ES2381930T3

ES2381930T3 - Combustión de CO y combustibles en gases de salida de hornos de acerería

Info

Publication number: ES2381930T3
Application number: ES09770854T
Authority: ES
Inventors: Kuang Tsai Wu; Euan John Evenson
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2012-06-01
Anticipated expiration: 2029-06-23
Also published as: ATE544505T1; US20120213684A1; BRPI0914420A2; JP2011526354A; EP2313179B1; KR101635229B1; WO2009158320A1; US20110094340A1; JP5398090B2; CA2729114C; CN102076399B; MX2010013940A; EP2313179B9; CN102076399A; ZA201009049B; US20140076106A1; EP2313179A1; KR20110022623A; CA2729114A1

Abstract

Un procedimiento para tratar una corriente de gas de salida de un horno de acerería, que comprende: (A) proporcionar una corriente de gas de salida (52) que tiene una temperatura inferior a 1093,3ºC obteniendo gas de salida (10) de la atmósfera por encima de la superficie de acero fundido (22) en un horno (20), gas de salida obtenido que contiene monóxido de carbono en una cantidad mayor que 500 ppm, admitiendo aire en el mencionado gas de salida obtenido (10) y enfriando el mencionado gas de salida obtenido en la cuantía necesaria para que esté a una temperatura inferior a 1093,3ºC; caracterizado por: (B) mezclar combustible (204) y oxígeno y quemar con una porción del oxígeno de la mezcla con el mencionado combustible en una cámara (54) formando una corriente de oxígeno caliente (56) que sale de la salida de la mencionada cámara (54) que contiene oxígeno, siendo el tiempo de permanencia en combustión en la mencionada cámara (54) lo suficientemente largo para que la mencionada corriente de oxígeno caliente tenga una temperatura superior a la temperatura de la corriente de gas de salida a la que se añade en la etapa (C) y el mencionado tiempo de residencia lo suficientemente corto para que la mencionada corriente de oxígeno caliente contenga productos de la mencionada combustión, incluidos radicales seleccionados entre el grupo constituido por radicales que corresponden a las fórmulas O, H, OH, C2H, CH2, CjH2j+1, o CjH2j-1, siendo j 1-4, y mezclas de dos o más de los mencionados radicales. (C) suministrar la corriente de oxígeno caliente (56) formada en la etapa (B) a la corriente de gas de salida (52) proporcionada en la etapa (A) para elevar la temperatura del gas de salida de la mencionada corriente proporcionada a una temperatura superior a 593,3ºC que sea más alta que la temperatura del gas de salida a la que se añade la mencionada corriente de oxígeno caliente, añadiéndose la corriente de oxígeno caliente (56) a una velocidad suficiente para convertir en dióxido de carbono el monóxido de carbono del gas de salida a la que se añade, con lo que se rebaja el contenido de monóxido de carbono del mencionado gas de salida.

Description

Combusti6n de CO y combustibles en gases de salida de hornos de acereria.

Campo de la inveneian

La invenci6n se refiere al tratamiento de corrientes de gas de salida producidos por hornos de acero.

Anteeedentes de la inveneian

Durante la producci6n de acero en un horno de arco electrico (EAF) se produce dentro del recipiente del EAF un volumen grande de gas de salida que contiene concentraciones elevadas de gases combustibles tales como mon6xido de carbono (CO) e hidr6geno (H2). Este gas de salida puede alcanzar una temperatura de 1.648,9°C o mas y concentraciones pico de CO y H2 en el gas de salida de hasta 60% y 35%, respectivamente. Para reducir el consumo de energia electrica es necesario recuperar tanto como sea posible la energia termica contenida en el gas de salida contenida dentro del recipiente del EAF.

Una manera es recuperar el calor quimico de combusti6n del CO y H2 usando lanzas de oxigeno para quemar los combustibles en el interior del recipiente. Otra manera de recuperaci6n de la energia de la corriente de gas de salida es usar el calor de la corriente para precalentar la chatarra que se va a suministrar al EAF. En un ejemplo, el gas de salida del EAF se dirige a un conducto en el que la chatarra se mueve en contracorriente de la direcci6n en que fluye el gas de salida, y el gas de salida caliente precalienta la chatarra por transferencia de calor directa. Se inyecta aire en el conducto de precalentamiento de la chatarra para proporcionar oxigeno para la combusti6n de CO y H2. El conducto puede tener quemadores auxiliares instalados para aumentar el calentamiento de la chatarra a la temperatura de precalentamiento deseada.

Si no se precalienta la chatarra, una vez que el gas de salida sale del recipiente del EAF, se puede recuperar o no recuperar la energia remanente contenida en el CO y el H2 no quemados y en los otros combustibles. Para un funcionamiento seguro del horno y por razones ambientales, los combustibles gaseosos que quedan en el gas de salida se queman a niveles suficientemente completos de manera que el gas de salida asi tratado se pueda luego purificar mas corriente abajo en el conducto y descargar a la atm6sfera. Por ejemplo, los combustibles a alta temperatura tales como CO y H2 en el gas de salida se queman tipicamente con aire introducido desde un "hueco de aire" en un conducto de gas agotado enfriado con agua que conecta con el "cuarto orificio" del horno de EAF (denominado aqui "conducto agotado de EAF"). Corriente abajo del conducto agotado del EAF, tambien puede funcionar como camara de poscombusti6n un "caj6n de despojo" para una combusti6n adicional de CO y H2. El aire de combusti6n para el caj6n de despojo se puede introducir corriente arriba del caj6n o en el caj6n mediante lanzas. Parte de la corriente de gas que sale del caj6n de despojo puede reciclarse al recipiente de EAF si el operador desea recuperar la energia del gas refinado para fusi6n.

