EA039667B1 - Система инжекции кислорода для процесса прямого восстановления - Google Patents

Система инжекции кислорода для процесса прямого восстановления Download PDF

Info

Publication number
EA039667B1
EA039667B1 EA202091750A EA202091750A EA039667B1 EA 039667 B1 EA039667 B1 EA 039667B1 EA 202091750 A EA202091750 A EA 202091750A EA 202091750 A EA202091750 A EA 202091750A EA 039667 B1 EA039667 B1 EA 039667B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
gas
injection
oxygen
annular
manifold
Prior art date
Application number
EA202091750A
Other languages
English (en)
Other versions
EA202091750A1 (ru
Inventor
Харуясу Митисита
Антонио Эллиот
Original Assignee
Мидрэкс Текнолоджиз, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мидрэкс Текнолоджиз, Инк. filed Critical Мидрэкс Текнолоджиз, Инк.
Publication of EA202091750A1 publication Critical patent/EA202091750A1/ru
Publication of EA039667B1 publication Critical patent/EA039667B1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F27D2003/162—Introducing a fluid jet or current into the charge the fluid being an oxidant or a fuel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/32—Technologies related to metal processing using renewable energy sources

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Abstract

Система инжекции кислорода для процесса прямого восстановления, содержащая общий кольцевой коллектор для инжекции газа, выполненный с возможностью подключения к источнику кислорода и источнику обогатительного природного газа и выполненный с возможностью подачи кислорода из источника кислорода и обогатительного природного газа из источника обогатительного природного газа в поток восстановительного газа, проходящий через канал, расположенный внутри общего кольцевого коллектора для инжекции газа в осевом направлении, через множество расположенных по окружности отверстий, чтобы формировать поток газа из кольцевого трубопровода горячего дутья; при этом общий кольцевой коллектор для инжекции газа содержит кольцевой коллектор для инжекции кислорода, выполненный с возможностью подачи кислорода из источника кислорода в поток восстановительного газа через множество расположенных по окружности отверстий, и кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа, выполненный с возможностью подачи обогатительного природного газа из источника обогатительного природного газа в поток восстановительного газа через множество расположенных по окружности отверстий.

