CN100572564C

CN100572564C - 在废钢基础上二次钢生产所用的方法和设备

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Publication number: CN100572564C
Application number: CNB2005800415780A
Authority: CN
Inventors: M·迈恩
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2004-12-04
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: JP2008522130A; ZA200605990B; WO2006058787A1; ES2301085T3; US20100258985A1; DE102004058492A1; EP1831407B1; CA2575196A1; TW200632104A; DE502005003038D1; CN101103126A; UA81204C2; US7968045B2; KR20070085066A; US20100263488A1; EP1831407A1; RU2336311C2; US7717978B2; ATE387508T1; RU2006135926A

Abstract

在废钢基础上的二次钢生产，其中，废钢(10)经过一个装料装置(1)被投入到一个废钢预热器(2)中，在此被预热，然后被送入到一个熔化设备(3)中，在此仅用一次能源加以熔化，离开熔化设备(3)的过程气体(19)不再用于直接预热废钢(10)，而是依本发明间接地通过加热一种气态预热介质例如空气(18)或惰性气体加以利用，从而实现：在能源上、流动技术上和空间布置上，使预热和熔化分开、后燃烧和预热分开。

Description

在废钢基础上二次钢生产所用的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种方法和一种设备，用于在废钢基础上的二次钢生产，其中，废钢经过一个装料装置加入到一个废钢预热器中，在此被加以预热，随后被送入到一个熔化设备中并被熔化；离开熔化设备的过程气体用于废钢预热，并在一个后燃烧装置中和一个相连的除尘设备中清除有其害物质和粉尘，作为冷却过的净化了的废气从除尘设备中排出。

背景技术

依此种方法，废钢经过一个装料装置加入到一个预热器中，该预热器通常是直接利用来自于熔化设备例如电弧炉的热废气加载的。废气首先由预热器吸入，并加热废钢。然后废气冷却。经过预热的废钢(视所用方法而定约为600～800℃)然后被转送到熔炼设备中，并利用电能将之熔化。为此也可补充使用古生物能源载体(天然气、煤和石油)。通常使用工业性氧气(＞95.0体积％O₂)作为氧化剂。作为填料主要使用矿物性产品(白垩，白云岩)，以用于造渣。

由工艺决定地，在熔化过程中产生的废气(过程气体)的各项参数(温度、成份、氧含量、粉尘量、总量)都有很大波动。此外，熔化过程是不连续的，而是分批进向的(批料作业)。

根据其质量、种类和来源之不同，废钢含有不同杂质。这些主要为碳氢化合物的杂质(油，脂，冷却润滑剂，涂附物，等等)的成份和量是各种各样的。

因此，由于变化不定的废气值中引起波动甚大的预热器工作参数。这一情况导致附着在废钢上的杂质的不确定的和不稳定的氧化条件。因此，这易于形成非所希望的废气成份(CO，未燃烧的碳氢化合物，芳香物质，氯化物，...)。这些废气成份主要是附着在废钢上的杂质在汽化和/或(部分)氧化时产生的。

因此，为了遵守法律上的有关规定，必须进行复杂的废气后处理，以消除和分离未燃烧的碳氢化合物和二恶英(Dioxinene)/呋喃。为此，废气从预热器中出来之后在一个后燃烧室中加热到T＞850℃，在停留一个t＞2秒的时间之后再迅速冷却到大约200℃(急冷)。这样就抑制了二恶英/呋喃(PCDD/F)的新形成(De-Novo-合成)。然后，在下一个工艺步骤中，通过喷入例如褐煤-焦煤粉(飞流吸收作用(Flugsstromabsorption))对残余的PCDD/F进行分离。被喷入的焦煤粉然后同其余的粉尘一起在一除尘设备中加以分离。

这种处理过程固然能确保PCDD/F的排放限值保持在0.01ngTE/Nm³，但是需要很高的附加投资(燃烧器的一次能源用量，急冷用的冷却水，急冷用的废水处理系统，料仓，焦煤粉所用的计量技术和输送技术，等等)。此外，当过滤的粉尘中的碳含量超过所允许的限值时，则在存放之前还须对过滤粉尘进行一次热后处理。

