CN103415628B - 用于来自生铁制造用的设备的排气的或者用于合成气的热值调节的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热值调节的方法以及设备，热值调节用于来自生铁制造用的具有集成CO2‑分离设备的设备的排气或者来自合成气制造用的具有集成CO2‑分离设备的设备的合成气，排气或合成气的至少一部分作为输出气体从生铁制造用的或合成气制造用的设备被输出来，且随后在气轮机中被进行热利用，来自气轮机的排气被输送到余热蒸汽发生器以用于产生蒸汽。为了减少优质的燃烧气体的添加，把来自CO2‑分离设备的残余气体的至少一部分在气轮机之前与在残余气体添加之后的输出气体的热值相关地混入输出气体中，若输出气体的热值升高到超出预先定义的最大热值，增大残余气体份额；若输出气体的热值降低到低于预先定义的最小热值，减小残余气体份额。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于热值调节的方法，所述热值调节用于来自生铁制造用的、具有集成的CO2-分离设备的设备的排气，其中所述排气的至少一部分作为输出气体从生铁制造用的设备被输出，必要时被聚集在一种输出气体容器中，并且随后在一种气轮机中被进行热利用，其中来自所述气轮机的排气被输送到一余热蒸汽发生器中，以用于产生蒸汽。本发明同样可用于来自合成气制造用的、具有集成的CO2-分离设备的设备的合成气的热值调节，其中所述合成气的至少一部分作为输出气体从合成气制造用的设备被输出，然而未被聚集在一种输出气体容器中，而是随后在一种气轮机中被进行热利用，其中来自所述气轮机的排气被输送给一余热蒸汽发生器中，以用于产生蒸汽。本发明的主题还在于一种用于执行根据本发明的方法的设备。
背景技术
为了制造生铁，对此也应该包括生铁类似的产品的制造，基本上存在两种已知的常见的方法：高炉法和熔融还原。
在高炉法中，首先借助于焦炭由铁矿石制造生铁。此外，还可以使用废铁。随后通过其它方法由生铁制成钢。铁矿石作为块状矿、粒状物或者烧结物和还原剂（大多数为焦炭，或者也为煤，例如形式为煤颗粒喷射设备（Feinkohleeindüsanlage））以及其它组分（石灰石、造渣剂等等）一起被混合成为所谓的炉料，并且随后被加料至高炉中。高炉是一种冶金的反应器，在所述反应器中炉料柱以逆流方式与热空气、所谓的热风进行反应。通过燃烧来自焦炭的碳，产生了对于反应来说必需的热量和一氧化碳或者氢，所述一氧化碳表现为还原气体的一个重要部分，且流经所述炉料柱并还原所述铁矿石。作为结果产生了生铁和炉渣，所述生铁和炉渣被周期性地排出。
在所谓的氧气高炉—其也称为具有炉顶煤气回送装置或高炉煤气回送装置的高炉—中，当对于焦炭或煤进行气化时，具有多于90%的体积百分比的氧气份额（O2）的含氧的气体被吹入到高炉中。
对于从高炉逸出的气体、所谓的炉顶煤气或高炉煤气来说，必须设置一种气体净化件（例如除尘器和/或旋风分离器结合湿式清洗机、袋式过滤器单元或者热气体过滤器）。此外，在氧气高炉中大多为回送至高炉中的炉顶煤气设置了压缩机，该压缩机优选具有后冷却器，以及设置了用于去除CO2的装置，根据现有技术，大多借助于变压吸附来去除CO2。
用于高炉法的设计方案的其它选择是用于还原气体的加热器和/或用于利用氧气进行的部分燃烧的燃烧室。
高炉的缺点在于对于填料的要求以及二氧化碳的高排放量。使用的铁载体（Eisenträger）和焦炭必须是成块的且为坚硬的，从而在炉料柱中保持存在足够的空腔，该空腔保证了吹入的风的穿流。CO2-排放是一种强烈的环境污染。因此存在着对于替换所述高炉路径的追求。此处可列举出基于天然气（MIDREX、HYL、FINMET®）的海绵铁制造以及熔融还原法（COREX®-和FINEX®-法）。
在熔融还原中使用了熔化气化器以及至少一个还原反应器，在所述熔化气化器中产生了热的液态的金属，而在还原反应器中利用还原气体使铁矿石（块状矿、矿粉、粒状物、烧结物）的载体得以还原，其中在熔化气化器中通过借助于氧气（90%或更多）使煤（以及可能还有小部分的焦炭）气化而产生所述还原气体。
在熔融还原法中通常也设置了如下装置：
-气体净化设备（一方面用于来自所述还原反应器的炉顶煤气，另一方面用于来自所述熔化气化器的还原气体），
-压缩机，其优选具有后冷却器，且用于所述被回送至所述还原反应器中的还原气体，
-用于去除CO2的装置，根据现有技术大多借助于变压吸附来进行，
-以及作为备选的、用于所述还原气体的加热器和/或用于利用氧气进行部分燃烧的燃烧室。
COREX®工艺是一种两阶段式的熔融还原法（英语为：smelting reduction）。所述熔融还原把直接还原（铁被预还原为海绵铁）的过程和熔融过程（主还原）结合起来。
同样已知的FINEX®-法基本上对应于COREX®法，然而铁矿石作为矿粉被引入。
本发明不仅能用在生铁生产中，而且也能用在合成气设备中。合成气都是含氢的且大多也含CO的气体混合物，该气体混合物应该用在合成反应中。合成气可以由固态、液态或气态的物质制成。尤其涉及了煤炭气化（利用水蒸气和/或氧气把煤转化为氢气和CO）和由天然气制造合成气（利用水蒸气和/或氧气把甲烷转化为氢气和CO）。在煤炭气化的情况下，以合适的方式取消了正如设置在生铁制造用的设备之后那样的输出气体存储器，这是因为，来自气化器的高的合成气压力（大多>20barg，优选约40barg）也同样可以用在燃气轮机中，在那里通常需要约20-25barg的气体压力。然而必须借助于压缩机把来自CO2-去除设备的、富含CO2的残余气体压缩至合成气体流的压力。