Description

Перекрестная ссылка на родственную заявку
Настоящее изобретение заявляет преимущество приоритета одновременно находящейся на рассмотрении предварительной заявки на патент США № 62648550, поданной 27 марта 2018 г. под названием OXYGEN INJECTION SYSTEM FOR A DIRECT REDUCTION PROCESS (Система инжекции кислорода для процесса прямого восстановления), содержание которой в полном объеме включено в данный документ посредством ссылки для всех целей.
Предпосылки создания изобретения
Ссылаясь конкретно на фиг. 1 при традиционном процессе прямого восстановления (ПВ) нагретый восстановительный газ 10, состоящий в основном из H2 и CO, полученный путем риформинга природного газа (или синтез-газ), подают в шахтную печь (ШП) через систему кольцевого трубопровода и фурм для восстановления оксидов железа до металлизированного железа. Как правило, в поток 10 восстановительного газа перед тем, как он поступает в ШП, вводят обогатительное углеводородное топливо, такое как обогатительный природный газ (ОПГ) 12, и O2 14. ОПГ 12 действует как химическое сырье для риформинга in-situ внутри ШП, повышая восстановление путем производства большего количества восстановителя. Однако такой риформинг in-situ потребляет значительное количество тепла, что снижает температуру слоя и снижает динамику восстановительных реакций в ШП. Сжигание инжектируемого O2 14 с восстановительным газом 10 поддерживает температуру газа из кольцевого трубопровода горячего дутья на уровне приблизительно 900°С или выше перед тем, как он попадает в ШП, и компенсирует тепло, потребляемое риформингом in-situ в ШП.
Как правило, O2 14 инжектируют в используемый канал 16 через одну трубу, а ОПГ 12 инжектируют через несколько труб, расположенных по окружности. Эти трубы 12, 14 охлаждаются самостоятельно с помощью только лишь проходящего газа, если не используются трубы с водяным охлаждением. O2 14 и ОПГ 12 инжектируют в разных местах по длине канала 16, чтобы обеспечивать стабильное и безопасное сжигание O2 14, поскольку охлаждающее воздействие ОПГ 12 может помешать сжиганию и/или воспламенению. Канал 20 для продувки инертным газом соединен по текучей среде с трубой 14 для инжекции O2. Обычно одна труба 14 для инжекции O2 содержит одну или две форсунки для инжекции O2, тогда как труба 12 для инжекции ОПГ соединена с кольцевым коллектором 22, который имеет, например, от четырех до восьми инжекционных отверстий, расположенных по кругу.
В целом данная конфигурация имеет несколько существенных недостатков:
(1) имеется ограниченная возможность сокращения потока 14 O2, проходящего через трубу для инжекции, поскольку необходимо поддерживать расход O2, достаточный для самостоятельного охлаждения, и подачу O2 уменьшать нельзя;
(2) можно использовать только небольшое число труб 14 для инжекции O2 в связи с этой ограниченной возможностью сокращения O2 для каждой трубы, а меньшее число точек инжекции O2 усложняет равномерное распределение O2 14 в образующемся потоке 18 газа из кольцевого трубопровода горячего дутья;
(3) стенка газовода вокруг точки инжекции O2 может образовывать место перегрева из-за теплоты излучения от пламени O2, если труба 14 для инжекции O2 не выступает через стенку газовода на достаточную длину - такой более длинный выступ потенциально приводит к изгибанию трубы 14 для инжекции O2, требуя частой замены трубы 14 для инжекции O2;
(4) для устранения вышеуказанных недостатков можно использовать трубу 14 для инжекции O2 с водяным охлаждением, но это делает всю систему более сложной и дорогой, а водяное охлаждение газа 18 из кольцевого трубопровода горячего дутья может выйти из строя; и (5) хотя возможность реакции O2 14 с ОПГ 12 и является минимальной, поскольку их инжектируют в разных местах, тогда как ОПГ 12 в большинстве случаев не вступает в реакцию и имеет тенденцию к снижению температуры газа из кольцевого трубопровода горячего дутья, O2 14 вступает в реакцию в основном с H2 и CO в потоке 10 восстановительного газа для снижения количества восстановителя и максимального повышения температуры посредством полного окисления.
Таким образом, для процесса ПВ, чтобы устранить эти недостатки, требуется усовершенствованная система инжекции O2 и ОПГ.
Сущность изобретения
В различных иллюстративных вариантах осуществления настоящее изобретение повышает гибкость расхода для трубы для инжекции O2 без применения водяного охлаждения. Количество точек инжекции O2 увеличивается, так что O2 и ОПГ можно распределять более равномерно в потоке газа из кольцевого трубопровода горячего дутья. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает возможность безопасной инжекции O2 очень близко к точке инжекции ОПГ, так что частичное сжигание ОПГ улучшается и температура восстановительного газа, входящего в ШП, снижается по сравнению с конфигурацией с полным окислением.
Настоящее изобретение оптимизирует соотношение О2/ОПГ в месте инжекции O2, чтобы максимально увеличить частичное сжигание и свести к минимуму отложение С. Это обеспечивают следующие признаки:
(1) охлаждение труб для инжекции O2 с использованием обволакивающего ОПГ газа в конфигура
- 1 039667 ции с соосной инжекцией ОПГ/О2;
(2) возможность сокращения расхода O2 или возможный нулевой поток O2, что для каждой трубы посредством (1) обеспечивает возможность увеличения числа точек инжекции, тем самым более равномерно распределяя O2 в потоке газа из кольцевого трубопровода горячего дутья;
(3) инжекционная труба меньшего диаметра для O2 располагается внутри отверстия большего диаметра для обволакивающего ОПГ газа, чтобы поддерживать гораздо более высокую скорость газа O2, чем скорость ОПГ, предотвращая слишком сильное охлаждение ОПГ газом в зоне сжигания O2 и стабилизируя сжигание O2 даже при конфигурации с соосной инжекцией ОПГ/О2;
