CN102428193A - 用于调节热气总管中气体温度的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于调节热气总管中气体温度的设备(10)，热气总管用于向高炉供给热气。该设备(10)包括具有第一混合室(16)和第二混合室(18)的混合罐(14)，第一和第二混合室(16、18)通过文氏管式节流器(20)彼此流体连通。第一混合室(16)设有将热气供给入第一混合室(16)的第一入口(22)、将冷气供入第一混合室(16)的第二入口(26)和将冷气供入第二混合室(18)的第三入口(56)。第一混合室(16)还设有将第一混合气流从第一混合室(16)供至第一配气系统(46)的第一出口(42)，而第二混合室(18)设有将第二混合气流从第二混合室(18)供至第二配气系统(64)的第二出口(60)。第一混合气流的温度与第二混合气流的温度不同。

Description

用于调节热气总管中气体温度的设备

技术领域

本发明总体涉及一种用于调节热气总管中气体的温度和/或流速的设备，此热气总管用于向高炉供给热气，尤其是向高炉供给两股分离的、恒温不同的热气流。

背景技术

通常将从交流换热器(例如热风炉或卵石加热炉)接收到的热气供给至高炉。这种交流换热器的一个本质特征在于，在鼓风阶段过程中离开交流换热器的热气的温度逐渐降低。而且，通常希望将恒温的热气供给至高炉。因此，必须通过混入选定量的冷气来调整温度逐渐降低的热气以便获得恒温。事实上，必须消除热气的温度变化。通常，通过混入足够量的冷气来将热气的温度降至其最低值(即，降至热气在鼓风周期末期的温度)来实现。通过将恰当量的冷气加到热气中，将热气的温度降至恒温，以将恒温气体供给至高炉。

近些年来，已经发现，将处于不同的水平高度的两股分离的热气流供给至高炉可能有利于提高高炉的效率。而且，优选地，这两股分离的热气流处于不同的恒温。这已在例如于2009年3月17日提交的共同待审的专利申请LU 91 542中提到过。

技术问题

因此，本发明的一个目的在于，提供一种用于调节热气温度的设备，其中，可产生温度不同的两股分离的气流。通过如权利要求1所述的设备实现此目的。

发明内容

本发明提出了一种用于调节热气总管中的气体温度的设备，此热气总管用于向高炉供给热气。这种设备包括：混合罐(mixing pot)，该混合罐具有腔室、用于接收热气的入口、用于接收冷气的入口以及用于排放混合气的出口；和调节系统，该调节系统用于控制供给至腔室的冷气量。根据本发明的一个重要方面，混合罐包括壳体，所述壳体具有限定于其中的第一混合室和第二混合室，第一和第二混合室通过文氏管式节流器(Venturi-type restriction)彼此流体连通。第一混合室设置有用于将热气供给到第一混合室中的第一入口、用于将冷气供给到第一混合室中的第二入口以及用于将冷气供给到第二混合室中的第三入口。第一混合室进一步设置有用于将第一混合气流从第一混合室供给至第一配气系统的第一出口，以便将第一混合气流以第一水平供应给高炉，而第二混合室设置有用于将第二混合气流从第二混合室供给至第二配气系统的第二出口，以便将第二混合气流以第二水平供应给高炉。第一混合气流的温度与第二混合气流的温度不同。

因此，本发明提出一种具有两个混合室的单混合罐，这两个混合室用于获得两股不同温度的、分离的气流。热气的温度可以是T1，逐渐从最高温度T_max降低至最低温度T_min。冷气的温度可以是T2。在第一混合室中，将一定量的冷气加到热气中，以获得处于恒温T3(本质上相当于最低温度T_min)的混合气。在第二混合室中，将温度为T2的冷气加到已经混合的温度为T3的气体中，以将混合气的温度变为恒温T4，其中，T4＜T3。因此，根据本发明的混合罐允许将在两个不同的水平高度上且恒温不同的气体供给至高炉。共同待审的专利申请LU 91 542中已描述了将在两个不同的水平高度上且恒温不同的气体供给入高炉的原因和优点，其内容结合于此作为参考。

在本发明的内容中，应该注意，“热气”可以例如指空气、富氧空气(enriched air)、循环炉顶气体(recycled top gas)或脱碳炉顶气体(decarbonated top gas)。

