ES2913641T3 - Planta de alto horno y proceso de parada - Google Patents

Abstract

Un proceso de parada de una planta de alto horno (1) que comprende un alto horno (2) y una sección de limpieza de gas (6) para limpiar el gas del alto horno, en donde se libera gas limpio a través de una línea de ventilación de gas limpio (11) aguas abajo de la sección de limpieza de gas y en donde la presión y/o el flujo de chorro de aire caliente se reducen a un valor establecido y, posteriormente, se genera un flujo desde las toberas (14) del alto horno (2) hasta la línea de ventilación de gas limpio (11).

Description

DESCRIPCIÓN

Planta de alto horno y proceso de parada

La invención se refiere a una planta de alto horno y a un proceso de parada para interrumpir la operación de tal planta de alto horno.

La discusión a continuación se proporciona meramente como información general de antecedentes y no se pretende que sea usada como ayuda en la determinación del alcance de la materia objeto reivindicada.

Una planta de alto horno comprende un alto horno, un sistema de generación de chorro de aire caliente, un sistema de descarga de gases y una sección de limpieza de gas para limpiar el gas en bruto. Los documentos KR 2011­ 0120443 y JP S57 155305 describen ejemplos de tales plantas de alto horno. En este contexto, gas en bruto significa gas de proceso normal producido durante las operaciones normales del alto horno y/o cualquier otro gas que se produzca durante una parada que normalmente es diferente especialmente durante una purga por soplado. El gas limpio se refiere a los gases después de pasar por toda la sección de limpieza de gas. El gas semilimpio se refiere a los gases que pasan solamente una parte de la sección de limpieza de gas.

Un sistema de descarga de gases normalmente comprende una o más captadores en la parte superior del alto horno y una bajante que conduce desde el extremo superior de la sección de captador hasta la sección de limpieza de gas. Durante la operación de la planta de alto horno, el coque y la carga ferrosa se cargan en el alto horno, mientras que el chorro de aire caliente, opcionalmente con oxígeno adicional y/o humedad y/o combustibles como carbón pulverizado, gas natural, hidrógeno o aceite, se inyecta a través de las toberas en una sección inferior del alto horno. Los productos finales incluyen metal caliente, escoria y gas limpio. El gas limpio contiene monóxido de carbono e hidrógeno y se puede usar como gas combustible para calefacción, por ejemplo, para las estufas de chorro de aire caliente o para la producción de vapor.

El gas en bruto fluye desde el alto horno hasta la sección de limpieza de gas. La sección de limpieza de gas típicamente comprende un equipo de eliminación de polvo. Ejemplos de tales equipos de eliminación de gases incluyen colectores de polvo por gravedad o ciclones, en su mayoría seguidos por un depurador húmedo. Si se usa un depurador húmedo, se puede colocar un desempañador aguas abajo de la sección de limpieza de gas para separar el líquido de depuración del flujo de gas. En lugar de un depurador húmedo con un desempañador, se pueden usar sistemas secos tales como estaciones de bolsa de filtro y/o precipitadores electrostáticos. El gas limpio se transporta típicamente a una red de gas.

Los altos hornos están dotados típicamente con una o más válvulas de purga, normalmente en los extremos superiores de los captadores, para aliviar los picos de presión y picos de temperatura y evitar situaciones de emergencia. Las válvulas de purga también se usan para reducir la presión al nivel atmosférico y para ventilar el gas en bruto residual durante una parada.

Los altos hornos están dotados típicamente además con múltiples suministros de gas de purga, por ejemplo, usando nitrógeno y/o vapor y/u otros gases de purga. Estos flujos de gas de purga se pueden transportar o bien a la red de gas y/o bien al aire ambiente, dependiendo de las circunstancias.

Además de las frecuentes paradas periódicas, el alto horno también se puede parar mediante una llamada purga por soplado, por ejemplo, para una reparación y/o mantenimiento más intensivos del alto horno. Purgar por soplado una planta de alto horno requiere operar el alto horno sin cargar el alto horno. El nivel de carga en el alto horno disminuye gradualmente. Cuando se alcanzan las condiciones predefinidas en el alto horno, se abren las válvulas de purga. El interior del alto horno y/o la sección de limpieza de gas se purgan principalmente con vapor y/o nitrógeno, para evitar concentraciones explosivas de mezclas de gases.

El gas en bruto liberado a través de la una o más válvulas de purga no solamente tiene un alto contenido de componentes de gas peligrosos, sino que también provoca una emisión sustancial de polvo.