(4) кирпичная диафрагма, расположенная выше по потоку, предотвращает слишком сильное возбуждение потоков вокруг мест инжекции О2/ОПГ - конфигурация с соосной инжекцией ОПГ/О2 в сочетании с кирпичной диафрагмой, расположенной выше по потоку, значительно улучшает частичное сжигание ОПГ, генерируя восстановительный газ, при этом сводя к минимуму повышение температуры восстановительного газа; и (5) при описанном выше вокруг точек инжекции O2 может возникать отложение С, если количество тяжелых фракций в ОПГ является большим или если соотношение потоков ОПГ/О2 является высоким разделение инжекции ОПГ на два места (одно вокруг места инжекции O2, а другое ниже по потоку) оптимизирует соотношение О2/ОПГ в месте инжекции O2, чтобы максимального увеличить частичное сжигание и свести к минимуму отложение С.
В одном иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает систему инжекции кислорода для процесса прямого восстановления, содержащую: общий кольцевой коллектор для инжекции газа, выполненный с возможностью подключения к источнику кислорода и источнику обогатительного природного газа и выполненный с возможностью подачи кислорода из источника кислорода и обогатительного природного газа из источника обогатительного природного газа в поток восстановительного газа, проходящий через канал, расположенный внутри общего кольцевого коллектора для инжекции газа в осевом направлении, через множество расположенных по окружности отверстий, чтобы формировать поток газа из кольцевого трубопровода горячего дутья; при этом общий кольцевой коллектор для инжекции газа содержит кольцевой коллектор для инжекции кислорода, выполненный с возможностью подачи кислорода из источника кислорода в поток восстановительного газа через множество расположенных по окружности отверстий, и кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа, выполненный с возможностью подачи обогатительного природного газа из источника обогатительного природного газа в поток восстановительного газа через множество расположенных по окружности отверстий. Кольцевой коллектор для инжекции кислорода и кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа расположены в осевом направлении. Необязательно кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа расположен внутри кольцевого коллектора для инжекции кислорода в осевом направлении. Кольцевой коллектор для инжекции кислорода содержит множество расположенных по окружности труб, выполненных с возможностью размещения с прохождением через кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа, и множество расположенных по окружности форсунок, соединенных со множеством расположенных по окружности труб, выполненных с возможностью совмещения с множеством расположенных по окружности отверстий. Расход кислорода через каждую из множества расположенных по окружности труб является переменным. Необязательно расход обогатительного газа через каждое из множества расположенных по окружности отверстий является переменным. Система инжекции кислорода дополнительно содержит канал для продувки инертным газом, соединенный с источником кислорода. Система инжекции кислорода дополнительно содержит кирпичную диафрагму, расположенную по окружности вокруг канала выше по потоку относительно общего кольцевого коллектора для инжекции газа. Необязательно система инжекции кислорода дополнительно содержит еще один кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа, расположенный вокруг канала ниже по потоку относительно общего кольцевого коллектора для инжекции газа и выполненный с возможностью подачи дополнительного обогатительного природного газа из источника обогатительного природного газа в поток восстановительного газа через дополнительное множество расположенных по окружности отверстий.
В другом иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ инжекции кислорода для процесса прямого восстановления, включающий предоставление общего кольцевого коллектора для инжекции газа, выполненного с возможностью подключения к источнику кислорода и источнику обогатительного природного газа и выполненного с возможностью подачи кислорода из источника кислорода и обогатительного природного газа из источника обогатительного природного газа в поток восстановительного газа, проходящий через канал, расположенный внутри общего кольцевого коллектора для инжекции газа в осевом направлении, через множество расположенных по окружности отверстий, чтобы формировать поток газа из кольцевого трубопровода горячего дутья; при этом общий кольцевой коллектор для инжекции газа содержит кольцевой коллектор для инжекции кислорода, выполненный с возможностью подачи кислорода из источника кислорода в поток восстановительного газа через множество расположенных по окружности отверстий, и кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа, выполненный с возможностью подачи обогатительного
- 2 039667 природного газа из источника обогатительного природного газа в поток восстановительного газа через множество расположенных по окружности отверстий. Кольцевой коллектор для инжекции кислорода и кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа расположены в осевом направлении. Необязательно кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа расположен внутри кольцевого коллектора для инжекции кислорода в осевом направлении. Кольцевой коллектор для инжекции кислорода содержит множество расположенных по окружности труб, выполненных с возможностью размещения с прохождением через кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа, и множество расположенных по окружности форсунок, соединенных со множеством расположенных по окружности труб, выполненных с возможностью совмещения с множеством расположенных по окружности отверстий. Способ инжекции кислорода дополнительно включает изменение расхода кислорода через каждую из множества расположенных по окружности труб. Необязательно способ инжекции кислорода дополнительно