En los documentos WO-A-96/06954, EP-A-0693561 y US 5904895 se describen procedimientos para realizar la poscombusti6n en un horno de arco electrico.

A pesar de los anteriores esfuerzos, la presencia de pequefas cantidades de CO en el gas de salida (denominado de CO que se ha colado) es un aspecto operativo para muchos operadores de EAF. Esto es debido a que durante el ciclo termico del EAF hay variaciones grandes de la composici6n, el volumen y la temperatura del gas de salida. Estas variaciones de las propiedades del gas de salida se complican mas por la cantidad variable de la cuantia de la infiltraci6n de aire y la composici6n cambiante de la chatarra que se suministra. Asi, el mantenimiento de las emisiones de CO del caj6n de despojo bajo control durante todo el ciclo termico de EAF representa retos para los operadores del horno. Los operadores de EAF se enfrentan a sanciones financieras fuertes si exceden los limites de las emulsiones de CO segun la reglamentaci6n vigente.

Con el fin de evitar emisiones excesivas de CO y otros combustibles, algunos operadores de EAF pueden hacer funcionar sus hornos conservadoramente con el fin de cumplir con los limites de emisi6n, pero a expensas de la eficiencia energetica del horno. Por ejemplo, un operador puede fijar bajas las presiones del horno o del conducto de gas exhausto para inducir una cantidad excesiva de infiltraci6n de aire para completar la combusti6n de CO. Esta cantidad de aire en exceso puede aumentar el volumen total de gas y la perdida de gas de tiro asociada con el gas de salida, disminuyendo asi la eficiencia termica del horno. En otros casos, la capacidad de producci6n de un horno de EAF se puede limitar sustancialmente por la capacidad de los conductos corriente abajo o el caj6n de despojo para completar la combusti6n de CO, H2 y otros combustibles. Si se usa chatarra precalentada, los operadores de EAF pueden enfrentarse tambien a la cuesti6n de que tenga olores que se difunden y limitar la formaci6n de subproductos no deseados tales como dioxinas en los conductos de gas de salida.

Las reservas anteriores son aplicables tambien a otros aparatos usados en la fabricaci6n de acero, tales como hornos basicos de oxigeno (BOF), hornos de afino en cuchara y hornos de decarburaci6n con oxigeno-arg6n.

Breve sumario de la inveneian

En un aspecto de la invenci6n, un procedimiento para tratar una corriente de gas de salida de un horno de acero comprende:

(A): proporcionar una corriente de gas de salida que tiene una temperatura inferior a 1093,3°C obteniendo gas de salida de la atm6sfera por encima de la superficie de acero fundido en un horno cuyo gas de salida contiene mon6xido de carbono en una cantidad mayor que 500 ppm, admitiendo aire en el mencionado gas de salida obtenido y enfriando el mencionado gas de salida obtenido en la cuantia necesario para que su temperatura sea inferior a 1093,3°C;

(B): mezclar combustible y oxigeno y quemar con una porci6n de oxigeno de la mezcla con el mencionado combustible en una camara, formando una corriente de oxigeno caliente que sale de la salida de la mencionada camara que contiene oxigeno, siendo el tiempo de permanencia en combusti6n en la mencionada camara lo suficientemente largo para que la mencionada corriente de oxigeno caliente tenga una temperatura superior a la temperatura de la corriente de gas de salida a la que se afade en la etapa (C) y el tiempo de residencia en combusti6n lo suficientemente corto para que la mencionada corriente de oxigeno caliente contenga productos de la mencionada combusti6n, que incluyen radicales seleccionados entre el grupo constituido por radicales que corresponden a las f6rmulas O, H, OH, C2H, CH2, CjH2j+1, o CjH2j-1, siendo j 1-4, y mezclas de dos o mas de los mencionados radicales.

(C): suministrar la corriente de oxigeno caliente formada en la etapa (B) a la corriente de gas de salida proporcionada en la etapa (A) para elevar la temperatura del gas de salida de la mencionada corriente proporcionada a una temperatura superior a 593,3°C, que sea mas alta que la temperatura del gas de salida a la que se afade la mencionada corriente de oxigeno caliente, afadiendose la corriente de oxigeno caliente a una velocidad suficiente para convertir en di6xido de carbono el mon6xido de carbono del gas de salida al que se afade, con lo que se rebaja el contenido de mon6xido de carbono del mencionado gas de salida.

En un aspecto preferente del procedimiento anterior, se suministra un metal tal como metal de chatarra a uno de los hornos antes mencionados y, antes de suministrar el mencionado metal al horno, se pone en contacto de manera que haya transferencia directa de calor con el mencionado gas de salida obtenido del mencionado horno para calentar el metal y enfriar el mencionado gas de salida obtenido.

En otro aspecto preferente del procedimiento anterior, el mencionado metal de chatarra contiene material organico que se volatiliza pasando al gas de salida obtenido por la mencionada transferencia de calor con la mencionada corriente de gas de salida obtenido, y la mencionada corriente de oxigeno caliente se mezcla junto con la mencionada corriente de gas de salida enfriada a una velocidad suficiente para convertir el mencionado material organico en di6xido de carbono y agua.

Esta invenci6n implica inyectar una corriente o unas corrientes de oxigeno de alto impulso para destruir niveles de baja concentraci6n de combustibles del gas de salida, en particular cuando la temperatura del gas de salida esta ya por debajo de la temperatura de ignici6n espontanea de los combustibles del gas de salida. Debido a que el oxigeno inyectado esta caliente y el impulso del chorro es alto, el oxigeno caliente se mezclara rapidamente con el gas de salida, intensificando asi la capacidad de los radicales presentes en la corriente de oxigeno caliente de destruir combustibles del gas de salida incluso cuando la temperatura del gas de salida es inferior a las temperaturas de ignici6n de los combustibles. Estas corrientes de oxigeno caliente de alto impulso se producen por el generador de oxigeno caliente que se describe aqui.

