CN102428192B - 用于操作回热加热器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于操作回热加热器(10)的方法，特别是鼓风炉的热风炉，该回热加热器(10)包括第一腔室(12)和第二腔室(22)，第一腔室(12)具有布置于其中的燃烧器(14)，第二腔室(22)包括储热装置。这种方法包括：加热循环，其中，将燃料和氧化气体供应至第一腔室(12)的燃烧器(14)，并允许其燃烧，并且其中，将热废气引导通过第二腔室(22)以加热储热装置；以及鼓风循环，其中，将工艺气体供应通过第二腔室(22)，以从储热装置获得热量。根据本发明的一个重要方面，加热循环包括以下步骤：将第一燃料流(38)供应至回热加热器(10)的燃烧器(14)；将第二燃料流(42)供应至预燃烧室(44)；将氧气(46)供应至预燃烧室(44)；允许第二燃料流(42)和氧气(46)反应以形成氧化气体(48)；以及将氧化气体(48)供应至回热加热器(10)的燃烧器(14)。在加热循环结束时，停止对预燃烧室(44)的氧气(46)的供应，同时将第二燃料流(42)进一步供应至预燃烧室(44)并将第一燃料流(38)进一步供应至燃烧器(14)。
Description
技术领域
本发明通常涉及一种用于操作回热加热器(例如，鼓风炉的热风炉)的方法。更具体地，本发明涉及这种回热加热器的改进的加热循环。
背景技术
鼓风炉通常被供以从回热加热器(例如，热风炉或卵石加热器)接收的热风空气。这种回热加热器通常包括在顶部由冲天炉流体连接的第一柱塔(column)和第二柱塔。燃烧器布置在第一柱塔的下部中，用于燃烧燃料和氧化气体。由燃烧产生的热废气经过第一柱塔朝着冲天炉上升，在冲天炉处，热废气被引入第二柱塔中。第二柱塔填充有从热废气吸收热量的格子砖。然后，废气经由第二柱塔的下部中的开口离开第二柱塔。在加热循环之后，将回热加热器切换到鼓风循环，其中，冷空气通常经过第二柱塔的下部中的开口被供应至回热加热器中。当冷空气流经填充有热格子砖的第二柱塔时，将热量从格子砖传递至冷空气，从而加热空气。在第二柱塔的顶部，热空气然后经由冲天炉流入第一柱塔中。热空气最终经由布置于燃烧器上方的鼓风口离开第一柱塔。然后，热空气作为热风空气被供应至鼓风炉。
这种回热加热器及其操作对于技术人员来说是众所周知的，并且，通常用来将鼓风(blast air)加热至高达大约1250℃的温度，以喷射至鼓风炉中。近些年来，为了减少向大气中的CO2排放，炉顶煤气再循环设备的使用已经成为关注的中心。这种炉顶煤气再循环设备从鼓风炉的顶部回收炉顶煤气，并在将回收的炉顶煤气喷射回鼓风炉中之前，将其通过循环过程供应。循环过程包括炉顶煤气的初始清洁，以在炉顶煤气经历CO2去除之前，去除例如尘粒。炉顶煤气被供应通过CO2去除单元，在CO2去除单元中，通常通过变压吸附(PSA)或真空变压吸附(VPSA)从炉顶煤气去除CO2。CO2去除单元产生两种气流：富含CO2的尾气和富含CO的工艺气体。通常将富含CO2的尾气供应通过低温单元，以从富含CO2的尾气中分离出纯CO2。然后，通常将纯CO2泵入地面以便储存。可以加热富含CO的工艺气体，并将其作为还原气体供应回至鼓风炉中。
可在回热加热器中执行富含CO的工艺气体的加热。然而，用富含CO的工艺气体(即，还原气体)代替冷鼓风涉及到回热加热器的操作。实际上，在加热循环过程中被供应至回热加热器的氧化气体与在鼓风循环过程中通过回热加热器供应的还原气体不兼容。为了避免当供应还原气体时在回热加热器中存在氧化气体，可建议：在开始鼓风循环之前执行回热加热器的清洗。然而，用其体积的至少三倍来清洗回热加热器是昂贵的、耗时的且不必要地降低了格子砖的温度。
技术问题
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的用于操作回热加热器的方法，其中，该方法允许安全地加热回热加热器中的还原气体。该目的通过根据本发明的用于操作回热加热器的方法实现。