включает изменение расхода обогатительного газа через каждое из множества расположенных по окружности отверстий. Способ инжекции кислорода дополнительно включает предоставление канала для продувки инертным газом, соединенного с источником кислорода. Способ инжекции кислорода дополнительно включает предоставление кирпичной диафрагмы, расположенной по окружности вокруг канала выше по потоку относительно общего кольцевого коллектора для инжекции газа. Необязательно способ инжекции кислорода дополнительно включает предоставление еще одного кольцевого коллектора для инжекции обогатительного природного газа, расположенного вокруг канала ниже по потоку относительно общего кольцевого коллектора для инжекции газа и выполненного с возможностью подачи дополнительного обогатительного природного газа из источника обогатительного природного газа в поток восстановительного газа через дополнительное множество расположенных по окружности отверстий.
Краткое описание графических материалов
Настоящее изобретение представлено и описано в данном документе со ссылкой на различные графические материалы, на которых подобные номера ссылок используют для обозначения подобных компонентов системы/этапов способа, как полагается, и на которых на фиг. 1 представлена принципиальная схема, на которой показаны традиционные система и способ инжекции O2 и ОПГ с использованием отдельных точек инжекции O2 и ОПГ;
на фиг. 2 - принципиальная схема, на которой показан один иллюстративный вариант осуществления системы и способа для O2 и ОПГ согласно настоящему изобретению, в которых используют общие соосные точки инжекции O2 и ОПГ; и на фиг. 3 - принципиальная схема, на которой показан другой иллюстративный вариант осуществления системы и способа для O2 и ОПГ согласно настоящему изобретению, в которых используют общие соосные точки инжекции O2 и ОПГ, а также отдельную точку инжекции ОПГ.
Описание вариантов осуществления
Опять же, в различных иллюстративных вариантах осуществления настоящее изобретение улучшает гибкость расхода для трубы для инжекции O2 без применения водяного охлаждения. Количество точек инжекции O2 увеличивается, так что O2 и ОПГ можно распределять более равномерно в потоке газа из кольцевого трубопровода горячего дутья. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает возможность безопасной инжекции O2 очень близко к точке инжекции ОПГ, так что частичное сжигание ОПГ улучшается и температура восстановительного газа, входящего в ШП, снижается по сравнению с конфигурацией с полным окислением.
Настоящее изобретение оптимизирует соотношение О2/ОПГ в месте инжекции O2, чтобы максимально увеличить частичное сжигание и свести к минимуму отложение С. Это обеспечивают следующие признаки:
(1) охлаждение труб для инжекции O2 с использованием обволакивающего ОПГ газа в конфигурации с соосной инжекцией ОПГ/О2;
(2) возможность сокращения расхода O2 или возможный нулевой поток O2, что для каждой трубы посредством (1) обеспечивает возможность увеличения числа точек инжекции, тем самым более равномерно распределяя O2 в потоке газа из кольцевого трубопровода горячего дутья;
(3) инжекционная труба меньшего диаметра для O2 располагается внутри отверстия большего диаметра для обволакивающего ОПГ газа, чтобы поддерживать гораздо более высокую скорость газа O2, чем скорость ОПГ, предотвращая слишком сильное охлаждение ОПГ газом в зоне сжигания O2 и стабилизируя сжигание O2 даже при конфигурации с соосной инжекцией ОПГ/О2;
(4) кирпичная диафрагма, расположенная выше по потоку, предотвращает слишком сильное возбуждение потоков вокруг мест инжекции О2/ОПГ - конфигурация с соосной инжекцией ОПГ/О2 в сочетании с кирпичной диафрагмой, расположенной выше по потоку, значительно улучшает частичное сжигание ОПГ, генерируя восстановительный газ, при этом сводя к минимуму повышение температуры восстановительного газа; и (5) при описанном выше вокруг точек инжекции O2 может возникать отложение C, если количество тяжелых фракций в ОПГ является большим или если соотношение потоков ОПГ/О2 является высоким разделение инжекции ОПГ на два места (одно вокруг места инжекции O2, а другое ниже по потоку) оп
- 3 039667 тимизирует соотношение О2/ОПГ в месте инжекции O2, чтобы максимально увеличить частичное сжигание и свести к минимуму отложение C.
Ссылаясь теперь конкретно на фиг. 2 в одном иллюстративном варианте осуществления общая система 100 инжекции O2 и ОПГ настоящего изобретения использует соосную инжекцию O2 14 и ОПГ 12 в одном и том же месте по всему общему кольцевому инжекционному коллектору 24, расположенному вокруг канала 16 для восстановительного газа, формируя при этом газ 18 из кольцевого трубопровода горячего дутья, который подается на ШП. Общий кольцевой инжекционный коллектор 24 содержит внешний кольцевой коллектор 26 для инжекции O2 и внутренний кольцевой коллектор 28 для инжекции ОПГ, которые совместно используют множество общих кольцевых отверстий 30 для инжекции газа. В данном примерном варианте осуществления каждая из труб 32 для инжекции O2 располагается вдоль радиуса общего кольцевого инжекционного коллектора 24 через внутренний кольцевой коллектор 28 для инжекции ОПГ и совмещена с одним из отверстий 30 для инжекции ОПГ, расположенных по окружности, и проходит через него. Канал для продувки 20 инертным газом соединен с O2 14 как ранее.
Таким образом, труба 32 для O2 охлаждается обволакивающим ОПГ газом, выходящим из отверстий 30, расположенных по окружности коллектора 28 ОПГ, установленного на газоводе 16 для газа из кольцевого трубопровода горячего дутья. Это обеспечивает большую гибкость и возможность сокращения (включая нулевой поток) расхода O2 для каждой трубы 32 для инжекции O2.