上述投资总量会大大超过以采用废钢预加热系统所期待获得的收益(电能的节省，生产率的提高)。此外，附加的装置也会造成附加的设备故障。

为了减小上述缺点中的某些缺点，WO 03/068995A1中提出了一种熔化设备，用于连续的钢生产，为此使用了金属炉料。这些炉料例如废钢、吸收铁等，在一个设计成竖井形式的熔化容器的上部被预热，然后在其下部以古生物燃料被熔化。所获得的熔融体连续地被送入到一个相邻布置的由电弧炉构成的处理容器中，并在此利用电能将之调节符合要求的钢质量。为了后燃烧，在不同层面上，将后燃烧气体从外面和从里面通过一个伸入到炉料竖堆中心的内竖井送入到炉料竖堆中，通过该炉料竖堆，在减小含铁炉料的氧化的情况下达到上升过程气体的一种分级式后燃烧。

按这种已知的方法，为了熔化废钢只能使用一次能源。熔化阶段的加热为了减小铁氧化必须按次化学计算法以0.5～0.9范围内的空气系数予以实现。因此，废气在从原来的熔化阶段出来时，仍然含有大量可燃烧的成份(尤其是CO，H₂和CH₄)。由此造成的结果首先是所使用的能源载体的利用很差。因此必须采取有力措施以改进能源利用，从而提高经济效益。为此，设定：将后燃烧空气送入到熔化区上方的竖井中(统一的后燃烧)。这种工艺方法固然能改进能源利用情况，但是由于种种原因，恐怕不能完全转化竖井本身中的未燃烧物质。此外，为了避免一个附加的后燃烧阶段，废气必须以一个在竖井出口以大于800℃的温度排出。

发明内容

本发明的任务是提供一种方法和一种设备，借以可靠地克服或至少减少上面述及的，在仅使用一次能源的条件下实行预热和熔化的缺点。

所提出的任务从方法上说是利用按照本发明的以废钢为基础的二次钢生产所用的方法和从设备上说是利用按照本发明的用于在废钢基础上实现二次钢生产的设备如此加以解决的：就预热系统的气体供送而言，使预热和熔化在能源上、流动技术上

和空间位置上实行分开；使后燃烧和预热在能源上、流动技术上和空间位置上实行分开。

按照本发明的以废钢为基础的二次钢生产所用的方法规定，废钢经过装料装置而被投入到废钢预热器中，在此受到预热，随后被送入到熔化设备中，并被熔化，其中，离开熔化设备的过程气体用于废钢的预热，并在后燃烧装置中和相连的除尘设备中被清除有害物质和粉尘，作为冷却的净化的废气从除尘设备中被排出，

其特征在于在预热系统的气体运送方面：

·预热和熔化在能源上、流动技术上和空间位置上分开；

·后燃烧和预热在能源上、流动技术上和空间位置上分开。

按照本发明的用于在废钢基础上实现二次钢生产的设备规定，废钢经过装料装置被投入到废钢预热器中，在此被预热，然后被送入到熔化设备中加以熔化，其中，离开熔化设备的过程气体被用于废钢的预热，并在后燃烧装置中和相连的除尘设备中清除其有害物质和粉尘，作为冷却的净化的废气从除尘设备中排出，其特征在于：

各设备部分在空间上是彼此分开的，就预热系统的气体导向而言，废气处理系统的各部分是按以下顺序布置的，即：用于有害物质分离的吸收装置，后燃烧装置，用于气体加热和过程气体冷却的换热器，除尘设备，其中，这些设备部分经过管路彼此相连，使得：