发明内容
本发明提出一种用于操作回热加热器(特别是鼓风炉的热风炉)的方法，该回热加热器包括第一腔室和第二腔室，第一腔室具有布置于其中的燃烧器，第二腔室包括储热装置。这种方法包括：加热循环，其中，将燃料和氧化气体供应至第一腔室的燃烧器，并允许其燃烧，并且其中，将热废气引导通过第二腔室以加热储热装置；以及鼓风循环，其中，将工艺气体供应通过第二腔室，以从储热装置获得热量。根据本发明的一个重要方面，加热循环包括以下步骤：将第一燃料流供应至回热加热器的燃烧器；将第二燃料流供应至预燃烧室；将氧气供应至预燃烧室；优选地在高温下，允许第二燃料流和氧气反应以形成氧化气体；以及将氧化气体供应至回热加热器的燃烧器。在加热循环结束时，停止对预燃烧室的氧气供应，同时将第二燃料流进一步供应至预燃烧室并将第一燃料流进一步供应至燃烧器。
当将第二燃料流继续供应至预燃烧室中时，第二燃料流与仍存在于预燃烧室中的氧气反应，以形成氧化气体。另外，朝着回热加热器的燃烧器，推动仍存在于预燃烧室中或预燃烧室和燃烧器之间的供应管线中的任何氧化气体，在燃烧器处，仍用第一燃料流燃烧氧化气体。结果，系统中的氧气的量逐渐减少，直到系统中基本上没有氧气为止，即，在预燃烧室、供应管线或燃烧器中不再有氧气。由于不再有氧气供应至系统，所以，实际上从两端消耗氧气，从而导致氧气浓度的快速降低。不再将氧气推动穿过回热加热器的第一或第二腔室，从而保持后者基本上没有氧气。这允许在鼓风阶段过程中安全地供应还原气体通过回热加热器，而不必在每个鼓风循环之前清洗回热加热器。然而，应注意到，在回热加热器的其他部分中，由于预燃烧室中的第二燃料流的稍微过量的化学计量的燃烧，可能存在少量的氧气。以上方法的一个重要优点是，回热加热器可用于与冷鼓风一起使用的传统应用以及与还原气体一起使用的应用，不必改变回热加热器的结构。
优选地，将第二燃料流供应至预燃烧室，直到耗尽预燃烧室中、燃烧器中以及预燃烧室和燃烧器之间的供应管线中的氧气为止。换句话说，将第二燃料流供应至预燃烧室，直到燃烧器不再接收氧化气体，而是接收第二燃料流。
在本发明的上下文中，如果回热加热器的其他部分中的氧气浓度小于1％，那么可认为基本上耗尽了氧气。
一旦基本上耗尽了氧气，则可停止向预燃烧室和向燃烧器的燃料供应。然而，并不排除，在基本上耗尽了氧气之后的一段时间再停止燃料的供应。
有利地，在鼓风循环开始时，对回热加热器加压，并且，在加热循环开始时，对回热加热器减压。优选地，将工艺气体(即，还原气体)从待减压的回热加热器传送至待加压的回热加热器。
有利地，工艺气体是从CO2去除单元接收的富含CO的工艺气体，CO2去除单元已经去除了大部分的CO2含量。如果CO2去除单元是具有低温单元的(V)PSA单元，那么工艺气体中没有CO2，然而，如果CO2去除单元是没有低温单元的(V)PSA单元，那么工艺气体具有减少的CO2含量。有利地，燃料是从CO2去除单元接收的富含CO2的尾气。利用来自CO2去除单元的富含CO2的尾气作为用于回热加热器的燃烧器的燃料，允许以节省成本的方式使用CO2去除单元的副产品。实际上，该尾气主要包含用于加热回热燃烧器的CO2。虽然在加热循环过程中离开回热燃烧器的气体可能包含一些CO，但是，该气体主要由导致后续低温单元的更节省成本的使用的CO2组成。
在加热循环开始时，利用热废气将回热加热器中的CO从回热加热器中推出去，作为含CO废气。实际上，在鼓风循环之后，在回热加热器中存在CO。当启动燃烧器时，将该CO通过第二腔室的下部中的开口从回热加热器中推出去。
优选地，处理含CO废气，以在排出该废气之前去除其CO含量。根据第一实施方式，可将含CO废气供应至低温设备，以去除CO含量并确保仅将CO2泵入地面。然而，优选地，测量含CO废气中的CO的量，并且只要可在废气中检测到CO的存在，便使含CO废气再循环。
