CN103392012A - 用于加热高炉热风炉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加热高炉热风炉的方法，其中，在布置在热风炉中的燃烧室内的燃烧区域中以稳定的明火使具有9MJ/Nm³或更低的较低热值（LHV）的燃料燃烧，并且使燃烧气体流动通过并因此加热在该热风炉中的耐火材料，其中，利用包括至少85%的氧的氧化剂使该燃料燃烧，以及，使燃烧气体再循环进入到该燃烧区域中，以便充分地稀释在其中的燃料和氧化剂的混合物，用于使明火不损坏该耐火材料。

Description

用于加热高炉热风炉的方法

发明领域

本发明涉及一种用于使用高炉来加热高炉热风炉的方法。

背景技术

供应到高炉中的燃烧空气通常使用热风炉进行预热，所述热风炉包括使用燃烧器加热的耐火材料。当该材料足够热时，燃烧空气穿过该热风炉以便在注入到高炉中之前对其进行预热。通常，并联且循环地运行多个热风炉，从而使至少一个热风炉运行以加热燃烧空气，同时加热至少一个热风炉的耐火材料。

通常，离开高炉的炉顶气体具有大约110-120℃的温度并且包含各自约20-25%的CO和CO₂。通常还存在3-5%的H₂和一些H₂O，但是炉顶气体的其他主要成分是N₂（通常是45-57%）。该气体构成具有相对低的加热值的低级燃料并且通常用于为热风炉提供燃料。

通常使用空气-燃料燃烧器在热风炉中使炉顶气体燃烧。为了确保高炉所需的高鼓风温度，已知使具有诸如焦炉煤气或天然气的高发热值气体的炉顶气体富集。该额外燃料的燃烧致使设备整体上排放更大量的二氧化碳，因此是非期望的。

还已知使在烟囱燃烧器中使用的燃烧空气中的氧气富集。通常，用于减少或消除额外的高发热燃料的需求所需的富集水平例如导致燃烧空气中的最终氧化剂含量大约为28-30%。

这种方法在某些情况下可能使峰值火焰温度足够高以致损坏热风炉的耐火材料。

高炉本身是高效的逆流反应器，其已经发展了许多年。其接近于热力学效率的极限。此外，高炉及其辅助设备，诸如热风炉，是钢铁联合企业中最大的能量消耗装置。此外，在炼铁中消耗的能量是决定集成炼钢工艺的碳消耗的主要因素，因此是决定二氧化碳排放量的主要因素。因此，期望提高高炉热风炉的热效率。

除了上述高峰值温度问题外，过低的火焰温度或热输入率导致长的加热周期，这是非期望的。换而言之，需要火焰温度是中等的。

发明内容

本发明实施方案解决了以上所描述的问题并使其可以获得如以下所描述的其他优点。

本发明涉及一种用于加热高炉热风炉的方法，根据所述方法，在布置在热风炉中的燃烧室内的燃烧区域中以稳定的明火使具有9MJ/Nm³或更低的较低热值（LHV）的燃料燃烧，并且使燃烧气体流动通过并因此加热在该热风炉中的耐火材料，其特征在于，利用包括至少85%氧的氧化剂使燃料燃烧，将燃烧气体再循环到燃烧区域内，并因此充分稀释其中的燃料和氧化剂的混合物用于使明火没有损坏耐火材料。

