УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ И ПОДАЧИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ПЕЧЬ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

Предлагаемое решение относится к технологии восстановления металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель и может быть использовано в производстве металлизированного продукта, например железа, в печи с подвижным подом.
В технологии прямого восстановления металла из железо-углеродсодержащего материала, содержащего оксид металла и восстановитель, важное значение имеет выбор углеродистого восстановителя и вида топлива для нагрева обрабатываемого железо-углеродсодержащего материала. Восстановитель должен обеспечивать эффективное взаимодействие с оксидом металла в течение всего времени обработки и по всему объему загруженного на под печи материала. В то же время углеродистый материал должен быть недефицитным и недорогим. Подаваемый через форсунки в печь топливный реагент должен обеспечивать эффективное взаимодействие реакционных компонентов и необходимые условия для получения качественного продукта.
Предпочтительно применение менее дорогостоящих видов сырья и энергоносителей, применение технологий подготовки сырьевых материалов к использованию в процессе, не требующих значительных энергетических затрат и специального дорогостоящего оборудования, максимально эффективное использование энергетической составляющей процесса.
Известен «Способ получения расплавленного железа» (патент РФ 2293121, C21B 13/14, 2007 г., [1])), на первой стадии которого реализуется технология прямого восстановления металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель в печи с подвижным подом. Способ на первой стадии включает введение смеси исходных материалов, содержащих материал на основе оксида железа и углеродсодержащий восстановитель в нагревательную восстановительную печь с целью восстановления оксида железа в смеси исходных материалов с помощью углеродсодержащего восстановителя до твердого восстановленного железа.
Процесс реализуется на приведенной в описании технологической линии, включающей участок подготовки железосодержащего материала, снабженный сушилкой, мельницей и линиями транспортировки материала, участок подготовки углеродсодержащего материала, снабженный дробилкой и линиями транспортировки материала, участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, снабженный смесителем сырьевых железо-углеродсодержащих компонентов, связующего и вспомогательных материалов, агломерационной установкой, сушильной установкой и линиями транспортировки, связывающими его с участками подготовки сырьевых материалов и с печью с вращающимся подом, снабженной устройствами загрузки и выгрузки, форсунками для подачи топлива, соединенной линией подачи топлива с участком подготовки и подачи теплоносителя и через устройство для отвода отработанных газов с газоочистной установкой. В линии отвода отработанных газов печи перед газоочистной установкой установлены бойлер для извлечения тепла отходящих газов и рекуператор тепла, в виде воздушного теплообменника, соединенный линией подачи горячего воздуха с сушильной установкой.
Для осуществления процесса во вращающуюся печь подают очищенный от пыли отработанный горячий газ из плавильной печи со второй стадии данной технологии - получения расплавленного железа и топливо в виде природного газа или порошкообразного угля.
Основные недостатки известного решения заключаются в следующем.
Подача во вращающуюся печь отработанного горячего газа из плавильной печи со второй стадии процесса требует дополнительных затрат на обеспылевание газа, а учитывая, что очищаемый газ имеет высокую температуру, такая очистка весьма затратна и малоэффективна, как технологически, так и в плане срока службы очистного оборудования. При недостаточно высокой степени очистки от пыли возможно ее накопление во вращающейся печи, что приведет к нарушениям стабильной непрерывной работы оборудования.
Подача во вращающуюся печь топлива в виде природного газа или порошкообразного угля повышает затраты на реализацию технологии, как по стоимости реагентов, так и по оборудованию.
Известна технологическая линия для производства металлизированного продукта, включающая участок дробления угля, участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, снабженный смесителем сырьевых железо-углеродсодержащих компонентов, агломерационной установкой, сушильной установкой, участок подготовки и подачи теплоносителя, печь металлизации с вращающимся подом, снабженная устройствами загрузки и выгрузки, форсунками для подачи топлива, соединенная линиями транспортировки с участком подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, участком подготовки и подачи теплоносителя и через устройство для отвода отработанных газов с газоочистной установкой, причем в линии отвода отработанных газов перед газоочистной установкой установлен рекуператор тепла в виде воздушного теплообменника, соединенный линией подачи горячего воздуха с сушильной установкой, в которой участок подготовки и подачи топлива снабжен не менее чем двумя угольными газификаторами, каждый из которых соединен линиями транспортировки с участком дробления угля и линией подачи газообразного топлива с форсунками печи металлизации, с которой также соединен рекуператор тепла линией подачи горячего воздуха. При этом участок дробления угля снабжен не менее чем двумя дробилками (патент РФ на ПМ №87166, C21B 13/14, C21B 13/08, 2009 г., [2]).
По назначению, по технической сущности, по наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Основной недостаток известного решения - подача газа напрямую из угольных газификаторов через форсунки в рабочее пространство печи. Такая схема не может обеспечить стабильную работу форсунок и процесса восстановления, так как газификаторы работают под низким давлением (100-200 мм водяного столба), а поступающее газообразное топливо имеет нестабильный состав. Кроме того, смолистые соединения, пылевидные частицы, содержащиеся в газообразном продукте, выходящем из угольного газификатора, высаживаются на стенках газотопливных магистралей и на соплах форсунок, нарушая тем самым стабильную подачу газообразного топлива в печь, снижается срок службы газоподающего оборудования.