Гибкость данного потока O2 обеспечивает возможность увеличения числа расположенных по окружности точек инжекции O2 и ОПГ и распределяет O2 и ОПГ более равномерно в потоке 18 газа из кольцевого трубопровода горячего дутья. Кроме того, это обеспечивает гибкость, необходимую для остановки потока O2 на некоторые из труб 32 для инжекции O2 без извлечения их из системы 100.
Применяя трубы 32 для инжекции O2 меньшего диаметра внутри отверстия 30 для обволакивающего ОПГ газа большего диаметра для поддержания более высокой скорости газа для O2 по сравнению с ОПГ, можно добиться устойчивого сжигания O2 без оказания влияния со стороны охлаждающего воздействия ОПГ. Это обеспечивает возможность безопасной инжекции O2 рядом с точкой инжекции ОПГ в газоводе 16 для восстановительного газа.
Обволакивающий ОПГ газ, выходящий из отверстия 30 для обволакивающего газа, защищает стенку газовода с огнеупорной футеровкой вокруг труб 32 для O2 от теплоты излучения пламени O2, несмотря даже на то, что выступ труб 32 для O2 из огнеупорной стенки является минимальным. Такой минимальный выступ тем самым продлевает срок службы труб 32 для инжекции O2.
Кирпичная диафрагма 34 или нечто подобное располагается выше по потоку относительно общего кольцевого коллектора 24 и не допускает турбулентного потока вокруг места инжекции О2/ОТГ. Такая конфигурация соосной инжекции О2/ОТГ в сочетании с кирпичной диафрагмой 34, расположенной выше по потоку, значительно повышает частичное сжигание ОТГ 12.
Ссылаясь теперь конкретно на фиг. 3 в другом иллюстративном варианте осуществления общая система 100 инжекции O2 и ОПГ настоящего изобретения снова использует соосную инжекцию O2 14 и ОПГ 12 в одном и том же месте по всему общему кольцевому инжекционному коллектору 24, расположенному вокруг канала 16 для восстановительного газа, формируя при этом газ 18 из кольцевого трубопровода горячего дутья, который подается на ШП. Общий кольцевой инжекционный коллектор 24 содержит внешний кольцевой коллектор 26 для инжекции O2 и внутренний кольцевой коллектор 28 для инжекции ОПГ, которые совместно используют множество общих кольцевых отверстий 30 для инжекции газа. В данном примерном варианте осуществления каждая из труб 14 для инжекции O2 располагается вдоль радиуса общего кольцевого инжекционного коллектора 24 через внутренний кольцевой коллектор 26 для инжекции ОПГ, при этом форсунка 32 для O2 совмещена с одним из отверстий 30 для инжекции ОПГ, расположенных по окружности, и проходит через него. Канал для продувки 20 инертным газом соединен с O2 14 как ранее.
Таким образом, труба 14 для O2 охлаждается обволакивающим ОПГ газом 12, выходящим из отверстий 30, расположенных по окружности коллектора 28 ОПГ, установленного на газоводе 16 для газа из кольцевого трубопровода горячего дутья. Это обеспечивает большую гибкость и возможность сокращения (включая нулевой поток) расхода O2 для каждой трубы 14 для инжекции O2.
Гибкость данного потока 14 O2 обеспечивает возможность увеличения числа расположенных по окружности точек инжекции O2 и ОПГ и распределяет O2 и ОПГ более равномерно в потоке 18 газа из кольцевого трубопровода горячего дутья. Кроме того, это обеспечивает гибкость, необходимую для остановки потока 14 O2 на некоторые из труб 14 для инжекции O2 без извлечения их из системы 100.
Применяя трубы 14 для инжекции O2 меньшего диаметра внутри отверстия 30 для обволакивающего ОПГ газа большего диаметра для поддержания более высокой скорости газа для O2 по сравнению с ОПГ, можно добиться устойчивого сжигания O2 без оказания влияния со стороны охлаждающего воздействия ОПГ. Это обеспечивает возможность безопасной инжекции O2 рядом с точкой инжекции ОПГ в газоводе 16 для восстановительного газа.
Обволакивающий ОПГ газ 12 защищает стенку газовода с огнеупорной футеровкой вокруг форсунки 32 для O2 от теплоты излучения пламени O2, несмотря даже на то, что выступ трубы 14 для O2 из огнеупорной стенки является минимальным. Такой минимальный выступ тем самым продлевает срок
- 4 039667 службы трубы 14 для инжекции O2.
Опять же, кирпичная диафрагма 34 или нечто подобное располагается выше по потоку относительно общего кольцевого коллектора 24 и не допускает турбулентного потока вокруг места инжекции О2/ОТГ. Такая конфигурация соосной инжекции О2/ОТГ в сочетании с кирпичной диафрагмой 34, расположенной выше по потоку, значительно повышает частичное сжигание ОТГ 12.
Здесь отдельный расположенный ниже по потоку кольцевой коллектор 36 для инжекции ОПГ также соединен с каналом 12 подачи ОПГ и используется для инжекции ОПГ в поток 18 газа из кольцевого трубопровода горячего дутья в газоводе 16 через множество отдельных отверстий 38 для инжекции ОПГ, расположенных по окружности. В первом варианте осуществления при конфигурации с соосной инжекцией О2/ОПГ, отложение C может возникать вокруг точек инжекции O2, если количество тяжелых фракций в ОПГ является высоким или если высоким является соотношение потоков ОПГ/О2. Разделение инжекции ОПГ на два места (одно вокруг места инжекции O2, а другое в месте ниже по потоку) обеспечивает возможность оптимизации соотношения О2/ОПГ в месте инжекции O2, чтобы максимально увеличить частичное сжигание и свести к минимуму отложение C. Оптимальным соотношением является О2/ОПГ = 0,5-1,2 или предпочтительно 0,7-1,0 в молярном/объемном исчислении.
Таким образом, опять же, настоящее изобретение повышает гибкость расхода для трубы для инжекции O2 без применения водяного охлаждения. Количество точек инжекции O2 увеличивается, так что O2 и ОПГ можно распределять более равномерно в потоке газа из кольцевого трубопровода горячего дутья. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает возможность безопасной инжекции O2 очень близко к точке инжекции ОПГ, так что частичное сжигание ОПГ улучшается и температура восстановительного газа, входящего в ШП, снижается по сравнению с конфигурацией с полным окислением.
Настоящее изобретение оптимизирует соотношение О2/ОПГ в месте инжекции O2, чтобы максимально увеличить частичное сжигание и свести к минимуму отложение C. Это обеспечивают следующие признаки:
(1) охлаждение труб для инжекции O2 с использованием обволакивающего ОПГ газа в конфигурации с соосной инжекцией ОПГ/О2;
(2) возможность сокращения расхода O2 или возможный нулевой поток O2, что для каждой трубы посредством (1) обеспечивает возможность увеличения числа точек инжекции, тем самым более равномерно распределяя O2 в потоке газа из кольцевого трубопровода горячего дутья;
(3) инжекционная труба меньшего диаметра для O2 располагается внутри отверстия большего диаметра для обволакивающего ОПГ газа, чтобы поддерживать гораздо более высокую скорость газа O2, чем скорость ОПГ, предотвращая слишком сильное охлаждение ОПГ газом в зоне сжигания O2 и стабилизируя сжигание O2 даже при конфигурации с соосной инжекцией ОПГ/О2;
(4) кирпичная диафрагма, расположенная выше по потоку, предотвращает слишком сильное возбуждение потоков вокруг мест инжекции О2/ОПГ - конфигурация с соосной инжекцией ОПГ/О2 в сочетании с кирпичной диафрагмой, расположенной выше по потоку, значительно улучшает частичное сжигание ОПГ, генерируя восстановительный газ, при этом сводя к минимуму повышение температуры восстановительного газа; и (5) при описанном выше вокруг точек инжекции O2 может возникать отложение C, если количество тяжелых фракций в ОПГ является большим или если соотношение потоков ОПГ/О2 является высоким разделение инжекции ОПГ на два места (одно вокруг места инжекции O2, а другое ниже по потоку) оптимизирует соотношение О2/ОПГ в месте инжекции O2, чтобы максимального увеличить частичное сжигание и свести к минимуму отложение C.
Хотя настоящее изобретение проиллюстрировано и описано в данном документе со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления и его конкретные примеры, специалистам в данной области будет очевидно, что другие варианты осуществления и примеры могут выполнять похожие функции и/или достигать подобных результатов. Все такие эквивалентные варианты осуществления и примеры находятся в пределах сущности и объема настоящего изобретения, и тем самым предполагаются, и при этом подразумевается, что они охватываются следующими неограничительнымыи пунктами формулы изобретения для всех целей.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Claims (7)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Система инжекции кислорода для процесса прямого восстановления, содержащая общий кольцевой коллектор для инжекции газа, выполненный с возможностью подключения к источнику кислорода и источнику обогатительного природного газа и выполненный с возможностью подачи кислорода из источника кислорода и обогатительного природного газа из источника обогатительного природного газа в поток восстановительного газа, проходящий через канал, расположенный в осевом направлении внутри общего кольцевого коллектора для инжекции газа, через множество расположенных по окружности отверстий для формирования потока газа;
    при этом общий кольцевой коллектор для инжекции газа содержит кольцевой коллектор для инжекции кислорода, выполненный с возможностью подачи кислорода из источника кислорода в поток
    - 5 039667 восстановительного газа через множество расположенных по окружности отверстий, и кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа, выполненный с возможностью подачи обогатительного природного газа из источника обогатительного природного газа в поток восстановительного газа через множество расположенных по окружности отверстий; и при этом кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа расположен внутри кольцевого коллектора для инжекции кислорода в осевом направлении.
  2. 2. Система инжекции кислорода по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой коллектор для инжекции кислорода содержит множество расположенных по окружности труб, выполненных с возможностью размещения с прохождением через кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа, и множество расположенных по окружности форсунок, соединенных со множеством расположенных по окружности труб, выполненных с возможностью совмещения с множеством расположенных по окружности отверстий.
  3. 3. Система инжекции кислорода по п.2, отличающаяся тем, что расход кислорода через каждую из множества расположенных по окружности труб является переменным.
  4. 4. Система инжекции кислорода по п.2, отличающаяся тем, что расход обогатительного газа через каждое из множества расположенных по окружности отверстий является переменным.
  5. 5. Система инжекции кислорода по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит канал для продувки инертным газом, соединенный с источником кислорода.
  6. 6. Система инжекции кислорода по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит кирпичную диафрагму, расположенную по окружности вокруг канала выше по потоку относительно общего кольцевого коллектора для инжекции газа.
  7. 7. Система инжекции кислорода по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит еще один кольцевой коллектор для инжекции обогатительного природного газа, расположенный вокруг канала ниже по потоку относительно общего кольцевого коллектора для инжекции газа и выполненный с возможностью подачи дополнительного обогатительного природного газа из источника обогатительного природного газа в поток восстановительного газа через дополнительное множество расположенных по окружности отверстий.
EA202091750A 2018-03-27 2019-03-25 Система инжекции кислорода для процесса прямого восстановления EA039667B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862648550P 2018-03-27 2018-03-27
PCT/US2019/023832 WO2019190960A1 (en) 2018-03-27 2019-03-25 Oxygen injection system for a direct reduction process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA202091750A1 EA202091750A1 (ru) 2020-10-05
EA039667B1 true EA039667B1 (ru) 2022-02-24