附图说明

下面依照本发明的示例性的实施方案和附图详细地描述本发明，其中：

图1是传统炼铁厂中的高炉和三个热风炉的简化图示；

图2是图示具有外部燃烧室的传统的现代热风炉的截面视图；

图3是根据本发明实施方案具有额外的喷枪的热风炉的截面视图；

图4是根据本发明实施方案具有氧燃料燃烧器的热风炉的详细截面视图；

图5是根据本发明实施方案具有燃烧气体再循环装置的热风炉的截面视图；

图6是根据本发明实施方案具有喷射器喷枪的热风炉的详细截面视图；

图7是图示在燃烧器热风炉的燃烧室中燃烧的轴向温度曲线的图表，所述燃烧热风炉（a）通常利用支持燃烧的空气而不利用废气的再循环来运行并且（b）根据实施方案来运行；

图8是类似于图7的图表，但示出了相同的两个燃烧情况的轴向速度变化图；以及

图9是类似于图7的图表，但示出了相同的两个燃烧情况的轴向一氧化碳浓度变化图。

具体实施方式

图1图示在炼铁厂中的高炉120和3个热风炉100的主要布置。高炉120运行产生高炉炉顶气，使用燃料供应控制装置110将其送至各个热风炉100以用作燃料从而加热所述热风炉100。利用通过空气供应控制装置130供应的空气形式的氧化剂使炉顶气燃烧。

各个热风炉100包括陶瓷砖等的形式的耐火材料，首先对其进行加热，然后将其用于加热被送入高炉中的鼓风。

在以耐火材料加热模式(“以气体”模式）运行时，在热风炉100中利用氧化剂使炉顶气燃烧，并将燃烧气体送至烟气处理装置150，其可能包括传统的碳捕获步骤。

在以鼓风加热模式(“以鼓风”模式)运行时，以相反的方向夹带空气通过耐火材料，然后将其夹带至高炉120。

热风炉100循环地运行，从而在任何时刻有至少一个热风炉以鼓风模式运行，而其他的热风炉以气体模式运行。

图2所示为传统的现代热风炉100的截面图。该热风炉100包括外部燃烧室101、耐火材料102和顶盖103。在以气体模式运行时，关键的是顶盖103中的温度不会变得过高，因为于是存在损坏热风炉100的风险。应当理解，还存在具有内部燃烧室的热风炉，本发明同样可以应用于这些热风炉的运行。

在以气体模式运行时，将炉顶气和空气经由空气燃烧器108送入燃烧室101的燃烧区域内，在其中进行燃烧。该燃烧器108包括燃料入口105和空气入口104。然后，热的燃烧气体向上流动通过该室101，经过顶盖103并向下流动通过耐火材料102，从而对后者进行加热。在通过端口106排出时，燃烧气体的温度通常约为200-350℃。

在耐火材料达到预定温度时，将运行模式切换为以鼓风模式运行。然后，将空气通过端口106引入，流动通过热的耐火材料102，经过顶盖103和燃烧室101，通过出口端口107排出。在此，鼓风的温度通常为1100-1200℃。

在本发明的范畴内，优选利用高炉炉顶气加热热风炉，如上所述。此外，优选使用来自高炉的炉顶气，由热风炉提供鼓风至高炉。这允许热风炉布置在高炉附近，是能量上有效的，并且使得来自该设备的总排放量低。

然而，应当理解，本发明同样可以有利地应用于利用其他低级燃料加热的热风炉。通过示例，表I和II分别给出高炉炉顶气和转炉废气的典型化学组成(百分比数值)和较低热值（LHV）。

表1

表2

根据本发明，利用LHV值不高于9MJ/Nm³的气态燃料加热热风炉。使用该低级燃料将从本发明可能的成本优势提取最大的优势。该燃料可以包含特定添加的其他更多的高级燃料，条件是混合物的LHV值等于或小于9MJ/Nm³。然而，为了降低成本和排放量，优选在燃烧之前不添加高级燃料。

根据本发明，通过不是利用空气或稍微富氧的空气，而是利用包含至少85%重量，优选至少95%重量的氧的氧化剂使该低级燃料燃烧，而将该低级燃料用于加热热风炉，其中该氧化剂更优选为氧含量基本上为100%的工业纯氧。

这提高了燃料效率，因为存在于空气中的氮气惰性部分无需进行加热。此外，通过减少燃烧产物中的氮气惰性部分，可以在无需用高热值燃料补充低级燃料气体的情况下获得所需的火焰温度。减少的能量需求有利于提高发电量和/或减少对于引入气体的需求，由此改善了燃料管理。