En algunas plantas de alto horno, se usan una o más válvulas de purga adicionales, por ejemplo, entre las etapas posteriores de la sección de limpieza de gas y/o en el extremo superior del depurador aguas abajo. Las llamadas válvulas de purga de gas semilimpio liberan gas semilimpio con un menor contenido de polvo, pero el gas liberado todavía es contaminante.

El objeto de la invención es proporcionar un proceso de apagado con una emisión de polvo sustancialmente menor y un menor impacto sobre el medio ambiente.

Esta descripción se proporciona para introducir una selección de conceptos de una forma simplificada. Esta descripción no se pretende que identifique las características clave o las características esenciales de la materia objeto reivindicada, ni se pretende que sea usada como ayuda en la determinación del alcance de la materia objeto reivindicada.

El objeto de la invención se logra con un proceso según la reivindicación 1. El flujo se puede generar mediante reacciones químicas de formación de gas en el alto horno. Opcionalmente, se puede generar un flujo de soporte mediante medios de generación de flujo aguas arriba o aguas abajo del alto horno. El flujo de soporte se puede generar inyectando un gas, preferiblemente un gas inerte, tal como nitrógeno, en el alto horno. Alternativamente o además, el flujo se puede generar por succión en la línea de ventilación de gas limpio, por ejemplo, por un reductor de presión, tal como un eyector o una o más bombas de gas o ventiladores.

El flujo se puede mantener durante un período establecido hasta que la carga del horno prácticamente deje de producir monóxido de carbono y polvo. Esto ocurre típicamente cuando prácticamente todo el FeO de la carga se reduce a hierro y monóxido de carbono. Posteriormente, se pueden abrir la válvula o válvulas de purga y se puede cerrar la línea de ventilación de gas limpio.

El proceso se puede llevar a cabo usando una llamarada presente normalmente en la red de gas. No obstante, se prefiere que el proceso se lleve a cabo con una planta de alto horno que comprenda una línea de ventilación de gas limpio aguas abajo de la sección de limpieza de gas, en particular, una línea de ventilación de gas limpio con capacidad para ventilar gas limpio al medio ambiente durante un procedimiento de parada, en particular cuando está cerrada la línea de transporte de gas limpio a la red de gas. Para la mayoría de los casos, sería suficiente una capacidad de al menos, por ejemplo, alrededor de 900 Nm3/min, por ejemplo, al menos alrededor de 1000 Nm3/min. Este flujo depende del tamaño del alto horno y de las condiciones específicas del proceso.

Si se usa un depurador húmedo, la planta de alto horno comprenderá típicamente un desempañador aguas abajo de la sección de limpieza de gas. En tal caso, la línea de ventilación de gas limpio puede estar aguas abajo o aguas arriba del desempañador.

La planta de alto horno comprende medios para generar un flujo entre las toberas y la línea de ventilación de gas limpio. Estos medios para generar un flujo, por ejemplo, pueden incluir una fuente para un gas, preferiblemente un gas inerte, tal como nitrógeno, conectado operativamente a las toberas. Como alternativamente o además, los medios para generar un flujo incluyen uno o más dispositivos de reducción de presión aguas abajo de la sección de limpieza de gas, tales como un eyector, o una bomba de gas, tal como un ventilador.

En una realización específica, la línea de ventilación de gas limpio puede extenderse por encima del nivel de la línea de transporte de gas limpio a la red de gas, por ejemplo, hasta el nivel superior del alto horno, o más alto.

La planta de alto horno puede comprender además un conjunto de válvulas para cerrar selectivamente la línea de ventilación de gas limpio y la línea de transporte de gas limpio a la red de gas. Durante la parada, se abre la línea de ventilación de gas limpio y, posteriormente, se cierra la línea de transporte de gas limpio a la red de gas. Durante la operación normal de la planta de alto horno, la línea de ventilación de gas limpio está cerrada, mientras que la línea de transporte de gas limpio a la red de gas está abierta.

Los aspectos descritos anteriormente se explicarán en lo sucesivo con más detalles y beneficios con referencia a los dibujos que muestran una serie de realizaciones a modo de ejemplo.

La Figura 1: muestra una primera realización de una planta de alto horno según la invención;

La Figura 2: muestra una segunda realización de una planta de alto horno según la invención;

La Figura 3: muestra una tercera realización de una planta de alto horno según la invención.

La Figura 1 muestra esquemáticamente una realización ejemplar de una planta de alto horno 1 de la presente invención. La planta de alto horno 1 comprende un alto horno 2 y un sistema de descarga de gases, en esta realización particular realizado como un captador 3 en la parte superior del alto horno 2. La realización mostrada tiene múltiples captadores 3, representados esquemáticamente en el dibujo por una sola línea pero también se pueden usar altos hornos sin captador o con un solo captador. Los altos hornos actuales comprenden en su mayoría una configuración de captadores múltiples que se unen entre sí en sus extremos superiores.

