CN102985567A - 调节来自生铁制造设备的用于在膨胀涡轮中使用的工艺气体的温度的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及调节来自生铁制造设备的用于在膨胀涡轮（34）中应用的工艺气体（12）的温度的方法和装置，其特征在于，将工艺气体（12）在进入膨胀涡轮（34）时的入口温度这样进行设定，使得该温度不会下降到低于在膨胀涡轮中出现冷凝时的最低入口温度，和/或将工艺气体（12）冷却，使得从膨胀涡轮出来的工艺气体在进入低压气体储存罐（13）时不超过为此所允许的最高入口温度。由此能够至少阻止从膨胀涡轮中出来时出口气体冷却到冷凝温度或低于冷凝温度或者避免使用出口气体冷却器用于将出口气体导入到低压气体储存罐中。
Description
为了制造生铁，由此也应包括制造类似于生铁的产品，基本上有两种已知的常见方法：高炉法和熔融还原法。
高炉法中首先借助于焦炭从铁矿石制造生铁。此外也可以使用废铁。然后通过进一步方法由生铁炼钢。铁矿石作为块状矿石、球团或烧结体与还原剂（大部分是焦炭，或也可以是煤，例如以细煤喷洒设备的形式）和其它成分（石灰石、成渣剂等）一起混合成所谓的炉料，和随后装入到高炉中。所述高炉是一种冶金反应器，在其中炉料柱与热空气即所谓的热风逆流进行反应。通过来自焦炭的碳的燃烧，产生反应需所需的热量和一氧化碳和/或氢，所述气体构成还原气体的主要部分并流过炉料柱和将铁矿石还原。结果生成生铁和炉渣，它们被定期放出。
在所谓的氧气高炉中，这种高炉也称为带有炉顶煤气或高炉煤气返回装置的高炉，在焦炭或煤气化时在高炉中吹入具有高于80%氧含量(o2)的含氧气体。
对于从高炉出来的气体，所谓的炉顶煤气或高炉煤气，必须设置气体净化装置（例如粉尘分离器和/或旋风分离器与湿洗涤器、袋式过滤器单元或热气过滤器结合）。此外，在氧气高炉情况下大部分为返回到高炉中的炉顶煤气设置压缩机，优选地带有后冷却器，以及用于除去CO2的装置，根据现有技术大部分是借助于变压吸附。
用于构造高炉法的其它选项是用于还原气体的加热器和/或用于和氧部分燃烧的燃烧室。
高炉的缺点是对使用原料的要求和二氧化碳的高排放。使用的铁载体和焦炭必须是块状和硬质的，以便在炉料柱中保留足够的空隙，确保被吹入的风所流过。CO2排放是严重的环境负担。因此在寻求着替代所述高炉途径。这里要提到的是基于天然气的海绵铁制造(MIDREX, HYL, FINMET)以及熔融还原法(COREX®-和FINEX®-法)。
在熔融还原中使用熔融气化器，在其中生产出热的液态金属，以及使用至少一个还原反应器，其中铁矿石的载体（块状矿石、粉矿、球团、烧结体）用还原气体还原，其中所述还原气体在熔融气化器中通过用氧（90%或更高）将煤（和任选地少部分的焦炭）气化而产生。
在熔融还原法中通常还设置
- 气体净化设备（一方面用于来自还原反应器的炉顶煤气，另一方面用于来自熔融气化器的还原气体），
- 压缩机，优选带有后冷却器，用于返回到还原反应器中的还原气体，
- 用于除去CO2的装置，根据现有技术大部分是借助于变压吸附，
- 以及任选地用于还原气体的加热器和/或用于和氧部分燃烧的燃烧室。
所述COREX®法是一种两步熔融还原法。所述熔融还原将直接还原工艺（将铁预还原为海绵铁）与熔融工艺（主要还原）相结合。
所述同样已知的FINEX®法基本上相应于所述COREX®法，但是铁矿石是作为粉矿引入的。
从生铁制造或合成气体制备的工艺中抽出的工艺气体，因为在那里不再可以利用，经常被称为“出口气体(Exportgas)”。它特别用于表达炉顶煤气中从生铁制造工艺中抽出的那部分，通常是被冷却的，例如在废热锅炉中，和通常也是经除尘的，特别是干式除尘的。
在干式除尘和从COREX®设备的炉顶煤气中热抽取(Wärmeauskopplung)后，气体的温度为大约150-250℃和压力典型地为3 barg。
COREX®设备的炉顶煤气在干式除尘和热抽取后具有大致如下的组成：
CO 38.5体积%
CO2 31.5体积%
H2 15.3体积%
H2O 11.1体积%
CH4 1.5体积%
N2 2.0体积%。
出口气体可以例如借助于单步或两步离心（Radial）压缩机进行压缩和随后冷却，以便例如能够作为燃气立刻进一步使用或贮存。
但是也可以将出口气体的能量含量，压力能和热能，在所谓的膨胀或卸压涡轮（炉顶煤气余压回收涡轮，简写为TRT）中用于发电。膨胀涡轮后的出口气体具有的压力和温度比膨胀涡轮前更低。
在一个COREX® C-3000设备中，其出口气体生产量为大约327，000 Nm3/h、带有干式除尘装置、效率为85%的膨胀涡轮和与之相连接的效率为97%的发电机，在出口气体组成如上的情况下，在进入膨胀涡轮时下面给定的入口温度和压力下，对于从膨胀涡轮出来的出口气体产生了如下的出口温度和压力，以及产生的电功率和在膨胀涡轮中生成的冷凝液：