通常使用具有该高氧含量的氧化剂导致峰值温度足够高以致损坏热风炉的顶盖和耐火材料。

然而，可以使用此类氧化剂，条件是将热风炉燃烧气体再循环至燃烧区域中到如此程度，以至于其中的燃料和氧化剂的混合物充分稀释从而使燃烧区域中的燃烧在不损坏顶盖和耐火材料的温度下形成稳定的明火。

在此，“将燃烧气体再循环至燃烧区域中”是指，将位于燃烧区域外部的燃烧气体再循环返回至燃烧区域中。该燃料气体可能原本位于燃烧室本身内部，但是位于燃烧室被其中主要进行燃烧的区域所占据的部分(“燃烧区域”)外部。因此，在此情况下，燃烧气体实际上在燃烧室内进行再循环。替代性地，可以将该燃烧气体从燃烧室外部再循环返回至燃烧区域。

如下面进一步详细描述，可以通过可能地使用分级燃烧方案通过髙速喷射氧化剂而在燃烧室内部产生强烈的湍流和/或将烟气从热风炉再循环返回至燃烧区域内，从而实施反应物的稀释。

根据本发明，可以获得足够低的峰值火焰温度，从而不会损坏热风炉的耐火材料。

此外，与使用空气或稍微富氧的空气作为氧化剂的情况相比，在使用高氧含量的氧化剂以使诸如高炉炉顶气的低级燃料燃烧时，燃烧气体的含量变得明显更高。因为在经处理的气体包含更大比例的二氧化碳时，传统碳捕获技术每个单位捕获的CO₂倾向于明显更廉价，这使得在采用该碳捕获步骤以处理热风炉燃烧气体时明显地节省了成本。

图3示出本发明的优选的实施方案。与图2中所示的传统热风炉200相似的热风炉300包括燃烧室301、耐火材料302、顶盖303、在热风炉以传统方式利用空气燃烧运行时用于燃烧空气的入口304、用于诸如炉顶气的低级燃料的另一个入口305、以及与端口206相似的端口306、307。代替利用空气使低级燃料燃烧，将一个或多个喷枪310、311、312插入燃烧室内，并用于将上述高氧含量的氧化剂供应至燃烧区域内。氧化剂可以通过局部制氧或者使用外部提供的氧化剂进行供应。

在此处所述的所有实施方案中，将单位时间的氧化剂总量与低级燃料的供应量平衡，从而在化学计量方面产生所期望的燃烧条件。

每个喷枪310、311、312优选将氧化剂以高速、优选至少200m/s、更优选至少以声速供应至燃烧区域。该高速喷射在燃烧室内产生强烈的湍流，又将燃烧气体夹带至燃烧区域内，从而稀释火焰以使其以不损坏热风炉的耐火材料的峰值温度扩散。

根据一个优选的实施方案，喷枪310以其喷嘴接近燃料入口305的喷嘴附近的方式布置。根据另一个优选的实施方案，喷枪311布置在距燃料入口305的喷嘴一定距离的位置。取决于燃烧室301的几何形状，这些布置方式之一或者两者的组合可以最佳地将燃烧气体再循环至燃烧区域内。辅助喷枪312布置在相对于其他喷枪或喷枪310、311的进一步下游，可以用于提供分级燃烧过程，由此可以使全部火焰体积变得甚至更大。多于一个各种所述类型310、311、312的喷枪通常可以相互补充的方式布置。在将氧化剂喷射在接近燃料入口305附近的情况下，优选还将氧化剂喷射在进一步下游，以产生分级燃烧过程。