当需要减少在制造生铁中或在合成气生产中至大气中的CO2-排放时，必须从来自生铁生产或合成气生产中的排气中分离CO2，并以化合的形式存储起来（英语为：CO2Capture和sequestration（CCS））。
目前为止，为了分离CO2，首先使用变压吸附（英语为：PSA-Pressure SwingAdsorption），尤其也使用真空-变压吸附（英语为：VPSA-Vacuum Pressure SwingAdsorption）。变压吸附是一种用于在压力下选择性地分解气体混合物的物理方法。专门的多孔的材料（例如沸石、活性炭、活性的二氧化硅（SiO2）、活性的氧化铝（Al2O3）或者组合地使用这些材料）被用作分子筛，以便对应于其吸附力和/或其动力学的直径来吸附分子。在PSA中充分利用：将气体不同强度地吸附在表面上。气体混合物在一精确地定义的压力下被引导至一种塔中。此时吸附了不受欢迎的组分（此处为CO2和H2O），且可回收物质（此处为CO、H2、CH4）尽可能地不受阻碍地流经所述塔。一旦充分地装载了吸附剂，则压力被降低且所述塔被倒冲洗。为了运行一种（V）PSA-设备，需要电流以用于富含CO2的回送气体的之前的压缩。
在变压吸附之后的、包含着所述可回收物质的产品气体流当从生铁生产中排气时仍包含约2-6%体积百分比的CO2。然而来自（V）PSA-设备的残余气体流（英语为：tail gas（尾气））仍始终包括相对较高的起到还原作用的气体成分（例如CO、H2），对于生铁生产来说这些气体成分损失了。
在变压吸附之后的、包含着不受欢迎的组分的残余气体流当从生铁生产中排气时典型地如下述这样组成：
化合物 在VPSA中的体积百分比 在PSA中的体积百分比
H2 2.2 5.5
N2 1.5 2.4
CO 10.9 16.8
CO2 82.1 72.2
CH4 0.7 0.9
H2O 2.6 2.2。
所述残余气体不能简单地被进行热利用，因为其—由于低的和/或约±50％波动的热值—必须为此借助于其它燃料而被加浓。例如人们可以将其整体地混入至所谓的输出气体中，该输出气体是工艺气体（Prozessgas）的那个被从生铁生产或合成气生产的过程中抽取出来并用于其它目的的部分，例如用作在组合的气体-和蒸汽发电站中的燃料，该气体-和蒸汽发电站也被称为组合式发电站（英语为：combined cycle power plant，缩写为CCPP）。在生铁生产中所述输出气体的成分可以是：
-来自高炉、还原反应器（涡流层反应器）或者还原炉身（固定床反应器）的炉顶煤气和/或发生炉煤气；
-来自还原反应器（涡流层反应器）的所谓的排气；
-来自熔化气化器的所谓的过剩气体（英语为：excess gas）。
然而，只有当输出气体的热值高到使得在混入残余气体之后该输出气体的热值不降低到一种对于该输出气体的随后的使用来说过低的值之下时，把来自CO2-分离部的残余气体混入至输出气体才是具有意义的。
随后，所述输出气体的减小了的热值降低了被供以所述输出气体的发电站的效率，例如在组合式发电站中由于高的燃烧气体压缩以及气轮机的较低的效率。在火力发电站或者锅炉中，在燃烧期间所述火焰温度将降低。
如果把来自CO2-分离部的残余气体混入至输出气体是无意义的，则目前为止所述残余气体整体上在一种热火炬（Heißfackel）处燃烧。这样不仅具有缺点，即损失了在燃烧时产生的热量，而且还具有如下缺点，即由于残余气体在所述热火炬处的不完全燃烧可能会产生一氧化碳CO、硫化氢H2S等形式的相当多的气体排放。
当使用来自用于生铁-或合成气制造的设备的输出气体时的另一个问题在于，输出气体的热值进行波动。因此，在被输送至耗能设备、像发电站之前，所述输出气体被存储在具有大的体积—例如该体积的数量级为100 000m3—的输出气体容器中，以便使气体组成得以均质化。为了实现具有波动范围为+/-1至2%的恒定的热值，到目前为止，当热值与所期望的恒定的值有向上的偏差时，则混入来自一种空气分解设备的氮废料。当存在热值向下的偏差时，则混入焦炉气（例如来自用于高炉的从石煤至焦炭的热解）。
在AT 507 525 B1中描述了一种用于热值平衡的相应的方法。根据该公开物，输出气体被输入到一种缓冲设备中，在该缓冲设备中进行热值的调节，根据所述调节，通过添加冶金气体或者天然气来提高所述热值，或者通过添加氮气或水蒸气来降低所述热值。
在AT 507 525 B1中，来自CO2-分离设备的、所产生的残余气体（Tailgas（尾气））被聚集在一种自身的存储器设备中，其中在所存储的残余气体中出现了热值平衡。事先所存储的残余气体被输送给一种余热蒸汽发生器，在那里通过燃烧所述残余气体就产生了蒸汽，所述蒸汽驱动一种蒸汽轮机和一种发电机。在存储器设备中，输出气体的一部分可以输送给残余气体，该输出气体已经经过了一种膨胀涡轮机。
