ES2247216T3 - Procedimiento para el aprovechamiento del calor residual de la produccion de hierro bruto en hornos de solera giratoria. - Google Patents
Procedimiento para el aprovechamiento del calor residual de la produccion de hierro bruto en hornos de solera giratoria.Info
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Abstract
Procedimiento para el aprovechamiento del calor residual de la producción de hierro bruto en hornos de solera giratoria, en el que un gas de escape (1) de baja capacidad de calor, que se obtiene durante la producción de hierro bruto, con contenidos residuales de CO y H2, es quemado posteriormente en un generador de vapor (2) con aire de la combustión (3) para obtener un gas de proceso inerte, y en el que a través de intercambio de calor con el gas de proceso es generado vapor caliente (4) para un proceso de turbinas de vapor (5), caracterizado porque el vapor caliente (4) es recalentado a través de intercambio de calor con el gas de proceso en varias etapas de recalentamiento (18, 18¿, 18¿). porque el gas de proceso es extraído en corrientes parciales (6, 7) con diferentes niveles de temperatura y porque a través de la cantidad y/o de la temperatura del aire de la combustión (3) se regulan las temperaturas de los gases de extracción, de tal forma que el nivel de la temperatura de una primera corriente parcial (6), extraída entre las fases de recalentamiento (18, 18¿, 18¿) desde el generador de vapor, es adaptado para la utilización del gas de proceso para el calentamiento previo (8) del mineral bruto y de tal manera que el nivel de la temperatura de una segunda corriente parcial (7), extraída desde la salida del generador de vapor, es adaptado para la utilización del gas de proceso para el secado de carbón.
Description
Procedimiento para el aprovechamiento del calor
residual de la producción de hierro bruto en hornos de solera
giratoria.
La invención se refiere a un procedimiento para
el aprovechamiento del calor residual de la producción de hierro
bruto en hornos de solera giratoria.
En un procedimiento conocido a partir de MPT
International 3/2000, páginas 102 y 103 para la generación de hierro
bruto se precalientan mineral de hierro, áridos y carbón triturado
y se alimentan en las relaciones necesarias a un horno de solera
giratoria. Con la adición de aire de la combustión, se transforma el
mineral de hierro introducido en hierro esponjoso y a continuación
se descarga en un horno eléctrico y allí se funde. En el transcurso
del procedo en el horno de solera giratoria se produce un gas de
escape de baja capacidad de calor con una temperatura de
aproximadamente 1370ºC y contenidos residuales de CO y H_{2}. El
gas de escape con un valor calorífico total entre aproximadamente
400 y 850 kJ/m^{3} no se puede expulsar en esta forma al medio
ambiente. Se conoce quemar posteriormente los gases de escape de
baja capacidad de calor, que resultan durante la producción de
hierro bruto, con la adición de aire de la combustión y utilizar el
gas caliente para la generación de vapor de alta tensión. En el
marco de las medidas conocidas, se lleva a cabo la combustión
posterior para modificar la consistencia de la ceniza volátil
contenida en la corriente de gas.
La invención tiene el cometido de indicar un
procedimiento, en el que no sólo se utiliza el valor calorífico del
gas de escape que se obtiene durante la producción de hierro bruto
en hornos de solera giratoria para la generación de vapor, sino que
se lleva a cabo un aprovechamiento amplio, adaptado a la producción
de hierro bruto en hornos giratorios como gas de proceso.
Partiendo de un procedimiento para el
aprovechamiento del calor residual de la producción de hierro bruto
en hornos de solera giratoria, en el que un gas de escape de baja
capacidad de calor, que se obtiene durante la producción de hierro
bruto, con contenidos residuales de CO y H_{2}, es quemado
posteriormente en un generador de vapor con aire de la combustión
para obtener un gas de proceso inerte, y en el que a través de
intercambio de calor con el gas de proceso es generado vapor
caliente para un proceso de turbinas de vapor, el cometido se
soluciona según la invención porque
- el vapor caliente es recalentado a través de intercambio de calor con el gas de proceso en varias etapas de recalentamiento,
- porque el gas de proceso es extraído en corrientes parciales con diferentes niveles de temperatura y
- porque a través de la cantidad y/o de la temperatura del aire de la combustión se regulan las temperaturas de los gases de extracción, de tal forma que
el nivel de la temperatura de una
primera corriente parcial, extraída entre las fases de
recalentamiento desde el generador de vapor, es adaptado para la
utilización del gas de proceso para el calentamiento previo del
mineral bruto y de tal manera que el nivel de la temperatura de una
segunda corriente parcial, extraída desde la salida del generador
de vapor, es adaptado para la utilización del gas de proceso para el
secado de carbón. El procedimiento según la invención es adaptado
de una manera conveniente para que la corriente parcial de proceso,
que se emplea para el calentamiento previo del mineral bruto, sea
extraída con una temperatura entre 1000 y 1300ºC y la corriente
parcial de gas de proceso, que se utiliza para el secado de carbón,
abandona el generador de vapor con una temperatura entre 750ºC y
900ºC.