图4是另一个优选的实施方案的概览图示，其中高炉热风炉400包括燃烧室401、耐火材料402和端口406。

经由供应管道411、供应装置412和入口413供应低级燃料。经由供应管道414、供应装置415和包括喷嘴416的喷枪供应氧化剂。布置该喷枪，使得其喷嘴416布置在燃料入口413附近。该喷枪优选以与燃料入口413同轴的方式延伸，如图6所示。通过该邻近的布置方式，尤其是在同轴的情况下，以及在以上述的高速喷射氧化剂时，通过对于部分的高速氧化剂的喷射器作用，有效地将燃料夹带至燃烧区域内。由此在燃烧室401内实现燃烧产物的强烈的再循环，尤其是将燃烧气体再循环至燃烧区域内延伸火焰前锋。在将该高速喷枪布置在燃料入口413附近时，优选同时使用第二氧化剂喷枪312，在燃烧室401内燃料入口413下游的另一个位置提供全部供应的氧气的一部分，产生低级燃料的分级燃烧，从而有利于获得扩散的且不具有足够高的峰值温度以损坏热风炉的耐火材料的火焰。

热风炉400可以是现有铁制造厂的一部分并且适用于根据本发明以传统的运行模式运行，其中，使用空气来支持高炉气体的燃烧，其中，焦炉煤气或天然气补充高炉气体，以及，其中，不存在使用热风炉400对燃烧产品实施再循环。

根据一个非常优选的实施方案，用于预先加热现有的热风炉400的现有的传统的空气燃烧器在初始步骤中被包括上述燃料入口413和氧化剂喷枪的氧燃料燃烧器410代替。在此，“氧燃料”燃烧器是指利用燃料和氧化剂驱动的燃烧器，其中该氧化剂包含大比例的氧，优选至少85%的氧气，更优选至少95%的氧。

根据一个优选的替代性实施方案，上述现有的空气燃烧器在初始步骤中用一个或多个上述的高速氧化剂喷枪加以补充，并停止空气供应。

如上所述，该高速喷射在燃烧室301、401内产生强烈的湍流，导致火焰的峰值温度足够低而使热风炉中的耐火材料不被损坏。

然而，与使用空气作为氧化剂的情况相比，在使用高氧含量的氧化剂时燃烧气体的质量流率更低。这产生向耐火材料的更小的对流热传递，及因此导致加热循环时间更长。因此，在为了高氧含量的氧化剂运行改造现有的热风炉时，将烟气从热风炉再循环返回至燃烧区域内，如下面依照图5和6所述。

因此，图5是根据另一个优选的实施方案的热风炉500的概览图示，其包括燃烧室501、耐火材料502（有时被称为“砖格装置”）和顶盖503。

在以气体模式运行时，燃烧气体通过端口506离开热风炉500。然而，将部分的燃烧气体经由再循环装置511再循环返回至燃烧室501中的燃烧区域。反馈装置511可以包括推进装置，例如风扇，以将在循环的燃烧气体送至燃烧室501。

还布置再循环装置511以将再循环的燃烧气体与经由供应管道512供应的如上所述组成的高氧含量的氧化剂混合。可以使用传统扩散器进行混合。然后将再循环的燃烧气体与氧化剂的混合物经由入口513供应至燃烧室501。经由供应管道514、供应装置515和入口516提供低级燃料，例如炉顶气。因此，在燃烧区域内，在存在已经通过热风炉500之后又被再循环至燃烧区域内的燃烧气体的情况下，利用氧化剂使燃料燃烧。以此方式，使燃烧室501内的火焰稀释。

利用该烟气再循环装置可以获得足够高的对流热传递率，从而能够保持其中实施本发明方法的现有热风炉的加热循环时间。这是通过以下方式而实现的：再循环足够量的燃烧气体，以保持单位时间通过热风炉500的气体质量或热能流量以至少与在现有的热风炉在改造成根据本发明的运行方式之前在不进行再循环的情况下使用低氧含量的氧化剂运行时所采用的单位时间的气体质量或热能流量相同的水平。