根据第二实施方式，将含CO废气供应回尾气气流中，从而允许在预燃烧室中的尾气中再次使用CO。根据第三实施方式，将含CO废气经由增压器单元供应回CO2去除单元，在CO2去除单元，然后将CO重新引导至工艺气体中以进行加热。根据第四实施方式，将含CO废气供应至储气罐中，从储气罐，含CO废气可在炼钢厂中的其他地方使用。实际上，可将含CO废气用作待供应至第一燃料流中的高热值气体。
根据本发明，燃料可以是富含CO2的尾气，即，来自CO2去除单元的尾气。
有利地，在将尾气分成第一燃料流和第二燃料流之前，在热交换器中加热尾气。可将离开第二腔室的热废气供应通过热交换器，以将热量传递至尾气。
可将高热值气体供应至第一燃料流中，以改进回热加热器的燃烧器中的燃料的燃烧。在将高热值气体供应至热交换器中之前，还可将高热值气体供应至尾气中，以改进预燃烧室中的尾气的点火特性。
附图说明
现在将参考附图通过实例描述本发明的优选实施方式，附图中：
图1是示出根据本发明的第一实施方式的方法的加热循环的流程图；
图2是示出根据本发明的第二实施方式的方法的加热循环的流程图；
图3是示出根据本发明的第三实施方式的方法的加热循环的流程图；以及
图4是示出根据本发明的第四实施方式的方法的加热循环的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施方式的用于操作回热加热器的方法的加热循环的流程图。图1还示出了热风炉形式的回热加热器10的示意图。
这种回热加热器10通常包括具有布置于其中的燃烧器14的第一腔室12。在加热循环过程中，将燃料和氧化气体经由两个进气口16、18供应至燃烧器14。点燃燃料和氧化气体，并且，它们的燃烧产生热废气，热废气上升进入冲天炉20中。冲天炉20使热废气偏离(deviate)并将它们供应至第二腔室22中，第二腔室包括一系列储热装置，通常是格子砖(未示出)的形式。热废气最终通过第二腔室22的下部中的开口24离开回热加热器10。
在后续的鼓风循环过程中，将工艺气体通过第二腔室22的下部中的开口24吹入第二腔室22中。当工艺气体经过格子砖时，将热量从格子砖传递至工艺气体。在第二腔室22的顶部，将热工艺气体经由冲天炉20供应至第一腔室12中。热工艺气体通过工艺气体出口26离开回热加热器10，并被供应至鼓风炉(未示出)中。
回热加热器10自身的结构对于技术人员来说通常是众所周知的，因此这里将不再更详细地描述。
在具有炉顶煤气循环的鼓风炉设备中，清洁从鼓风炉回收的炉顶煤气并使其经过CO2去除单元28，在CO2去除单元中，通常通过变压吸附(PSA)或真空变压吸附(VPSA)从炉顶煤气去除CO2。(V)PSA设备将清洁后的炉顶煤气分成两种分开的气流：富含CO2的尾气和富含CO的工艺气体。在将富含CO的尾气喷射回鼓风炉中之前，通过将其供应通过回热加热器来加热富含CO的尾气。根据本发明，使富含CO2(但是仍含有CO)的 尾气30浓缩，并用来在加热循环过程中对回热加热器10的燃烧器14供应燃料，而将富含CO的工艺气体32用作还原气体。
首先，将来自CO2去除单元28的富含CO2的尾气供应通过热交换器34，以加热尾气30，之后将该尾气引导至分配点36。在分配点36，将加热后的尾气分成两种分开的气流。在添加高热值气体40之后，将第一尾气气流38作为燃料供应至燃烧器14。
将第二尾气气流42供应至被进一步供应氧气46的预燃烧室44。在预燃烧室44中，第二尾气气流42与氧气46反应，以便在高温下形成氧化气体48，然后，将其作为氧化气体供应至燃烧器14。这种氧化气体48可具有例如大体上大约79％的CO2和大体上大约21％的O2的组成(可能存在一些杂质)。第一尾气气流38和氧化气体48在回热加热器10的第一腔室12中燃烧，并形成用于加热第二腔室22中的格子砖所必需的热废气。然后，热废气通过开口24离开第二腔室22，且优选地，被供应通过热交换器30，以将热量从热废气传递至也经过热交换器30的尾气。为了便于预燃烧室44中的尾气和氧气的混合物的点燃，可在使尾气经过热交换器34之前，将高热值气体50进一步添加至尾气。