Задачей предлагаемого решения является безопасная долговременная и стабильная работа газовой системы нагрева печи металлизации, повышение коэффициента полезного использования участка газификации и печи.
Техническими результатами являются: стабильный процесс получения металлизированного продукта восстановлением низкокалорийным газом, полученным газификацией угля с высоким коэффициентом полезного использования участка газификации и печи металлизации.
Технические результаты достигаются тем, что в устройстве подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации, содержащем не менее двух угольных газификаторов, каждый из которых соединен посредством линии подачи газообразного топлива с форсунками печи металлизации, угольные газификаторы выполнены с возможностью обеспечения одновременного получение газообразного топлива в горячем виде внизу и в холодном - вверху, при этом устройство снабжено установленными в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации оборудованием очистки продуктов от каждого газификатора, содержащим циклон очистки горячего газа из газификатора и электрофильтр очистки холодного газа из газификатора, коллектором горячих и холодных газов низкого давления, устройством повышения давления газа и линией газа повышенного давления.
При этом устройство повышения давления газа может быть снабжено не менее чем одним вентилятором, линия подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации может дополнительно содержать воздушный охладитель, установленный после циклона очистки горячего газа из газификатора, устройство может быть снабжено скруббером-смесителем холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, установленным в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации, устройство может быть снабжено электрофильтром, установленным после скруббера-смесителя холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, установленным в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Предлагаемое решение и решение по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:
- устройство подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации, содержащее:
- - не менее двух угольных газификаторов;
- - - каждый газификатор соединен линией подачи газообразного топлива с форсунками печи металлизации.
Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:
- угольные газификаторы выполнены возможностью обеспечения одновременного получение газообразного топлива в горячем виде внизу и в холодном - вверху;
- устройство снабжено установленными в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации оборудованием очистки продуктов от каждого газификатора, содержащим:
- - циклон очистки горячего газа из газификатора;
- - электрофильтр очистки холодного газа из газификатора;
- устройство также снабжено:
- - коллектором горячих и холодных газов низкого давления;
- - устройством повышения давления газа;
- - линией газа повышенного давления.
При этом устройство повышения давления газа может быть снабжено не менее чем одним вентилятором, линия подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации может дополнительно содержать воздушный охладитель, установленный после циклона очистки горячего газа из газификатора, устройство может быть снабжено скруббером-смесителем холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, установленным в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации, устройство может быть снабжено электрофильтром, установленным после скруббера-смесителя холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, установленного в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих техническое решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Техническая сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.
Процесс восстановления металла из оксида в печи с вращающимся подом с использованием скомпонованных в виде железо-углеродсодержащих брикетов является динамичным и характеризуется необходимостью поддержания определенных соотношений оксид металла - восстановитель и температур в рабочих зонах печи в достаточно узких интервалах. Обеспечение оптимальных условий такого процесса достаточно сложная задача и в предлагаемом решении достигается во-первых, использованием газификаторов, конструкция которых позволяет получать два газа, холодный верхний и горячий нижний, во вторых - подготовкой газообразного топлива, подаваемого к форсункам печи. Раздельное получение газов позволяет максимально полно газифицировать уголь, получать качественный газ заданного состава и более эффективно организовать очистку газов.
Подготовка газообразного топлива заключается в том, что получаемый в газификаторах газ проходит очистку: в циклоне горячий газ очищается от пыли и частично охлаждается, в электрофильтре очистки холодного верхнего газа очищается от смолы и пыли. Каждый агрегат, установленный дополнительно к основной схеме очистки самостоятельно увеличивает степень очистки газа: в воздушном охладителе газ охлаждается и дополнительно очищается от пыли и смол, скруббере-смесителе газ охлаждается водой и очищается пыли от фенолов, после скруббера-смесителя в электрофильтре газ очищается от легких масел и пыли. Дополнительно устанавливаемое оборудование для очистки и кондиционирования газа повышает его потребительские свойства. В коллекторе газов низкого давления происходит смешивание и усреднение газов газификаторов, что повышает стабильность состава.