如以前所提出的，根据本发明的方法，使用氧燃料燃烧替代热富集较低热值烟气的空气燃烧，其中，示例性地通过使用用于喷射氧化剂的喷枪对燃烧空间进行高脉冲混合而由再循环烟气稀释火焰。取消了高成本高热值升压器烟气的需求并只使用高炉气体就对热风炉添加燃料。热风炉通常占有整合地制造钢铁所需要的总能量的大约10%，而传送到热风炉中的能量的大约18%是以烟气的形式丢失的。再循环烟气降低了该能量的损失并减少了在燃烧烟气时必须供应到热风炉的能量的量。因此根据本发明的方法将废热回收的一些效益和氧燃料燃烧的效益结合了起来。

考虑到以生产率大约为2.2t/m³/d工作体积为1500m³运行的高炉的假设例子。该高炉每小时制成大约138吨的热金属，并且根据典型的鼓风量可以期望消耗138,000Nm³/h的热鼓风。为了使热鼓风的温度达到1200℃，要求热风炉燃烧器的火焰温度高出大约150℃，并且要求以大约230GJ/h的速度将空气加热至该温度。对于效率大约为80%的热风炉，这意味着对于各热风炉而言输入到热风炉中的能量大约为290GJ/h或145GJ/h，假设两个热风炉同时以气体模式运行。已经很好地证明，在热风炉正常运行的情况下，大约18%的输入到热风炉的能量存在于烟气中。已经证明的是，在所考虑的情况下，这会导致烟气的温度达到大约250℃。

这些条件已经被使用来建立假设的热质平衡，用于三种运行模式：“空气燃料”（即，不需要烟气再循环的传统的运行）、“富集氧气”（即，作为“空气燃料”，但具有富集氧的空气）以及“烟气再循环”（即，根据的是本发明的方法）。通过计算确保了燃烧产物具有恒定的火焰温度和恒定的质量流，以使对流热传递的条件被维持。对各种情况下的化学计量性火焰进行调整，以便确保烟气中有1%的氧量过剩。图3中比较了结果。

表3

可以了解到，在所考虑的条件下，供应到热风炉的空气的富集氧降低了但没有消除所使用焦炉煤气的含量。高炉气流被提升，以便确保热输入维持在145GJ/h。因为从系统里消除了一些氮，因此最低限度地提升了烟气中的C0₂含量。

烟气再循环的引入取消了对烟气热富集的需要。这是因为，结合被包括在烟气中的显热的回收，进一步适当地提升高炉气体的流动就能够充分地到达所期望的火焰温度。应该理解的是，利用烟气的再循环，氧化剂不是空气而是包括至少85%体积的氧气的气体混合物或基本上是纯氧。（表3中所示出侧计算结果是基于后者的）。因为从再循环烟气中回收了能量，所以，来自燃烧的能量输入就降低了大约4%。

消除空气后通过使用工业用氧维持燃烧。重要的是可以看到烟气的CO₂含量从最初的23%提高到了41%。这等同于单个热风炉每小时产生50吨的CO₂或“以气体模式”运行的两个热风炉每小时产生100吨的C0₂。75吨的CO₂就足够在对残留物进行再循环的同时用于碳的捕获和封存。

对于所考虑的假设情况，可以合理地假设每小时所产生的138吨的热金属被转换成150吨板坯或其它金属产品，所述板坯或其它金属产品在制钢期间可能由于添加废料而生成。

通过应用行业基准数据，可以评估整个集成钢工厂每小时生成大约280吨的CO₂。因此，将烟气再循环进热风炉（假设是Cowper热风炉）生成可用于碳捕获的大约27%的整厂CO₂排放。

当简单的热质平衡（诸如表1中所详细列出的）用于图示根据本发明的方法获得的主要优点时，它们没有完全地反映好处。尤其是他们没有将从空气燃料燃烧转换成氧燃料燃烧所产生的改进的热传播条件考虑进去。为此，可以使用根据耐火砖格装置的组成、温度和质量流使总热传递系数发生改变的动态模型。对热风炉实施的许多模型化研究显示所发生的热传递可以由结合对流和辐射的效果的总的或“集中的”热传递系数精确地表示。以便用于气体处理周期。

