DE102010049233A1 - Producing pig iron in a blast furnace reduction process, using a blast furnace and a hot blast stove, comprises heating air supplied to the blast furnace, which is required for reduction - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Roheisen in einem Hochofen-Reduktionsprozess mit einem Hochofen und wenigstens einem Winderhitzer, in welchem die für die Reduktion benötigte und dem Hochofen zuzuführende Luft erhitzt wird.The invention relates to a method for the production of pig iron in a blast furnace reduction process with a blast furnace and at least one hot blast, in which the required for the reduction and the blast furnace to be supplied air is heated.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zur Gewinnung von Roheisen, umfassend wenigstens einen Hochofen und wenigstens einen Winderhitzer.The invention further relates to a device for the production of pig iron, comprising at least one blast furnace and at least one blast-furnace heater.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Gewinnung von Flüssigroheisen in einem als Schachtofen ausgebildeten Hochofen, in welchem Koks als Energieträger und Reduktionsmittel eingesetzt wird. Der für die Reduktion benötigte Sauerstoff, bzw. die für die Reduktion benötigte Luft wird vor Einblasen in den Hochofen in einem sogenannten Winderhitzer auf Temperaturen zwischen 1000 bis maximal 1350°C erhitzt und als sogenannter Heißwind über hierfür vorgesehene Heißwindringleitungen und Heißwindzuführungsdüsen in den Hochofen eingeblasen. Als Winderhitzer kommen Wärmetauscher in rekuperativer Bauform, d. h. Wärmetauscher mit regenerativen Speichermassen in Betracht. Üblicherweise finden sogenannte Cowpers-Winderhitzer Anwendung, in welchen feuerfeste Viellochsteine aus Schamotte mittels Gasbrennern aufgeheizt werden. Diese Viellochsteine werden vom Hochofenwind durchströmt und nehmen dabei die in den Steinen gespeicherte Wärme auf. Dieser Vorgang ist einerseits sehr energieverzehrend, andererseits wird dadurch der Koks- und Ölverbrauch des Hochofens reduziert.In particular, the invention relates to a process for recovering liquid pig iron in a blast furnace designed as a shaft furnace, in which coke is used as the energy carrier and reducing agent. The oxygen required for the reduction, or the air required for the reduction is heated before blowing into the blast furnace in a so-called blast furnace to temperatures between 1000 to a maximum of 1350 ° C and blown into the blast furnace as so-called hot blast over this provided hot blast lines and hot blast feed nozzles. As a hotner heat exchangers come in recuperative design, d. H. Heat exchangers with regenerative storage masses into consideration. Usually find so-called Cowpers-Winderhitzer application in which refractory multi-hole bricks from fireclay are heated by gas burners. These multi-hole stones are flowed through by the blast furnace wind and absorb the heat stored in the stones. This process is on the one hand very energy-consuming, on the other hand, it reduces the coke and oil consumption of the blast furnace.
Beim Hochofenprozess/Reduktionsprozess fallen nennenswerte Mengen an sogenanntem Gichtgas an, welches als niederkalorisches Gas H2 und CO als werttragende Bestandteile enthält. Teile des Gichtgases werden bei im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Erwärmung des Kaltwindes bzw. zur Heißwinderzeugung verwendet. Aufgrund des verhältnismäßig geringen Brennwertes/Heizwertes des Gichtgases wird zusätzlich Erdgas benötigt, um die erforderlichen hohen Endtemperaturen (zwischen 1200 und 1300°C) des Heißwindes zu erreichen. Ein weiterer Teil des anfallenden Gichtgases wird zum Teil in dem Hochofenprozess nachgeschalteten Verfahren verwendet. Beispielsweise kommt als Gichtgasverbraucher ein nachgeschaltetes Hüttenwerk in Betracht. Die energetische Nutzung von einem Schmelzereduktionsprozess abgezogenem Gas ist beispielsweise aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art hinsichtlich der Energieeffizienz zu verbessern.The invention has for its object to improve a method of the type mentioned in terms of energy efficiency.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.The invention is further based on the object to provide a corresponding device for carrying out the method.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird zunächst durch ein Verfahren zur Gewinnung von Roheisen in einem Hochofen-Reduktionsprozess gelöst, in welchem die für die Reduktion benötigte, dem Hochofen zuzuführende Luft erhitzt wird, wobei sich das Verfahren durch die Verwendung wenigstens einer Wärmekraftmaschine zur Erzeugung elektrischer Energie auszeichnet, deren Abhitze zumindest teilweise zur Heißwinderzeugung genutzt wird.The object underlying the invention is first achieved by a method for the production of pig iron in a blast furnace reduction process in which the required for the reduction, the blast furnace to be supplied air is heated, wherein the method by the use of at least one heat engine for generating electrical energy characterized, the waste heat is used at least partially for hot wind production.