| 入口压力[barg] | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 入口温度 [℃] | 250 | 200 | 150 | 146．5 | 100 | 50 | 40 |
| 出口压力[barg] | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 |
| 出口温度 [℃] | 136 | 95 | 54 | 51 | 46 | 8 | -6 |
| 电功率[MW] | 15. 6 | 14. 1 | 12. 6 | 12. 5 | 11.7 | 9. 4 | 8.8 |
| 冷凝液[t/h] | 0 | 0 | 0 | 0 | 7.4 | 27. 1 | 28.4 |
由于出口气体管道的温度损失，实际温度可能与上面和进一步在下面给出的温度有偏差。膨胀涡轮的操作参数同样取决于出口气体的气体组成而变化和因此与上面所述的参数有偏差。
如果代替用于COREX®设备的炉顶煤气的干式除尘而进行湿净化，获得如下的典型数值：
| 入口压力[barg] | 1.5 |
| 入口温度 [℃] | 40 |
| 出口压力[barg] | 0.15 |
| 出口温度 [℃] | 12 |
| 电功率[MW] | 5.9 |
| 冷凝液[t/h] | 4.1 |
如果出口气体在进入膨胀涡轮时的入口温度下降到低于大约150℃的温度，确切地说，低于146.5℃，则出口气体在从膨胀涡轮出来时的出口温度下降到低于51℃的冷凝温度。然后会在膨胀涡轮内部产生液滴撞击和导致因粉尘而粘结(Anbackung)以及任选地导致多环芳族烃（PAK）缩合。这会导致膨胀涡轮的寿命降低和膨胀涡轮必须每隔3-4个月进行停工维护，即用于除去沉积物。
对于每个膨胀涡轮，根据出口气体的水含量，可以测定在膨胀涡轮中刚好还没有发生冷凝时的最低入口温度。如果出口气体在进入膨胀涡轮时具有温度比该最低入口温度更低的话，则出现冷凝。
如果另一方面出口气体进入膨胀涡轮时的入口温度升高到超过175℃，则出口气体的出口温度会升高到超过75℃。由于出口气体被引入到低压气体储存罐中用于均衡它们的量和热值，在这种情况下必须将出口气体的温度在进入低压气体储存罐之前通过直接或间接的冷却而降低。在进入低压气体储存罐时，出口气体因此不应该超过最大出口气体温度。
但是，为此目的而使用出口气体冷却器具有以下缺点：
-用于冷却器、泵、管道、水槽、中间冷却的投资成本；
-用于泵和中间冷却的电消耗以及任选的水消耗；
-直接冷却器情况下的环境问题，因为由于冷却水与出口气体的直接接触会使其中包含的有害物质进入环境中；
-在间接冷却器情况下的粘结；
因此，本发明的任务是，至少阻止从膨胀涡轮中出来时出口气体冷却到冷凝温度或低于冷凝温度或者避免在连续操作中使用出口气体冷却器用于将出口气体导入到低压气体储存罐中。
该任务通过根据权利要求1的方法得以解决，其中通过将工艺气体在进入膨胀涡轮时的入口温度这样进行设定，使得该温度不会下降到低于在膨胀涡轮中出现冷凝时的最低入口温度，和/或将工艺气体冷却，使得从膨胀涡轮出来的工艺气体在进入低压气体储存罐时不超过此低压气体储存罐所允许的最高入口温度，和确切地说是通过至少如下措施之一：
- 通过调节工艺气体在进入膨胀涡轮之前所流经的废热回收设备，特别是废热蒸汽发生设备，调节工艺气体温度，
- 通过调节未冷却地从废热回收设备，特别是废热蒸汽发生设备旁边通过的工艺气体的量，调节工艺气体温度，
- 在膨胀涡轮之前向工艺气体中混入冷却的处于压力下的其它工艺气体，
- 将水喷入工艺气体中（但是由此会使露点温度移动），
- 在膨胀涡轮之后向工艺气体中混入来自用于除去CO2设备的冷的残余气体。
因此，本发明存在三种变化方案：
A）工艺气体在进入膨胀涡轮时的入口温度这样设定，使得该温度不会下降到低于在膨胀涡轮中出现冷凝时的最低入口温度。工艺气体不进行冷却或者通常通过废热回收设备仅仅冷却到没有工艺气体的组分在膨胀涡轮中冷凝的程度。在此过程中，无论如何，将废热回收设备作为生铁制造设备的一部分存在，以便将热的工艺气体的热（大约350-450℃）利用用于产生蒸汽、用于加热其它工艺气体或其它的热载体介质（例如氮气或热油）。在前面提到的COREX®设备的实例中这意味着，由于根据本发明的调节，工艺气体的入口温度不得下降到低于146.5℃。
但是也可能由于这一措施，在膨胀涡轮之后的所述工艺气体对于低压气体储存罐来说太热了。