El gas de escape que se produce durante la
producción de hierro bruto en hornos de solera giratoria tiene una
temperatura alta. Para la combustión completa de los componentes
combustibles de monóxido de carbono e hidrocarburos, que están
presentes todavía en el gas de escape, se añade oxígeno en forma de
aire de la combustión. En este caso, se eleva adicionalmente la
temperatura del gas. A través de las altas temperaturas del gas, se
garantiza una combustión segura con una cantidad reducida de aire
de la combustión. Puesto que la utilización según la invención del
gas de escape quemado posteriormente como gas de proceso para el
precalentamiento de mineral bruto así como para el secado de carbón
permite un contenido de oxígeno residual de hasta 3%, se puede
añadir una cantidad sobreestequiométrica de aire. Esta cantidad de
aire adicional se emplea, según la invención, para la regulación de
las temperaturas del gas de extracción. A través del control de la
cantidad de aire de la combustión se pueden regular las temperaturas
del gas de extracción de las corrientes parciales de gas de
proceso en una anchura de banda de \pm 50 K. La anchura de banda
de regulación se puede incrementar todavía, con la cantidad de aire
de la combustión establecida a través del contenido admisible de
oxígeno residual en el gas de escape, a través de un calentamiento
previo del aire de la combustión. De acuerdo con una forma de
realización preferida de la invención, se precalienta el aire de la
combustión en un precalentador de aire accionado con gas de proceso
a una temperatura de hasta 550ºC.
En otra configuración, la invención enseña que se
alimenta agua al vapor caliente entre las fases de recalentamiento
para la regulación de la temperatura, y que el ajuste fino de la
temperatura del gas de extracción del gas de proceso se lleva a cabo
a través de la adición regulada de agua a la corriente de vapor
caliente. A través de la adición regulada de agua se pueden ajustar
las temperaturas del gas de extracción de las corrientes de gas de
proceso en una anchura de banda de \pm 20 K. A través de una
refrigeración adicional del vapor en la salida de la última fase de
recalentamiento se puede regular la temperatura del vapor alimentado
a la turbina de vapor.
Se puede compensar una subida de las temperaturas
del gas de extracción, condicionada por el cambio de carga o por
averías de la instalación, a través de la inyección de agua al gas
de proceso. La inyección de agua se realiza en el lugar de
extracción respectivo, siendo posible una bajada de la temperatura
de más de 100 K. Además, existe la posibilidad de desviar el gas de
proceso, en el caso de una subida demasiado fuerte de la
temperatura, a través de un conducto de refrigeración de
emergencia, en el que está prevista una refrigeración directa del
agua.
Por último, está en el marco de la invención que
el generador de vapor es accionado con agua de alimentación
precalentada. A través de la regulación del precalentamiento del
agua de alimentación se puede realizar un ajuste fino de la
temperatura del gas de extracción de la corriente parcial de gas de
proceso tomada en la salida del generador de vapor.
A continuación se explica la invención con la
ayuda de un dibujo que representa solamente un ejemplo de
realización. Se muestra de forma esquemática lo siguiente.
La figura 1 muestra el esquema de la instalación
de un procedimiento para el aprovechamiento de calor residual de la
producción de hierro bruto en hornos de solera giratoria.
La figura 2 muestra el esquema de bloques de un
generador de vapor representado en el marco de la figura 1.
La figura 3 muestra la configuración del
generador de vapor representado en la figura 2 en la sección
longitudinal.
La instalación representada en las figuras sirve
para el aprovechamiento de calor residual de la producción de
hierro bruto en hornos de solera giratoria. Un gas de escape 1 de
baja capacidad de calor, que se produce durante la producción de
hierro bruto, con contenidos residuales de CO y H_{2}, es quemado
posteriormente en un generador de vapor 2 con aire de la combustión
3 para obtener un gas de proceso inerte y a través del intercambio
de calor con el gas de proceso se genera vapor caliente 4 para un
proceso de turbinas de vapor 5. A partir de la figura 1 se deduce,
además, que el gas de proceso es tomado en corrientes parciales 6,
7 desde el generador de vapor, siendo empleada una primera
corriente parcial de proceso 6 para el calentamiento previo 8 de
mineral bruto y siendo alimentada una segunda corriente parcial 7,
tomada en la salida del generador de vapor, a un molino de carbón 9
y siendo empleada para el secado de carbón. Las temperaturas de las
dos corrientes parciales 6, 7 están adaptadas a las aplicaciones
respectivas.