尽管在根据AT 507 525 B1的实施方案中避免了残余气体在一种热火炬中的燃烧，然而仍具有的缺点是，对于所述输出气体的热值的调节来说，使用了优质的燃烧气体，正如在所述设备中可使用的冶金气体或者待特地取得的、在所述设备中不存在的天然气。
因此，本发明的目的在于，提供一种用于输出气体的热值调节的方法以供使用，在较少地添加优质的燃烧气体的情况下，所述方法也是可行的。
发明内容
该目的通过一种用于热值调节的方法来实现，所述热值调节用于来自生铁制造用的、具有集成的CO2-分离设备的设备的排气，或者用于来自合成气制造用的、具有集成的CO2-分离设备的设备的合成气，其中所述排气或者合成气的至少一部分作为输出气体从所述生铁制造用的或者合成气制造用的设备被输出来，必要时被聚集在一种输出气体容器中，并且随后在一种气轮机中被进行热利用，其中来自所述气轮机的排气被输送给一种余热蒸汽发生器以用于产生蒸汽。根据本发明，即把来自所述CO2-分离设备的所述残余气体的至少一部分在所述气轮机之前、尤其是必要时在连接在所述气轮机之前的所述输出气体容器之前与在残余气体添加之后的、尤其是在所述输出气体容器之后的所述输出气体的热值相关地混入到所述输出气体中，其中当输出气体的热值升高到超出预先定义的最大热值时，增大所述残余气体份额，以及当输出气体的热值降低到低于预先定义的最小热值时，减小所述残余气体份额。
通常确定所述输出气体的所期望的热值，所述热值与所使用的气轮机相关，以及确定波动范围，在运行中允许实际的热值与所期望的热值偏差了该波动范围。所述波动范围的上端值为预先定义的最大热值，而下端值为预先定义的最小热值。如果未确定波动范围，则最小热值与最大热值重合。
对大多数的运行时间来说，能够基于所添加的残余气体的量来实现所述热值调节。然而还可以额外地设计为，与残余气体相混合的输出气体在气轮机之前流过一种缓冲容器。在这种缓冲容器中，另外的、在该缓冲容器之前输入的气体能与由输出气体和残余气体所组成的混合物相混合。
因此例如可以设计为，当低于所述预先定义的最小热值时在气轮机之前额外地、例如在所述缓冲容器之前和/或之后添加燃烧气体。绝大部分包含的是可燃的气体的气体被称为燃烧气体。典型的燃烧气体为天然气、液化气（LNG，英语为：liquefied natural gas（液化天然气））、焦炉气。
如果热值增大，则可以设计为：当超出所述预先定义的最大热值时，在气轮机之前、例如在缓冲容器之前和/或之后添加—附加于所述残余气体—不可燃的气体。绝大部分包含的是不可燃的气体的气体被称为不可燃的气体。典型的不可燃的气体为氮气或水蒸气。
残余气体的那个未混入至输出气体的部分在生铁制造的情况中可以输送给冶炼厂燃气管网。该冶炼厂燃气管网包括用于气体的所有管路，所述气体出现在冶炼厂中或者被制造出来用于冶炼，因此例如是用于干燥原材料（铁矿石、煤）的气体或者来自冶炼厂作为燃料被输送给具有锅炉的传统的发电站的气体。当然，用于高炉煤气、炉顶煤气或者发生炉煤气、废气和过剩气体的燃气管网也是冶炼厂燃气管网的组成部分。理想地，把残余气体添加至高炉煤气，因为热值处于相同的范围内（平均的热值处于2000至4000kJ/Nm3的范围内）。残余气体的未混入至所述输出气体的部分也可以被输入至热火炬。
在故障情况中或者当经过冶炼厂燃气管网的残余气体缺乏性地减少时，该残余气体可以通过一种调节阀同样被引导至热火炬。
在本发明中，所述输出气体可以包括如下排气中的至少一种：
-来自高炉、尤其是来自具有炉顶煤气回输部的氧气高炉的炉顶煤气，
-来自熔融还原设备的熔化气化器的排气，该排气也被称为过剩气体，
-来自熔融还原设备的至少一个还原反应器的排气，该排气也被称为废气，或者来自还原炉身的排气，
-来自熔融还原设备的用于对于铁氧化物和/或压制铁块进行预加热和/或还原的至少一个固定床反应器的排气，该排气也称为炉顶煤气，
-来自合成气制造用的设备的合成气。
用于执行所述方法的根据本发明的设备包括至少：
-一种生铁制造用的、具有集成的CO2-分离设备的设备，或者一种合成气制造用的、具有集成的CO2-分离设备的设备，
-输出气体管路，借助于所述输出气体管路能把所述排气或者合成气的一部分作为输出气体从生铁制造用的或者合成气制造用的设备输出来，
-必要时还有输出气体容器，输出气体可被聚集在所述输出气体容器中，以及
-一种气轮机，输出气体在所述气轮机中能被进行热利用，
-一种余热蒸汽发生器，可以在所述余热蒸汽发生器中使用来自气轮机的排气以用于产生蒸汽。
所述设备的特征在于，CO2-分离设备如此地与输出气体管路相连接，即把来自CO2-分离设备的残余气体的至少一部分在气轮机之前、尤其是必要时在连接在所述气轮机之前的所述输出气体容器之前混入到所述输出气体中，以及在残余气体添加之后、尤其在输出气体容器之后设置了用于对于输出气体进行热值测量的测量仪器。
对应于上文描述的方法变型方案可以设计为，-必要时在所述输出气体容器之后以及-在气轮机之前设置一缓冲容器。
在缓冲容器之前和/或之后，可以设置用于燃烧气体的至少一个输入管路、以及用于不可燃气体的至少一个输入管路。
在生铁制造的情况下，对于所述残余气体的那个未混入至所述输出气体的那个部分，可以设置一种管路，该管路通入到冶炼厂燃气管网中，优选地通入到高炉煤气管网中，或者通入到热火炬中。
通常，至少一个管路通入到所述输出气体管路中，借助于所述至少一个管路能把