B）将该工艺气体如此程度地冷却，使得从膨胀涡轮出来的工艺气体在进入低压气体储存罐时不超过此低压气体储存罐允许的最高出口气体温度。在此过程中可能代价为在膨胀涡轮中出现冷凝。所述工艺气体在此过程中或者是在膨胀涡轮之前已经冷却，例如是通过在废热回收设备中冷却所述气体和/或通过在膨胀涡轮之前混入冷却的其它工艺气体和/或通过在膨胀涡轮之前喷入水，和/或通过在膨胀涡轮之后喷入水和/或通过在膨胀涡轮之后喷入水和/或通过在膨胀涡轮之后混入来自用于除去CO2的设备的冷的残余气体。在膨胀涡轮之前进行冷却时，然后可能会在膨胀涡轮中出现冷凝。
在前面提到的COREX®设备的实例中这一措施意味着，工艺气体在膨胀涡轮中的入口温度仅仅调节到低于175℃。或者工艺气体在膨胀涡轮中的入口温度不进行调节，而是将从膨胀涡轮中出来的工艺气体冷却到低于75℃。
C）工艺气体进入膨胀涡轮时的入口温度这样设定，使得该温度不会下降到低于在膨胀涡轮中出现冷凝时的最低入口温度和同时确保工艺气体进入低压气体储存罐时不会超过此低压气体储存罐所允许的最高出口温度。这一措施既避免了在膨胀涡轮中的冷凝，又确保了进入低压气体储存罐时足够低的工艺气体温度。这可以单独通过措施在膨胀涡轮前面进行，即例如仅仅通过相应地调节废热回收设备，任选地在包括未冷却地从旁边流过该设备的工艺气体情况下。但是此外，也可以导入冷却的其它工艺气体或喷入水。在前面提到的COREX®设备的实例中这例如可以这样实现，工艺气体进入膨胀涡轮时的入口温度调节到大约150-175℃范围的值。但是也可以在本发明的该第三种方法中，将废气另外在膨胀涡轮之后冷却，通过喷入水和/或通过混入来自用于除去CO2的设备的冷的残余气体。
在工艺气体中喷入水（这通常是在膨胀涡轮之前进行）时，任何情况下要注意，由此会使冷凝温度或露点温度升高并因此使在膨胀涡轮中出现冷凝时的最低入口温度升高。
废热回收设备不必构成为废热蒸汽发生设备。相反也可以使用其它的热交换器。因此，例如可以使用一个或多个气/气热交换器，例如用于加热生铁制造设备的其它工艺气体。或者可以加热其它载热介质，例如氮气或热油，以便间接地用于加热其它介质。当然，各种不同废热回收设备的组合也是可以的。
通常，作为导入通过膨胀涡轮的工艺气体使用的是之前从生铁制造设备中除去的并在膨胀涡轮之后没有再次送回到生铁制造设备中的废气。这被称为“出口气体”，因为它最终从生铁制造设备中抽走。所述生铁制造设备在这里除了高炉或熔融气化器和还原竖炉或反应器外还包括过滤设备（热气体过滤器、袋式过滤器、旋风分离器）和某种废热锅炉用于冷却出口气体以及某种用于除去CO2的设备。
这种工艺气体或出口气体现在可以含有来自高炉，特别是来自氧气高炉的炉顶煤气。
但也可以含有来自熔融还原设备的废气，特别是
-来自熔融气化器的废气，
-来自至少一个还原反应器的废气，
-来自至少一个固定床反应器的废气，特别地用于预热和/或还原铁氧化物和/或铁矿团块。
因此，例如在COREX®方法中使用熔融气化器和至少一个固定床反应器用于还原铁载体，在FINEX®方法中使用熔融气化器和多个串联的构成为流化床反应器的还原反应器。
用于本发明的来自熔融还原设备的工艺气体或出口气体当然可以从多个熔融还原设备源供应。通常，来自单个设备部件（熔融气化器、还原反应器、固定床反应器）的部分流随时间变化。
来自生铁制造设备（高炉或熔融还原设备）的所述的工艺气体此外也可以以其它途径从该设备取出和冷却并作为冷却的处于压力下的其它工艺气体在膨胀涡轮之前混入到所谓的出口气体中，目的是进行冷却，其中当例如出口气体或工艺气体由于废热回收设备而过强冷却和这种气流事先以热的状态进行净化时，也可以为了加热的目的而混入。
提供了使用任何情况下在生铁制造时的生铁制造设备中生成的经冷却的工艺气体，例如来自熔融气化器的经净化和冷却的还原气体，它未被导向还原反应器（过量气体）。
为了避免在膨胀涡轮中冷凝，可以设计为，工艺气体进入膨胀涡轮时的入口温度不低于例如145℃的最低入口温度。
为了阻止冷凝和出口气体或工艺气体在低压气体储存罐中的过高的入口温度，最好设计为，工艺气体进入膨胀涡轮时的入口温度设定到150-175℃范围的值。由此获得工艺气体从膨胀涡轮的出口温度为55-75℃范围，然后在膨胀涡轮之后不再需要进一步冷却。
但是，另外或作为替代，出口气体或工艺气体还可以在膨胀涡轮之前或之后冷却，其程度为进入低压气体储存罐中的最大入口温度不超过大致80℃。
