CN102076399A - Co和炼钢炉废气中可燃物的燃烧 - Google Patents

Co和炼钢炉废气中可燃物的燃烧 Download PDF

Info

Publication number
CN102076399A
CN102076399A CN2009801241360A CN200980124136A CN102076399A CN 102076399 A CN102076399 A CN 102076399A CN 2009801241360 A CN2009801241360 A CN 2009801241360A CN 200980124136 A CN200980124136 A CN 200980124136A CN 102076399 A CN102076399 A CN 102076399A
Authority
CN
China
Prior art keywords
waste gas
flow
hot oxygen
temperature
hot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2009801241360A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102076399B (zh
Inventor
K·T·吴
E·J·伊文森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Praxair Technology Inc
Original Assignee
Praxair Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Praxair Technology Inc filed Critical Praxair Technology Inc
Publication of CN102076399A publication Critical patent/CN102076399A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102076399B publication Critical patent/CN102076399B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/5211—Manufacture of steel in electric furnaces in an alternating current [AC] electric arc furnace
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/008—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases cleaning gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/502—Carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C2100/00—Exhaust gas
    • C21C2100/02—Treatment of the exhaust gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing
    • C21C5/305—Afterburning
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/527—Charging of the electric furnace
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/122—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by capturing or storing CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Furnace Details (AREA)
  • Incineration Of Waste (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

将含有自由基的热氧气流加入至炼钢容器排出的废气流中，以将该废气中的一氧化碳转化为二氧化碳。公开一种处理炼钢炉排出的废气流的方法：(A)提供温度低于2000F的废气流，通过从炉子中融熔钢表面之上的气氛中获得废气，其中获得的废气含有含量高于500ppm的一氧化碳，使空气进入所述获得的废气，并将所述获得的废气冷却到必须的程度，以使其温度低于2000F；(B)混合燃料和氧气，并在腔室中使混合物中的部分氧气与所述燃料燃烧，从而形成热氧气流，该热氧气流由所述含有氧气的腔室的出口排出，其中所述腔室中所述燃烧的停留时间足够长，以使得所述热氧气流具有高于在步骤(C)其所加入的废气流的温度。(C)加入步骤(B)形成的热氧气流。