Предлагаемое устройство подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации, в составе технологической линии для производства металлизированного продукта, (Фиг.1), включающей участок подготовки материалов 1 (уголь, железо-углеродсодержащие брикеты), соединенный линией транспортировки 2 подготовленных железо-углеродсодержащих брикетов с печью металлизации 3 с вращающимся подом, снабженной форсунками 4 для подачи газообразного топлива, содержит линию транспортировки 5 подготовленного угля к угольным газификаторам 6, каждый из которых обеспечивает одновременное получение газообразного топлива в горячем виде внизу и в холодном - вверху. Каждый угольный газификатор 6 соединен газоходом 7 с циклоном 8 очистки горячего газа. Каждый угольный газификатор 6 соединен газоходом 9 с электрофильтром 10 очистки холодного газа. Электрофильтры 10 соединены газоходами 11 с коллектором газов низкого давления 12. Циклоны 8 соединены газоходами 13 с коллектором газов низкого давления 12. Коллектор газов низкого давления 12 соединен газоходами коллектора газов низкого давления 14 с вентиляторами повышения давления газа 15. Вентиляторы повышения давления газа 15 соединены газоходами 16 с линией газа повышенного давления 17. Линия газа повышенного давления 17 проходит через рекуператор тепла 18, через который проходит поток отходящих технологических газов по линии 19 из печи металлизации 3 и который соединен с дымовой трубой 20. Газ повышенного давления, нагреваясь в рекуператоре тепла 18, по газоходу 21 поступает на форсунки 4 печи металлизации 3.
Предлагаемое устройство подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации, в составе технологической линии для производства металлизированного продукта работает следующим образом.
С участка подготовки материалов 1 по линии транспортировки 2 в печь металлизации 3 с вращающимся подом поступают предварительно подготовленные железо-углеродсодержащих брикеты (перед загрузкой осуществляется термообработка брикетов горячим воздухом, поступающим из рекуператора тепла 18, выполненного в виде воздушного теплообменника), а по линии транспортировки 5 подготовленного угля к угольным газификаторам 6, каждый из которых обеспечивает одновременное получение газообразного топлива в горячем виде внизу и в холодном - вверху. Полученный в каждом газификаторе 6 горячий газ по газоходу 7 поступает на очистку в циклон 8, где очищается от пыли, частично охлаждается и по газоходу 13 поступает в коллектор газа низкого давления 12. Полученный в каждом газификаторе 6 холодный газ по газоходу 9 поступает в электрофильтр 10, где очищается от смолы, пыли и очищенный газ из электрофильтра 10 по газоходу 11 поступает в коллектор газов низкого давления 12. В коллекторе 12 холодный и горячий газы смешиваются и усредняются, а затем по газоходу коллектора низкого давления 14 смешанный газ поступает в вентилятор 15. Вентилятор 15 повышает давление газа и по газоходу повышенного давления 16 подает его в линию газа повышенного давления 17. По линии повышенного давления 17 газ поступает в рекуператор тепла 18, где нагревается до заданной температуры и по газоходу 21 подается в форсунки 4 кольцевой печи металлизации 3. В рекуператоре тепла 18 нагревается воздух и по воздухопроводу 22 поступает в форсунки 4 кольцевой печи металлизации 3. При нагреве брикетов в печи металлизации 3 от сжигания газа происходит восстановление железа. Затем металлизированный продукт выгружают с пода печи 3 при помощи разгрузочного устройства. Горячий отработанный газ из печи 3 через устройство вывода газов по линии отвода отработанных газов 19 поступает в рекуператор тепла 18, где охлаждаясь, нагревает газ и воздух для форсунок 4 и воздух для сушильной установки брикетов. После рекуператора тепла 18 отработанный и охлажденный газ печи поступает в дымовую трубу 20.
Предлагаемое устройство подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации (Фиг.2), при необходимости, может дополнительно содержать воздушный охладитель газов 23, который охлаждает и дополнительно очищает горячий газ от пыли и смолистых веществ. Воздушный охладитель газов 23 установлен после циклона 8 очистки горячего газа из газификатора и соединен с ним газоходом 26.
Устройство также может дополнительно содержать скруббер-смеситель 24 холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, который смешивает, охлаждает и дополнительно очищает газ от пыли и фенольных веществ. Скруббер-смеситель 24 соединен с воздушным охладителем газов 23 и с электрофильтром 10.
Устройство также может дополнительно содержать электрофильтр 25, установленный после скруббера-смесителя 24 холодного газа из электрофильтра 10 с горячим газом из воздушного охладителя 23.
После прохождения дополнительных устройств и дополнительной обработки газовый поток по газоходу 13а поступает в коллектор газов низкого давления 12, а затем по газоходу коллектора низкого давления 14 смешанный газ поступает в вентилятор 15. Вентилятор 15 повышает давление газа и по газоходу повышенного давления 16 подает его в линию газа повышенного давления 17. По линии 17 газ поступает в рекуператор тепла 18, где нагревается до заданной температуры и по газоходу 21 поступает в форсунки 4 кольцевой печи металлизации 3. В рекуператоре тепла 18 также нагревается воздух и по воздухопроводу 22 поступает в форсунки 4 кольцевой печи металлизации 3.
Использование предлагаемого устройства подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации, в которой линия подачи газообразного топлива от угольных газификаторов к форсункам печи с вращающимся подом дополнительно снабжена оборудованием очистки газообразных продуктов от каждого газификатора, позволяет стабилизировать технологический процесс прямого восстановления металла из оксида, повысить выход товарного продукта и его качество.
ИНФОРМАЦИЯ
1. Патент РФ 2293121, C21B 13/14, 2007 г.
2. Патент РФ на ПМ №87166, C21B 13/14, C21B 13/08, 2009 г.