·过程气体在其从熔化设备中出来之后便直接被导入后燃烧装置中，从这里被送往换热器，最后被引入到除尘设备中；

预热气体经过换热器、废钢预热器和吸收装置，同样地被导入到后燃烧装置中，并在此与过程气体相混合。

相对于一种常规的废气处理其设备部分的顺序是：

后燃烧-冷却-有害物质分离-除尘

本发明提出的系统原则上固然由相同的设备部分组成，但有新的顺序：

有害物质分离-后燃烧-冷却-除尘

依本发明，从熔化阶段产生的称之为过程气体的废气不直接用于废钢的预热，也就是说，预热不是直接通过熔化阶段产生的过程气体进行的，而是经过另一种气态预热介质例如空气、富氧的空气或惰性气体。

过程气体在掺入燃烧氧气的条件下直接输送给后燃烧。依此，通过使用合适的测量装置和调节装置，便可保证所有可燃烧的组份实现一种受控制的和完全的转化。另外还有一种可能性，就是将部分的过程气体量不经过进一步后处理就直接地再送回熔化阶段。

由后燃烧产生的高温热废气然后在一个换热器中用于预热介质的预热并在此加以冷却。

由于使用了换热器而不用急冷，所以依本发明可实现各处理阶段的热上的、能源上的和空间位置上的分开：熔化-预热和后燃烧-预热。

就处理过程而言还获得一种附加的自由度，因为在预热阶段的入口，可调节高温热空气温度。这一点可以通过后燃烧阶段中空气系数的改变，通过空气量的改变或者通过这两种措施的组合予以实现。此外，熔化阶段的加热可以与后燃烧或废钢预热无关地控制。

通过换热器中的废气所产生的高温热预热介质然后按顺流或按逆流被导引通过一预热器。由于无论其量还是其温度和氧含量都可保持稳定，所以在预热阶段就能调定出稳定的和不变的作业条件。这样，废钢预热温度在装料之前也可保持稳定。

由于预热阶段内稳定的作业条件(足够高的热空气温度，稳定的O₂-含量或明显的氧剩余量)，所以各种非所希望的杂质都可完全被氧化而转变成气相。有了高的氧剩余量，就不会发生低温炭化/焦化反应，从而就能有效地防止对PCDD/F的某些原始物质的形成。那些易挥发的物质可随预热介质一起从预热器中被排出。

含有害物质的废气然后被引导通过一个吸收器。在此吸收器中，气相有害物质被转移到一种多微孔的疏松固态物体上，从而被收集于此。适合于用作吸收体的，特别是以褐煤为基础的活性焦炭(平炉焦炭(HOK))或专用的吸收剂混合物。HOK对于有机物质和碱的极良好的分离性能从不同用途(尤其是垃圾焚烧设备-烟气净化)都是大家熟知的。载有害物质的吸收体要么完全从工艺过程中被排除，但也可部分地回收到熔化阶段。

经过净化处理的预热介质，如果它含有氧的话，可用于过程气体的后燃烧。视过程气体的参数而定，于此可能需要一种辅助燃烧。

废钢在预热器的出口处是“清洁的”，也就是说，全部附着的碳氢化合物都已转化成气相。这样，在熔化阶段的出口处，过程气体的粉尘负荷比正常已知的处理过程明显地减小了。此外，与一种常规的处理过程相比，还可以放弃一种二次性除尘或空间除尘(Raumentstaubung)，这是因为所有的设备部分都是可以气密地设计的。这样可以明显减少待处理的废气量，从而可减小各设备部分的结构尺寸。因此，通过本发明提出的工艺过程阶段熔化-预热-后燃烧在能源上的分开，本工艺方法可实现一种高度的工艺过程灵活性，与此同时还可获得高的能源效率。

依本发明还可补充地在高温热空气回路中安装附加的旁通管路，借以改进总过程中的温度控制：

·在废钢预热器的出口处，向以加载有有害物质的热空气掺入冷空气，以调节其进入吸收装置中的入口温度。

·在换热器之前，将已净化处理的热空气直接导回到新鲜空气流中，借以调节后燃烧装置中的温度。

·将一部分高温热空气作为氧化剂用于熔化设备。可直接将之送入熔化区。

·将一部分高温热空气作为氧化剂用于后燃烧。这样，废气温度可以在低的剩余热值或小的过程气体量(小的熔化功率)的情况下被提高或被保持稳定。这种连接对于从冷态出发的处理过程的启动也是有利的，以迅速达到生产温度。