-来自高炉、尤其是来自具有炉顶煤气回输部的氧气高炉的炉顶煤气，
-来自熔融还原设备的熔化气化器的排气,
-来自熔融还原设备的至少一个还原反应器的或者来自还原炉身的排气,
-来自熔融还原设备的用于对于铁氧化物和/或压制铁块进行预加热和/或还原的至少一个固定床反应器的排气，
-来自合成气制造用的设备的合成气引导至输出气体管路中。
利用根据本发明的方法或者根据本发明的装置能节省优质的燃烧气体—像天然气、液化气或焦炉气，同时可以使输出气体的热值与气轮机匹配，并从而实现气轮机的高效率。通过把来自CO2-分离设备的残余气体混入到输出气体中，使得较少的、甚至不再有残余气体被烧掉。因此，残余气体的能量大部分能转化为电能，由于未燃烧的残余气体而减少了、或者在最佳情况下完全避免了热火炬的气体排放。
附图简短说明
下面根据示例性的和示意性的附图详细地描述本发明。
图1示出具有高炉的、根据本发明的设备；
图2示出具有FINEX®-设备的、根据本发明的设备；
图3示出具有COREX® -设备的、根据本发明的设备。
本发明的具体实施方式
在图1中示出了具有炉顶煤气回输部的氧气高炉1，在所述氧气高炉中输入了来自烧结设备2的铁矿石以及焦炭（未示出）。具有体积百分比大于90%的氧气含量的含氧气体3被引入至环状管路4中，同样，在还原气体炉6中加热的还原气体5和冷的或者被预加热的氧气O2一起被引入到高炉1中。炉渣7和生铁8被从下部抽出。炉顶煤气或高炉煤气9在高炉1的上面被取出，且在除尘器中或者旋风分离器10中被预净化，并且在湿式清洗机11（或者袋式过滤器或者热气体过滤器系统）中被再次净化。如此被净化的炉顶煤气或高炉煤气一方面可以直接作为输出气体12被从高炉系统中取出并输入至输出气体容器13，另一方面其可以被输送给CO2-分离设备，该CO2-分离设备此处被实施为用于对于CO2进行变压吸附的设备，简称为PSA设备14，其中被净化的炉顶煤气或高炉煤气之前在一种压缩机15中被压缩至约2-6barq，且在后冷却器16中被冷却至约30-60℃。
由现有技术已知了PSA设备14，且因此在此不必进一步阐释。残余气体20在此根据本发明至少部分地被引导至输出气体容器13之前的输出气体12中，且和该输出气体混合。在用于CO2-去除的吸附设备的情况中，该残余气体也可以—完全或者部分地—或者在H2S净化之后再次被释放至大气中和/或输送至另一个压缩机以用于液化CO2，以便随后继续引导CO2，并例如在地下存储CO2，或者以便把CO2作为氮气的替代物用在铁制造中。对于用于CO2-去除的（V）PSA和隔离或者说螯合作用（Sequestrierung）的情况来说，正常情况下需要另一个处理设备以用于CO2-流的浓缩。
输出气体12的压力能函也可以在扩张式气轮机35（英语为：Top gas pressurerecovery turbine（炉顶煤气压力恢复涡轮机））中利用，在该例子中，所述扩张式气轮机布置在输出气体容器13和用于残余气体20的输入管路之前。如果输出气体12—例如在所述扩张式气轮机的维护停止状态的情况中—不应该被引导通过所述扩张式气轮机35，则设置了用于输出气体12的围绕该扩张式气轮机35的相应的绕行管路。利用压力测量计17来测量所述扩张式气轮机35之后和用于残余气体20的输入管路之前的输出气体12的压力，并与测得的压力相关地或者与输出气体容器中的能级相关地操纵一至热火炬19的、用于输出气体的管路21中的阀18：如果输出气体12的压力或者输出气体容器中的能级超出了一种预定义的值，则输出气体的至少一部分被引导至热火炬19并在那里燃烧，剩余物继续行进至输出气体容器13中。
来自输出气体容器13的输出气体作为燃料被引导至组合式发电站24中，更确切地说，可选地通过一种缓冲容器25和可选地通过一种过滤器26。输出气体被输送到燃烧气体压缩机27以及随后被输送到气轮机28。来自气轮机的余热在具有蒸汽轮机30的、用于蒸汽循环的废热锅炉29中被利用。
对于组合式发电站24来说所不需要的输出气体22可以在输出气体容器13之后被抽出，并输送至冶炼厂燃气管网，在那里该输出气体可被用于其它目的，例如用于原料干燥（煤干燥、煤颗粒干燥或者矿石干燥），或者该输出气体可作为燃料被用于传统的热利用（例如火力发电站、蒸汽锅炉等等）。不需要的输出气体22的导出可以通过在用于该不需要的输出气体22的管路中的、此处未示出的调节阀来进行。
在所述输出气体容器13之后、以及在导出不需要的输出气体22之后，设置了用于热值测量的第一测量仪器23。与其测量值相关地调节一种鼓风机31，所述鼓风机布置在用于残余气体的管路32中。该管路32从用于残余气体20的管路在其至用于输出气体12的管路中的入口之前进行分支，并且通向用于不需要的输出气体22的管路。当输出气体的热值升高到超过预定义的最大热值时，则鼓风机31的功率减小，从而较少的残余气体被抽吸至管路32中，并进而较少的残余气体到达不需要的输出气体22中。因此，更多的残余气体到达输出气体容器13中，并降低了输出气体的热值。
也可以简单地使用一种调节阀来替代鼓风机31，所述调节阀基于用于热值测量的第一测量仪器23的测量值进行调节，并且所述调节阀增大了残余气体20至输出气体12中的输入，并进而增大了至输出气体容器13中的输入。