α=α_c+α_r

其中：

α_c=对流热传递系数；以及

α_r=辐射热传递系数

对流热传递系数与质量流率有关并且可以根据Sieder-Tate方程式或Hausen方程式进行计算。辐射热专递系数来自于可以以下形式表达的Stefan-Boltzmann定律：

$h_r=1.713\×{10}^{-8}\left[\frac{{\mathrm{\ϵ}}_g.{T_g}^4-{\mathrm{\α}}_g.{T_B}^4}{T_g-T_B}\right]$

其中：

s=是与组成和温度成函数关系且可以来自灰气模型或来自Hottel图表的气体的辐射率。

α_g=气体的吸收率；T_g=气体温度

T_b=局部砖格装置的平均温度

包括该原理且说明到且在砖格（耐火的）内的热传递的区域模型被使用来对效益进行更详细的评估。比较基准是来自生成温度为1250℃的行业基准热鼓风的一套现代Cowper热风炉的操作数据。结果在表4中显示。

表4

更详细地比较这些情况是有趣的。

传统的操作显示热风炉使用重要水平的天然气富集以生成1248℃高温的鼓风。

所有的三个示例（“氧情况”1、2和3）是基于发明者的。在“氧情况1”中，运行模型，从而维持与传统操作相同的鼓风温度、鼓风体积和烟道温度。这种情况生成了稳态热平衡的可比较结果，因为，虽然改进了到（耐火的）砖格砌砖的辐射热传递，但是该效益通过迫使模型维持恒定的烟道温度被隐藏。实际上，因为包含在再循环烟气中的CO₂得热容量高于正被替代的氮的热容量，因此，整体效果在于需要稍微多的能量来维持恒定的顶盖（以及鼓风）温度。然而，使用更便宜的燃料源来替代昂贵的天然气时足够都补偿更高的能量输入和所消耗的氧的成本。值得提出的是，根据模型而计算出的总热传递系数相对于接近砖格顶部处的空气燃料燃烧显示提高了13.5%，但是，即使以更低温度朝向砖格的基底，总热传递系数还是提高了大约8.5%。

在“氧情况2”下，通过允许烟道气体温度再平衡于更低的温度有利于提高热传递条件。可以发现，因为更多的热保留在砖格中，烟道温度就下降了大约25℃。净效益指的是在保持相同的鼓风温度的同时可以缩短气体处理周期时间。三热风炉操作的总能量输入最低限度地减少，但是鼓风温度和体积甚至被维持在更低的烟道气体体积下。这是在塞紧热风炉条件下可以获得的重要特点。

在“氧情况3”下，通过提升燃烧率直至原来的烟道气体温度被利用且通过提升燃烧率直到原来的烟道气体温度被修复而降低烟道气体的温度。显而易见的是，燃烧率几乎可以提高10%。这足够使鼓风温度提升大约13℃，足够导致极大地节省高炉中的焦炭。

当出现动态热平衡时使用模型化的计算流体动力学（CFD），以便进一步细地了解在整个热风炉周期期间出现的温度、速度和浓度的时空变化。在图7至9中出现一些有关的CFD结果。这显示可以执行根据本发明的方法，以便使该火焰轮廓类似于在利用作为氧化剂的空气和不利用再循环烟气的情况下高炉热风炉的传统操作所获得的那些火焰轮廓。

现在参考图5，根据优选的实施方案，再循环足够的燃烧气体，以便基本维持或提高单位时间通过耐火材料的气体质量流量。

根据一个优选的替代性实施方案，再循环足够的燃烧气体，以基本上保持或提高通过耐火材料的热能通过量。这考虑了燃烧气体中各种不同惰性成分的不同热容。在此情况下，优选还再循环足够的燃烧气体，从而基本上保持或降低火焰温度。

