется окружающим воздухом, имеющимся между направляющими конвертерный газ трубопроводами.
В принципе, можно также включать или выключать имеющиеся нагнетатели в зависимости от измеренной температуры охлажденного, очищенного от пыли конвертерного газа и ее выбранных пороговых значений, так что охлаждение происходит либо охлаждающим воздухом, нагнетаемым по направляющим очищенный от пыли конвертерный газ трубопроводам, либо охлаждающим воздухом, имеющимся между направляющими конвертерный газ трубопроводами.
Согласно другому варианту, в способе косвенного теплообмена речь идет о способе косвенного газожидкостного теплообмена с замкнутым охлаждающим контуром. Например, жидкая охлаждающая среда может направляться по трубопроводам в замкнутом контуре, а конвертерный газ - течь вокруг них. Жидкая охлаждающая среда может представлять собой, например, воду или аммиак или смесь аммиака и воды. При этом смешивания жидкой охлаждающей среды с конвертерным газом может не происходить. Соответственно жидкая охлаждающая среда не загрязняется в результате контакта с конвертерным газом, и ее не приходится подвергать сложной очистке или утилизации. При таком способе в подготовке жидкой охлаждающей среды, например водоподготовке, соответственно нет необходимости.
В замкнутом охлаждающем контуре происходит также обратное охлаждение нагретой жидкой охлаждающей среды.
Конвертерный газ направляется через устройства для осуществления способа сухого охлаждения. Согласно предпочтительному варианту предложенного способа, устройства для осуществления способа сухого охлаждения охлаждаются посредством своей охлаждающей среды как при пропускании конвертерного газа, так и в интервалы времени, в которые не происходит пропускания конвертерного газа, а температура в устройствах для осуществления способа сухого охлаждения лежит выше выбранного порогового значения.
Части устройства для осуществления способа сухого охлаждения нагреваются при определенных условиях пропускаемым горячим конвертерным газом. Эффективность охлаждения повышается с возрастанием разности температур между охлаждаемым генераторным газом и частями устройства, вдоль которых течет генераторный газ. Поэтому желательно, чтобы эти части при поступлении конвертерного газа в устройство для осуществления способа сухого охлаждения имели как можно более низкий температурный уровень.
Конвертерный газ образуется в сталеплавильном цеху не непрерывно. Соответственно, есть промежутки времени, в которые ввиду отсутствия конвертерного газа через устройства для осуществления способа сухого охлаждения не течет горячий конвертерный газ. Может также наступить такой случай, когда конвертерный газ, правда, образуется, однако он имеет такое низкое содержание СО, что накопление нежелательно. В таком случае этот конвертерный газ не используется для осуществления способа сухого охлаждения и не накапливается, а сжигается в виде факела. Также в этом случае через устройство для осуществления способа сухого охлаждения конвертерный газ не течет. Если в эти промежутки времени охлаждающая среда способствует охлаждению нагретых частей устройства до тех пор, пока выбранное пороговое значение не достигнуто, то при последующем поступлении горячего конвертерного газа возникают большая разность температур и, тем самым, условия для максимально эффективного охлаждения. Пороговое значение может быть выбрано, например, так, чтобы охлаждение прекратилось в том случае, если бы связанные с дальнейшим охлаждением затраты превысили выгоду, достригаемую за счет дальнейшего увеличения разности температур.
Соответственно, объем охраны включает
(1) Устройство регенерации конвертерного газа, содержащее отсасывающий трубопровод для конвертерного газа, впадающий в устройство для охлаждения конвертерного газа, пылеуловитель для очистки охлажденного конвертерного газа от пыли, пылеулавливающий трубопровод, соединяющий устройство для охлаждения конвертерного газа и пылеуловитель, а также газонакопитель для накопления охлажденного и очищенного от пыли конвертерного газа, в который впадает идущий от пылеуловителя накопительный трубопровод, отличающееся тем, что пылеуловитель для очистки охлажденного конвертерного газа от пыли выполнен в виде ESP (electrostatic precipitator) - пылеуловителя, причем в направлении течения конвертерного газа за ESP (electrostatic precipitator) - пылеуловителем и перед газонакопителем в накопительном трубопроводе расположено устройство для осуществления способа сухого охлаждения.
(2) Устройство по как указано в (1), отличающееся тем, что устройством для осуществления способа сухого охлаждения является устройство для осуществления косвенного теплообмена.
(3) Устройство по указано в (2), отличающееся тем, что устройством для осуществления косвенного теплообмена является устройство для осуществления косвенного газо-газового теплообмена.