Breve deseripeian de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama de flujo que muestra un sistema tipico de horno de acereria con el que se puede practicar la presente invenci6n.

La Fig. 2 es una representaci6n esquematica de un generador de oxigeno caliente util en la presente invenci6n.

La Fig. 3 es una vista en corte transversal de un generador de oxigeno caliente util en la presente invenci6n.

La Fig. 4 es un diagrama de flujo de una porci6n de una realizaci6n alternativa de la presente invenci6n.

La Fig. 5 es un diagrama de flujo de otra realizaci6n de la presente invenci6n.

La Fig. 6 es un diagrama de flujo de otra realizaci6n de la presente invenci6n.

Deseripeian detallada de la inveneian

Si bien la descripci6n siguiente de la presente invenci6n se refiere a las Figuras, no debe considerarse que la presente invenci6n esta limitada a las realizaciones ilustradas en las Figuras.

La Fig. 1 ilustra varias posibles aplicaciones diferentes de esta invenci6n para controlar emisiones de CO de hornos de acererias. Se pueden practicar una o varias de estas aplicaciones, separadamente o como sistema global para controlar las emisiones de CO.

En cuanto a la Fig. 1, el gas de salida 10 se genera en un horno de arco electrico ("EAF") 20 que tiene electrodos 24 sobre el acero fundido 22. Si bien se representan 3 electrodos 24, se puede emplear un numero diferente de electrodos, y el EAF puede funcionar con corriente alterna o corriente continua. La corriente de gas de salida 10 fluye a traves de una salida 25 (denominadas a veces "4° orificio") a un conducto 26 y luego a traves del hueco de aire 27, que es una abertura en el conducto 26 a traves de la cual puede entrar aire en el conducto 26 procedente de la atm6sfera circundante. El aire es admitido en la corriente de salida preferiblemente por el hueco de aire 27 y/u otras entradas practicadas en el conducto por el que pasa el gas de salida. El aire se puede admitir en el gas de salida con ayuda o sin ayuda de un ventilador o impulsor, preferiblemente sin el.

La corriente de gas de salida corriente abajo del hueco de aire 27 pasa al caj6n de despojo 50. El material de particulas mayores retenido en el gas de salida se separa del gas de salida en el caj6n de despojo 50. La corriente 52 es la corriente de gas de salida que sale del caj6n de despojo 50. El caj6n de despojo 50 se puede usar como camara de combusti6n para quemar productos combustibles del gas de salida si se instalan lanzas (no representadas) para inyecci6n oxidante de combustibles y/o quemadores.

Preferiblemente, el gas de salida esta a una temperatura de 1093,3°C o mas baja cuando se suministra al gas de salida una corriente de oxigeno caliente como se ha descrito antes. Si el gas de salida cuando se forma esta a una temperatura de 1093,3°C o mas baja, no es necesario enfriar el gas de salida. Si la temperatura del gas de salida esta por encima de 1093,3°C, es necesario enfriarlo. Tipicamente, el gas de salida recuperado de atm6sferas de hornos de acereria tales como EAF esta a una temperatura mayor que 1093,3°C. La admisi6n de aire en la corriente de gas de salida a traves del hueco de aire 27 y cualesquiera otras entradas de aire enfria el gas de salida. Si es necesario se puede aportar un enfriamiento adicional haciendo pasar el conducto por el que fluye el gas de salida a traves de una camisa de agua u otro mecanismo equivalente que extrae calor del gas de salida por la pared del conducto. El enfriamiento del gas de salida se puede realizar tambien mediante enfriamiento por radiaci6n o convecci6n del conducto a la atm6sfera ambiente.

La corriente 56 de oxigeno caliente, que se puede producir por el generador de oxigeno caliente 56 descrito antes, se suministra a la corriente 52 para formar la corriente 53.

El gas de salida 10 formado en el horno 20 se puede recuperar tambien llevandolo a la campana 30 y el conducto de campana 31. En esta realizaci6n, se introduce aire en el conducto 31 desde la atm6sfera circundante. A la corriente 31 se suministra la corriente de oxigeno caliente 33 que se puede producir con el generador de oxigeno caliente 32, descrito antes, formando la corriente 34.

Las corrientes de gas de salida que se tratan ventajosamente con esta invenci6n, tambien pueden proceder de otras fuentes de una planta de acereria, tal como hornos de refino en cuchara y/o hornos de decarburaci6n con arg6n-oxigeno. La corriente 42 representa cualquier corriente de tales gases de salida, que tambien pueden ser una corriente formada combinando las corrientes de gas de salida de dos o mas hornos de refino en cuchara, dos

o mas hornos de decarburaci6n con arg6n-oxigeno o de ambos tipos de horno. La corriente de oxigeno caliente 48, que puede ser producida por el generador de oxigeno caliente 46 segun se ha descrito antes, se suministra a la corriente 42 formando la corriente 49.

Como se ha indicado antes, se puede emplear uno cualquiera de estos generadores de oxigeno caliente y de estas corrientes, o se pueden usar varios de ellos para tratar el contenido de CO de diferentes corrientes de salida. Ademas, se puede usar un segundo (o adicional) generador de oxigeno caliente para suministrar una corriente de oxigeno caliente a la corriente de gas de salida corriente abajo del punto en el que se ha suministrado ya una corriente de oxigeno caliente. Por ejemplo, se puede suministrar una corriente de oxigeno caliente 36 del generador 35 de oxigeno caliente incluso cuando se ha suministrado corriente arriba una corriente de oxigeno caliente, tal como las corrientes 33 y/o 48. Se puede suministrar continuamente una corriente de oxigeno caliente, que se suministra como corriente 36, corriente abajo del punto en que se suministra otra corriente de oxigeno caliente, o se puede suministrar intermitentemente como fuente de refuerzo, cuando es necesario destruir suficientemente CO durante un periodo de tiempo suficiente del ciclo de calentamiento en el que son elevados los contenidos de CO, por encima de los niveles normales. En la realizaci6n representada en la Fig. 1, se combinan las corrientes 34 y 49 formando la corriente 38 a la que opcionalmente se puede suministrar continua o intermitentemente la corriente 36 de oxigeno caliente formando la corriente 39.