按本发明提出的一个实施变型方案，作为用于废钢的预热介质也可以使用一种其它的或另一种介质(例如一种惰性气体)。其中，对过程气体的后燃烧所需的后燃烧空气于是在第二个换热器中进行加热。这另一种预热介质于是在设备部分之间的一个闭合的回路中：换热器-废钢预热器-吸收装置中被引导。于此，基本上实现燃烧阶段与预热阶段的分开，其中在预热器的出口处可达到较高的废钢温度。不过，这由于随着气体温度的上升废钢的氧化倾向亦逐渐增大在与含氧气体接触时会受到工艺上和经济上的限制。

下面将参照示意图中所示的流程图对本发明的基本原理的其它细节做详细说明。在图中仅包含过程步骤和物料流，这些对于了解本发明是必要的。因此，略去了例如大多数的冷却水流，粗粉尘分离器，火花分离器以及空间除尘装置。

附图说明

附图表示：

图1按现有技术的配有废钢预热的一种熔化过程的典型预热处理和废气处理的简化示意图；

图2按本发明的配有废钢预热系统的熔化过程的开式预热处理和废气处理的简化示意图；

图3图2所示基本流程图的一个通过旁通管路加以扩展的预热处理和废气处理的局部分解图；

图4预热处理和废气处理的可选的示意图，配有预热介质的闭合回路和分开的后燃烧空气预热系统。

具体实施方式

图1示出配有废钢预热系统的熔化过程的一个典型的废气净化处理的简化基本流程图。经过一个装料装置1将废钢10送往废钢预热器2，并在此以熔化设备3的过程气体19将之加热。热的废钢10然后到达熔化设备3中，在这里，废钢在添加氧20和填料13的情况下以古生物能源14和/或电能26加以熔化，并作为熔液11和炉渣12而离开熔化设备3。

在从废钢预热器2出来之后，过程气体19被送往废气处理系统30，在此系统中该过程气体首先利用古生物能源14在添加氧20的情况下加以后燃烧。在后燃烧装置4中产生的废气19’然后在一个冷却装置9中利用水17加以冷却，在一个吸收装置7中通过在一种吸收剂15上的积聚而清除有害物质，最后在一个除尘设备8中同粉尘16相分离。

图2中示出本发明提出的废气处理系统40的一个简化示意图，该系统配有具有废钢预热的熔化过程的开式预热处理和废气处理装置。在这里，废钢10也是经过一个装料装置1而被送往废钢预热器2的，而且在该预热器中不再是直接利用熔化设备3的过程气体19加热，而是间接利用高温热空气18’加热，这种热空气在一换热器5中是由空气18以过程气体19加热。如图1所示，热的废钢10然后到达熔化设备3中，于此，热的废钢在添加填料和或许以有害物质加荷的吸收剂、氧和或许回送的过程气体19的情况下，只能利用古生物能源熔化成熔液11和炉渣12。

在从废钢预热器2出来之后，过程气体19被送往本发明提出的废气处理系统40，在此废气处理系统中，该过程气体同样首先利用古生物能源14，在添加氧20和从吸收装置7出来的净化过的热空气18”的条件下，在后燃烧装置4中加以后燃烧。在这里获得的废气19’然后达到换热器5，在此加热新鲜空气19，然后在后燃烧装置8中被清除粉尘16。

用于预热空气18的开式回路的走向如下：在换热器5中加热为高温热空气18’的空气18被送入到废钢预热器2中，并作为以有害物质加载的热空气18’而离开废钢预热器，该热空气在吸收装置7中通过所加入的吸收剂15而被清除其有害物质，然后在后燃烧装置4中用作为过程气体19所需的氧化剂。热空气18”的进一步处理是同作为废气19’的过程气体19一起实现的，如前所述。