然而，当输出气体的热值降低至低于一种预定义的最小热值时，则增大鼓风机31的功率（或者完全或部分地打开一种相应的调节阀），从而更多的残余气体被抽吸至或者引导至管路32中，并且进而更多的残余气体到达不需要的输出气体22中。因此，更少的残余气体到达输出气体容器13中并增大输出气体的热值。
对于紧急情况来说，也可以打开此处未示出的调节阀，该调节阀引导残余气体至热火炬19中以用于燃烧。
在热火炬19的脚部中的压力小于约5kPag。该压力也小于输出气体12的压力，所述输出气体12的压力通常处于8和12kPag之间，其中输出气体12的压力由于在约1-3kPag的范围内的管路压力损失而被降低至输出气体容器13中的7-9kPag的压力。
因为包括用于残余气体20那个以及管路32的管路系统在整个运行期间与用于输出气体12的管路系统保持连接，所以用于PSA-设备14的解吸附压力（Desorptionsdruck）不变。因此，通过根据本发明的解决方案而在PSA-设备14的运行中未出现恶化。因为借助于鼓风机31或者调节阀对于热值进行的调节对于残余气体来说不一定是始终充分的，所以必要时额外地在输出气体容器13之后并且在用于热值测量的第一测量仪器23之后还布置了一缓冲容器25，在该缓冲容器25中，所述必要时已经与残余气体20混合的输出气体12能与其它气体混合。为此，在用于热值测量的第一测量仪器23和缓冲容器25之间布置了用于燃烧气体（例如天然气、液化气、焦炉气）的输入管路33以及用于不可燃的气体34（例如氮气，像来自空气分解设备的氮废料，或者水蒸气）的输入管路34。如果即使在没有添加残余气体的情况下所述热值不会升高超出预定义的最小热值，利用这些输入管路也可以添加燃烧气体。类似地，当即使在添加了所有的残余气体时所述热值仍不能降低至低于预定义的最大热值时，可以添加不可燃烧的气体。
在这两个输入管路之后，然而在缓冲容器25之前设置了一用于热值测量的第二测量仪器36。该第二测量仪器控制了，是否通过位于之前的输入管路33、34能在预定义的最小和最大热值之间调节所述热值。如果不能，则可以借助于布置在缓冲容器25之后的输入管路33、34重新添加燃烧气体或者不可燃的气体。利用用于热值测量的第三测量仪器56查明如此得到的热值。该测量仪器56设置在输入管路33、34之后，所述输入管路33、34布置在缓冲容器25之后且在气体压缩机27之前，此处也在过滤器26之前。
来自PSA-设备14的残余气体的典型的热值为700-900kcal/Nm3，来自FINEX®-设备的、作为输出气体12被抽出的废气的热值为1300-1800kcal/Nm3。气轮机28所需的热值处在输出气体的热值的范围内，对于1300kcal/Nm3来说，所述热值的典型的允许的波动范围为+/-20kcal/Nm3。在这种情况下，预定义的最小热值为1280kcal/Nm3而预定义的最大热值为1320kcal/Nm3。对于气轮机28所需要的热值与气轮机的类型相关。
与残余气体混合的输出气体在气轮机27之前并且必要时在缓冲容器25之后在用于固体物质的分离器26中被预先地进行净化。
图2示出了在一方面FINEX®-设备和另一方面连同前置的输出气体容器13在内的组合式发电站24之间的根据本发明的连接，其中后者与在图1中的那个完全一样地进行构造。
发电站24由FINEX®-设备供给输出气体12，该输出气体能中间存储在一种输出气体容器13中。对于发电站24来说不需要的输出气体22可以再次输送给冶炼厂燃气管网，例如原料干燥装置。
在该例子中，FINEX®-设备具有四个还原反应器37-40，该还原反应器设计为涡流层反应器，且被供送矿粉。矿粉和添加剂41被输送到矿石干燥装置42且从那里首先输送至第四反应器37，随后其到达第三38，第二39并且最后至第一还原反应器40中。然而，替代四个涡流层反应器37-40还可以仅仅存在三个。
以与矿粉形成逆流的方式引导所述还原气体43。其被引入到第一还原反应器40的底部处并从其顶面逸出。在其从下部进入到第二还原反应器39中之前，还可以利用氧气O2加热，同样在第二39和第三38还原反应器之间。
来自还原反应器的排气44在湿式清洗机47中被净化，并作为输出气体12像上文描述的那样继续用在后置的组合式发电站24中。
在熔化气化器48中产生还原气体43，一方面以块状煤49形式的煤和粉末形式50的煤—所述煤和氧气O2一起—被输入到所述熔化气化器中，且另一方面在该熔化气化器中添加了在还原反应器37-40中被预还原的、且在铁块压制部51中在热的状态下形成为压制块（英语为：HCI—Hot Compacted Iron（热的压实的铁））的铁矿石。在这种情况下，压制铁块通过输送设备52到达一种存储器容器53中，该存储器容器设计为固定床反应器，在该固定床反应器中必要时利用来自熔化气化器48的被粗略地净化的发生炉煤气54预加热并还原所述压制铁块。在此，也能添加冷的压制铁块65。接着，所述压制铁块或铁氧化物从上部被装料至熔化气化器48中。低还原的铁（英语为：LRI=low reduced iron）同样可以由铁块压制部51抽出。
使熔化气化器48中的煤得以气化，其产生了气体混合物，该气体混合物主要由CO和H2组成，且作为还原气体（发生炉煤气）54被抽出，且一个部分流作为还原气体43被引导至还原反应器37-40中。在熔化气化器48中被熔炼的热的金属和炉渣被抽出，参见箭头58。