Family

ID=68054842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA202091750A EA039667B1 (ru) 2018-03-27 2019-03-25 Система инжекции кислорода для процесса прямого восстановления

Country Status (14)

Country Link
US (1) US10988817B2 (ru)
EP (2) EP4212475A1 (ru)
CN (1) CN112088142A (ru)
AR (1) AR114609A1 (ru)
BR (1) BR112020018943A2 (ru)
CA (1) CA3091459C (ru)
EA (1) EA039667B1 (ru)
ES (1) ES2960574T3 (ru)
FI (1) FI3774645T3 (ru)
HU (1) HUE063773T2 (ru)
MX (1) MX2020008435A (ru)
PL (1) PL3774645T3 (ru)
WO (1) WO2019190960A1 (ru)
ZA (1) ZA202004738B (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL3774645T3 (pl) * 2018-03-27 2024-02-12 Midrex Technologies, Inc. Układ wprowadzający tlen do procesu bezpośredniej redukcji
US11920204B2 (en) * 2020-10-06 2024-03-05 Midrex Technologies, Inc. Oxygen injection for reformer feed gas for direct reduction process

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3637343A (en) * 1968-04-26 1972-01-25 Hirt Combustion Eng Method for incineration of combustible material in a continuous flow of a gaseous medium
US5997596A (en) * 1997-09-05 1999-12-07 Spectrum Design & Consulting International, Inc. Oxygen-fuel boost reformer process and apparatus
US20020007699A1 (en) * 1997-09-05 2002-01-24 Montague Stephen C. Apparatus and method for optimizing the use of oxygen in the direct reduction of iron
US6395055B1 (en) * 1998-12-11 2002-05-28 Danieli & C. Officine Meccaniche Spa Method for the direct reduction of iron oxides
US6464928B1 (en) * 1998-01-29 2002-10-15 Airproducts And Chemicals Inc Gas regulation system for blast furnace
US6506230B2 (en) * 1997-09-05 2003-01-14 Midrex Technologies, Inc. Method for increasing productivity of direct reduction process