为了保护膨胀涡轮免受磨损和污染，可以设计为至少一部分工艺气体在膨胀涡轮之前进行干式除尘。通常，干式除尘本来在生铁制造设备中进行，然后无需安装自己的用于膨胀涡轮的干式除尘装置。所述干式除尘装置通常借助于在废热回收设备后面连接的袋式过滤器或借助于在废热回收设备前面连接的陶瓷热气过滤器进行。另外，还可以使用热气旋风分离器或所谓的粉尘分离器，其中将其用于粗除尘并连接在细除尘（袋式过滤器、热气过滤器）设备前面。所述干式除尘相比于湿法的优点是，其中从工艺气体中抽走的能量少得多，这些能量确实应在膨胀涡轮中被利用。
用于本发明方法实施的相应装置可以这样构造，即生铁制造设备与至少一个用于向膨胀涡轮中导入工艺气体的第一工艺气体管道相连，和膨胀涡轮通过第二工艺气体管道与用于工艺气体的低压气体储存罐相连，其中另外还设置有至少一个下面的装置：
- 第一调节装置和在膨胀涡轮之前，特别是在生铁制造设备中安装的废热回收设备，特别是废热蒸汽发生设备，其中用于废热回收设备的第一调节装置用以调节工艺气体温度，
- 第二调节装置和旁路管道，其中第二调节装置用于调节工艺气体量，该工艺气体借助于旁路管道未冷却地从废热回收设备，特别是废热蒸汽发生设备旁边通过，
- 第三调节装置，用以调节来自生铁制造设备的导入第一工艺气体管道中的经冷却的处在压力下的其它工艺气体，
- 第四调节装置，用以调节水的量，该水量可以借助于喷入装置喷入到第一或第二工艺气体管道中，
- 第五调节装置，用以调节来自用于除去CO2的设备的借助于残余气体管道混合到第二工艺气体管道中的工艺气体中的冷的残余气体的量。
如果存在这五个所述的调节装置中的多个的话，则将它们与中央调节装置连接，或调节装置之一例如第一个承担计算额定值和设定值（Stellwert）和控制其它的调节装置的作用。
如果将来自高炉的出口气体导入膨胀涡轮中，设置至少一个管道，可以用其将来自高炉的炉顶煤气，特别是来自带有炉顶煤气返回的氧气高炉的炉顶煤气导入第一工艺气体管道中。
如果将来自熔融还原设备的出口气体导入膨胀涡轮中，至少设置一个管道，可以用其将来自熔融还原设备的废气导入第一工艺气体管道中。在此方面，然后设计为这些管道的至少一个与下面装置的至少一个相连：
- 熔融气化器，
- 一个或多个还原反应器，
- 固定床反应器，特别地用于预热和/或还原铁氧化物和/或铁矿团块。
在膨胀涡轮之前可以安装用于工艺气体干式除尘的设备。它用于保护膨胀涡轮免受污染和磨损。
本发明在下面根据举例性质的示意性附图进一步说明：
图1显示了带有用于除尘的袋式过滤器和下游连接的膨胀涡轮的COREX®设备，
图2显示了带有用于除尘的陶瓷过滤器和下游连接的膨胀涡轮的COREX®设备，
图3显示了带有用于除尘的袋式过滤器和下游连接的膨胀涡轮的FINEX®设备，
图4显示了带有用于除尘的陶瓷过滤器和下游连接的膨胀涡轮的FINEX®设备，
图5显示了带有用于除尘的袋式过滤器和下游连接的膨胀涡轮的氧气高炉。
图6显示了带有用于除尘的陶瓷过滤器和下游连接的膨胀涡轮的氧气高炉。
在图1中表示了一种COREX®设备。在该实施例中它具有一个还原竖炉17，该竖炉构成为固定床反应器并装有块状矿石、球团、烧结体和添加剂，参见附图标记18。
与块状矿石等18逆流地导入还原气体19。将其引入到还原竖炉17的底部区域并在上部作为炉顶煤气22出来。来自还原竖炉17的炉顶煤气22的热在废热锅炉21中用于产生蒸汽，在其中生成的低压蒸汽可以输送到设备14（这里未显示）的汽提塔中，用于化学吸附CO2。在进入废热锅炉21之前，炉顶煤气22可以在粉尘分离器或旋风分离器23中除去粗粉尘。来自旋风分离器23的分离的粉尘24可以返回到熔融气化器48中。
从废热锅炉21中出来的炉顶煤气在袋式过滤器30中进一步净化和作为出口气体12 通向膨胀涡轮34。
用于还原竖炉17的还原气体19在熔融气化器48中制备，向其中一方面输送块状煤49形式的煤和任选地粉末状形式的煤，另一方面加入在还原竖炉17中预还原的铁矿石。与块状煤49一起也可以引入对于还原竖炉17来说过细的粉矿47。
熔融气化器48中的煤被气化，产生气体混合物，它主要由CO和H2组成，并作为炉顶煤气（发生炉煤气）54抽出，一部分气流作为还原气体19通到还原竖炉17，之后在分离器59（这里也构成为热气旋风分离器）中净化除去粉尘和粉矿。在这里分离的粉尘和分离的粉矿25返回到熔融气化器48中。
在熔融气化器48中熔化的热金属和炉渣被抽出，参见箭头58。
从熔融气化器48抽走的炉顶煤气54首先导入分离器59中，以便将夹带的粉尘分离和将粉尘25-任选地经过粉末燃烧器-返回熔融气化器48中。
一部分净化除去了粗粉尘的炉顶煤气54借助于湿洗涤器26进一步净化并作为过量气体27从COREX®设备除去，根据本发明输送到膨胀涡轮34之前的出口气体12。作为替代或另外地，可以将一部分过量气体27在膨胀涡轮34之后混入出口气体12中以对其进行冷却。