由熔化气化器48中抽出的发生炉煤气54首先引导至一种分离器59中，以便利用散布的粉末进行分离，以及通过粉末燃烧器把该粉末回送至熔化气化器48中。被粗粉末净化的发生炉煤气的一部分借助于湿式清洗机60进一步地被净化，且作为过剩气体61被从FINEX®设备取出，一部分也可以输入至PSA-设备14中。
已被净化的发生炉煤气54的另一部分同样在一湿式清洗机62中进一步被净化，为了冷却而被引导至气体压缩机63中，且随后在与从PSA-设备14取出的、去除了CO2的发生炉煤气64混合之后再次输送到在熔化气化器48之后的发生炉煤气54，以用于冷却。通过所述去除了CO2的气体64的这种回送能够把其中包含的起到还原作用的份额还用于FINEX®法，且另一方面能确保对于所述热的发生炉煤气54从约1050℃至700-870℃的所需要的冷却。
从存储器设备53—在该存储器设备53中所述压制铁块或者铁氧化物利用来自熔化气化器48的、已被去尘的和已被冷却的发生炉煤气54进行加热和还原—逸出的炉顶煤气55在湿式清洗机66中被净化，并且随后同样至少部分地被输送给PSA-设备14，以用于去除CO2，至少部分地混入来自还原反应器37-40的排气44。也可以取消所述至所述存储器设备53的气体输入管路。
来自还原反应器37-40的排气44的一部分也可以直接混入PSA-设备14。所述待输送给PSA-设备14的气体事先仍在一种压缩机15中压缩。
根据本发明，来自PSA-设备14的残余气体20可以再次完全地或部分地混入到输出气体12，或者通过不需要的输出气体22添加至冶炼厂燃气管网中，或者输送至热火炬19中用于燃烧，这正如已经根据图1所描述的那样。从输出气体容器13起，所述设备的结构和功能和图1中的那些一致。
图3示出了在一方面用于熔融还原的设备和另一方面输出气体容器13连同组合式发电站24之间的根据本发明的连接，其中后者与图1中的那个完全相同地进行构造。
发电站24由COREX®-设备供给输出气体12，该输出气体能中间存储在一种输出气体容器13中。对于发电站24来说不需要的输出气体22可以再次输送给冶炼厂燃气管网，例如原料干燥装置。
在该例子中，COREX®-设备具有还原炉身45，该还原炉身设计为固定床反应器，且被装载块状矿、粒状物、烧结物和添加剂，参见附图标记46。以与块状矿等46形成逆流的方式引导所述还原气体43。其被引入在还原炉身45的底部处，并从其顶面作为炉顶煤气57逸出。来自还原炉身45的炉顶煤气57在一种湿式清洗机67中被进一步地净化，并且一部分作为输出气体12从COREX®-设备中取出，且一部分通过处在COREX®-设备中的PSA-设备14去除CO2并且再次输送给还原炉身45。
用于还原炉身45的还原气体43在熔化气化器48中产生，一方面块状煤49形式的煤和粉末形式50的煤—所述煤和氧气O2一起—被输送到所述熔化气化器中，且另一方面在该熔化气化器中添加了在还原炉身45中被预还原的铁矿石。
使熔化气化器48中的煤得以气化，其产生了一种气体混合物，该气体混合物主要由CO和H2组成，且作为炉顶煤气（发生炉煤气）54被抽出，且一个部分流作为还原气体43被引导至还原炉身45。在熔化气化器48中被熔炼的热的金属和炉渣被抽出，参见箭头58。
由熔化气化器48中抽出的发生炉煤气54被引导至一种分离器59中，以便利用散布的粉末进行分离，并且通过粉末燃烧器把粉末回送至熔化气化器48中。被粗粉末净化的炉顶煤气54的一部分借助于湿式清洗机68进一步地被净化，且作为过剩气体69被从COREX®设备中取出，并掺和到炉顶煤气57或者输出气体12中。
在湿式清洗机68之后被净化的炉顶煤气或发生炉煤气54的一部分为了冷却而被引导至气体压缩机70，且随后再次输送给熔化气化器48之后的炉顶煤气或发生炉煤气54，以用于冷却。通过这种回送，能够把其中包含的、起到还原作用的份额还用于COREX®法，且另一方面能确保将所述热的炉顶煤气或发生炉煤气54从约1050℃至700-900℃的所需要的冷却。
使得也可以包含有过剩气体69的炉顶煤气57的一部分在被引导至PSA-设备14中之前借助于压缩机15被压缩，且在后冷却器16中被冷却。来自PSA-设备14的、去除了CO2的发生炉煤气至少部分地输送给湿式清洗机68之后的冷却气体，并进而再次输送给发生炉煤气54。
来自PSA-设备14的、去除了CO2的发生炉煤气54必要时也可以部分地在加热组件71中被加热，并且混入所述还原气体43中，更确切地说，在混入了发生炉煤气54之后。然而也可以在加热组件71中加热所述炉顶煤气57的一部分，且随后混入到所述还原气体43中。
根据本发明，所述残余气体20在这里再次至少部分地被引导至输出气体容器13之前的输出气体12中并与其混合。该残余气体也可以—完全地或者部分地—或者在H2S净化之后再次被释放至大气中和/或输送至另一个压缩机以用于液化CO2，以便随后继续引导CO2，并例如在地下存储CO2，或者以便把CO2作为氮气的替代物用在铁制造中。