En la parte superior del captador 3 hay una válvula de purga 4. La mayoría de los altos hornos tienen múltiples válvulas de purga en una plataforma de purga por encima de la unión de los captadores múltiples.

Una bajante 5 transporta el gas en bruto desde la parte superior del captador 3 hasta una sección de limpieza de gas 6. La sección de limpieza de gas 6 puede tener cualquier disposición adecuada de sistemas de eliminación de polvo, pero típicamente comprende un colector de polvo 7 por gravedad o ciclón, seguido normalmente por un depurador húmedo 8 o una estación de bolsa de filtro o un precipitador electrostático. Si se usa un depurador húmedo, la planta de alto horno normalmente también estará dotada con un desempañador 9 aguas abajo de la sección de limpieza de gas para separar el líquido del depurador. Todos los equipos de limpieza de gas 7, 8 y el desempañador 9 pueden tener suministros de gas de purga asociados, por ejemplo, en las posiciones 7A, 8A, 9A. Una línea de transporte de gas limpio 10 transporta gas limpio desde la sección de limpieza de gas, por ejemplo, a la red de gas. Una línea de ventilación de gas limpio 11 se ramifica de la línea de transporte de gas limpio 10. La línea de ventilación de gas limpio 11 se puede cerrar mediante una válvula de ventilación 12. Una válvula de aislamiento de gas limpio 13 está situada aguas abajo de la línea de ventilación de gas limpio 11.

En el lado de entrada el alto horno 2 comprende toberas 14 que forman una entrada de chorro de aire caliente al alto horno. Las toberas 14 se distribuyen uniformemente alrededor de la circunferencia del alto horno, normalmente a través de un portaviento.

Un soplador 15 sopla aire comprimido a través de una línea de suministro 16 que, a una distancia aguas abajo del soplador 15, se divide en una primera rama 16A con estufas de aire caliente 17 para calentar el aire, y una segunda rama 16B sin tales estufas. Cada una de las estufas 17 comprende su propia válvula 19. Las dos ramas 16A, 16B se unen entre sí en un punto aguas abajo para formar un circuito de mezcla de chorro. Las válvulas 18, 19 se pueden usar para medir y mezclar los flujos de las dos ramas 16A, 16B para producir un chorro de una temperatura deseada que entra en el alto horno 2 a una presión de chorro de aire caliente dada. Si así se desea, se puede añadir oxígeno y/o humedad y/o combustibles adicionales como carbón pulverizado, gas natural, hidrógeno o aceite y/u otros componentes al chorro de aire caliente.

El aire suministrado fluye a través de una línea 20 a las toberas 14 del alto horno 2. En la realización ejemplar mostrada, esta línea 20 se puede dotar con una chimenea de descarga 21 que se puede cerrar mediante una válvula 22. La apertura de la válvula 22 facilita la ventilación de los productos gaseosos del alto horno 2 después de una parada. Alternativamente, la planta de alto horno 1 puede estar sin tal chimenea de descarga 21.

Algunas plantas de alto horno pueden tener una válvula de aislamiento principal de chorro de aire caliente 34 justo aguas arriba del portaviento de las toberas 14 o, si está presente una chimenea de descarga 21, justo aguas arriba de la chimenea de descarga 21.

El alto horno 2 está dotado con suministros de gas de purga 24. Los gases de purga típicos son nitrógeno y/o vapor. En la parte superior del depurador húmedo 8 está una línea a una válvula de purga de gas semilimpio 25.

Durante la operación normal de la planta de alto horno 1, la carga ferrosa y el coque se cargan en capas discretas hasta la sección superior del alto horno 2. Se suministra chorro de aire caliente de alrededor de 1200 °C al alto horno 2 a través de las toberas 14, opcionalmente con oxígeno y/o humedad y/o combustibles adicionales como carbón pulverizado, gas natural, hidrógeno o aceite. El chorro de aire caliente gasifica el coque y los combustibles inyectados, calentando, reduciendo y derritiendo la carga ferrosa para formar metal caliente líquido, escoria y gas en bruto. Durante la operación normal, la presión en el alto horno es típicamente de alrededor de 2 - 5 bares. El gas en bruto se recoge en la sección de captación 3 y se transporta a través de la bajante 5 a la sección de limpieza de gas 6, donde se elimina la mayor parte del contenido de polvo y la presión se reduce a la presión de la red de gas, típicamente de alrededor de 40 - 100 mbares. Después de pasar por la sección de limpieza de gas 6, el gas limpio se transporta a través de la línea de transporte de gas limpio 10 a la red de gas. El gas limpio recogido se puede usar como combustible para calefacción, por ejemplo, para las estufas de chorro de aire caliente o la producción de vapor.