Las corrientes formadas despues de afadir el oxigeno caliente a la corriente o las corrientes de gas de salida, tales como las corrientes 39 y 53 en el caso de la Fig. 1, se pueden combinar formando la corriente 58, que pasa a traves del saco filtrante 60 para la limpieza del gas de salida por eliminaci6n del material en particulas finas. Si se desea, al saco 60 se pueden suministrar separadamente corrientes tales como 39 y 53, o se pueden suministrar a sacos separados. La corriente 64 que sale del saco filtrante 60 es impulsada por un ventilador, tal como el ventilador de impulso inducido 80, y el gas de salida limpiado se descarga a la atm6sfera a traves de la abertura 120 en la cabecera de la chimenea 100. Si hay un ventilador 80, tambien puede impulsar las corrientes de gas de salida al conducto 26 y/o la campana 30 y/o a la corriente 42, segun sea el caso, como se representa en le Fig. 1

La formaci6n de una corriente de oxigeno caliente, tal como las corrientes 56, 33, 48 y/o 36, formadas por el correspondiente generador de oxigeno caliente, se describe haciendo referencia a las Figs. 2 y 3 usando como ejemplo el generador de oxigeno caliente 54. La corriente 202 de oxidante que tiene una concentraci6n de oxigeno de como minimo 30% en volumen y, preferiblemente, de como minimo 85% en volumen, se suministra al generador de oxigeno caliente 54 que preferiblemente es una camara o conducto que se comunica a traves de una abertura adecuada en el generador 54 con el conducto por el que pasa la corriente de gas de salida a la que se ha de suministrar el oxigeno caliente. Muy preferiblemente, el oxidante 202 es oxigeno tecnicamente puro que tiene una concentraci6n de oxigeno de 99,5% en volumen o mas. El oxidante 202 suministrado al generador de oxigeno caliente tiene una velocidad inicial que generalmente esta en el intervalo de, por ejemplo, 15,2 a 91,4 m/s y tipicamente sera inferior a 61,0 m/s,

La corriente 204 de combustible es suministrada al generador de oxigeno caliente 54 a traves de una boquilla para combustible adecuada, que puede ser cualquier boquilla adecuada generalmente utilizada para inyecci6n de combustible. El combustible puede ser cualquier combustible fluido adecuado, figurando entre los ejemplos del mismo gas natural, metano, propano, hidr6geno, combustible gaseoso de refinerias, gas de vertederos, singas, mon6xido de carbono y gas de horno de coque. La presencia de hidr6geno en el combustible suministrado al generador 54 de oxigeno caliente es ventajosa en cuanto que coadyuva a la conversi6n de CO en CO2, evidentemente porque la combusti6n que forma la corriente de oxigeno caliente promueve la formaci6n de radicales (no i6nicos) OH y O en la corriente de oxigeno. Preferiblemente el combustible es un combustible gaseoso. Tambien se pueden usar combustibles liquidos tales como gas6leo n°. 2, aunque seria mas dificil mantener una mezcla buena con el oxigeno y una combusti6n fiable y segura con un combustible liquido que con un combustible gaseoso.

El combustible 204 suministrado al generador 54 de oxigeno caliente se consume en la combusti6n con el oxidante produciendo calor y productos de la reacci6n de combusti6n tales como di6xido de carbono y vapor de agua. Preferiblemente, no mas de aproximadamente 35% del oxigeno del oxidante se consume en la combusti6n del combustible. Si se consume mas de aproximadamente 35% del oxigeno en la combusti6n del combustible en el generador de oxigeno caliente, se deben tomar medidas adecuadas tales como el uso de materiales refractarios de construcci6n y/o emplear un medio para eliminar calor, como puede ser una pared de agua, para evitar que la temperatura del oxigeno que queda aumente a niveles no deseados.

Los productos de la reacci6n de combusti6n generados en el generador 54 de oxigeno caliente se pueden mezclar con algo del oxigeno del oxidante 202 que queda, proporcionando asi calor al oxigeno remanente y elevando la temperatura. Preferiblemente, el combustible se suministra al generador 54 de oxigeno caliente a alta velocidad, tipicamente mayor que 61,0 m/s y generalmente en el intervalo de 152,4 a 457,2 m/s. La gran velocidad sirve para

arrastrar oxidante a los productos de reacci6n de la combusti6n, promoviendo asi la combusti6n del combustible en la camara.

Generalmente, la temperatura del oxidante remanente dentro del conducto de suministro de oxidante se eleva en como minimo aproximadamente 260°C y preferiblemente en como minimo aproximadamente 537,8°C . Se prefiere que la temperatura del oxigeno remanente no exceda de aproximadamente 1648,9°C para evitar problemas de sobrecalentamiento en los conductos y boquillas de suministro.