Mit anderen Worten, ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung betrifft die Kopplung einer Wärmekraftmaschine mit einem an und für sich bekannten Hochofenprozess, wobei die Abhitze der Wärmekraftmaschine zur Vorwärmung des Kaltwindes/der für den Reduktionsprozess benötigten, zunächst kalten Umgebungsluft so genutzt wird, dass der vorhandene Winderhitzer die Luft nur noch vom einem bereits verhältnismäßig hohen Temperaturniveau auf die gewünschte Endtemperatur aufheizen muss. Hierdurch werden beachtliche Mengen Energie für die Heißwinderzeugung eingespart, insbesondere da die Wärmekraftmaschine über wenigstens einen Generator elektrische Energie erzeugt.In other words, an essential aspect of the invention relates to the coupling of a heat engine with a known per se blast furnace process, the waste heat of the heat engine for preheating the cold wind / required for the reduction process, initially cold ambient air is used so that the existing hot water heater the air only has to heat up from an already relatively high temperature level to the desired final temperature. As a result, considerable amounts of energy are saved for hot winch production, especially since the heat engine generates electrical energy via at least one generator.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens wird wenigstens ein Teil des bei der Reduktion anfallenden Gichtgases in der Wärmekraftmaschine in elektrische Energie umgesetzt.In a particularly preferred variant of the method, at least a portion of the resulting during the reduction top gas in the heat engine is converted into electrical energy.
Als Wärmekraftmaschine kann beispielsweise ein Gasmotor Anwendung finden.As a heat engine, for example, find a gas engine application.
Vorzugsweise wird die Abhitze der Wärmekraftmaschine zur Vorwärmung der Luft vor Eintritt in den Winderhitzer genutzt.Preferably, the waste heat of the heat engine is used to preheat the air before entering the heater.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung findet als Wärmekraftmaschine eine Gasturbine Anwendung. Unter Gasturbine im Sinne der Erfindung ist eine Gasturbine im weiteren Sinne zu verstehen, nämlich eine Gasturbine als Verbrennungskraftmaschine umfassend eine Entspannungsstufe mit vorgeschaltetem Verdichter und einer dazwischen geschalteten Brennkammer. Hiervon grundsätzlich zu unterscheiden ist die reine Expansionsturbine, wie sie beispielsweise in der
Zweckmäßigerweise sieht das Verfahren gemäß der Erfindung vor, die Luft vor Eintritt in den Heißwinderzeuger mehrstufig, vorzugsweise zweistufig vorzuwärmen. Auf diese Art und Weise kann die nahezu vollständige Temperaturdifferenz der Abhitze der Wärmekraftmaschine zur Vorwärmung des Kaltwindes genutzt werden. Vorzugsweise wird das Brenngas der Gasturbine vorverdichtet. Der Gasturbine kann beispielsweise als Brenngas eine Mischung aus Gichtgas und Erdgas zugeführt werden. Auch andere Gase kommen als Brenngase für die Gasturbine in Betracht.Conveniently, the method according to the invention, the air before entering the Heißwinderzeuger multi-stage, preferably preheat in two stages. In this way, the almost complete temperature difference of the waste heat of the heat engine can be used to preheat the cold wind. Preferably, the fuel gas of the gas turbine is pre-compressed. The gas turbine can be supplied for example as fuel gas, a mixture of blast furnace gas and natural gas. Other gases are considered as fuel gases for the gas turbine into consideration.
Vorzugsweise wird die Luft bei einem Druck von etwa 4 bis 6 bar in einer oder mehreren Stufen von annährend Umgebungstemperatur bis auf etwa 500°C bis 600°C vorgewärmt. Vorzugsweise wird die Luft in einer ersten Stufe vor dem Winderhitzer bis auf etwa 80 bis 100°C vorgewärmt. In einer zweiten Stufe kann eine Vorwärmung bis auf etwa 500 bis 600°C erfolgen.Preferably, the air is preheated at a pressure of about 4 to 6 bar in one or more stages from approximately ambient temperature to about 500 ° C to 600 ° C. Preferably, the air is preheated in a first stage before the hot-blast to about 80 to 100 ° C. In a second stage, a preheating up to about 500 to 600 ° C take place.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung wird ein Teil der für die Gasturbine benötigten Verbrennungsluft nach deren Verdichtung zur Heißwinderzeugung abgezweigt, so dass hierdurch ein separater Verdichter zur Vorverdichtung des Kaltwindes entbehrlich wird.In a preferred variant of the method according to the invention, a portion of the combustion air required for the gas turbine is branched off after its compression to produce hot wind, so that in this way a separate compressor for pre-compression of the cold wind is dispensable.