Ocasionalmente, se requiere apagar la planta de alto horno 1 por medio de una purga por soplado. En un primer paso de tal procedimiento de purga por soplado, el alto horno se opera sin cargar más el alto horno. El nivel de carga en el alto horno 2 disminuye gradualmente. En esta etapa, la línea de ventilación de gas limpio 11 se cierra y el gas limpio se transporta a través de la línea de transporte de gas limpio 10 a la red de gas.

Cuando el nivel de monóxido de carbono está por debajo de un valor umbral, por ejemplo, por debajo del 7% en volumen por volumen seco del gas en bruto, se abre la línea de ventilación de gas limpio y posteriormente se cierra la válvula de aislamiento de gas limpio 13 de la línea de transporte de gas limpio 10 al la red de gas, por lo que el gas limpio fluye a través de la línea de ventilación de gas limpio 11. Cuando el contenido de oxígeno del gas en bruto en el alto horno 2 excede un valor umbral, por ejemplo, alrededor del 2% en volumen del volumen total del gas en bruto dentro del alto horno, y la carga está aproximadamente al nivel de las toberas 14, la presión del chorro de aire caliente en las toberas 14 se reduce a un valor más bajo, por ejemplo alrededor de 0,1 bares. La válvula 18 de la línea de chorro de aire frío 16B se abre entonces mientras que la válvula de chorro de aire caliente 19 se cierra. La válvula 18 de la línea de chorro de aire frío 16B se controla para mantener una diferencia de presión de alrededor de 10 - 30 mbares entre la presión en el alto horno 2 y la presión en la línea de ventilación de gas limpio 11. Posteriormente, las válvulas de purga 4 se abren y se cierra la línea de ventilación 11.

La Figura 2 muestra una realización alternativa de una planta de alto horno 1'. Todos los componentes de la planta son los mismos que en la Figura 1, excepto que una línea de suministro de nitrógeno 23 está conectada aguas abajo de la válvula 18 para cerrar la segunda rama 16B del circuito de mezcla de chorro y aguas arriba de la válvula 34 opcional. Alternativamente, el suministro de nitrógeno 23 se puede conectar en cualquier posición en la línea de suministro 20 aguas arriba de las toberas 14.

Cuando se apaga la planta de alto horno 1' de la Figura 2, la presión del chorro de aire caliente en el alto horno 2 se reduce primero a alrededor de 0,2 - 0,3 bares reduciendo el flujo de entrada del chorro de aire caliente a través de las toberas 14. En un siguiente paso, se abren los suministros de gas de purga 24 para el alto horno 2. Luego se abre la válvula 12 de la línea de ventilación de gas limpio de la línea de ventilación de gas limpio 11 y se cierra la válvula 13 de la línea de transporte de gas limpio a la red de gas. En la mayoría de los casos, la presión de chorro de aire caliente se reduce aún más a alrededor de 0,1 bares. Opcionalmente, el gas limpio ventilado se puede encender.

En un siguiente paso, se abre el suministro de nitrógeno 23 y se cierran las válvulas 18 y 19 de las ramas de chorro de aire 16A, 16B. El suministro de nitrógeno crea un flujo entre el alto horno 2 y la línea de ventilación de gas limpio 11 manteniendo el flujo hacia arriba a través del alto horno 2. Dado que se detiene el suministro de chorro de aire caliente que contiene oxígeno, la producción de monóxido de carbono y polvo se reducirá gradualmente, aunque durante un tiempo el óxido de hierro (FeO) reaccionará con el coque para producir monóxido de carbono y polvo. En esta etapa, el gas en bruto tiene un bajo contenido de polvo y la línea de ventilación de gas limpio 11 se puede cerrar después de que se abran las válvulas de purga 4 en la parte superior de los captadores 3.

Posteriormente, se pueden seguir los procedimientos existentes para la finalización de la parada teniendo en cuenta el hecho de que podría estar presente nitrógeno residual en la tubería principal de chorro de aire caliente.