El gas de escape 1 de baja capacidad de calor,
que se genera durante la producción de hierro bruto en hornos de
solera giratoria, tiene una temperatura de aproximadamente 1370ºC y
un valor calorífico total entre aproximadamente 400 y 850
kJ/m^{3}. El generador de vapor 2 presenta paredes 10 refrigeradas
en virtud de las altas temperaturas del gas de entrada (figura
3).
De una manera preferida, las paredes están
realizadas como evaporador según el principio de circulación
natural. El gas de escape 1 de baja capacidad de calor es
alimentado al generador de vapor 2 en un canal 11 resistente al
fuego. Para la combustión completa de los componentes combustibles
de monóxido de carbono y de hidrógeno, que están presentes todavía
en el gas de escape 1, se alimenta oxígeno en forma de aire de la
combustión 3. En este caso, la temperatura del gas se eleva hasta
aproximadamente 1470ºC. La alimentación del aire se realiza en
varias fases con un impulso alto en la entrada 12 del gas al
generador de vapor 2 y en la cámara de combustión 13 propiamente
dicha. En la cámara de combustión 13 está realizado un plano
inferior de aire 14 como plano del quemador, a través del cual se
alimenta gas natural 15 como combustión de apoyo para la combustión
segura y completa. A través de las altas temperaturas del gas se
garantiza una combustión segura con una alimentación reducida del
aire. La utilización del gas de proceso inerte para el
calentamiento precio del mineral y para el secado del carbón permite
un contenido de oxígeno residual de hasta 3%. De esta manera, es
posible alimentar aire en exceso estequiométrico y utilizar el aire
adicional para la regulación de las temperaturas del gas de
extracción en las corrientes de gas de proceso 6, 7 tomadas.
A partir de las figuras 2 y 3 se puede deducir
que el gas de escape, calentado hasta aproximadamente 1470ºC a
través de la combustión posterior, en las superficies de
transmisión de calor dispuestas en la cámara de combustión, que
están representadas en la figura 2 como rejilla de la cámara de
combustión, cede energía a un circuito de agua 17, siendo generado
vapor de alta tensión con una temperatura de 323ºC y siendo
refrigerado el gas de escape hasta aproximadamente 1320ºC. El
recalentamiento del vapor hasta la temperatura del vapor de 540ºC,
que es necesaria para el funcionamiento de una turbina de vapor, se
realiza en varias fases de recalentamiento. En el ejemplo de
realización están previstas tres fases de recalentamiento 18, 18',
18''. En el lado de salida de gas, entre la primera y la segunda
fases de recalentamiento 18, 18', se extrae una corriente parcial de
gas de proceso inerte 6 con una temperatura entre 1000 y 1200ºC y
se utiliza para el calentamiento previo del mineral bruto. En el
ejemplo de realización se ajusta la temperatura de esta corriente
parcial de gas de proceso 6 a 1100ºC. Una segunda corriente parcial
de gas de proceso 7, tomada en la salida del generador de vapor,
tiene una temperatura entre 750ºC y 900ºC, adaptada a la
utilización del gas de proceso para el secado de carbón, y se toma
en el ejemplo de realización con una temperatura del gas de
extracción de aproximadamente 790ºC. A través de la cantidad de
aire de la combustión se puede regular la temperatura del gas de
extracción de las corrientes parciales de gas de proceso 6, 7 en
una anchura de banda de \pm 50 K. El aire de la combustión 3 se
precalienta en un precalentador de aire 19 accionado con gas de
proceso. En este caso, se lleva a cabo un calentamiento del aire de
la combustión 3 a temperaturas hasta
550ºC.
550ºC.
Se alimenta agua 20 al vapor caliente 4 entre las
fases de recalentamiento 18, 18', 18'' para la regulación de la
temperatura. La adición de agua regulada a la corriente de vapor
caliente 4 se realiza para el ajuste fino de las temperaturas del
gas de extracción de las corrientes parciales de gas de proceso 6,
7. A través de la adición de agua regulada se pueden ajustar las
temperaturas del gas de extracción en las corrientes parciales de
gas de proceso 6, 7 en una anchura de banda de \pm 20 K.