在用于残余气体20的输入管路之后的输出气体12的压力借助于压力测量计17进行测量，并与测得的压力相关地或者与输出气体存储器的能级相关地操纵至热火炬19的、用于输出气体的管路21中的阀18：如果输出气体12的压力超出预定义的压力或者输出气体存储器中预定义的能级，则输出气体的至少一部分被引导至热火炬19并在那里燃烧，剩余物继续行进至输出气体容器13中。
来自输出气体容器13的输出气体作为燃料被引导至组合式发电站24中，更确切地说，可选择地通过一种缓冲容器25和可选择地通过一种过滤器26。所述输出气体被输送给燃烧气体压缩机27，并且随后被输送给燃气轮机28。来自燃气轮机的余热在具有蒸汽轮机30的、用于蒸汽循环的废热锅炉29中被利用。
在抽出来自COREX®-设备的输出气体之后根据图3的设备和该设备的功能与图1中的那些相同。
在图3中还额外地设置了用于输出气体12的调节阀72，借助于所述调节阀能调节从COREX®-设备取出的输出气体12的量。
如果将本发明应用到合成气制造用的设备的合成气，则在上文的实施例中该设备出现在生铁制造用的设备的位置处。合成气的至少一部分就形成所述输出气体，不需为此设置输出气体容器13，且合成气的热值通过混入来自处在合成气制造用的设备中的CO2-分离设备的残余气体而进行调节。相应的设备连同用于燃烧气体和不可燃的气体的输入管路33、34以及连同发电站24则对于所述合成气来说与图1至3中的那些相同。为了混入到输出气体，必须借助于压缩机把来自CO2-分离设备的、富含CO2的残余气体压缩至输出气体压力（=合成气压力）。
附图标记列表：
1 高炉；
2 烧结设备；
3 含氧气体；
4 环状管路；
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 除尘器或旋风分离器；
11 湿式清洗机；
12 输出气体；
13 输出气体容器；
14 PSA-设备；
15 压缩机；
16 后冷却器；
17 压力测量计；
18 阀；
19 热火炬；
20 残余气体；
21 至热火炬19的、用于输出气体的管路；
22 不需要的输出气体；
23 用于热值测量的第一测量仪器；
24 组合式发电站；
25 缓冲容器；
26 过滤器；
27 燃烧气体压缩机；
28 气轮机；
29 废热锅炉；
30 蒸汽轮机；
31 鼓风机；
32 至冶炼厂燃气管网或者至热火炬19的、用于残余气体的管路；
33 用于燃烧气体的输入管路；
34 用于不可燃的气体的输入管路；
35 扩张式气轮机；
36 用于热值测量的第二测量仪器36；
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 矿粉和添加剂；
42 矿石干燥装置；
43 还原气体；
44 来自还原反应器37-40的排气；
45 还原炉身；
46 块状矿、粒状物、烧结物和添加剂；
47 用于排气44的湿式清洗机；
48 熔化气化器；
49 块状煤；
50 粉末形式的煤；
51 铁块压制部；
52 输送设备；
53 存储器容器，该存储器容器设计为固定床反应器以用于对于铁氧化物和/或压制铁块进行预加热和还原；
54 来自熔化气化器48的发生炉煤气；
55 来自湿式清洗机66的炉顶煤气；
56 用于热值测量的第三测量仪器；
57 来自还原炉身45的炉顶煤气；
58 热的金属和炉渣；
59 用于矿粉的分离器；
60 湿式清洗机；
61 过剩气体；
62 湿式清洗机；
63 气体压缩机；
64 来自PSA-设备14的去除了CO2的气体（发生炉煤气）；
65 冷的压制铁块；
66 湿式清洗机；
67 还原炉身45之后的湿式清洗机；
68 用于矿粉的分离器59之后的湿式清洗机；
69 来自COREX®设备的过剩气体；
70 湿式清洗机68之后的气体压缩机；
71 加热组件；
72 用于输出气体12的调节阀。
Claims (18)
1.用于热值调节的方法，所述热值调节用于来自生铁制造用的、具有集成的CO2-分离设备的设备的排气，或者用于来自合成气制造用的、具有集成的CO2-分离设备的设备的合成气，其中所述排气或者合成气的至少一部分作为输出气体（12）从所述生铁制造用的或者合成气制造用的设备被输出来，并且随后在一种气轮机（28）中被进行热利用，其中来自所述气轮机的排气被输送给一种余热蒸汽发生器（29）以用于产生蒸汽，其特征在于，把来自所述CO2-分离设备（14）的残余气体（20）的至少一部分在所述气轮机（28）之前与在残余气体添加之后的所述输出气体的热值相关地混入所述输出气体（12）中，其中当所述输出气体（12）的热值升高到超出预先定义的最大热值时，增大残余气体份额；并且当所述输出气体（12）的热值降低到低于预先定义的最小热值时，减小所述残余气体份额。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与所述残余气体（20）混合的输出气体（12）在所述气轮机（28）之前流过一种缓冲容器（25）。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当低于所述预先定义的最小热值时，在所述气轮机（28）之前额外地添加燃烧气体。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当超出所述预先定义的最大热值时，在所述气轮机（28）之前额外地添加不可燃的气体。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述残余气体（20）的那个未混入到所述输出气体（12）的部分在生铁制造的情况下输送给冶炼厂燃气管网或者热火炬（19）。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述输出气体（12）包括如下排气中的至少一种：