图3中以局部示意图示出图2所示的废气处理系统40，通过废钢预热器2以及通过一些旁通管路22、23、24、25加以扩展，旁通管路可用于改进空气回路中温度的调节。在如此扩展的废气处理系统40’中：

·通过旁通管路22将新鲜空气18在以有害物质加载的热空气18”被导入后燃烧装置4中之前掺入其中；

·通过旁通管路23，将已清除了有害物质的热空气18”掺入到新鲜空气18中；

·通过旁通管路24，将在换热器5中所产生的高温热空气18’直接送往熔化设备3；

·通过旁通管路25，将在换热器5中所产生的高温热空气18’直接送往后燃烧装置4。

通过上述旁通管路22、23、24、25，便可简单地对有害物质分离的温度调节、空气加热的温度调节、熔化和后燃烧的温度调节，都能起到一种附加的影响。

在图4中示出本发明提出的一种废气处理系统40’中预热处理和废气处理的另一个示意图，配有一个用于预热介质的闭合回路和分开的后燃烧空气的预热装置。在这一用途例子情况下作为预热介质，使用了一种在换热器5中加热成高温热气体21’的惰性气体21，该惰性气体在废钢预热之后和随后的有害物质分离之后，在闭合回路中被送回到换热器5。按这种方式也可以这么做：将一部分无有害物质的热气体21”在其重新加热之前在回路中送回给以有害物质加载的热气体21”(见图4中虚线所示)。

因此，对后燃烧所需的空气18已与预热介质即高温气体21’完全分离，所以在一个分开的换热器6中被加热成热空气18’。

本发明提出的方法以及为实施此方法所需的设备，并不局限于在流程图中所示的实施例；更确切地说，各个设备部分和连接它们的管路系统都可按照给定的条件由专业人员进行不同布置或扩展。但是本发明提出的预热和熔化及后燃烧和预热在能源上、流动技术上和空间位置上的分开则无论如何应加以保持的。

附图标记一览表

方法阶段

1 装料装置

2 废钢预热器

3 熔化设备

4 后燃烧装置

5 用于预热的换热器

6 用于后燃烧的换热器

7 用于有害物质分离的吸收装置

8 除尘设备

9 冷却装置

固态或液态物质

10 废钢

11 熔液

12 炉渣

13 填料

14 古生物能源载体

15 吸收剂

16 粉尘

17 水

气体

18 空气

18’ 高温热空气

18” 热空气

19 废气(过程气体)

19’ 废气(后燃烧之后)

20 氧

21 惰性气体

21’ 高温热惰性气体

21” 热惰性气体

其它

22 旁通管路1(用于空气与热空气混合)

23 旁通管路2(用于热空气与空气混合)

24 旁通管路3(直接用于熔化的高温热空气)

25 旁通管路4(直接用于后燃烧的高温热空气)

26 电能

30 按现有技术的废气处理系统

40 配有开式预热回路的废气处理系统

40’ 配有闭合预热回路的废处理系统

Claims

1.以废钢为基础的二次钢生产所用的方法，其中，废钢(10)经过装料装置(1)而被投入到废钢预热器(2)中，在此受到预热，随后被送入到熔化设备(3)中，并被熔化，其中，离开熔化设备(3)的过程气体(19)用于废钢(10)的预热，并在后燃烧装置(4)中和相连的除尘设备(8)中被清除有害物质和粉尘(16)，作为冷却的净化的废气(19’)从除尘设备中被排出，