A medida que aumenta la temperatura del oxigeno dentro del generador 54 de oxigeno caliente, disminuye la presi6n de suministro de oxigeno requerida para lograr una velocidad de inyecci6n de oxigeno dada en la corriente de salida. Por ejemplo, para inyecci6n del oxigeno a temperatura ambiente, la presi6n requerida excede de 149,6 kPa para inyectar el oxigeno en el gas de salida a una velocidad de 243,8 m/s. A medida que la temperatura del oxigeno aumenta, la presi6n requerida disminuye abruptamente. A una temperatura de 815,6°C, la presi6n requerida es de 112,7 kPa, y a una temperatura de 1648,9°C la presi6n requerida es de s6lo 107,6 kPa. A temperaturas que exceden de 1645°C, hay poco beneficio adicional, lo que es otra raz6n para no exceder el 35% de oxigeno en la combusti6n del combustible. Asi, la generaci6n de oxigeno caliente de esta manera puede proporcionar una velocidad grande de la corriente de oxigeno 56 al gas de salida sin necesidad de una presi6n de suministro alta, reduciendo o eliminando la necesidad de comprimir oxigeno antes de hacerlo pasar al gas de

salida, lo que seria necesario si la presi6n de la fuente de oxigeno no fuera alta.

La combusti6n que se produce en el generador 54 de oxigeno caliente deberia realizarse de manera que la corriente 56 de oxigeno caliente que sale del generador 54 contuviera uno o varios radicales que corresponden a las f6rmulas O, OH, C2H, CH2, CjH2j+1 o CjH2j-1, en las que j es 1-4, y mezclas de dos o mas de tales radicales. Esto se puede conseguir haciendo que el tiempo de permanencia de los reactantes (combustible y oxigeno) dentro del generador de oxigeno caliente sea suficientemente largo para que la reacci6n de combusti6n de combustible y oxigeno se realice en el generador de oxigeno caliente produciendo una corriente que tiene una temperatura mas alta que la temperatura del gas de salida a la que se ha de suministrar la corriente y, simultaneamente, haciendo que el mencionado tiempo de permanencia sea suficientemente corto para que esten presentes al menos algunos de los radicales mencionados. A su vez, el tiempo de permanencia esta determinado por el volumen del espacio dentro del generador 54, por las velocidades de suministro de la corriente 204 de combustible y de la corriente 202 de oxidante al generador 54 y por el tamafo del orificio de salida a traves del cual emerge la corriente 56 de oxigeno caliente del generador 54. Los tiempos de permanencia preferidos son de aproximadamente 1 a 2 ms.

En cuanto a la Fig. 3, se muestra en ella una secci6n transversal del generador 54 (o los generadores 32, 34 y 46) de oxigeno caliente. El combustible 204 sale del orificio 205 cuyo diametro es "�". La corriente de oxigeno 202 fluye delante del orificio 205 y quema el combustible. La corriente 56 de oxigeno caliente resultante sale del generador 54 a traves del orificio 201, cuyo diametro es "�". La distancia entre el orificio 205 y el orificio 201 es "�". En general, la combinaci6n de las dimensiones de un generador de oxigeno caliente, las velocidades de suministro de combustible y oxigeno a ese generador y las dimensiones de los orificios de salida, que proporcionan un tiempo de permanecia que puede producir una corriente de oxigeno caliente que tenga la temperatura deseada y el contenido deseado de radicales de combusti6n para reducir el contenido de CO de una corriente de gas de salida a la que se suministra la corriente de oxigeno caliente, incluye la siguiente:

�:: 0,3-1,0 mm

�:: 1,5-2,65 mm

�:: 2,54-7,62 cm

�elocidad: de suministro de combustible (gas natural) al generador: 56,3-396 l/h

�elocidad: de suministro de oxigeno al generador: 0,45-2,04 m3/h

Presi6n dentro del generador: 104,1-467,5 kPa.

La corriente 56 de oxigeno caliente preferiblemente contiene como minimo 75% (en volumen) de O2. Una composici6n tipica de esta corriente es aproximadamente 80% de O2, 12% de H2O, 6% de CO2, algunos radicales muy reactivos (no i6nicos) tales como OH, O y H que son particularmente eficaces para iniciar y oxidar CO a CO2, y los radicales antes mencionados. La corriente 56 de oxigeno caliente sale a traves del orificio 201 y se suministra al gas de salida a alta velocidad e impulso, lo que da por resultado una mezcladura acelerada del gas caliente y el gas de salida.

La corriente 56 (asi como las corrientes 33, 36 y/o 48 y otras corrientes generadas y usadas en la practica de esta invenci6n) de oxigeno caliente obtenida de esta manera tiene tipicamente una temperatura de como minimo 871,1°C y, preferiblemente, de como minimo 1093,3°C. Generalmente, la velocidad de la corriente de oxigeno caliente estara en el intervalo de 152,4 a 1371,6 m/s, preferiblemente de 243,8 a 609,6 m/s o 762 m/s, y excedera de la velocidad inicial en al menos 91 m/s. En una realizaci6n preferente, la velocidad es de 340,3 m/s.

La descripci6n de la patente U.S. n°. 5.266.024, cuyo contenido se incorpora aqui por referencia, describe ademas la formaci6n de la corriente de oxigeno caliente de alto impulso.

Se cree que la corriente de oxigeno caliente de alta velocidad atrapa el gas de salida al que se suministra a traves de bordes de chorro por gradientes de velocidad o cizallamiento de fluido y por mezcladura por chorro turbulento. La corriente gaseosa que se forma despues de combinar el gas de salida y la corriente de oxigeno caliente, mezcla que puede incluir productos de reacci6n del oxigeno caliente y el gas de salida, tiene una temperatura de como minimo 537,8°C, preferiblemente una temperatura de como minimo 676,7°C, aunque se pueden tener ventajas si la temperatura de esta mezcla es superior a 760°C.