-来自高炉的炉顶煤气（9），
-来自一种熔融还原设备的熔化气化器（48）的排气（61），
-来自一种熔融还原设备的至少一个还原反应器（37-40）的或者还原炉身（45）的排气（44、57），
-来自一种熔融还原设备的用于对于铁氧化物和/或压制铁块进行预加热和/或还原的至少一个固定床反应器（53）的排气（55），
-来自合成气制造用的设备的合成气。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，把来自所述CO2-分离设备（14）的残余气体（20）的至少一部分在连接在所述气轮机（28）之前的所述输出气体容器（13）之前与在残余气体添加之后的所述输出气体的热值相关地混入所述输出气体（12）中。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，把来自所述CO2-分离设备（14）的残余气体（20）的至少一部分在所述气轮机（28）之前与在所述输出气体容器之后的所述输出气体的热值相关地混入所述输出气体（12）中。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高炉是具有炉顶煤气回输部的氧气高炉（1）。
10.用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的设备，所述设备包括至少：
-一种生铁制造用的、具有集成的CO2-分离设备（14）的设备，或者一种合成气制造用的、具有集成的CO2-分离设备的设备，
-一种输出气体管路，借助于所述输出气体管路能把所述排气或者合成气的一部分作为输出气体（12）从生铁制造用的或者合成气制造用的设备输出来，
以及
-一种气轮机（28），所述输出气体（12）在所述气轮机中能被进行热利用，
-一种余热蒸汽发生器（29），在所述余热蒸汽发生器中能使用来自所述气轮机（28）的排气以用于产生蒸汽，
其特征在于，所述CO2-分离设备（14）如此与所述输出气体管路连接，即把来自所述CO2-分离设备（14）的所述残余气体（20）的至少一部分在所述气轮机（28）之前混入所述输出气体（12）中，以及在所述残余气体添加之后设置了用于对于所述输出气体进行热值测量的测量仪器（23）。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，在所述气轮机（28）之前设置一种缓冲容器（25）。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，在缓冲容器（25）之前和/或之后设置了用于燃烧气体的至少一个输入管路（33）。
13.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，在缓冲容器（25）之前和/或之后设置了用于不可燃的气体的至少一个输入管路（34）。
14.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，在生铁制造的情况下设置了一种管路（32），所述管路用于所述残余气体的未混入至所述输出气体（12）的那个部分，所述管路通入到所述冶炼厂燃气管网中或者通入到热火炬（19）中。
15.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，设置了至少一个管路，借助于所述至少一个管路能把：
-来自高炉的炉顶煤气（9），
-来自一种熔融还原设备的熔化气化器（48）的排气（61）,
-来自一种熔融还原设备的至少一个还原反应器（37-40）的或者还原炉身（45）的排气（44、57）,
-来自一种熔融还原设备的用于对于铁氧化物和/或压制铁块进行预加热和/或还原的至少一个固定床反应器（53）的排气（55），
-来自合成气制造用的设备的合成气
引导至所述输出气体管路中。
16.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，把来自所述CO2-分离设备（14）的所述残余气体（20）的至少一部分在连接在所述气轮机（28）之前的所述输出气体容器（13）之前混入所述输出气体（12）中。
17.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，在所述输出气体容器（13）之后设置了用于对于所述输出气体进行热值测量的测量仪器（23）。
18.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述高炉是具有炉顶煤气回输部的氧气高炉（1）。
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