Description

CO和炼钢炉废气中可燃物的燃烧
技术领域
本发明涉及对炼钢炉产生的废气流的处理。
背景技术
在电弧炉(EAF)炼钢过程中，EAF炉腔内部产生大量高温废气，其中含有高浓度的可燃气体，例如一氧化碳(CO)和氢气(H2)。这种高温废气达到了3000F或更高的温度，CO和H2的峰值浓度可分别高达60％和35％。为了降低电能消耗，EAF废气中所含的热能需要被在EAF炉腔内部尽可能地回收。
一种方法是在炉腔内部使用喷枪燃烧可燃物来回收CO和H2燃烧的化学热。另一种方法是回收废气流的能量，使用气流的热量预热将要被加入EAF的废钢。在一个实施例中，EAF废气被排入管道中，在该管道中废钢与废气流动方向相反方向运动，通过直接换热，所述热废气将废钢预热。空气被喷射进所述废钢预热管道中，以提供用于CO和H2燃烧的氧气。所述管道可具有安装的辅助燃烧器，用于增加废钢的热量至所需的预热温度。
如果未使用废钢预热，那么一旦所述废气离开EAF炉腔，未燃烧的CO、H2和其他可燃物所含的残留能量可被或可不被回收。为了炉子的稳定运行和环境因素，废气中残留的气体可燃物被燃烧至充分完全的级别，以使因此处理的废气可进一步在下游烟罩中清洗，并排放到大气中。例如，废气中的高温可燃物如CO和H2，通常被由“空气隙”引入的空气燃烧，所述空气隙位于连接EAF炉的“第四孔”的水冷排气管(在此称为“EAF排气管”)上。EAF排气管的下游，“沉降箱”也可用作附加CO和H2燃烧的二次燃室。沉降箱的燃烧空气由所述箱的上游引入，或通过喷枪引入所述箱中。基于熔融目的，如果操作者想要回收废气能量，沉降箱中排出的部分废气流可被循环返回至EAF炉腔。
尽管上述努力，废气中少量CO的存在(被称为“CO滑脱(CO slip)”)仍然是许多EAF操作者的业务问题。这是因为在EAF加热循环过程中，废气成分、体积和温度会有很大变化。这些废气性质的变化由于空气渗入量的变化和所加入的废钢成分的改变而更为复杂。因此，在整个EAF加热循环过程中，使袋式除尘器中CO的排放得到有效控制对炉子操作者来说是个挑战。如果CO排放超过规定限制，EAF操作者将面对沉重的经济处罚。
为了避免超过CO和其他可燃物的排放限制，一些EAF操作者可选择保守操作，以满足排放限制，但是代价为炉子的能源效率。例如，为了彻底将CO燃烧，操作者可将炉子或排气管压力设低，导致过量空气渗入。这些过量的空气增加了废气的总量和废气伴随的热量损失，因此降低了炉子的热效率。在其他的情况下，EAF炉的生产能力基本上被通过下游管道或沉降箱的从而彻底燃烧CO、H2和其他可燃物能力而限制。如果使用废钢预热，EAF操作者也可能面对烟道中含有逃逸气味和限制不期望副产品产生的问题，例如二恶英。
前述问题也适用于其他炼钢设备，例如碱性氧气转炉(BOF)，钢包精炼炉和氩-氧脱碳炉。
发明内容
本发明的一个方面，一种处理炼钢炉废气流的方法包括：
(A)通过从炉中融熔钢表面之上的气氛中获得废气，提供温度低于2000F的废气流，其中获得的废气含有含量高于500ppm的一氧化碳，使空气进入所述获得的废气，并冷却所述获得的废气到所需的程度，从而使其温度低于2000F；
(B)混合燃料和氧气，并在腔室中使混合物中的部分氧气与所述燃料燃烧，从而形成热氧气流，该热氧气流由所述含有氧气的腔室的出口排出，其中在所述腔室中所述燃烧的停留时间足够长，以使所述热氧气流具有高于在步骤(C)其所加入的废气流的温度，并且所述燃烧的停留时间足够短，以使得所述热氧气流含有包括如下自由基的所述燃烧的产品，该自由基选自由对应于通式O，H，OH，C2H，CH2，CjH2j+1或CjH2j-1的自由基构成的组，以及这些自由基的两种或多种的混合物，其中j为1-4；
(C)将步骤(B)形成的热氧气流加入到步骤(A)提供的废气流中，以将所述提供的流中的废气的温度升高至高于1100F，该温度高于其中被加入热氧化剂流的废气的温度，其中热氧气流的加入速率足以将其所加入的废气中的一氧化碳转变为二氧化碳，从而降低所述废气中一氧化碳的含量。
在前述方法的一个优选方面，将例如废金属的金属加入到前述炉子中的至少一个中，在所述金属加入至该炉子前，其与由所述炉子获得的所述废气接触直接换热，从而加热该金属和冷却所述废气。
在前述方法的另一优选方面，所述废金属含有有机物，由于与所述获得的废气流的所述换热，该有机物挥发进入所述获得的废气中，并且所述热氧气流与所述冷却的废气流一起以足够的流量混合，以使所述有机物转变为二氧化碳和水蒸气。
本发明涉及喷射高动量热氧气流或气流股以消灭低浓度级别的废气可燃物，特别是废气温度已经低于废气可燃物的自发点火温度的情况。由于喷射的氧气是热的且喷射动量高，该热氧气将与废气快速混合，因此提高了热氧气流中的自由基消灭废气中可燃物的能力，即使废气温度低于可燃物的点火温度。这些高动量热氧气流股通过在此记载的热氧气发生器制得。
附图说明
图1是图示典型炼钢炉系统的流程图，本发明可在该系统中实施。
图2是本发明使用的热氧气发生器的示意图。
图3是本发明使用的热氧气发生器的截面图。
图4是本发明另一实施方式的一部分的流程图。
图5是本发明又一实施方式的流程图。
图6是本发明另一实施方式的流程图。
发明详述
尽管以下对本发明的描述参照了附图，但是不应认为本发明被限定为附图所示的实施方式。
图1图示了本发明控制炼钢炉CO排放的几种不同可能的应用。为了控制CO排放，这些应用中的任何一个或多个可被分别地或作为一个整体系统实施。