Cada vez que se use la corriente de oxigeno caliente, por ejemplo, cuando la corriente 56 de oxigeno caliente se suministra a la corriente 52 de gas de salida, la corriente 56 se suministra a un impulso alto en el gas de salida del horno de acereria. La reacci6n deseada del oxigeno caliente con el gas de salida se intensifica aumentando la intimidad de la mezcladura entre el oxigeno caliente y el gas de salida. La mezcla intima se puede promover dividiendo el oxigeno caliente en una pluralidad de corrientes y suministrando estas corrientes en el gas de salida,

o suministrando el oxigeno caliente cruzadamente o en contracorriente al gas de salida. Preferiblemente, la mezcla intima se promueve suministrando una estructura fisica, dentro del conducto, tal como el conducto por el que pasa la corriente 52 de gas de salida, que promueva el contacto entre el oxigeno caliente y el gas de salida. Entre los ejemplos de tal estructura figura una malla de alambre por la que tienen que pasar los gases, o pantallas. El oxigeno caliente y el gas de salida se mezclan mientras que el oxigeno caliente quema el CO del gas de salida a CO2. La mezcla de gas resultante, tal como la mezcla 53, comprende productos de estas reacciones entre el oxigeno caliente y el gas de salida.

El sitio preferido para situar un generador de oxigeno caliente es la zona en la que la corriente de oxigeno caliente se suministra al gas de salida y en la que la temperatura del gas de salida es demasiado baja para la inyecci6n de aire solo con el fin de destruir cantidades suficientes de CO del gas de salida. Por ejemplo, el generador de oxigeno caliente se puede usar eficazmente donde suministra la corrientede oxigeno caliente a regiones en las que la temperatura del gas de salida es de hasta 982,2°C, como puede ser de 537,8°C a 982,2°C, preferiblemente de 593,3 a 871,1°C, o incluso de hasta 815,6°C o 760°C. �ncluso a estas temperaturas se puede producir la destrucci6n de CO para rebajar el contenido de CO del gas de salida a menos de 500 ppm o incluso a 100 ppm o menos. Despues de inyectar la corriente de oxigeno caliente, preferiblemente, la corriente combinada tiene una temperatura de 732,2 a 787,8°C, Pueden ser velocidades de inyecci6n tipicas de la corriente de oxigeno caliente, 152,4 a 1066,8 m/s, preferiblemente de 304,8 a 853,4 m/s.

Las Figs. 4, 5 y 6 ilustran realizaciones de la invenci6n en las que el material de suministro para el horno de acero, tal como metal de chatarra, es precalentado por el gas de salida del horno antes de que el material de suministro sea suministrado al horno. Los numeros de referencia de las Figs. 4, 5 o 6 que tambien aparecen en la Fig. 1 tienen los mismos significados que en la Fig. 1.

Como se representa en la Fig. 4, el gas de salida 10 del EAF fluye a traves del 4° orificio 25 y seguidamente por un conducto 26, luego por un hueco de aire 27. Despues del hueco de aire, la corriente de gas de salida se divide en dos corrientes 436 y 438. La corriente 436 va a un precalentador 440 tal como un precalentador denominado de cubeta mientras que la corriente 438 circunvala el precalentador 440. El precalentador 440 se carga peri6dicamente con el material de suministro, tal como la carga de chatarra 442, que se precalienta por la corriente 436 de gas de salida caliente cuando fluye a traves de la carga de chatarra. El gas de salida, que ha sido enfriado por transferencia de calor a la carga 442, sale del precalentador 440 como corriente 437. La carga calentada 442 se suministra al EAF 20.

El generador 450 de oxigeno caliente, configurado y operado como se ha descrito aqui respecto al generador 54, se instala para suministrar la corriente 452 de oxigeno caliente a la corriente 437 corriente abajo del precalentador

440. El oxigeno caliente contenido en la corriente 452 de oxigeno caliente se mezcla rapidamente con la corriente 437 y destruye el CO de la corriente 437. La corriente 439 resultante se combina con la corriente 438 formando la corriente 454 que, a su vez, opcionalmente se puede combinar con la corriente 31 procedente de la campana 30 del EAF formando la corriente 58. Las corrientes de salida 454 y 58 se pueden procesar corriente abajo por el equipo de control de la contaminaci6n, segun se describe aqui.

La Fig. 5 ilustra otra realizaci6n del uso de una corriente de oxigeno caliente formada como se describe aqui para controlar emisiones gaseosas dentro de un precalentador que funciona continuamente de un material de suministro tal como metal de chatarra. En este caso, la carga de chatarra 535 se suministra continuamente con un alimentador 540 a traves del precalentador 530 que puede ser un espacio cerrado tal como una tuberia, equipado con un dispositivo transportador del material de suministro. La corriente de salida 10 fluye a traves del precalentador 530 en una direcci6n en contracorriente a la carga 535, calentandose el material de carga por transferencia de calor desde el gas de salida 10, enfriandose el gas de salida 10. Se admite aire por una o varias aberturas o vientos 527 dispuestos en el precalentador y/o en el trayecto por el que pasa el gas de salida al precalentador. Despues de haber sido precalentada, la carga de chatarra cae al acero fundido 32 dentro del EAF para producir el acero. El generador 550 de oxigeno caliente, configurado y operado como se ha descrito aqui respecto al generador 54, se instala pr6ximo al final del suministrador de chatarra 540 y genera la corriente 552 de oxigeno caliente que se suministra a la corriente 10 de gas de salida en el precalentador 530. El oxigeno caliente contenido en la corriente 552 se mezcla rapidamente con la corriente 10 para destruir el CO del gas de salida. La corriente resultante 554 sale del precalentador 530 y opcionalmente se puede combinar con, por ejemplo, la corriente 31 de la campana 30 del EAF formando la corriente 58 que posteriormente se puede procesar como se describe aqui.