(4) Устройство как указано в (2), отличающееся тем, что устройством для осуществления косвенного теплообмена является устройство для косвенного газожидкостного теплообмена с замкнутым охлаждающим контуром.
Описание вариантов осуществления
Ниже настоящее решение поясняется на примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:
фиг.1 - схематично путь конвертерного газа от конвертера в газонакопитель;
фиг.2 - вариант устройства для осуществления сухого охлаждения с косвенным газожидкостным теплообменом с кожухотрубными теплообменниками, через которые протекает охлаждающая вода;
фиг.3 - другой схематичный вид варианта предложенного устройства с кожухотрубными теплообменниками в качестве устройства для осуществления сухого охлаждения;
фиг.4 - другой схематичный вид варианта предложенного устройства с устройством для осуществления сухого охлаждения с косвенным газо-газовым теплообменом;
фиг.5 - схематично плитообразное полое тело, служащее для косвенного газо-газового теплообмена.
На фиг.1 находящийся в LD-конвертере 1 стальной расплав 2 продувается сверху посредством продувочной фурмы 3 кислородом (обозначено прямыми стрелками). Посредством вытяжного колпака 4 выходящий из устья 5 конвертера конвертерный газ (обозначен волнистыми стрелками) направляется в отсасывающий трубопровод 6. В вытяжном колпаке 4 и отсасывающем трубопроводе 6 происходит первый этап косвенного охлаждения конвертерного газа водой/паром. По отсасывающему трубопроводу 6 конвертерный газ направляется в дополнительное устройство для его охлаждения, здесь испарительный охладитель 7. В нем конвертерный газ, поступающий с температурой 900-1050°C, охлаждается до 350-130°C. По пылеулавливающему трубопроводу 8 охлажденный в испарительном охладителе 7 конвертерный газ направляется в пылеуловитель для очистки от пыли охлажденного конвертерного газа, здесь в ESP-электрофильтр 9. ESP обозначает electrostatic precipitator (электростатическое осаждение). От ESP-электрофильтра 9 отходит накопительный трубопровод 10, который впадает в газонакопитель для накопления охлажденного и очищенного от пыли конвертерного газа, здесь газгольдер 11. В направлении течения конвертерного газа после ESP-электрофильтра 9 и перед газгольдером 11 в накопительном трубопроводе 10 расположено устройство 12 для осуществления способа сухого охлаждения. В накопительном трубопроводе 10 установлено переключающее устройство 13, в котором поток конвертерного газа может направляться в факельную трубу 14, а не в устройство 12. В отрезки времени, в которые конвертерный газ имеет более низкую концентрацию СО, чем это желательно для хранения, он направляется по факельной трубе 14 и там сжигается. Такими отрезками времени являются, например, начало или окончание продувки или периоды выпуска металла. При возрастании концентрации СО выше порогового значения конвертерный газ за счет переключения переключающего устройства 13 снова подается в газгольдер 11.
На фиг.2 изображен вариант устройства 12 для осуществления способа сухого охлаждения. Здесь происходит косвенный газожидкостный теплообмен. Очищенный от пыли конвертерный газ течет из накопительного трубопровода 10 в устройство 12, охлаждается там, снова вытекает после охлаждения и по накопительному трубопроводу 10 подается в газгольдер (не показан) для накопления охлажденного и очищенного от пыли конвертерного газа. Через кожухотрубный теплообменник 15 протекает охлаждающая вода (обозначено штриховыми линиями). Очищенный от пыли конвертерный газ течет между отдельными трубами теплообменника 15. При этом охлаждающая вода и конвертерный газ текут в противоположных направлениях, т.е. речь идет о противоточном охлаждении. В принципе, в способе сухого охлаждения с газожидкостным теплообменом может быть выполнено также в виде прямоточного или противоточного охлаждения. Охлаждающая вода направляется в замкнутом контуре с обратным охлаждением, что, однако, на фиг.2 для лучшей наглядности не показано. Охлаждающая вода подводится к отдельным трубам теплообменника 15 и отводится от них на его распределительном 16 и коллекторном 17 участках. Теплообменник 15 содержит также подводящий 18 и отводящий 19 трубопроводы охлаждающей воды.
На фиг.3 изображен другой схематичный вид варианта выполнения предложенного устройства с кожухотрубными теплообменниками 20 в качестве устройства для осуществления способа сухого охлаждения, в данном случае для косвенного газогазового теплообмена. Видны несколько модулей 21-24 теплообменников 20. Теплообменник 20 обозначен обрамленным в модуле 22 штриховыми линиями, а соответствующие обрамления в других модулях 21, 23, 24 для наглядности не показаны. В принципе, существует опция подключения дополнительных модулей, что обозначено их штриховыми контурами. Для наглядности не показан также накопительный трубопровод 10.