参见附图1，废气10从电弧炉(“EAF”)20中产生，该电弧炉具有在融熔钢22上面的电极24。尽管图示了3根电极24，但也可以使用其他数目的电极，并且可使用交流电或直流电运行该EAF。废气流10经出口(有时称为“第四孔”)25流进一个管道(或风道)26中，然后流经空气隙27，所述空气隙27为管道26上的开口，周围大气中的空气可通过空气隙27进入到管道26内。优选通过空气隙27和/或装有废气的管道上的其他入口，使空气进入废气流中。借助或不借助风扇或叶轮使空气进入废气中，优选不借助。
空气隙27下游的废气流进入沉降箱50。在沉降箱50内，废气中较大的颗粒物质从废气中分离。气流52为从沉降箱50中排出的废气流。如果安装有喷吹燃烧氧化剂的喷枪和/或燃烧器(未示出)，该沉降箱50可被用作废气中可燃物燃烧的燃烧室。
如本发明所述，当向废气中加入热氧气流时，废气温度优选为2000F或更低。如果形成的废气已经为2000F或更低温度，那么该废气无需冷却。如果废气温度超过2000F，那么必须冷却该废气。通常，从例如EAF的炼钢炉气氛中回收的废气温度高于2000F。通过空气隙27和任何其他空气入口使空气进入废气流来冷却该废气。如有必要，可通过流经管道提供额外的冷却，在该管道中废气流经水套或其他等同装置，其中废气中的热量通过管道壁并离开管道壁。也可通过管道向大气环境的辐射和/或对流冷却提供废气的冷却。
热氧气流56加入到气流52中从而形成气流53，其中热氧气流56通过本发明所述的热氧气发生器54制备得到。
炉子20中形成的废气10也可通过上升进入顶盖30并进入顶盖管道31被回收。在该实施方式中，空气从周围大气中抽至管道31中。热氧气流33加入到气流31中从而形成气流34，其中热氧气流33通过本发明所述的热氧气发生器32制备得到。
按照本发明处理进行有利地处理的废气流也可来自于钢厂的其他来源，例如钢包精炼炉和/或氩-氧脱碳精炼炉。气流42表示任一种这种废气流，其也可为合并两个或多个钢包精炼炉的、两个或多个氩-氧脱碳精炼炉的或同时两种炉型的废气流形成的气流。热氧气流48，加入到气流42中从而形成气流49，其中热氧气流48通过本发明所述的热氧气发生器46制备得到。
如前所述，可使用这些热氧气发生器和气流中的任何一种，或者可使用其中的几种以处理几种不同废气流的CO含量。此外，可使用第二(或额外的)热氧气发生器将热氧气流加入到废气流，该位置在已加入热氧气流位置的下游。例如，热氧气发生器35的热氧气流36可加入，即使在上游已经加入了例如气流33和/或48的热氧气流。加入的例如气流36的热氧气流可在另一热氧气流加入位置的下游连续加入，或可作为热氧气的后备源被间歇开启和关闭，其中在热循环的特定时间阶段，CO浓度被评估为超过其正常水平时，为了提供充足的CO消除而需要。在图1所述的实施方式中，气流34和49结合形成气流38，热氧气流36可选的连续或间歇加入其中，形成气流39。
向一个或多个废气流中加入热氧气而形成的气流，例如图1情况中的气流39和53，可被合并形成气流58，气流58进入袋式除尘器60，通过细小颗粒物的去除净化废气。如果需要，例如39和53的气流可分别加入到袋式除尘器60，或加入到不同的袋式除尘器。袋式除尘器60排出的气流64通过风扇抽出，例如引风机80，净化的废气经排气管100顶部的开口120排入大气中。风机80，如果具有的话，也可有助于将废气流根据可能的情况吸入至管道26，和/或顶盖30和/或气流42中，如图1所示。
参照图2和3描述热氧气流的形成，例如由相应的热氧气发生器形成的气流56、33、48和/或36，以使用热氧气发生器54作为示例。向热氧气发生器54提供氧化剂气流202，其氧气浓度至少为30体积百分比，优选为85体积百分比，热氧气发生器54优选为腔室或管道，其通过发生器54上合适的开口，与管道连接，该管道装有向其中加入热氧气的废气流。最优选氧化剂202为氧气浓度99.5体积百分比或更高的工业纯氧。加入热氧气发生器的氧化剂202具有初速度，其通常在50-300英尺每秒(fps)的范围内，且通常小于200fps。
燃料气流204经适合的燃料喷嘴提供到热氧气发生器54，所述燃料喷嘴可为任何适合的通常用于燃料喷射的喷嘴。该燃料可为任何适合的可燃物流体，其示例包括天然气、甲烷、丙烷、氢气、炼厂燃料气、垃圾填埋场废气、合成气、一氧化碳和焦炉煤气。加入热氧气发生器54中的燃料中存在氢气是有利的，明显有助于CO向CO2的转化，因为形成热氧气流的燃烧促进了热氧气流中(非离子型)OH和O自由基的形成。优选该燃料为气体燃料。也可使用例如2号燃油的液体燃料，尽管与气体燃料相比，液体燃料与氧气燃烧将更难保持良好的混合和安全可靠的燃烧。
向热氧气发生器54提供的燃料204在此与氧化剂燃烧，从而产生热量和燃烧反应产物，例如二氧化碳和水蒸气。优选氧气浓度不高于大约35％的氧化剂与该燃料燃烧。如果在热氧气发生器中，高于大约35％的氧气与该燃料燃烧，那么应当采取适当的措施，例如使用耐火材料结构和/或使用散热功能，例如水冷壁，防止剩余氧气的温度增加至不希望的水平。
热氧气发生器54中产生的燃烧反应产物可与一些氧化剂202中剩余的氧气混合，因此向剩余的氧气提供热量，并使其升温。优选地，以高速度向热氧气发生器54供应燃料，通常高于200fps，且通常在500-1500fps的范围内。所述高速度旨在将氧化剂带入至燃烧反应产物中，因此促进腔室中燃料的燃烧。
通常氧化剂供给管道内剩余氧化剂的温度升高至少大约500F，并优选至少大约1000F。优选剩余氧气的温度不超过大约3000F，避免供应管道和喷嘴的过热问题。
当热氧气发生器54内剩余氧气温度的升高，达到进入废气的任何给定的氧气喷射速度所需的氧气供应压力降低。例如，在室温下喷射氧气，为了以800fps的速度向废气喷射氧气，所需的压力超过7磅/平方英寸表压(psig)。当氧气温度升高，所需压力急剧降低。在1500F的温度下，所需压力为1.65psig，在3000F的温度下，所需压力仅为0.91psig。当温度超过3000F，将没有更多的额外好处，因此为不超过35％的氧气与燃料燃烧提供了另一因素。因此，以这种方式的热氧气的产生可提供朝向废气的高速度的热氧气流56，而无需高供应压力，因而降低或消除了在将氧气通入废气之前压缩氧气的需求，否则如果氧气源压力不高的话其将是必须的。