有利地，第三入口由围绕第二混合室的圆周而设置的多个开口构成。这种设置(其可以是十字型(spider-type)配气系统)保证了供给到第二混合室中的冷气能够与热的高炉气体充分混合，从而获得均匀的混合气。

优选地，第三入口由围绕文丘管式节流器的圆周而设置的多个开口构成。有利地，这些开口朝向文丘管式节流器的朝向第二混合室的部分，从而使进入的冷气流向第二混合室。因此，也能够避免气体从第二混合室向第一混合室回流。

有利地，第三入口的开口不朝向设备的垂直轴线。相反，将该入口设置成在第二混合室内形成涡流运动，从而确保在第二混合室中形成均匀的混合气。

根据一个实施例，混合罐的第二混合室中进一步包括用于将气体供给到第二混合室中的第四入口，第四入口与第二出口相对地设置。第四管道优选地与第四入口相关联，以将气体供给至混合罐，并且，可在第四管道中设置控制阀，以调节进入到混合罐中的气流。虽然通过第四管道供给的气体可以是冷气，但是，允许用第四管道将惰性气体供给至第二配气系统可能是有利的。事实上，出于安全的原因，第四入口可用于例如吹洗(purge)第二配气系统。由于通过第四入口供给惰性气体，所以可以实现第二配气系统的快速惰性化。

第一管道可与第一入口相关联，以将热气从交流换热器供给至混合罐。这种第一管道有利地包括衰减设备，衰减设备用于减小从交流换热器接收到的热气的温差。来自交流换热器的热气的温度在交流换热器的鼓风阶段开始时的最高温度T_max和鼓风阶段终止时的最低温度T_min之间变化。衰减设备在交流换热器的鼓风阶段的初始过程中从热气吸收一部分热量，并在鼓风阶段的终止过程中将此热量传递回热气中，从而形成具有减小的温差的热高炉气体。衰减设备下游的减小的最高温度T_att-max低于衰减设备上游的最高温度T_max。类似地，衰减设备下游的减小的最低温度T_att-min高于衰减设备上游的最低温度T_min。由于减小的最低温度T_att-min高于最低温度T_min，在交流换热器的整个鼓风阶段中能够减少实现恒定目标温度所必需的冷气量。通过衰减设备，能够更有效地利用自然资源，以获得目标温度。可替换地，可实现更高的鼓风温度，从而减少了装入高炉中的焦炭量。

衰减设备可包括蓄热板装置或卵石床，热气通过卵石床。

优选地，第二管道与第二入口相关联，以将冷气供给至混合罐，而第三管道与第三入口相关联，以将冷气供给至混合罐，并且，在第二和第三管道的每一个中都设置有一个控制阀，以调节进入混合罐中的冷气流。

第一供给线可与第一出口相关联，以将第一混合气流从第一混合室供给至第一配气系统；而第二供给线可与第二出口相关联，以将第二混合气流从第二混合室供给至第二配气系统。由于上述混合罐的原因，通过第一和第二供给线的第一和第二混合气流具有不同的恒温。

有利地，设备进一步包括用于测量第一混合气流的气流量的装置和用于测量第二混合气流的气流量的装置。这种装置可以是第一或第二供给线中的文氏管、第一或第二配气系统中的文氏管、声发生器和接收器(acoustic emitters and receivers)、第一或第二供给线中的阿牛巴流量计(annubar)。此装置可单独使用，也可彼此结合使用。

设备优选地进一步包括用于调节第一混合气流的气流量的装置和用于调节第二混合气流的气流量的装置。

附图说明

现在将参考附图，通过实例方式描述本发明的优选实施例，附图中：

图1是根据本发明的具有混合罐的配气系统的示意图；以及

图2是用于图1的配气系统的可替代衰减设备的示意图。

具体实施方式

图1总体示出了用于将热气从一个或多个交流换热器(未图示)供给至高炉(未图示)的配气系统10。通常在多个交流换热器(典型地是高炉或考珀炉)中将热气加热至大约1000℃至1250℃之间的温度。对于本领域技术人员来说，交流换热器及其功能都是公知的，在这里不需要描述。由于交流换热器提供温度逐渐降低的热气，并且，由于通常想要将恒温热气供给至高炉，所以在配气系统中设置用于调节热气温度的设备。在这种设备中，将经过调节的一定量的冷气供给入热气流中，以使热气的温度达到恒温，通常达到来自交流换热器的热气的最低温度。