也如表3中所示，由热风炉500排出的烟气的CO₂含量41%与传统运行模式的23%相比明显更高。传统碳捕获技术每单位重量捕获CO₂的成本随着浓度从低水平上升至约为50至60%的水平而显著降低。上升超过该界限的浓度则提供较小的增益。因此，在根据本发明使用高氧含量的氧化剂时，可以显著降低用于处理热风炉烟气的碳捕获步骤每单位重量捕获CO₂的成本。

根据一个非常优选的实施方案，用于预先加热现有的热风炉500的现有的传统的空气燃烧器在初始步骤中被燃料入口516和再循环的燃烧气体的入口513代替，然后利用上述高氧含量的氧化剂使燃料燃烧。为此，优选通过与再循环的燃烧气体预先混合而提供氧化剂。替代性地，优选将该预先混合与一个或多个上述喷枪相结合。

图6是本发明的另一个优选的实施方案的概览图示，显示了高炉热风炉600，其具有燃烧室601、耐火材料602、端口606、再循环的燃烧气体的管道610、再循环装置611、燃料供应管道616、燃料供应装置617和燃料入口618。

将氧化剂经由氧化剂供应管道613和氧化剂供应装置614供应至以如下方式布置的氧化剂喷枪，该喷枪的喷嘴615以接近用于供应再循环的燃烧气体的喷嘴612的方式布置，其由再循环装置611供应。氧化剂喷枪优选以与再循环的燃烧气体的入口612同轴的方式延伸。以与依照图4所述的同轴喷枪喷嘴416的功能相似的方式，该邻近的布置方式，尤其是在同轴的情况下，通过对于部分的高速氧化剂的喷射器作用，在燃烧室601内产生更多的燃烧气体再循环，有效地将再循环的燃烧气体夹带至燃烧区域内。同时在再循环装置611内不需要分离的推进装置，因为通过在喷嘴615处的喷射器作用对再循环的燃烧气体进行推进。

图6中所示的实施方案有利地与额外的氧化剂喷枪相结合，在位于距喷嘴615—定距离的燃烧区域内的位置提供额外的氧化剂，从而在燃烧区域内产生分级燃烧。

此外，如上所述，优选将热风炉300、400、500、600连接至各个碳捕获步骤350、450、550、650，它们本身可以是惯用的，在将燃烧气体排放至环境中之前分离由热风炉排出的燃烧气体的二氧化碳含量。

在高炉热风炉的寿命接近其预期的使用寿命时，优选对该热风炉实施一个在此所述的实施方案或者多个实施方案的组合。

以此方式，可以延长热风炉的使用寿命，使其以更低的火焰温度，在鼓风方面以保持的生产率、更佳的燃料经济性和更低的排放量运行。

因此，根据本发明的方法允许高炉热风炉仅利用低级燃料例如高炉炉顶气运行，无需更高发热值燃料的富集，不存在温度诱发的热风炉损坏的风险，同时产生更加适合于碳捕获的烟气。此外，还可以延长热风炉的使用寿命。

若采用充分再循环的燃烧气体，则还可以在根据如上所述改造以利用高氧含量的氧化剂运行的现有热风炉中获得相同的量和品质的鼓风，该热风炉具有依照图5或6所述的燃烧气体再循环布置方式。上面描述了优选的实施方案。然而，对于本领域技术人员而言清楚的是，在不偏离本发明的思想的情况下可以对所述实施方案进行许多修改。

例如依照图4至6所述产生燃烧气体的再循环的方法之一可以有利地用一个或多个依照图3所述的不同的氧化剂喷枪加以补充。

此外，在依照图6所述的方法中，以与依照图5所述的方法相似的方式，可以有利地将喷射器推进的再循环的燃烧气体与一定量的高氧含量的氧化剂预先混合。

此外，依照图6所述的经预先混合或未经预先混合的再循环的燃烧气体的喷射器推进可以有利地与依照图4所述的低级燃料的喷射器推进相结合。

热可以回收自没有实施再循环的燃烧气体。此外或可替代地，可以对燃烧气体实施碳捕获。

根据本发明的方法可以作为附图中所图示的热风炉的替代物被应用到Kalugin高炉热风炉。

应该理解的是，这里所描述的实施方案仅仅是示例性的，本领域的技术人员可以做出变型和修正，而不偏离本发明的精神和范围。所有的这些变型和修正意图被包括在如本文所描述的和声称的本发明的范围。此外，所公开的所有实施方案不必要是可替代性的，同时本发明的各种实施方案可以被结合以便提高期望的结果。