热氧气发生器54中发生的燃烧将被以这样的方式实施，其可以使得从发生器54排出的热氧气流56含有一种或多种自由基，该自由基选自由对应于通式O，H，OH，C2H，CH2，CjH2j+1或CjH2j-1的自由基构成的组，以及这些自由基的两种或多种的混合物，其中j为1-4。这可通过如下方式实现，即通过使还原剂(燃料与氧气)在热氧气发生器中的停留时间足够长，以使燃料和氧气的燃烧反应在热氧气发生器中发生，产生温度高于废气温度的气流，其中该气流加入到废气中，并同时使所述停留时间足够短，以使得存在上述自由基中的至少一部分。反过来，该停留时间由发生器54内空间的体积，燃料气流204和氧化剂气流202加入发生器54的速度，和从发生器54排出热氧气流56的退出口的尺寸所决定。优选的停留时间为大约1-2毫秒。
参见附图3，其图示了热氧气发生器54(或发生器32、34和46)的截面。燃料204从直径为“X”的口205射出。氧气流202在口205的前部流动，并与燃料燃烧。产生的热氧气流56经口201从发生器54中排出，口201的直径为“Y”。口205与口201间的距离为“Z”。通常，结合热氧气发生器的尺寸、燃料和氧气向该发生器的加入速率和退出口的尺寸来提供停留时间，在该停留时间下可产生具有所需温度的热氧气流和所需含量的燃烧自由基，以便降低向其中加入热氧气流的废气流中的CO含量，其包括如下：
X：0.3-1.0mm
Y：1.5-2.65mm
Z：1.0-3.5英寸
燃料(天然气)向发生器的加入速率：2-14scth
氧气向发生器的加入速率：16-72scfh
发生器内的压力：15.1-67.8psia
热氧气流56优选含有至少75％(体积)的O2。该气流的典型成分为大约80％O2，12％H2O，6％CO2，一些高活性自由基，例如(非离子型)OH，O和H，和前述的自由基，它们对于激活和氧化CO成CO2特别有效。热氧气流56经口201排出，并以高速度和高动量加入至废气中，这将导致热气体和废气的加速混合。
以这种方式获得的热氧气流56(以及气流33，36和/或48，和实施发明所产生和使用的其他气流)，通常具有至少1600F的温度，并优选至少2000F。通常热氧气流的速度将在500-4500英尺每秒(fps)的范围内，优选在800到2000或2500fps，并将超过初始速度至少300fps。在优选实施方式中，该速度为1马赫。
US专利No.5266024的说明书中进一步描述了高动量热氧气流的形成，该专利的内容在此以引用方式并入。
高速度热氧气流被认为是以速度梯度或流体剪切，及湍流射流混合的方式通过射流边界进入其被加入的废气。合并废气和热氧气流形成的气体气流，该混合物中包括热氧气和废气的反应产物，具有至少1000F的温度，优选至少1250F，尽管当该混合物的温度在1400F以上时可被认识到具有优点。
在热氧气流的每个应用中，例如将热氧气流56加入至废气流52，气流56以高动量加入至炼钢炉废气中。通过增加热氧气和废气的亲密混合，提高了所期望的热氧气与废气的反应。可通过将热氧气分为多个气流并将这些气流加入至废气，或者通过与废气垂直或逆流方向加入热氧气来促进该亲密混合。优选地，通过在例如运输废气流52的管道的管道内提供物理结构，来促进该亲密混合，这将促进热氧气和废气的接触。这些结构的示例包括气体必须流经的丝网或挡板。在热氧气将废气中的CO燃烧成为CO2的过程中，热氧气和废气混合。产生的气体混合物，例如气流53，包含热氧气和废气间这些反应的产物。
安装热氧气发生器的优选位置为这样的位置，其可以使得当废气温度太低，对于单独喷吹空气而不能有效消除废气中足够量的CO时，将热氧气流加入至该废气中。例如，热氧气发生器在这种情况下可被有效的使用，其将热氧气加入的区域，该区域中的废气温度至多1800F，例如1000F-1800F，优选1100F-1600F，或甚至至多1500F或甚至1400F。即使在这种温度下，CO的消除仍可发生，从而将废气中的CO浓度降低至小于500ppm，甚至100ppm或更低。在喷吹热氧气流后，结合气流优选具有1350-1450F的温度。热氧气流的典型喷吹速度为500-3500fps，优选为1000-2800fps。
图4、5和6图示了本发明的实施方式，其中在加入材料加入至炼钢炉之前，通过炉子的废气预热炼钢炉的加入材料，例如废金属。图4、5或6中的附图标记也出现在图1中，且具有与图1中相同的含义。
如图4所示，EAF废气10流经第四孔25，随后流经管道26，然后经过空气隙27。在空气隙之后，废气流分裂为两股气流436和438。气流436进入预热器440，例如所谓的料斗预热器，而气流438由预热器440旁边通过。向预热器440中周期性加入加入材料，例如废钢料442，当热废气流436流经废钢料时将其预热。由于热量传递到炉料442，废气被冷却，该废气作为气流437流出预热器440。加热的炉料442加入至EAF20。
安装热氧气发生器450，以将热氧气流452加入至预热器440下游的气流437中，其按照本发明所述的关于发生器54的方式配置和操作。热氧气流452中所含的热氧气与气流437快速混合，消除气流437中的CO。产生的气流439与气流438结合形成气流454，气流454依次可选地与EAF顶盖30排出的气流31结合，形成气流58。如本发明所述，废气流454和58可由下游的污染控制设备处理。