在湿洗涤器26之后一部分净化的炉顶煤气或发生炉煤气54送到气体压缩机63用于冷却，然后作为冷却气体28再送到熔融气化器48之后的炉顶煤气或发生炉煤气54，用于冷却。通过这一返回，其中含有的还原性部分还可用于COREX®方法，另一方面可以确保所需的将热的炉顶煤气或发生炉煤气54从大约1050℃冷却到700-870℃。
在旋风分离器23和废热锅炉21之间，用第一喷入装置29将水喷入炉顶煤气22中，以便将其冷却。在废热锅炉21之后，炉顶煤气22到达袋式过滤器中，在那里分离出细粉尘。在袋式过滤器之后开始用于出口气体12
的第一工艺气体管道31，该管道终止于膨胀涡轮34。第二工艺气体管道32开始于膨胀涡轮34和结束于出口气体容器13，该容器构成为低压气体储存罐。
在第一工艺气体管道中首先通入用于过量气体27的管道，然后设置第二喷入装置33，以便进一步冷却出口气体12。
借助于旁路管道36，炉顶煤气22可以不经冷却而从废热锅炉21旁边通过。
在第一调节装置45中，调节废热锅炉21中的过程，但该装置也可以与其它的根据本发明的调节装置相连，如虚线所示：
- 第二调节装置，这里是可调的阀门46形式，用该装置可以将旁路管道36完全或部分地开启或关闭，
- 第三调节装置，这里是可调的阀门57形式，用于过量气体27的管道，和
- 第四调节装置，这里是可调的阀门56形式，用于第二喷入装置33。
进一步地，第一调节装置45与第一温度传感器67相连，该传感器测量在进入膨胀涡轮34紧前面的出口气体12的温度，与第二温度传感器68相连，该传感器测量在从膨胀涡轮34出来紧后面的出口气体12的温度，和与第三温度传感器69相连，该传感器测量第一和第二温度传感器测量值之间的差。
从测量的温度值出发，然后测定额定值并借助于所述的调节装置进行设定。
过量的出口气体可以在膨胀涡轮34之前通过第一管道70和在膨胀涡轮34之后通过第二管道71输送到燃烧（Fackel）设备72并在那里烧掉。
一部分出口气体12可以在用压力传感器73进行压力测量之后借助于用于膨胀涡轮34
的旁路管道74从该涡轮旁边通过。这特别对于膨胀涡轮启动和关闭是必要的，但是也可以在正常操作下用于调节部分气体量。
尽管如此，为安全起见，可以在膨胀涡轮34之后安装一个出口气体冷却器75，通过该冷却器将在膨胀涡轮34之后的出口气体12
与在膨胀涡轮34之后导入的过量气体27的气体混合物完全或部分地冷却。待冷却部分从第二工艺气体管道32取出，传送通过出口气体冷却器75和再送到第二工艺气体管道32。使用冷却水76进行冷却。如果根据本发明的调节失败的话，可以借助于出口气体冷却器75确保出口气体12不会以过高的温度进入出口气体容器13中。
在图2中，与图1中一样，表示了一个COREX®设备，但是与图1中设备的区别为所使用的除尘用过滤器。
代替图1中用于炉顶煤气的旋风分离器23，使用了带有陶瓷过滤器元件的热气过滤器11。在热气过滤器中，热气过滤器元件主要是以陶瓷、纤维陶瓷或烧结金属的多孔烛(Kerzen)形式使用。在烛形过滤器上收集的粉尘可以通过通常用氮气N2操作的回冲洗装置从过滤器烛上清除掉。
另外，在热气过滤器11中分离的粉尘可以再次送到熔融气化器48。
另一个实施方案变型在于，在热气体过滤器11之前安装一个旋风分离器23，准确地说是热气体旋风分离器。由此可以进一步降低炉顶煤气22的粉尘含量。
在图3中代替图1和2中的COREX®设备而使用FINEX®设备。
出口气体12送到膨胀涡轮34和随后再在一个构成为低压气体储存罐的出口气体容器13中中间存放。接着可以将其送到原料干燥装置或发电厂作为燃料，参见附图标记35。
所述FINEX®设备在此实例中具有四个还原反应器37-40，它们构成为流化床反应器并装填粉矿。粉矿和添加剂41送到矿石干燥装置42并从那里首先送到第四反应器37，它们然后到达第三反应器38、第二反应器39和最后是第一反应器40。但是代替这四个流化床反应器37-40也可以仅存在三个反应器。
与粉矿逆流地导入还原气体43。将其引入到第一还原反应器40的底部并在上部出来。在从下面进入第二还原反应器39之前，还可以用氧气O2加热，在第二还原反应器39和第三还原反应器38之间也同样如此。来自还原反应器37-40的废气44的热在废热锅炉21中用于产生蒸汽，在其中生成的低压蒸汽可以输送到设备14的汽提塔中，用于化学吸附CO2。
从第四还原反应器37出来的废气44在废热锅炉21之后在袋式过滤器30中净化。从袋式过滤器30出来的废气的一部分气流作为出口气体12送到膨胀涡轮34，另一部分气流应作为返回气体79再在FINEX®方法中使用。为此，在气体冷却器77中借助于冷水78冷却，在返回气体压缩机80中压缩，在下游的冷却器81中再次冷却和然后送到用于除去CO2的设备14，例如通过吸附（例如压力交变设备或真空压力交变设备）或化学吸附。