Конвертерный газ обозначен прямыми стрелками. Показано, как очищенный от пыли конвертерный газ подается к модулям, направляется в трубы теплообменников, пропускается в них через модули, а из модулей конвертерный газ отводится охлажденным и очищенным от пыли. Охлаждение происходит за счет того, что посредством нагнетателей 25 в модули вдувается охлаждающий воздух, обозначенный пунктирными стрелками. Охлаждающий воздух течет вокруг направляющих очищенный от пыли конвертерный газ труб теплообменников 20, охлаждая его. Для лучшей наглядности только на примере модуля 22 показано, как очищенный от пыли конвертерный газ течет по обозначенной штриховыми линиями трубе 26 и при этом охлаждается протекающим вокруг нее охлаждающим воздухом. В принципе, работать можно также без нагнетателей, так что очищенный от пыли конвертерный газ охлаждается в трубах окружающим воздухом. Для наглядности отвод охлаждающего воздуха из труб не показан.
На фиг.4 изображен другой схематичный вид варианта выполнения предложенного устройства с устройством для осуществления способа сухого охлаждения с косвенным газо-газовым охлаждением. Для косвенного газо-газового охлаждения служат плитообразные полые тела 27. На фиг.5 они изображены более подробно. В модулях 28-31 имеется по несколько плитообразных полых тел 27, однако для наглядности показаны только три полых тела 27 в модуле 29, и одно полое тело 27 обозначено штриховыми линиями в модуле 28. При этом на фиг.4 для наглядности не показаны подробности полых тел 27, поясняемых более подробно со ссылкой на фиг.5. Посредством нагнетателей 32а, 32b через полые тела 27 продувается охлаждающий газ, в данном случае охлаждающий воздух. Он обозначен пунктирными стрелками. Для наглядности отвод охлаждающего воздуха из модулей не показан. Аналогично фиг.3 конвертерный газ обозначен на фиг.4 прямыми стрелками. Видно, как очищенный от пыли конвертерный газ подводится к модулям, подается в полые тела 27 и охлажденным отводится из модулей. Очищенный от пыли конвертерный газ охлаждается за счет контакта охлаждающего воздуха с полыми телами 27. Охлаждающий воздух течет через них в перекрестном потоке к очищенному от пыли конвертерному газу, в данном примере очищенный от пыли конвертерный газ течет вертикально через них, а охлаждающий воздух - по ним. Охлаждающий воздух вдувается по полым телам 27 нагнетателями 32а, 32b. В принципе, работать можно также без нагнетателей, так что очищенный от пыли конвертерный газ охлаждается в полых телах 27 окружающим воздухом.
На фиг.5 схематично изображено плитообразное полое тело 27. В образованную его стенками полость по подводящему трубопроводу 33 подается конвертерный газ (обозначен волнистыми стрелками), а по отводящему трубопроводу 34 отводится. С помощью нагнетателей (не показаны) по полым телам 27 вдувается охлаждающий воздух (обозначен пунктирными стрелками). В модулях 28-31 на фиг.4 имеются по несколько полых тел 27.
Хотя настоящее решение было в деталях подробно проиллюстрировано и описано на предпочтительных раскрытых примерах его осуществления, оно не ограничено ими, и специалист может вывести из них другие варианты, не выходя за рамки объема охраны.
Перечень ссылочных позиций
1 - LD-конвертер
2 - стальной расплав
3 - продувочная фурма
4 - вытяжной колпак
5 - устье конвертера
6 - отсасывающий трубопровод
7 - испарительный охладитель
8 - пылеулавливающий трубопровод
9 - ESP-электрофильтр
10 - накопительный трубопровод
11 - газгольдер
12 - устройство для осуществления способа сухого охлаждения
13 - переключающее устройство
14 - факельная труба
15 - кожухотрубный теплообменник
16 - распределительный участок
17 - коллекторный участок
18 - подводящий трубопровод охлаждающей воды
19 - отводящий трубопровод охлаждающей воды
20 - кожухотрубный теплообменник
21 - модуль
22 - модуль
23 - модуль
24 - модуль
25 - нагнетатель
26 - труба
27 - плитообразное полое тело
28 - модуль
29 - модуль
30 - модуль
31 - модуль
32а, 32b - нагнетатель
33 - подводящий трубопровод конвертерного газа
34 - отводящий трубопровод конвертерного газа