图5图示了另一实施方式，其使用了根据本发明所述形成的热氧气流，以控制连续工作的预热器的气体排放，该预热器用于预热例如废金属的加入材料。在这种情况下，废钢炉料535通过加料器540连续加入经过预热器530，预热器530可为例如管道的密闭空间，其装备有加入材料的输送带。废气流10以炉料535逆流方向流经预热器530，其中通过废气10的热量传递来加热炉料材料，同时废气10被冷却。空气可经预热器和/或废气流入预热器经过的通道上设置的一个或多个开口或通风口527进入。预热后，废钢炉料落入EAF20的融熔钢22内用于炼钢。热氧气发生器550，按照本发明所述的关于发生器54的方式配置和操作，其安装在接近废钢加料器540的端头的位置，并产生在预热器530内加入至废气流10的热氧气流552。气流552所含的热氧气与气流10快速混合，消除废气中的CO。产生的气流554流经预热器530，并可选的与例如EAF顶盖30排出的气流31结合形成气流58，气流58可根据本发明所述被进一步处理。
图6图示了本发明的另一应用，即，应用于具有竖井部分642和烟罩部分646的竖炉620，竖井642位于该炉的上部以从炉子中收集废气，烟罩部分646位于竖井部分642之上，接收竖井部分642的废气。在该实施例中，例如废金属的加入材料经炉门647被加入至烟罩和竖井部分中。通过平板640和644(通常被称为“梳状挡板”)，加入的废钢641(如图5中加入材料535相同，以黑实点表示)被保持住，平板640和644具有开孔，废气可通过该开孔流动。废气10流经加入的废钢641，且当流经废钢的时将加入的废钢预热。然后使预热的废钢从竖井部分642加入至炉子620的融熔钢22中。通过向加入的废钢641的热交换，废气10被冷却。热氧气发生器654中排出的热氧气流656在烟罩部分646的顶部被喷入并与废气流10混合，其中热氧气发生器654按照本发明所述的关于发生器54的方式配置和操作。也可安装热氧气发生器650，在废气10离开烟罩部分646后将热氧气流652加入至废气。经竖井部分642和/或烟罩部分646和/或连接平板640或644的这些部分的任意处的开口可使空气进入废气中。
在这些实施方式中的任意一个中，或任何其他实施方式中，炼钢容器的废气被用于预热该容器的加入材料，该加入材料可含有有机物，例如残留物或废料。当加入材料上或内部存在有机物时，如本发明所述，加入材料的预热可产生气体排放，这表示加入材料上或内部的有机物的气体状态，或将所述有机物暴露于使加入材料与废气传热接触或其混合物所遇到的温度时，而形成的气体有机副产品。这些气体排放可能含有这样的化学组分，其能引起难闻的气味，或如果这些组分含有如二恶英成分的有害物质或如果暴露在通常的预热条件下该组分可形成有害物质，其可能是有害的。
无论向废气预热加入材料的装置内的废气流，还是向该装置的下游加入热氧气流都具有额外的益处，即通过将化学(有机)组分转化为二氧化碳和水，而将其去除或甚至完全消除，其中热氧气体按本发明所述方式形成。
为了达到更满意的CO向二氧化碳的转化，以及由废气预热的加入材料进入废气的潜在的有害化学物质的去除或消除，以下三个准则十分重要：(1)实现热氧气流和废气的良好混合；(2)由热氧气流和废气形成的混合物的温度处于合适的范围内；(3)混合具有充足的完成CO燃烧为CO2的停留时间。本发明所述条件内的操作满足这些准则。
与传统的冷的或室温的氧气喷枪，或当废气排出炉子时在废气管道安装和使用二次燃烧燃烧器相比较，本发明所述的热氧气流的使用具有如下优点：
-当本地废气温度过低而不能有效消除CO时，热氧气流为废气提供了必要的热量。
-为了更好的混合，从而将CO消除至更低的浓度级别，本发明所述的热氧气发生器以高喷射动量传递热氧气。
-热氧气的喷射对于整个气体在废气管道中的停留时间没有太大影响，因为喷射的氧气的体积相对应废气的体积通常很小(1％-3％vol.)。
-热氧气发生器设计非常紧凑，当管道或安装空间受到严格限制时，这就为场地安装提供了灵活性。
-本发明所述的热氧气发生器消除CO而无需增加废气中的NOx浓度。
使用本发明所述的热氧气发生器和热氧气流消除废气流中的CO提供了如下工艺优点：
-增加炼钢炉的容量(即生产速率)
本发明能使已有炉子的容量被提高，如果该炉子的生产速率被高废气CO排放限制的话。如果EAF炉增加其生产速率，将产生更大量的废气。由于这些增加的废气量，安装在管道上游的空气基CO烧尽装置可能不能将CO燃烧至在袋式除尘器满足排放限制的级别。增加生产速率其他可能的结果是EAF管道可能被风扇的能力所限制，意味着已有风扇供应的用于CO燃烧的空气具有最大量。在本发明中，操作者可使已有空气基CO烧尽系统以其消除CO的最大能力运行。接着可使用安装于该空气系统下游的热氧气发生器，最终将CO烧尽，在该处空气基系统将不再有效地消除CO。
-提高炉子效率(即，生产每吨钢的电耗)
许多炉子操作者以非常保守的方式控制他们的炉子，以努力确保工厂排放的所有的CO和其他可燃物满足规定的排放标准。例如，操作者可能会增加管道吸气压力，使过量的空气进入管道用于CO、H2和其他可燃物的二次燃烧。通过供应高百分比的过量空气用于二次燃烧，炉子可满足CO排放标准，但是代价是其热效率。这是因为高空气渗入增加了废气体积和其总热量。在没有外部废气循环的情况下，这些废气中所含的可用热量成为热损失。废气量升高也增加了下游废气清洁设备的运行成本。
-避免监管处罚
为了满足具体的CO排放目标，本发明为炉子操作者提供了一种简单有效的方法。热氧气发生器成为一个炉子的确保装置，其中该炉子的运行环境是动态和短暂性的。使用本发明，由于知道在有需求时无论气流被连续加入还是周期性加入，任何向下游管道CO滑脱都将被热氧气流所消除，操作者可更灵活的操作他们的炉子以满足不断变化的工艺需求。