Claims (18)

1.一种用于加热高炉热风炉的方法，其包括：在布置在热风炉中的燃烧室内的燃烧区域中使具有9MJ/Nm³或更低的较低热值（LHV）的燃料燃烧，在所述燃烧区域中保留有稳定的明火，并且使燃烧气体流动通过并因此加热所述热风炉中的耐火材料，其中，利用包含至少85%氧的氧化剂使所述燃料燃烧，以及其中，使燃烧气体再循环进入到所述燃烧区域中，以便充分地稀释在其中的所述燃料和所述氧化剂的混合物，用于使明火不损坏所述耐火材料。

2.权利要求1的方法，其中，将所述燃烧气体从所述燃烧室内部但是位于所述燃烧室被燃烧区域所占据的部分外部的位置进行再循环，通过喷枪将所述氧化剂以高速供应至所述燃烧区域，从而将所述燃烧气体夹带至所述燃烧区域中以获得对所述明火的稀释。

3.权利要求2的方法，其中，以至少20m/s的速度喷射所述氧化剂。

4.权利要求2的方法，其中，至少以声速喷射所述氧化剂。

5.权利要求2的方法，其中，所述喷枪具有邻近于供应入口的喷嘴，从而通过喷射器作用将这种燃料夹带进所述燃烧区域中。

6.权利要求1的方法，其中，所述燃烧是分阶段的。

7.权利要求1的方法，其中，作为初步步骤，现有的热风炉被重装，以便实施所述方法，所述重装包括在一个或多个高速氧化剂喷枪中提供现有的燃烧器，所述喷枪注入所述氧化剂以补充现有的燃烧器，所述现有燃烧器以与所述再循环燃烧气体连通地被放置。

8.权利要求1的方法，其中，将流动通过所述耐火材料的所述燃烧气体再循环返回至所述燃烧区域内。

9.权利要求8的方法，其中，所述再循环的燃烧气体在进入所述燃烧区域之前与所述氧化剂预先混合。

10.权利要求8的方法，其中，再循环足够的燃烧气体，使得在不将非惰性燃料成分计算在内的情况下在燃烧室内的大气的惰性部分的总的氧气体积百分比不超过12%。

11.权利要求1的方法，其中，现有的热风炉在初始阶段中被调整，以便通过利用燃料入口和再循环的燃烧气体的入口代替现有的空气燃烧器来执行所述方法，然后利用所述氧化剂使所述燃料燃烧。

12.权利要求11的方法，其中，再循环足够的燃烧气体，以至少与在不进行再循环的情况下运行现有的空气燃烧器时所采用的单位时间的气体质量流量相同的水平保持单位时间通过所述耐火材料的气体质量流量。

13.权利要求11的方法，其中，与在不进行再循环的情况下运行现有的空气燃烧器时所分别采用的火焰温度和单位时间的热能通过量相比，再循环足够的燃烧气体以保持火焰温度在相同或更低的水平，并保持向耐火材料的热能传输量在相同或更高的水平。

14.权利要求1的方法，其中，所述燃料包括高炉顶部的气体。

15.根据权利要求14中所述的方法，其中，所述高炉顶部的气体来自通过所述热风炉提供有热空气的高炉。

16.权利要求1的方法，其中，所述燃料包括发热丰富的高炉顶部的气体。

17.权利要求1的方法，其中，火焰温度维持在低于1400℃。

18.权利要求17的方法，其中，火焰温度维持在低于1350℃。

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