如图1所示，根据本发明的用于调节热气温度的设备包括具有第一混合室16和第二混合室18的混合罐14。第一和第二混合室16，18通过文氏管式节流器20彼此流体连通。

第一混合室16包括第一入口22，该第一入口具有用于接收来自交流换热器的热气的相关的第一管道24。第一混合室16进一步包括第二入口26，该第二入口具有用于接收冷气的相关的第二管道28。在第二管道28中设置有第一阀30，用于调节供给入第一腔室16的冷气量。

通过第一管道24供给的热气的温度在交流换热器的鼓风阶段开始时的最高温度T_max和鼓风阶段终止时的最低温度T_min之间变化。为了获得供给至高炉的恒温，将经过调节的一定量的冷气与热气混合，从而达到最低温度T_min。

第一管道24有利地包括衰减设备32，其第一实施例在图1中示出。可被描述为小型水平交流换热器(small horizontal regenerator)的衰减设备32与第一管道24设置在同一直线上，并具有放大的横截面。衰减设备32包括陶瓷材料，陶瓷材料能够在交流换热器的鼓风阶段的初始过程中从热气吸收一部分热量，并在鼓风阶段的终止过程中将此热量传递回热气中，从而减小T_max和T_min之间的温差。陶瓷材料可以是一组由附图标号34示意性表示的加热板。但是，也可考虑其他陶瓷材料(例如，陶瓷管或瓷砖)。衰减设备32下游的减小的最高温度T_att-max低于衰减设备32上游的最高温度T_max。类似地，衰减设备32下游的减小的最低温度T_att-min高于衰减设备32上游的最低温度T_min。由于计算冷气量以便总能获得供给至混合罐14的最低温度，并且，由于减小的最低温度T_att-min高于最低温度T_min，在交流换热器的整个鼓风阶段中能够减少实现此恒温所必需的冷气量。换句话说，被增加到交流换热器中的热气中的必须由混合罐14再次去除的热量较少。

衰减设备32允许将更高温度的气体供给至高炉。另一方面，衰减设备32允许在更低的温度下操作交流换热器，这可能是有利的，如果气体包含有可能在更高温度下反应的具有高浓度氢气的循环脱碳炉顶气体则尤为有利。衰减设备32还允许更快地达到工作温度。自然资源的这种更有效的利用导致CO₂排放量的减少。

图2示出的衰减设备36的第二实施例包括填充有吸热卵石材料40的卵石室38。在第一管道24中设置有挡板41，以使热气通过卵石室38。

第一混合室16包括具有相关的第一供给线44的第一出口42，用于将调温后的气体供给至第一配气设备46，第一配气设备包括第一环管48和第一组鼓风口50。

第二混合室18通过文氏管式节流器20与第一混合室16流体连通。将温度均匀的已经混合的气体从第一混合室16供给入第二混合室18。第三管道52与混合罐14相关联，以优选地经由管瓣型配气系统54通过多个第三入口56将冷气供给入第二混合室18。第二阀58设置在第三管道52中，用于调节供给入第二混合室18的冷气量。应该注意，第三入口56有利地设置在文氏管式节流器20朝着第二混合室18的锥形部分中，从而确保通过第三管道52供给的冷气沿远离第一混合室16的方向导入第二混合室18。从而也避免了气体从第二混合室18朝着或进入第一混合室16的任何回流。此外，优选地，将第三入口56设置成在第二混合室18内引起涡流运动。为了实现此目的，将第三入口56设置成相对于混合罐14的径向方向成一定角度，即，第三入口56不朝向混合罐14的轴线。

第二混合室18包括具有相关的第二供给线62的第二出口60，用于将调温后的气体供给至第二配气设备64，第二配气设备包括第二环管66和第二组鼓风口68。

有利地，通过第一和第二阀30、58以下列方式调节热气与冷气的混合：将温度选定在900℃至1250℃之间的恒温气体供给至第一配气设备46，而将温度选定在850℃至950℃之间的恒温气体供给至第二配气设备64。

本发明允许气体在两个不同的水平高度(level)上、并以两种不同的恒温离开混合罐14。

根据本发明的一个实施例，设置具有相关的第三阀72的第四管道70，用于进一步将气体经由第四入口74供给至第二混合室18。虽然通过第四管道70供给的气体可能是冷气，如果需要，也可以是用于惰性化第二配气设备64的惰性气体。为此，第四入口74优选地与第二出口60相对地设置。