Claims (15)

1.一种处理来自炼钢炉的废气流的方法，包括：
(A)通过从炉中融熔钢表面之上的气氛获得废气，提供温度低于2000F的废气流，其中获得的废气含有其量高于500ppm的一氧化碳，使空气进入所述获得的废气，并冷却所述获得的废气到所需的程度从而使其温度低于2000F；
(B)混合燃料和氧气，并在腔室中使混合物中的部分氧气与所述燃料燃烧，从而形成热氧气流，该热氧气流由所述含有氧气的腔室的出口排出，其中在所述腔室中所述燃烧的停留时间足够长，以使所述热氧气流具有高于在步骤(C)其所加入的废气流的温度，并且所述燃烧的停留时间足够短，以使得所述热氧气流含有包括如下自由基的所述燃烧的产品，该自由基选自由对应于通式O，H，OH，C2H，CH2，CjH2j+1或CjH2j-1的自由基所构成的组，以及这些自由基的两种或多种的混合物，其中j为1-4；
(C)将步骤(B)形成的热氧气流加入到步骤(A)提供的废气流中，以将所述提供的流中废气的温度升高至高于1100F，该温度高于其中被加入热氧化剂气流的废气的温度，其中所述热氧气流的加入速率足以将其所加入的废气中的一氧化碳转变为二氧化碳，从而降低所述废气中氧化碳的含量。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括在所述热氧气流被加入到所述废气流之前，通过与所述获得的废气直接换热来加热加入材料，并将所述加热的加入材料加入到所述融熔钢中。
3.根据权利要求1的方法，向其中加入所述热氧化剂气流的废气流具有至多1800F的温度。
4.根据权利要求1的方法，向其中加入所述热氧化剂气流的废气流具有至多1500F的温度。
5.根据权利要求1的方法，其中在步骤(C)将步骤(B)形成的热氧气流以至少500英尺每秒的速度加入至所述废气流中。
6.根据权利要求1的方法，其中在步骤(C)将步骤(B)形成的热氧气流以1马赫的速度加入至废气流中。
7.根据权利要求1的方法，其中在步骤(C)中，将所述废气中一氧化碳的浓度降低到低于500ppm。
8.根据权利要求1的方法，其中在步骤(C)中，将所述废气中一氧化碳的浓度降低到低于100ppm。
9.根据权利要求2的方法，其中所述加入材料包含有机物，且向其中加入所述热氧气流的废气含有气态有机排放物，该排放物由加热所述加入材料而形成，并且被加入至所述废气的所述热氧气流将所述气态有机排放物转化为包含二氧化碳和水的产物。
10.根据权利要求2的方法，其中向其加入所述热氧化剂气流的废气流具有至多1800F的温度。
11.根据权利要求2的方法，其中向其加入所述热氧化剂气流的废气流具有至多1500F的温度。
12.根据权利要求2的方法，其中在步骤(C)将步骤(B)形成的热氧气流以至少500英尺每秒的速度加入至废气流中。
13.根据权利要求2的方法，其中在步骤(C)将步骤(B)形成的热氧气流以1马赫的速度加入至废气流中。
14.根据权利要求2的方法，其中在步骤(C)中，将所述废气中一氧化碳的浓度降低到低于500ppm。
15.根据权利要求2的方法，其中在步骤(C)中，将所述废气中一氧化碳的浓度降低到低于100ppm。
CN2009801241360A 2008-06-26 2009-06-23 Co和炼钢炉废气中可燃物的燃烧 Expired - Fee Related CN102076399B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US7595808P 2008-06-26 2008-06-26
US61/075958 2008-06-26
PCT/US2009/048211 WO2009158320A1 (en) 2008-06-26 2009-06-23 Combustion of co and combustibles in steel furnace offgases