如果希望降低在生铁制造时向大气中的CO2排放量，必须将其从生铁制造的废气中分离并以结合的形式储存（ CO2捕集和螯合(Sequestration)（CCS））。
化学吸附14之后的残余气流82主要含有CO2，一部分残余气体82可以通过通入到第二工艺气体管道32中
的残余气体管道84送到进入出口气体容器之前的出口气体12，以进行冷却。在图3中显示了用于此的相应的第五调节装置20。
还原气体43在图3中在熔融气化器48中制备，向其中一方面输送块状煤49形式的煤和粉末状50的煤-其与氧气O2一起-，另一方面加入在还原反应器37-40中预还原的和在铁矿团块压制51中以热状态成块（HCI热压制铁）的铁矿石。在此过程中，铁矿团块经过输送设备52到达构成为固定床反应器的储存容器53中，在这里铁矿团块用来自熔融气化器48的粗净化的发生炉煤气54任选地预热和还原。这里也可以加入冷铁矿团块65。随后，铁矿团块或铁氧化物从上面装入到熔融气化器48中。低还原的铁（LRI=低还原铁）同样可以从铁矿团块压制51中取出。
熔融气化器48中的煤被气化，产生气体混合物，它主要由CO和H2组成，并作为还原气体（发生炉煤气）54抽出，一部分气流作为还原气体43引向还原反应器37-40。
在熔融气化器48中熔化的热金属和炉渣被抽出，参见箭头58。
从熔融气化器48抽走的炉顶煤气54首先导入分离器59中，以便将夹带出的粉尘分离和将粉尘经过粉末燃烧器返回熔融气化器48中。
一部分净化除去了粗粉尘的炉顶煤气借助于湿洗涤器60进一步净化并作为过量气体61送到设备14以化学吸附CO2，和更确切地是在返回气体压缩机80之前。
另一部分净化的发生炉煤气54同样在用于冷却气体的湿洗涤器62中进一步净化，送到气体压缩机63进行冷却，然后在与从设备14取出的除去了CO2的返回气体79混合后再送到熔融气化器48之后的发生炉煤气54，进行冷却。通过这一将除去了CO2的气体79返回，其中含有的还原性部分还可用于FINEX®方法，另一方面可以确保将热的发生炉煤气54进行必要的冷却。
从储存设备53（其中铁矿团块或铁氧化物用来自熔融气化器48的除尘的和冷却的发生炉煤气54加热和还原）出来的炉顶煤气55，在湿洗涤器66中净化和然后同样可以送到设备14以除去CO2。
在用于除去CO2的化学吸附设备情况下，可以向设备14的汽提器输送来自废热锅炉21的低压蒸汽。对于这种情况，优选的方式应由于废热锅炉和用于化学吸附CO2的设备14之间的路程短而使用来自炼铁工艺的废热。
汽提器的冷凝液在该实例中可以送到废热锅炉21的蒸汽循环。
出口气体12在此仅仅由还原反应器37-40的废气44组成。
在该具体实例中存在的所有调节装置（第一调节装置45、第二调节装置46、第四调节装置56和第五调节装置20）是相互连接的并且它们的控制参数是中央预先给定的。
第二喷入装置33、任选的出口气体冷却器75、火炬设备72、温度传感器67-69、压力传感器73和旁路管道74的作用方式如图1中所解释的。
图4中的设备基本上相应于图3中的设备，但是在图4中从第四还原反应器37出来的废气44在废热锅炉21之前在热气过滤器11中净化。从废热锅炉21出来的废气的一部分气流然后作为出口气体12送到膨胀涡轮34，另一部分气流作为返回气体79再在FINEX®方法中使用。
在图5中借助于氧气高炉阐释了本发明。这里铁矿石从烧结设备2以及焦炭（未显示）经加料装置从上面送到高炉1中。氧含量>
80%的含氧气体3引入到环形管道4中，粉末形式的煤50也是如此。在还原气体炉6中，加热还原气体5，其中送入氧气O2和燃烧空气进行燃烧。与冷的或预热的氧气O2一起，将加热的还原气体5引入高炉1中。炉渣7和生铁8在下面从高炉1中取出。在高炉1
的上部取出炉顶煤气或高炉煤气9并在粉尘分离器或旋风分离器10中预净化。如此净化的炉顶煤气或高炉煤气9还是热的，使得将其能量以有益的方式在废热锅炉21中利用以产生蒸汽。如在其它图中的废热锅炉21中的那样，这里左边的循环也是蒸汽循环，右边的循环用于加热和蒸发冷凝液。为了冷却废热锅炉前面的炉顶煤气9，再设置一个用于水的第一喷入装置29。借助于旁路管道36，炉顶煤气9可以再次不经冷却而在废热锅炉21周围通过。炉顶煤气9在废热锅炉21之后进入袋式过滤器30（在这里也可以安置湿洗涤器来代替它）和进一步净化，使得也可以分离和取出细粉尘，参见袋式过滤器30下端的箭头。
净化和任选地冷却的炉顶煤气9一方面可以直接作为出口气体12从高炉系统取出并送到膨胀涡轮34和然后送到出口气体容器13。另一方面，可以送到设备14用以除去CO2，其中净化和返回的炉顶煤气或高炉煤气9事先在用冷水78冷却的气体冷却器77中冷却，随后用压缩机15压缩到大约2-6