因为在鼓风循环中将富含CO的还原气体供应通过回热加热器10，所以，回热加热器中没有氧化气体是很重要的。否则，还原气体和氧化气体将形成会点燃并损坏回热加热器10的危险混合物。
为了确保在鼓风循环过程中不存在氧化气体，本发明建议：在加热循环结束时，首先停止对预燃烧室44的氧气供应。因此，没有更多的氧气被供应至系统中。然而，在预燃烧室44中、在燃烧器14中以及在它们之间的管道中，仍存在氧气。因此，建议继续将第二尾气气流42供应至预燃烧室44，从而继续消耗预燃烧室44中的氧气。此外，还仍将第一尾气气流38供应至燃烧器14，从而继续消耗燃烧器14中的氧气。
在燃料和氧化气体在燃烧器14中继续燃烧的同时，供应至预燃烧室44中的第二尾气气流42迫使氧化气体48进一步朝着燃烧器14流动。当所有的氧化气体耗尽且第二尾气气流42和第一尾气气流38在燃烧器14中交汇时，燃烧由于不存在氧化气体48而停止。
由于不再存在氧化气体，所以鼓风循环可安全地开始，即使在鼓风循环过程中供应通过回热加热器10的气体是还原气体，例如，富含CO的工艺气体。在回热加热器10中几乎没有工艺气体会与之起化学反应的氧气。着重指出的是，通过本方法，当从加热循环切换到鼓风循环时，不必清洗回热加热器10。再次着重指出的是，通过本方法，当从鼓风循环切换到加热循环时，不必清洗回热加热器10。
在加热循环开始时，回热加热器仍含有富含CO的工艺气体。来自燃烧器14的废气将回热加热器中的CO通过第二腔室22的下部中的开口24从回热加热器中推出去，作为含CO废气52。由于含CO废气52是热的，所以，优选地将其供应通过热交换器34，以将热量从含CO废气52传递至尾气30。在经过热交换器34之后，根据图1的实施方式，将含CO废气52供应至低温单元54，以去除然后可能在其他地方使用的CO。
图2示出了根据本发明的第二实施方式的用于操作回热加热器的方法的加热循环的流程图。该流程图与图1所示的流程图非常相似，因此将不再详细地描述。在该第二实施方式中，测量含CO废气52中的CO的量，只要可在含CO废气52中检测到CO的存在，便将含CO废气52作为循环的含CO气体54供应回尾气30。
图3示出了根据本发明的第三实施方式的用于操作回热加热器的方法的加热循环的流程图。该流程图与图1所示的流程图非常相似，因此将不再详细地描述。在该第三实施方式中，测量含CO废气52中的CO的量，只要可在含CO废气52中检测到CO的存在，便将含CO废气52作为循环的含CO气体54供应回储气罐56。可在炼钢厂中的其他地方使用来自 储气罐56的循环的含CO气体54。如图3所示，例如，可将其作为高热值气体供应至第一尾气气流38中。
图4示出了根据本发明的第四实施方式的用于操作回热加热器的方法的加热循环的流程图。该流程图与图1所示的流程图非常相似，因此将不再详细地描述。在该第四实施方式中，测量含CO废气52中的CO的量，只要可在含CO废气52中检测到CO的存在，便将含CO废气52经由增压器单元58供应至CO2去除单元28中。在CO2去除单元28中，将来自含CO废气52的CO供应至工艺气体32中。
参考标号的图例：
10 热风炉 36 分配点
12 第一腔室 38 第一尾气气流
14 燃烧器 40 高热值气体
16 进气口 42 第二尾气气流
18 进气口 44 预燃烧室
20 冲天炉 46 氧气
22 第二腔室 48 氧化气体
24 开口 50 高热值气体
26 鼓风出口 52 含CO废气
28 CO2去除单元 54 循环的含CO气体
30 尾气 56 储气罐
32 工艺气体 58 增压器单元
34 热交换器。
Claims (14)
1.一种用于操作回热加热器的方法，所述回热加热器包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室具有布置于其中的燃烧器，所述第二腔室包括储热装置；所述方法包括：