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102076399A true CN102076399A (zh) 2011-05-25
CN102076399B CN102076399B (zh) 2013-08-28

Family

ID=40885978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009801241360A Expired - Fee Related CN102076399B (zh) 2008-06-26 2009-06-23 Co和炼钢炉废气中可燃物的燃烧

Country Status (12)

Country Link
US (3) US20110094340A1 (zh)
EP (1) EP2313179B9 (zh)
JP (1) JP5398090B2 (zh)
KR (1) KR101635229B1 (zh)
CN (1) CN102076399B (zh)
AT (1) ATE544505T1 (zh)
BR (1) BRPI0914420A2 (zh)
CA (1) CA2729114C (zh)
ES (1) ES2381930T3 (zh)
MX (1) MX2010013940A (zh)
WO (1) WO2009158320A1 (zh)
ZA (1) ZA201009049B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104121581A (zh) * 2014-07-23 2014-10-29 华东理工大学 一种高效低NOx管式加热炉低浓度富氧燃烧系统及燃烧器
CN104203374A (zh) * 2012-03-30 2014-12-10 阿尔斯通技术有限公司 用于处理未燃烧物的方法和设备

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1401963B1 (it) * 2010-09-23 2013-08-28 Tenova Spa Scambiatore di calore per il raffreddamento rapido di fumi di impianti siderurgici, apparato di trattamento di fumi di impianti siderurgici comprendente tale scambiatore di calore e relativo metodo di trattamento.
US20130328252A1 (en) * 2012-06-12 2013-12-12 SSAB Enterprises, LLC Furnace direct evacuation system
CN109028106B (zh) * 2018-08-28 2020-03-31 中石化（洛阳）科技有限公司 一种降低催化裂化非完全再生烟气NOx的方法
CN109234490B (zh) 2018-11-07 2020-06-26 北京科技大学 一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹方法及系统
CN109971914B (zh) * 2019-03-26 2020-04-14 东北大学 一种利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统及方法
CN109971916B (zh) * 2019-04-01 2020-04-14 东北大学 一种利用转炉废气预热废钢的装置及方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5266024A (en) * 1992-09-28 1993-11-30 Praxair Technology, Inc. Thermal nozzle combustion method
US5400358A (en) * 1992-10-13 1995-03-21 Consteel, S.A. Continuous scrap preheating
JP3072456B2 (ja) * 1994-04-15 2000-07-31 新日本製鐵株式会社 製鋼用アーク炉の排ガス処理設備
US5572544A (en) * 1994-07-21 1996-11-05 Praxair Technology, Inc. Electric arc furnace post combustion method
US5599375A (en) * 1994-08-29 1997-02-04 American Combustion, Inc. Method for electric steelmaking
US5714113A (en) * 1994-08-29 1998-02-03 American Combustion, Inc. Apparatus for electric steelmaking
JP2976096B2 (ja) * 1995-06-26 1999-11-10 誠吾 田淵 鉄屑溶解用電気炉のダイオキシン発生防止方法とダイオキシン発生防止装置
US5943360A (en) * 1998-04-17 1999-08-24 Fuchs Systems, Inc. Electric arc furnace that uses post combustion
US6372009B1 (en) * 1999-08-20 2002-04-16 Kvaerner Metals Method for reducing CO and VOC's in steelmaking furnace off-gas stream without forming or exhausting undesirable products
US7022992B2 (en) * 2002-01-17 2006-04-04 American Air Liquide, Inc. Method and apparatus for real-time monitoring of furnace flue gases
CN1225314C (zh) * 2002-02-01 2005-11-02 北京科技大学 一种炼钢吹氧设备、工艺及用途
US6748004B2 (en) * 2002-07-25 2004-06-08 Air Liquide America, L.P. Methods and apparatus for improved energy efficient control of an electric arc furnace fume extraction system
JP2004212005A (ja) * 2003-01-08 2004-07-29 Jp Steel Plantech Co アーク溶解設備における熱量監視装置
US7470412B2 (en) * 2005-12-21 2008-12-30 Praxair Technology, Inc. Reduction of CO and NOx in regenerator flue gas
US7959892B2 (en) * 2008-06-18 2011-06-14 Praxair Technology, Inc. Reduction of CO and NOx in full burn regenerator flue gas