La Fig. 6 muestra otra aplicaci6n mas de esta invenci6n, a saber, un horno de cuba 620 equipado con una secci6n de cuba 642 situada por encima del horno para recibir el gas de salida, y la secci6n de capucha situada por encima de la secci6n de cuba para recibir el gas de salida de la secci6n de cuba 642. En este ejemplo, el material de suministro, tal como el metal de chatarra, se carga en la capucha y las secciones de cuba a traves de la puerta

647. La chatarra cargada 641 (representada como circulos negros, como se representa en la Fig. 5) se mantiene

en su sitio mediante las placas 640 y 644 (denominadas comunmente "dedos"), que tienen unas aberturas a traves de las cuales puede fluir el gas de salida. El gas de salida 10 fluye a traves de la chatarra cargada 641 y precalienta la chatarra cargada mientras fluye a traves de ella. La chatarra precalentada pasa luego de la secci6n de cuba 642 al acero fundido 22 del horno 620. El gas de salida 10 es enfriado por esta transferencia de calor a la chatarra cargada 641. Se inyecta una corriente de oxigeno caliente 656 del generador 654 de oxigeno caliente, configurado y operado como se ha descrito respecto al generador 54, y se mezcla con la corriente 10 de gas de salida en la cabecera de la secci6n de capucha 646. Tambien se puede instalar un generador 650 de oxigeno caliente para suministrar una corriente de oxigeno 652 al gas de salida 10 despues de que el gas de salida 10 abandona la secci6n de capucha 646. El aire se admite en el gas de salida a traves de aberturas practicadas en la secci6n de cuba 642 y/o en la secci6n de capucha 646 y/o donde cualquiera de estas secci6nes se unen a las placas 640 o 644.

En cualquiera de estas realizaciones, o cualquier otra realizaci6n en la que se usa gas de salida de hornos de acereria, el material de suministro puede contener material organico tal como residuos o material de desecho. Cuando hay material organico en el material de suministro o sobre este, el precalentamiento de material de suministro descrito puede dar origen a emisiones gasificadas, entendiendose por tales material organico en estado gaseoso que estaba presente en el material de suministro o sobre el, o subproductos organicos gaseosos formados por exposici6n del mencionado material organico a las temperaturas alcanzadas al ponerlo en contacto de transferencia termica con gas de salida, o mezclas de los mismos. Estas emisiones gaseosas pueden contener componentes quimicos que pueden causar olores desagradables o que pueden ser nocivos si los componentes incluyen sustancias peligrosas tales como dioxinas, o si los componentes pueden formar sustancias peligrosas cuando se exponen a las condiciones de precalentamiento usuales.

El suministro de la corriente de oxigeno caliente formada como se describe aqui en la corriente de gas de salida dentro del aparato en el que el gas de salida precalienta el material de suministro, o corriente abajo del aparato en el que el gas de salida precalienta el material de suministro, tiene el beneficio adicional de eliminar incluso completamente componentes quimicos (organicos) convirtiendolos en di6xido de carbono y agua.

Para lograr la conversi6n mas satisfactoria de CO en di6xido de carbono, asi como la eliminaci6n parcial o total de sustancias quimicas potencialmente peligrosas que se incorporan en el gas de salida del material de suministro que es precalentado por el gas de salida, son importantes los tres criterios siguientes: (1) conseguir una buena mezcla entre la corriente de oxigeno caliente y el gas de salida; (2) la temperatura de la mezcla que se forma de la corriente de oxigeno caliente y gas de salida ha de estar en el intervalo apropiado, y (3) la mezcla ha de tener el tiempo de permanencia suficiente para que el CO se queme a CO2. Operando en las condiciones descritas, se satisfacen estos criterios,

En comparaci6n con la introducci6n de oxigeno con lanzas a temperatura ambiente o baja, o instalando y usando quemadores poscombusti6n en el conducto del gas de salida a medida que el gas de salida sale del horno, el uso de la corriente de oxigeno caliente como se describe aqui tiene las ventajas siguientes:

-: La corriente de oxigeno caliente proporciona al gas de salida el calor necesario en los puntos en que las temperaturas locales del gas de salida pueden ser demasiado bajas para una destrucci6n eficaz del CO.

-: El generador de oxigeno caliente descrito aqui proporciona el oxigeno caliente con un impulso de chorro alto para una mejor mezcla para destruir incluso niveles bajos de concentraci6n de CO.

-: La inyecci6n del oxigeno caliente tiene poco impacto sobre el tiempo de permanencia global en el conducto del gas de salida, dado que el volumen del oxigeno inyectado generalmente es pequefo (1%-3% en vol.) en comparaci6n con el volumen del gas de salida.

-: El generador de oxigeno caliente tiene un disefo muy compacto, lo que proporciona flexibilidad en instalaciones de campo cuando el espacio del conducto o la instalaci6n esta marcadamente limitado.

-: La generaci6n de oxigeno caliente descrita aqui destruye CO sin aumentar el contenido de �Ox del gas de salida.

El uso del generador de oxigeno caliente y la corriente de oxigeno caliente conforme a lo descrito aqui para destruir CO de la corriente de gas de salida proporciona las siguientes ventajas de proceso:

-: Una capacidad (esto es, velocidad de producci6n) acrecentada del horno de producci6n de acero.

Esta invenci6n permite intensificar la capacidad de un horno existente si la velocidad de producci6n de ese horno esta limitada por las elevadas emisiones de CO del gas de salida. Si un horno de EAF aumenta su velocidad de producci6n, se generara mas volumen de gas de salida. Debido a este aumento de volumen del gas de salida, medios de combusti6n del CO por aire, instalados corriente arriba de los conductos, pueden no ser capaces de quemar CO a un nivel que satisfaga los limites de emisi6n en el saco filtrante. La otra cuesti6n en cuanto a la velocidad de producci6n acrecentada es que los conductos del EAF pueden llegar a estar limitados por la capacidad del ventilador, lo que significa que hay una cantidad maxima de aire que puede procesar un ventilador existente para la combusti6n de CO. Con esta invenci6n, un operador puede dejar que el sistema existente de

5 combusti6n de CO basado en aire funcione a su capacidad maxima de destrucci6n de CO. Luego puede usar un generador de oxigeno caliente instalado corriente debajo de los sistemas de aire para la combusti6n final del CO cuando los sistemas basados en aire ya no son capaces de destruir CO.