其特征在于在预热系统的气体运送方面：

●预热和熔化在能源上、流动技术上和空间位置上分开；

●后燃烧和预热在能源上、流动技术上和空间位置上分开。

2.按权利要求1所述的方法，

其特征在于：

离开熔化设备的过程气体(19)被直接送入后燃烧装置(4)，然后在换热器(5，6)中通过使空气(18)和/或惰性气体(21)加热而被冷却并随后加以除尘。

3.按权利要求2所述的方法，

其特征在于：

在废钢预热器(2)中废钢(10)的预热按顺流或按逆流利用在换热器(5)中由空气(18)或由惰性气体(21)所产生的高温热预热气体(18’、21’)加以实现的。

4.按权利要求2所述的方法，

其特征在于：

在废钢预热器(2)中废钢(10)的预热按顺流或按逆流利用在换热器(5)中由富氧的空气所产生的高温热预热气体(18’、21’)加以实现的。

5.按权利要求3所述的方法，

其特征在于：

高温热预热气体(18’、21’)在预热废钢(10)之后作为被冷却的热气体(18”、21”)在一吸收装置(7)中利用一种吸收剂(15)实现与有害物质分离。

6.按权利要求5所述的方法，

其特征在于：

以有害物质加载的吸收剂(15)部分地回到熔化设备(3)中。

7.按权利要求3至6中任意一项所述的方法，

其特征在于：

在使用空气(18)或使用富氧的空气来预热废钢(10)的情况下，热空气(18”)在分离有害物质之后被送往后燃烧装置(4)，并在此作为氧化剂用于过程气体(19)的后燃烧。

8.按权利要求3至6中任意一项所述的方法，

其特征在于：

在使用惰性气体(21)的情况下，该惰性气体在分离有害物质之后在回路中被送回到换热器(5)。

9.按权利要求8所述的方法，

其特征在于：

一部分惰性气体(21)在闭合回路中被送回到吸收装置(7)，不事先进行换热。

10.按权利要求8所述的方法，

其特征在于：

在使用惰性气体(21)的情况下，对后燃烧所需的空气(18)在安置在惰性气体(21)用的换热器(5)后面的另外的换热器(6)中进行加热。

11.按权利要求1至6中任意一项所述的方法，

其特征在于：

为了调节进入吸收装置(7)的入口温度，利用旁通管路(22)向以有害物质加载的热空气(18”)掺入新鲜空气(18)。

12.按权利要求1至6中任意一项所述的方法，

其特征在于：

为了对送往废钢预热器(2)的高温热空气(18’)进行温度调节，在旁通管路(23)中在换热器(5)之前向新鲜空气(18)掺入已净化的热空气(18”)。

13.按权利要求1至6中任意一项所述的方法，

其特征在于：

作为附加的氧化剂，在旁通管路(25)中将一部分量的高温热空气(18’)送往后燃烧装置(4)。

14.按权利要求1至6中任意一项所述的方法，

其特征在于：

作为附加的氧化剂，在旁通管路(24)中将一部分量的高温热空气(18)直接送往熔化装置(3)。

15.实施按权利要求1至14之一所述方法所用的设备，用于在废钢基础上实现二次钢生产，其中，废钢(10)经过装料装置(1)被投入到废钢预热器(2)中，在此被预热，然后被送入到熔化设备(3)中加以熔化，其中，离开熔化设备(3)的过程气体(19)被用于废钢(10)的预热，并在后燃烧装置(4)中和相连的除尘设备(8)中清除其有害物质和粉尘(16)，作为冷却的净化的废气(19’)从除尘设备中排出，

其特征在于：

各设备部分在空间上是彼此分开的，就预热系统的气体导向而言，废气处理系统的各部分是按以下顺序布置的，即：用于有害物质分离的吸收装置(7)，后燃烧装置(4)，用于气体加热和过程气体冷却的换热器(5)，除尘设备(8)，其中，这些设备部分经过管路彼此相连，使得：

●过程气体(19)在其从熔化设备(3)中出来之后便直接被导入后燃烧装置(4)中，从这里被送往换热器(5)，最后被引入到除尘设备(8)中；

●预热气体(18，21)经过换热器(5)、废钢预热器(2)和吸收装置(7)，同样地被导入到后燃烧装置(4)中，并在此与过程气体(19)相混合。

16.按权利要求15所述的设备，

其特征在于：

为了使后燃烧装置(4)与废钢预热器(2)相分开，在过程气体流(19)中安置了附加的换热器(6)，用该换热器只加热后燃烧所需的空气(18)；而预热气体则在闭合回路中在断开后燃烧的情况下被引导通过设备部分，即换热器(5)、废钢预热器(2)和吸收装置(7)。