Zweckmäßigerweise wird die Umgebungsluft/der Kaltwind über einen Verdichter mit etwa 4,5 bis 5,5 bar einem oder mehreren, vorzugsweise zwei hintereinandergeschalteten Wärmetauschern aufgegeben und über diese dem Winderhitzer zugeführt. Dabei erfolgt bereits zwangsläufig eine Temperaturanhebung der Kaltluft durch den Verdichtungsprozess.Conveniently, the ambient air / the cold wind is fed via a compressor with about 4.5 to 5.5 bar one or more, preferably two heat exchangers connected in series and fed via this to the hot water heater. In this case, a temperature increase of the cold air by the compression process inevitably takes place.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Einrichtung zur Gewinnung von Roheisen, umfassend wenigstens einen Hochofen und wenigstens einen Winderhitzer, wobei sich die Einrichtung dadurch auszeichnet, dass dem Winderhitzer eine Luftvorwärmung vorgeschaltet ist. Zweckmäßigerweise ist die Luftvorwärmung über wenigstens ein Wärmetauschersystem mit wenigstens einer Wärmekraftmaschine gekoppelt. Als Wärmetauschersysteme kommen beispielsweise geschlossene Wärmetauschersysteme in Betracht, d. h. Wärmetauschersysteme mit einem geschlossenen Kreislauf eines Wärmeträgermediums bzw. Wärmeträgerfluids. Beispielsweise kann als Wärmeträgermedium Wasser dienen.The object underlying the invention is further achieved by a device for the production of pig iron, comprising at least one blast furnace and at least one hot blast, wherein the device is characterized in that the blast furnace an air preheating is connected upstream. Expediently, the air preheating is coupled via at least one heat exchanger system with at least one heat engine. As heat exchanger systems, for example, closed heat exchanger systems come into consideration, d. H. Heat exchanger systems with a closed circuit of a heat transfer medium or heat transfer fluid. For example, serve as a heat transfer medium water.
Bevorzugt ist als Wärmekraftmaschine eine Gasturbine vorgesehen, die einen Generator treibt.Preferably, a gas turbine is provided as a heat engine, which drives a generator.
Das Wärmetauschersystem der Einrichtung gemäß der Erfindung kann einen ersten und einen zweiten Wärmeträgerkreislauf umfassen, die an einen der Gasturbine nachgeschalteten Abhitzekessel angeschlossen sind.The heat exchanger system of the device according to the invention may comprise a first and a second heat carrier circuit, which are connected to a waste heat boiler connected downstream of the gas turbine.
Der Winderhitzer der Einrichtung gemäß der Erfindung ist vorzugsweise als gasbeheizter regenerativer Wärmetauscher, vorzugsweise als Cowper-Winderhitzer ausgebildet.The hot-air heater of the device according to the invention is preferably designed as a gas-heated regenerative heat exchanger, preferably as Cowper-type blast-furnace.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Verfahrensfließbildes erläutert.An embodiment of the invention will be explained below with reference to the process flow diagram shown schematically in the drawing.
Die Abbildung zeigt schematisch einen Hochofenprozess. Mit
Die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst weiterhin eine Gasturbine
Die Gasturbine
Als Kaltwind wird Umgebungsluft über einen Windverdichter
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit der Gasturbine
Der der Mischeinrichtung
Grundsätzlich ist es möglich, den Kaltwind ebenfalls über den Ansaugluftverdichter
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Hochofenblast furnace
- 22
- WinderhitzerHot blast stove
- 33
- Gasturbinegas turbine
- 44
- Gasreinigunggas cleaning
- 55
- Gasverdichtergas compressor
- 66
- Mischeinrichtungmixing device
- 77
- Abhitzekesselwaste heat boiler
- 8a, b8a, b
- WärmetauscherkreisläufeHeat exchanger circuits
- 9a, b9a, b
- Luftvorwärmerair preheater
- 1010
- Windverdichterwind compressor
- 1111
- AnsaugluftverdichterAnsaugluftverdichter
- 1212
- Generatorgenerator
- 1313
- Bypassbypass
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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