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1360988A (en) * 1970-09-22 1974-07-24 Nixon I G Partial combustion burners
JP4548785B2 (ja) * 2005-09-14 2010-09-22 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 廃棄物ガス化溶融装置の溶融炉、並びに該溶融炉における制御方法及び装置
DE102007032419B4 (de) * 2007-07-10 2013-02-21 Outotec Oyj Verfahren und Anlage zur Reduktion von eisenoxidhaltigen Feststoffen
BRPI1011905B1 (pt) * 2009-04-30 2018-02-06 Jfe Steel Corporation Método de operação de alto-forno, usina de alto- forno e método de combustão de gás de valor calorífico baixo com uso de um queimador de combustão
CN106148627A (zh) * 2016-08-05 2016-11-23 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 一种天然气氧气加热的熔分炉还原系统及方法
PL3774645T3 (pl) * 2018-03-27 2024-02-12 Midrex Technologies, Inc. Układ wprowadzający tlen do procesu bezpośredniej redukcji

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3637343A (en) * 1968-04-26 1972-01-25 Hirt Combustion Eng Method for incineration of combustible material in a continuous flow of a gaseous medium
US5997596A (en) * 1997-09-05 1999-12-07 Spectrum Design & Consulting International, Inc. Oxygen-fuel boost reformer process and apparatus
US20020007699A1 (en) * 1997-09-05 2002-01-24 Montague Stephen C. Apparatus and method for optimizing the use of oxygen in the direct reduction of iron
US6506230B2 (en) * 1997-09-05 2003-01-14 Midrex Technologies, Inc. Method for increasing productivity of direct reduction process
US6464928B1 (en) * 1998-01-29 2002-10-15 Airproducts And Chemicals Inc Gas regulation system for blast furnace
US6395055B1 (en) * 1998-12-11 2002-05-28 Danieli & C. Officine Meccaniche Spa Method for the direct reduction of iron oxides

Also Published As

Publication number Publication date
FI3774645T3 (fi) 2023-10-02
HUE063773T2 (hu) 2024-01-28
US20190300974A1 (en) 2019-10-03
EA202091750A1 (ru) 2020-10-05
CN112088142A (zh) 2020-12-15
MX2020008435A (es) 2020-09-25
EP4212475A1 (en) 2023-07-19
CA3091459C (en) 2022-06-28
WO2019190960A1 (en) 2019-10-03
PL3774645T3 (pl) 2024-02-12
US10988817B2 (en) 2021-04-27
CA3091459A1 (en) 2019-10-03
BR112020018943A2 (pt) 2020-12-29
EP3774645A4 (en) 2021-11-24
ES2960574T3 (es) 2024-03-05
EP3774645B1 (en) 2023-08-23
AR114609A1 (es) 2020-09-23
ZA202004738B (en) 2022-03-30
EP3774645A1 (en) 2021-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5409779B2 (ja) 低窒素酸化物炉用燃料噴射器
US6524356B2 (en) Method and apparatus for producing reformed gases
CN103104913B (zh) 燃烧器及给燃烧器供应燃料的方法
KR100742455B1 (ko) 황화수소의 부분 산화
CN106415127B (zh) 燃烧器
CN209412158U (zh) 一种用于气流床气化炉的烧嘴及气流床气化炉
JP2001234231A (ja) 容器内にガスを注入するための装置
TWI540203B (zh) 用於多燃料式多噴槍燃燒器系統的中央燃燒器
EA039667B1 (ru) Система инжекции кислорода для процесса прямого восстановления
UA67740C2 (ru) Способ частичного окисления углевородов и горелка для его осуществления
JP2020525751A (ja) ガス化バーナ
CN104713081B (zh) 用于制造合成气体的粉尘燃料燃烧器和气流床气化炉
US20120231400A1 (en) Burners
GB2034456A (en) Burner
US6506357B2 (en) Sulphur recovery
US3937449A (en) Liquid-fuel atomization and injection device
US10082289B2 (en) Burner
US20240175576A1 (en) ULTRA LOW NOx BURNER
KR102081257B1 (ko) 복합 가스 연소용 버너
CN104403689B (zh) 一种气化剂喷嘴
WO2017212259A1 (en) Burner