La Figura 3 muestra una realización alternativa de una planta de alto horno 1'' según la invención. En esta realización, no hay ninguna línea de suministro de nitrógeno 23 en la configuración del circuito de suministro de chorro de aire caliente 16A, 16B. En su lugar, la línea de ventilación de gas limpio 11'' está dotada con un eyector 30 para aumentar la caída de presión y fomentar el flujo por succión. La línea de ventilación de gas limpio 11'' se divide en una primera rama 11A sin el eyector 30 y una segunda rama 11B con el eyector 30. Aguas abajo del eyector 30 las dos líneas 11A, 11B se unen de nuevo como un solo escape. Las válvulas 12, 32 se usan para cerrar una de las líneas después de abrir la otra línea, de modo que la línea de ventilación de gas limpio 11'' se pueda usar selectivamente con o sin el eyector 30. El eyector 30 está conectado a un suministro 33 de un gas motor inerte, tal como vapor o nitrógeno.

Cuando se apaga la planta de alto horno 1'', la presión de chorro de aire caliente se reduce primero a 0,2 - 0,3 bares reduciendo el flujo de entrada de chorro de aire caliente. En un siguiente paso, se abren los suministros de gas de purga 24 para el alto horno 2. Luego se abre la válvula 12 de la línea de ventilación de gas limpio 11A que pasa por alto el eyector 30 y se cierra la válvula de aislamiento de gas limpio 13 de la línea de transporte de gas limpio 10 a la red de gas. Luego, la presión del chorro de aire caliente se reduce aún más hasta alrededor de 0,1 bares.

En un siguiente paso, se abre el eyector 30 mientras que se cierra la línea 11A que pasa por alto el eyector 30. La presión en el sistema se controla por la succión generada por el eyector 30. Después de un período establecido, las válvulas de purga 4 en la parte superior de los captadores 3 se abren y posteriormente se cierran el eyector 30 y la línea de ventilación de gas limpio 11'.

Otras realizaciones pueden comprender, por ejemplo, tanto el eyector 30 así como el suministro de nitrógeno 23 y/o comprender medios adicionales para fomentar el flujo de gas desde el alto horno hasta la línea de ventilación de gas limpio.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso de parada de una planta de alto horno (1) que comprende un alto horno (2) y una sección de limpieza de gas (6) para limpiar el gas del alto horno, en donde se libera gas limpio a través de una línea de ventilación de gas limpio (11) aguas abajo de la sección de limpieza de gas y en donde la presión y/o el flujo de chorro de aire caliente se reducen a un valor establecido y, posteriormente, se genera un flujo desde las toberas (14) del alto horno (2) hasta la línea de ventilación de gas limpio (11).

2. El proceso de la reivindicación 1, en donde el flujo se genera inyectando un gas, preferiblemente un gas inerte, tal como nitrógeno, en el alto horno (2).

3. El proceso de la reivindicación 1 o 2, en donde el flujo se genera por succión en la línea de ventilación de gas limpio (11), por ejemplo, mediante un reductor de presión, tal como un eyector (30) o una o más bombas de gas o ventiladores.

4. El proceso de la reivindicación 1, 2 o 3, en donde el flujo se mantiene durante un período establecido y posteriormente se abre al menos una válvula de purga (4) del alto horno (2) y se cierra la línea de ventilación de gas limpio (11).

5. Una planta de alto horno (1) que comprende un alto horno (2), una sección de limpieza de gas (6) y una línea de transporte de gas limpio (10) a una red de gas para el transporte adicional de gas limpio, caracterizada por que la línea de transporte de gas limpio a la red de gas está dotada con una línea de ventilación de gas limpio (11), y en donde el alto horno (2) comprende toberas (14) y medios para generar un flujo desde las toberas del alto horno (2) hasta la línea de ventilación de gas limpio (11).

6. La planta de alto horno de la reivindicación 5, en donde los medios para generar un flujo incluyen una fuente (23) para un gas, preferiblemente un gas inerte, tal como nitrógeno.

7. La planta de alto horno de la reivindicación 5 o 6, en donde los medios para generar un flujo incluyen un dispositivo de reducción de presión (30) aguas abajo de la sección de limpieza de gas.

8. La planta de alto horno de la reivindicación 7, en donde el dispositivo de reducción de presión comprende un eyector (30) y/o una o más bombas y/o uno o más ventiladores.

9. La planta de alto horno de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 5- 8, en donde la línea de ventilación de gas limpio (11) se extiende por encima del nivel de la línea de transporte de gas limpio (10) a la red de gas, por ejemplo, hasta el nivel superior del alto horno (2) o más alto.

10. La planta de alto horno de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 5 - 9, en donde la línea de ventilación de gas limpio (11) está conectada a una llamarada.

11. La planta de alto horno de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 5 - 10, en donde la línea de ventilación de gas limpio (11) está conectada a una o más líneas de ventilación adicionales, tales como una línea de ventilación de gas semilimpio o una chimenea.