barg并在后冷却器16中冷却到大约30-60℃。然后才将返回的炉顶煤气9导入设备14用以除去CO2。这种设备的作用方式已经在图3中解释。另外，在图4中设置了-虚线示意的-管道，利用该管道使返回的炉顶煤气9或者仅仅从气体冷却器77旁边通过，仅仅从设备14旁边通过或者是从气体冷却器77和设备14旁边通过，作为燃气而通入还原气体炉6中。
净化除去了CO2的产物气体作为还原气体5或者直接地和/或在还原气体炉6中加热后再次送到高炉1。富含CO2的残余气体82如图3中那样直接排放到大气中和/或送到CO2压缩装置，随后进行CO2储存（捕集作用，例如EOR-增强的油回收，EGR-增强的气体回收）和/或也可以在炼铁中用作N2的替代物：残余气体流主要由CO2组成和因此可以用于加料装置、阻挡装置和选出的吹扫气体和冷却气体消耗器。
但是残余气体82的一部分也可以作为燃气送到还原气体炉6。最后，残余气流82的一部分可以通过通入到第二工艺气体管道32中的残余气体管道84送到进入出口气体容器之前的出口气体12，以进行冷却。在图4中显示了用于此的一个相应的第五调节装置20。
在该具体实例中存在的所有调节装置（第一调节装置45、第二调节装置46、第四调节装置56和第五调节装置20）是相互连接的并且它们的控制参数是中央预先给定的。
第二喷入装置33、任选的出口气体冷却器75、火炬设备72、温度传感器67-69、压力传感器73和旁路管道74的作用方式如图1中所解释的。
图6的设备与图5中设备的区别仅在于炉顶煤气9的净化方式。具体地，在图6中，炉顶煤气9在粉尘分离器或旋风分离器10之后在热气过滤器11中进一步净化，使得甚至细粉尘也可以被分离和取出，参见热气过滤器11下端的箭头。如此净化的炉顶煤气或高炉煤气9然后才导入废热锅炉21中。
来自出口气体容器13的出口气体21可以-独立于本发明的具体实施方式-作为燃料送到组合热电厂或蒸汽电厂。
附图标记
1 高炉
2烧结设备
3 含氧气体
4 环形管道
5 热风
6 还原气体炉
7 炉渣
8 生铁
9 炉顶煤气或高炉煤气
10 粉尘分离器或旋风分离器
11 热气过滤器
12 出口气体
13 出口气体容器
14 用于化学吸附CO2的设备
15 压缩机
16 后冷却器
17 还原竖炉
18 块状矿石、球团、烧结体和添加剂
19 用于还原竖炉17的还原气体
20 第五调节装置（阀）
21 废热锅炉
22 来自还原竖炉17的炉顶煤气
23 用于炉顶煤气22的旋风分离器
24 来自旋风分离器23或热气过滤器11的粉尘
25 来自分离器59的粉尘和粉矿
26 湿洗涤器
27 过量气体
28 冷却气体
29 第一喷入装置
30 袋式过滤器
31 第一工艺气体管道
32 第二工艺气体管道
33第二喷入装置
34 膨胀涡轮
35 通向原料干燥（煤、粉煤或矿石干燥）或通向发电厂
36旁路管道
37 第四还原反应器
38 第三还原反应器
39 第二还原反应器
40 第一还原反应器
41 粉矿和添加剂
42 矿石干燥
43 还原气体
44 来自还原反应器37-40的废气
45 第一调节装置
46 第二调节装置（阀）
47 粉矿
48 熔融气化器
49 块状煤
50 粉末形式的煤
51 铁矿团块压制
52 输送装置
53 用于预热和还原铁氧化物和/或铁矿团块的构成为固定床反应器的储存容器
54 来自熔融气化器48的炉顶煤气或发生炉煤气
55 来自储存容器53的炉顶煤气
56 第四调节装置（阀）
57 第三调节装置（阀）
58 热金属和炉渣
59 粉矿的分离器
60 用于过量气体61的湿洗涤器
61 过量气体
62 用于冷却气体的湿洗涤器
63 气体压缩机
64 来自吸收器17的除去了CO2的气体（产物气体）
65 冷铁矿团块
66 用于来自储存容器53 的炉顶煤气的湿洗涤器
67 第一温度传感器
68 第二温度的传感器
69 第三温度传感器
70 通向火炬设备72的第一管道
71 通向火炬设备72的第二管道
72 火炬设备
73 压力传感器
74 用于膨胀涡轮34的旁路管道
75 出口气体冷却器
76 冷水
77 用于返回气体的气体冷却器
78 冷水
79 返回气体
80 返回气体压缩机
81 用于返回气体79或9的冷却器
82 来自设备14的残余气体
83 用于还原气体炉6的燃烧空气
84 残余气体管道
Claims (14)
1. 调节来自生铁制造设备的用于在膨胀涡轮（34）中应用的工艺气体（12）的温度的方法，其特征在于，将工艺气体（12）在进入膨胀涡轮（34）时的入口温度这样进行设定，使得该温度不下降到低于在膨胀涡轮中出现冷凝时的最低入口温度，和/或将工艺气体（12）冷却，使得从膨胀涡轮出来的工艺气体在进入低压气体储存罐（13）时不超过对此低压气体储存罐所允许的最高入口温度，和确切地说是通过至少如下措施之一：