第一和第二供给线44、62中的每个都包括用于调节供给至第一和第二配气设备46、64的气体量的一个调节阀76、78。气体滑阀79、79′也可设置在第一和第二供给线44、62中。

测量供给至高炉的气体的流速可使用不同的装置，例如，每组鼓风口50、68中的文氏管80、80′，第一和第二供给线44、62中的文氏管82、82′，具有它们相关的声接收器88、90、88′、90′的阿牛巴流量计84、84′或声发生器86，86′。应该注意，这些装置可单独使用，也可彼此结合使用。

附图标号说明：

10配气系统          54十字型配气系统

14混合罐            56第三入口

16第一混合室        58第二阀

18第二混合室        60第二出口

20文氏管式节流器    62第二供给线

22第一入口          64第二配气设备

24第一管道          66第二环管

26第二入口          68第二组鼓风口

28第二管道          70第四管道

30第一阀            72第三阀

32衰减设备          74第四入口

34加热板            76调节阀

36衰减设备          78调节阀

38卵石室            79、79′气体滑阀

40卵石材料          80、80′文氏管

41挡板              82、82′文氏管

42第一出口          84、84′阿牛巴流量计

44第一供给线        86、86′声发生器

46第一配气设备      88、88′声接收器

48第一环管          90、90′声接收器

50第一组鼓风口

52第三管道。

Claims (14)

1.一种用于调节热气总管中气体温度的设备，所述热气总管用于向高炉供给热气，所述设备包括：

混合罐，具有腔室、用于接收热气的入口、用于接收冷气的入口以及用于排放混合气的出口；

调节系统，用于控制供给至所述腔室的冷气量；

其特征在于，所述混合罐包括：

壳体，所述壳体具有限定于其中的第一混合室和第二混合室，所述第一和第二混合室通过文氏管式节流器彼此流体连通；

第一入口，设置在所述第一混合室中，用于将热气供给到所述第一混合室中；

第二入口，设置在所述第一混合室中，用于将冷气供给到所述第一混合室中；

第三入口，设置在所述第二混合室中，用于将冷气供给到所述第二混合室中；

第一出口，设置在所述第一混合室中，用于将第一混合气流从所述第一混合室供给至第一配气系统，以便将第一混合气流以第一水平高度供应给高炉，；以及

第二出口，设置在所述第二混合室中，用于将第二混合气流从所述第二混合室供给至第二配气系统，以便将第二混合气流以第二水平高度供应给高炉，

其中，所述第一混合气流的温度与所述第二混合气流的温度不同。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第三入口由围绕所述第二混合室的圆周设置的多个开口构成。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第三入口由围绕所述文氏管式节流器的圆周设置的多个开口构成，所述开口设置在所述文氏管式节流器的朝向所述第二混合室的部分中。

4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述第三入口的开口设置成在所述第二混合室内形成涡流运动。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述混合罐包括位于所述第二混合室中的第四入口，所述第四入口用于将气体供给入所述第二混合室，所述第四入口与所述第二出口相对地设置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，第一管道与所述第一入口相关联，以将热气从交流换热器供给至所述混合罐，所述第一管道包括用于减小从所述交流换热器接收到的热气的温差的衰减设备。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述衰减设备包括蓄热板装置。

8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述衰减设备包括卵石床，所述热气通过所述卵石床。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中，

第二管道与所述第二入口相关联，以将冷气供给至所述混合罐，并且

第三管道与所述第三入口相关联，以将冷气供给至所述混合罐，并且，

在所述第二管道和第三管道的每一个中均设置有一控制阀，以调节进入所述混合罐中的冷气流。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的设备，其中，

第四管道与所述第四入口相关联，以将气体供给至所述混合罐，并且，

在所述第四管道中设置有用于调节流入所述混合罐中的气流的控制阀。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，通过所述第四管道供给的所述气体是惰性气体。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其中，

第一供给线与所述第一出口相关联，以将所述第一混合气流从所述第一混合室供给至所述第一配气系统；并且

第二供给线与所述第二出口相关联，以将所述第二混合气流从所述第二混合室供给至所述第二配气系统。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，进一步包括：

用于测量所述第一混合气流的气流量的装置；以及

用于测量所述第二混合气流的气流量的装置。

14.根据权利要求12或13所述的设备，其中，进一步包括：

用于调节所述第一混合气流的气流量的装置；以及

用于调节所述第二混合气流的气流量的装置。