Una subida de las temperaturas de gas de
extracción, condicionada por cambio de carga o averías de la
instalación, se puede compensar a través de la inyección de agua al
gas de proceso. A través de inyecciones de agua en los puntos de
toma es posible una reducción de la temperatura del gas en más de
100 K. En el esquema de la instalación de la figura 1 está previsto
un conducto de extracción 21 separado, que está equipado con una
refrigeración de emergencia 22. La refrigeración de emergencia 20
trabaja con una inyección de agua 23 (Quenche).
El generador de vapor 2 es accionado de una
manera conveniente con agua de alimentación 24 precalentada. A
través de la regulación del precalentamiento del agua de
alimentación es posible un ajuste fino de la temperatura del gas de
extracción de la corriente parcial de gas de proceso 7 tomada en la
salida del generador de vapor.
La extracción de las corrientes parciales del gas
de proceso desde el generador de vapor es regulada a través del
soplante de aspiración 25 en la zona de la siderurgia. La cantidad
de aire de la combustión se regula posteriormente de acuerdo con la
corriente del caudal de gas de escape, siendo mantenidas
constantes, a través de las medidas descritas anteriormente, las
temperaturas del gas de extracción de las corrientes de gas de
proceso 6, 7 descargadas desde el generador de vapor y utilizadas
para el calentamiento previo del mineral bruto así como para el
secado del carbón.
Claims (8)
1. Procedimiento para el aprovechamiento del
calor residual de la producción de hierro bruto en hornos de solera
giratoria, en el que un gas de escape (1) de baja capacidad de
calor, que se obtiene durante la producción de hierro bruto, con
contenidos residuales de CO y H_{2}, es quemado posteriormente en
un generador de vapor (2) con aire de la combustión (3) para
obtener un gas de proceso inerte, y en el que a través de
intercambio de calor con el gas de proceso es generado vapor
caliente (4) para un proceso de turbinas de vapor (5),
caracterizado porque el vapor caliente (4) es recalentado a
través de intercambio de calor con el gas de proceso en varias
etapas de recalentamiento (18, 18', 18''). porque el gas de proceso
es extraído en corrientes parciales (6, 7) con diferentes niveles
de temperatura y porque a través de la cantidad y/o de la
temperatura del aire de la combustión (3) se regulan las
temperaturas de los gases de extracción, de tal forma que
- el nivel de la temperatura de una primera corriente parcial (6), extraída entre las fases de recalentamiento (18, 18', 18'') desde el generador de vapor, es adaptado para la utilización del gas de proceso para el calentamiento previo (8) del mineral bruto y
- de tal manera que el nivel de la temperatura de una segunda corriente parcial (7), extraída desde la salida del generador de vapor, es adaptado para la utilización del gas de proceso para el secado de carbón.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la corriente parcial de proceso (6),
que se emplea para el calentamiento previo del mineral bruto, es
extraída con una temperatura entre 1000 y 1200ºC y porque la
corriente parcial de gas de proceso (7), que se utiliza para el
secado de carbón, abandona el generador de vapor (2) con una
temperatura entre 750ºC y 900ºC.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el aire de la combustión (3) es
precalentado en un precalentador de aire (19), accionado con gas de
proceso, a una temperatura hasta 550ºC.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las
temperaturas del gas de extracción de las corrientes parciales de
gas de proceso (6, 7) son reguladas a través del control de la
cantidad de aire de la combustión (3) en una anchura de banda de
\pm 50K.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se alimenta
agua (20) al valor caliente (4) entre las fases de recalentamiento
(18, 18', 18'') para la regulación de la temperatura y porque el
ajuste fino de las temperaturas del gas de extracción de las
corrientes parciales de gas de proceso (6, 7) se realiza a través
de la adición regulada de agua (20) al vapor caliente (4).
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque las temperaturas del gas de extracción
de las corrientes de gas de proceso (6, 7) son ajustadas a través
de la adición regulada de agua (20) en una anchura de banda de \pm
20 K.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se compensa una
subida de las temperaturas del gas de extracción, condicionada por
el cambio de carga o por averías de la instalación, a través de la
inyección de agua al gas de proceso.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el generador de
vapor (2) es accionado con agua de alimentación (24) precalentada y
porque a través de la regulación del precalentamiento del agua de
alimentación se realiza un ajuste fino de la temperatura del gas de
extracción de la corriente parcial de gas de proceso (7) tomada en
la salida del generador de vapor.
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