-: Eficacia mejorada del horno (esto es, consumo de electricidad por tonelada de acero producido).

Muchos operadores de hornos controlan sus hornos de maneras muy conservadoras para tratar de asegurar que

10 todo el CO y los otros combustibles del efluente de la planta satisfagan los limites reglamentados. Por ejemplo, un operador puede aumentar la presi6n en la secci6n del conducto para introducir cantidades excesivas de aire en el conducto para posterior combusti6n de CO, H2 y otros combustibles. Suministrando porcentajes altos de aire en exceso para combusti6n, el horno puede satisfacer los limites de emisi6n de CO, pero a expensas de su eficacia termica. Esto es debido a que una infiltraci6n alta de aire aumenta el volumen de gas de salida y su contenido

15 termico total. Sin recirculaci6n externa de gas de tiro, el calor disponible contenido en el gas de salida es un calor perdido. Un volumen mas alto de gas de salida tambien aumenta los costes operativos en los equipos de limpieza del gas de salida corriente abajo.

-: Evitaci6n de sanciones reglamentarias.

Esta invenci6n proporciona un metodo simple y eficaz para que los operadores de hornos satisfagan sus objetivos

20 especificos de emisiones de CO. El generador de oxigeno caliente es un dispositivo asegurador del horno cuando el medio operativo es dinamico y de naturaleza transitoria. Con esta invenci6n, los operadores pueden hacer funcionar sus hornos con mayor flexibilidad para satisfacer las necesidades de proceso cambiantes, sabiendo que cualquier introducci6n de CO en los conductos corriente abajo sera destruida por la corriente de oxigeno caliente si la corriente se suministra continuamente o peri6dicamente cuando surge la necesidad.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para tratar una corriente de gas de salida de un horno de acereria, que comprende:

(A)

proporcionar una corriente de gas de salida (52) que tiene una temperatura inferior a 1093,3°C obteniendo gas de salida (10) de la atm6sfera por encima de la superficie de acero fundido (22) en un horno (20), gas de salida obtenido que contiene mon6xido de carbono en una cantidad mayor que 500 ppm, admitiendo aire en el mencionado gas de salida obtenido (10) y enfriando el mencionado gas de salida obtenido en la cuantia necesaria para que este a una temperatura inferior a 1093,3°C; caracterizado por:

(B)

mezclar combustible (204) y oxigeno y quemar con una porci6n del oxigeno de la mezcla con el mencionado combustible en una camara (54) formando una corriente de oxigeno caliente (56) que sale de la salida de la mencionada camara (54) que contiene oxigeno, siendo el tiempo de permanencia en combusti6n en la mencionada camara (54) lo suficientemente largo para que la mencionada corriente de oxigeno caliente tenga una temperatura superior a la temperatura de la corriente de gas de salida a la que se afade en la etapa

(C)

y el mencionado tiempo de residencia lo suficientemente corto para que la mencionada corriente de oxigeno caliente contenga productos de la mencionada combusti6n, incluidos radicales seleccionados entre el grupo constituido por radicales que corresponden a las f6rmulas O, H, OH, C2H, CH2, CjH2j+1, o CjH2j-1, siendo j 1-4, y mezclas de dos o mas de los mencionados radicales.

(C)

suministrar la corriente de oxigeno caliente (56) formada en la etapa (B) a la corriente de gas de salida (52)

proporcionada en la etapa (A) para elevar la temperatura del gas de salida de la mencionada corriente proporcionada a una temperatura superior a 593,3°C que sea mas alta que la temperatura del gas de salida a la que se afade la mencionada corriente de oxigeno caliente, afadiendose la corriente de oxigeno caliente (56) a una velocidad suficiente para convertir en di6xido de carbono el mon6xido de carbono del gas de salida a la que se afade, con lo que se rebaja el contenido de mon6xido de carbono del mencionado gas de salida.
2.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 1, que ademas comprende calentar material de suministro (442, 535) por transferencia directa de calor del mencionado gas de salida obtenido (436), antes de suministrar la mencionada corriente de oxigeno caliente (56) a la mencionada corriente de gas de salida, y suministrar el mencionado material de suministro calentado al mencionado acero fundido.
3.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 1 o la reivindicaci6n 2, en el que la corriente de gas de salida

(52) a la que se suministra la mencionada corriente de oxidante caliente (56) tiene una temperatura de hasta 982,2°C.
4.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 1 o la reivindicaci6n 2, en el que la corriente de oxigeno caliente (56) formada en la etapa (B) se suministra a la corriente de salida (52) en la etapa (C) a una velocidad de como minimo 152,4 m/s.
5.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 1 o la reivindicaci6n 2, en el que la corriente de oxigeno caliente (56) formada en la etapa (B) se suministra a la corriente de salida (52) en la etapa (C) a una velocidad de 340,3 m/s.
6.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 1 o la reivindicaci6n 2, en el que en la etapa (C) el contenido de mon6xido de carbono del mencionado gas de salida se rebaja a menos de 500 ppm.
7.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 2, en el que el mencionado material de suministro comprende materia organica, y el gas de salida al que se suministra la mencionada corriente de oxigeno caliente (56) contiene emisiones organicas gaseosas formadas por el mencionado calentamiento del mencionado material de suministro, y la mencionada corriente de oxigeno caliente suministrada al mencionado gas de salida convierte las mencionadas emisiones organicas gaseosas en productos que comprenden di6xido de carbono y agua.