加热循环，其中，将燃料和氧化气体供应至所述第一腔室的所述燃烧器，并允许其燃烧，并且其中，将热废气引导通过所述第二腔室以加热所述储热装置；以及
鼓风循环，其中，将工艺气体供应通过所述第二腔室，以从所述储热装置获得热量，
其特征在于，所述加热循环包括以下步骤：
将第一燃料流供应至所述回热加热器的所述燃烧器；
将第二燃料流供应至预燃烧室；
将氧气供应至所述预燃烧室；
允许所述第二燃料流和所述氧气反应以形成氧化气体；
将所述氧化气体供应至所述回热加热器的所述燃烧器，
其中，在所述加热循环结束时，停止对所述预燃烧室的氧气供应，同时将所述第二燃料流进一步供应至所述预燃烧室并将所述第一燃料流进一步供应至所述燃烧器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第二燃料流供应至所述预燃烧室，直到基本上耗尽所述预燃烧室中、所述燃烧器中以及所述预燃烧室和所述燃烧器之间的供应管线中的所述氧气为止。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，如果所述第一和第二腔室中的氧气浓度小于1%，那么认为基本上耗尽了所述氧气。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，一旦基本上耗尽了所述氧气，则停止向所述预燃烧室和向所述燃烧器的燃料供应。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，
在所述鼓风循环开始时，对所述回热加热器加压，并且
在所述加热循环开始时，对所述回热加热器减压。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，将工艺气体从待减压的所述回热加热器传送至待加压的所述回热加热器。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述工艺气体是由CO2去除单元提供的富含CO的工艺气体，并且，所述燃料是由所述CO2去除单元提供的并且已经添加了高热值气体的富含CO2的尾气。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述加热循环开始时，利用所述热废气将所述回热加热器中的所述CO从所述回热加热器中推出去，作为含CO废气。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，
将所述废气供应至低温设备；和/或
将所述废气供应回尾气气流；和/或
将所述废气经由增压器单元供应回CO2去除单元；和/或
将所述废气供应至储气罐中，以用作待供应至所述第一燃料流中的高热值气体。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在将所述富含CO2的尾气分成所述第一燃料流和所述第二燃料流之前，在热交换器中加热所述富含CO2的尾气。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，将离开所述第二腔室的所述热废气供应通过所述热交换器，以将热量传递至所述尾气。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，将高热值气体供应至所述第一燃料流中。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，将高热值气体供应至所述第一燃料流中。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中，在将所述尾气分成所述第一和第二燃料流之前，将高热值气体添加至所述尾气中。
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