- 通过调节工艺气体（12）在进入膨胀涡轮（34）之前所流经的废热回收设备，特别是废热蒸汽发生设备（21），调节工艺气体温度，
- 通过调节未冷却地从废热回收设备，特别是废热蒸汽发生设备（21）旁边通过（36）的工艺气体的量，调节工艺气体温度，
- 在膨胀涡轮（34）之前向工艺气体（12）中混入冷却的处于压力下的其它工艺气体（27），
- 向工艺气体（12）中喷入（29，33）水，
- 在膨胀涡轮（34）之后向工艺气体（12）中混入来自用于除去CO2的设备（14）的冷的残余气体（82）。
2. 根据权利要求1的方法，其特征在于，作为工艺气体（12）使用的是之前从生铁制造设备中除去并在膨胀涡轮（34）之后没有再次送回生铁制造设备中的废气。
3. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于，作为工艺气体和任选地作为其它工艺气体使用的是来自高炉，特别是来自氧气高炉（1）的炉顶煤气（9）。
4. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于，作为工艺气体和任选地作为其它工艺气体使用的是来自熔融还原设备（17、37-40、48）的废气（22、27、44）。
5. 根据权利要求4的方法，其特征在于，使用至少一种下面的废气：
-来自熔融气化器（48）的废气（27），
-来自至少一个还原反应器（37-40）的废气（44），
-来自至少一个固定床反应器（17）的废气（22），特别地用于预热和/或还原铁氧化物和/或铁矿团块。
6. 根据权利要求1-5之一的方法，其特征在于，工艺气体（12）进入膨胀涡轮（34）时的入口温度不低于大约145℃的最低入口温度。
7. 根据权利要求6的方法，其特征在于，工艺气体（12）进入膨胀涡轮（34）时的入口温度设定为150-175℃范围的值。
8. 根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于，工艺气体（12）在膨胀涡轮（34）之前或之后进行冷却，其程度为进入低压气体储存罐（13）的最高入口温度不超过大约80℃。
9. 根据权利要求1-8之一的方法，其特征在于，将工艺气体（12）的至少一部分在膨胀涡轮（34）之前进行干式除尘。
10. 用于实施根据权利要求1-9之一的方法的装置，其特征在于，生铁制造设备与用于将工艺气体（12）导入膨胀涡轮（34）的至少一个第一工艺气体管道（31）连接，和膨胀涡轮（34）通过第二工艺气体管道（32）与用于工艺气体的低压气体储存罐（13）连接，其中另外还设置有至少一个下面的装置：
- 第一调节装置（45）和在膨胀涡轮（34）之前的特别是在生铁制造设备中安装的废热回收设备，特别是废热蒸汽发生设备（21），其中用于废热回收设备（21）的第一调节装置（45）用于调节工艺气体温度，
- 第二调节装置（46）和旁路管道（36），其中第二调节装置（46）用于调节借助于旁路管道（36）未经冷却地从废热回收设备，特别是废热蒸汽发生设备（21）旁边通过的工艺气体的量，
- 第三调节装置（57），用以调节来自生铁制造设备的导入第一工艺气体管道（31）的经冷却的处在压力下的其它工艺气体（27）的量，
- 第四调节装置（56），用以调节借助于喷入装置（33）喷入第一工艺气体管道（31）或第二工艺气体管道（32）的水的量，
- 第五调节装置（20），用以调节来自CO2除去设备的借助于残余气体管道（84）混入到第二工艺气体管道（32）中的工艺气体（12）的冷残余气体的量。
11. 根据权利要求10的装置，其特征在于，设置至少一个管道，借此能够将来自高炉，特别是来自带有炉顶煤气返回的氧气高炉（1）的炉顶煤气（9）导入第一工艺气体管道（31）中。
12. 根据权利要求10的装置，其特征在于，设置至少一个管道，借此能够将来自熔融还原设备的废气（22、27、44）导入第一工艺气体管道（31）中。
13. 根据权利要求12的装置，其特征在于，这些管道的至少一个与下面装置的至少一个连接：
- 熔融气化器（48），
- 一个或多个还原反应器（37-40），
- 固定床反应器（17），特别地用于预热和/或还原铁氧化物和/或铁矿团块的固定床反应器（17）。
14. 根据权利要求10-13之一的装置，其特征在于，在膨胀涡轮（34）之前安装设备（11、23、30），用于将工艺气体（12）干式除尘。
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