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104203374A (zh) * 2012-03-30 2014-12-10 阿尔斯通技术有限公司 用于处理未燃烧物的方法和设备
CN104203374B (zh) * 2012-03-30 2017-09-26 通用电器技术有限公司 用于处理未燃烧物的方法和设备
CN104121581A (zh) * 2014-07-23 2014-10-29 华东理工大学 一种高效低NOx管式加热炉低浓度富氧燃烧系统及燃烧器
CN104121581B (zh) * 2014-07-23 2016-06-29 华东理工大学 一种高效低NOx管式加热炉低浓度富氧燃烧系统及燃烧器

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110022623A (ko) 2011-03-07
ES2381930T3 (es) 2012-06-01
CN102076399B (zh) 2013-08-28
ATE544505T1 (de) 2012-02-15
MX2010013940A (es) 2011-03-21
US20140076106A1 (en) 2014-03-20
JP2011526354A (ja) 2011-10-06
KR101635229B1 (ko) 2016-06-30
WO2009158320A1 (en) 2009-12-30
ZA201009049B (en) 2011-09-28
EP2313179B1 (en) 2012-02-08
BRPI0914420A2 (pt) 2015-10-20
JP5398090B2 (ja) 2014-01-29
US20120213684A1 (en) 2012-08-23
US20110094340A1 (en) 2011-04-28
EP2313179B9 (en) 2012-09-26
CA2729114C (en) 2013-05-14
EP2313179A1 (en) 2011-04-27
CA2729114A1 (en) 2009-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102076399B (zh) Co和炼钢炉废气中可燃物的燃烧
EP0592723A1 (en) Continuous scrap preheating
CN1759941A (zh) 新型加热熔融处理垃圾焚烧飞灰方法及设备
KR100381931B1 (ko) 분사공기류를고로내에공급하기위한방법
CN104479743B (zh) 一种以水蒸气为气化介质的垃圾等离子体气化炉
CN110470141A (zh) 一种利用兰炭无害化处理垃圾飞灰装置与方法
CN107363072A (zh) 废物的熔池熔炼方法
HU188685B (en) Process for production of combustible gas in iron-bath reactor containing carbon monoxid and hydrogen
CN108517387A (zh) 一种转炉煤气净化及余热回收利用系统
EP0432293B1 (en) Method for recovering waste gases from coal combustor
CN111250510B (zh) 一种分段运行的飞灰熔融处理装置及飞灰熔融处理方法
CN112923376B (zh) 一种回转式灰渣熔融态玻璃化富氧焚烧系统及工艺方法
US5505145A (en) Process and apparatus for waste incineration
CN111947158A (zh) 一种危险废物低温熔融系统
EP2705122B1 (en) Procedure and installation for plasma heat treatment of a gas mixture
CN212673230U (zh) 一种危险废物低温熔融系统
CN100572564C (zh) 在废钢基础上二次钢生产所用的方法和设备
CN105783022A (zh) 一种窑炉的催化燃烧方法及装置
RU2135895C1 (ru) Установка для сжигания бытовых отходов
CN211060122U (zh) 一种危险废物无害化处理装置
CA1206751A (en) Process of afterburning combustible constituents of exhaust gases from rotary kilns
CN212537850U (zh) 等离子体气化熔融炉
RU2722937C1 (ru) Способ термической переработки твердых отходов
CN109307271B (zh) 一种双炉腔垃圾处理设备
CN117212827A (zh) 一种垃圾烟气二次燃烧装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130828

Termination date: 20200623