RU138097U1

RU138097U1 - DEVICE FOR DISPOSAL OF HEAT OF OUTLET CONVERTER GASES

Info

Publication number: RU138097U1
Application number: RU2013134961/06U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Матвеевич Беленький; Наталья Михайловна Савченкова; Василий Степанович Глазов; Станислав Константинович Попов; Андрей Борисович Гаряев; Наталья Олеговна Байдакова; Игорь Васильевич Яковлев
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-02-27

Abstract

Устройство для утилизации теплоты отходящих конвертерных газов, содержащее охладитель конвертерных газов, систему газоочистки, компрессоры для сжатия конвертерного газа, газгольдер конвертерного газа, рекуператор, установленный в газоходе кислородного конвертера для подогрева природного газа, переключающие и отсечные клапаны, систему автоматизированного управления процессами в устройстве, смеситель пара и природного газа, подогреватель парогазовой смеси, камеру дожигания, реактор паровой конверсии, подогреватель парогазовой смеси, газовую турбину, компрессор, камеру сгорания и электрический генератор, отличающееся тем, что оно снабжено смешивающим устройством для смешивания продуктов дожигания конвертерного газа и выхлопных газов от газовой турбины, причем газовая турбина соединена со смешивающим устройством продуктов сгорания газопроводом выхлопных газов, а смешивающее устройство соединено с камерой дожигания конвертерных газов газопроводом продуктов дожигания и с реактором паровой конверсии газопроводом смеси продуктов сгорания.A device for utilization of the heat of the exhaust converter gases, comprising a converter gas cooler, a gas purification system, compressors for converter gas compression, a converter gas gas, a recuperator installed in the oxygen converter duct for heating natural gas, switching and shut-off valves, an automated process control system in the device, steam and natural gas mixer, steam-gas mixture heater, afterburner, steam conversion reactor, steam-gas mixture heater , a gas turbine, a compressor, a combustion chamber and an electric generator, characterized in that it is equipped with a mixing device for mixing the afterburning products of the converter gas and exhaust gases from the gas turbine, the gas turbine being connected to the mixing device of the products of combustion by the exhaust gas pipeline, and the mixing device is connected with a converter gas afterburner with a gas afterburning product and with a steam conversion reactor with a gas pipeline for a mixture of combustion products.

Description

Устройство относится к использованию энергии (физической и химической теплоты) отходящего от кислородного сталеплавильного конвертера технологического газа - конвертерного газа (КГ) и может быть использованной в черной и цветной металлургии.The device relates to the use of energy (physical and chemical heat) from a process gas, a converter gas (KG), coming from an oxygen steelmaking converter and can be used in ferrous and non-ferrous metallurgy.

Известно устройство [Квитко М.П., Афанасьев С.Г. Кислородно-конвертерный процесс - М., Металлургия, 1974, с. 343], в котором в процессе выплавки стали в конвертере производится продувка жидкой ванны кислородом, в результате чего углерод из чугуна и лома окисляется и удаляется в виде газообразного оксида и диоксида углерода через горловину конвертера и поступает в газоход. По мере движения газы отдают свою теплоту котлу-утилизатору (КУ) или охладителю конвертерных газов (ОКГ), затем поступают в систему газоочистки, после которой с помощью дымососа выбрасываются через дымовую трубу. На выходном конце трубы имеется специальная камера, в которой отходящие конвертерные газы сжигаются, чтобы исключить попадание оксида в атмосферу. В РФ в настоящее время уходящий конвертерный газ (состав 85-90% СО, 8-14% CO₂, 0,5-2,5% Ν₂, 1,5-3,5% O₂) практически не используется ни на одном из металлургических комбинатов. Это происходит из-за резко выраженной цикличности его выхода по ходу плавки стали в конвертере. Кроме этого по ходу плавки также изменяется соотношение газов, т.к. содержание диоксида углерода колеблется в пределах от 5-18%. Температура конвертерного газа после КУ составляет 300-400°C. В 350-т конвертере плавка длится 48-53 минуты, средний выход конвертерного газа за плавку составляет 256000 м. Конвертерный цех из трех конвертеров производит более 7 млрд. м конвертерного газа в год.A device is known [Kvitko MP, Afanasyev S.G. Oxygen Converter Process - M., Metallurgy, 1974, p. 343], in which the process of steelmaking in the converter purges the liquid bath with oxygen, as a result of which carbon from pig iron and scrap is oxidized and removed in the form of gaseous oxide and carbon dioxide through the neck of the converter and enters the gas duct. As the gas moves, it transfers its heat to a waste heat boiler (KU) or a converter gas cooler (OGG), then it enters the gas purification system, after which it is emitted through a chimney using a smoke exhaust. At the outlet end of the pipe there is a special chamber in which the off-gas gases are burned to prevent the ingress of oxide into the atmosphere. In the Russian Federation at present, the waste converter gas (composition 85-90% CO, 8-14% CO ₂ , 0.5-2.5% Ν ₂ , 1.5-3.5% O ₂ ) is practically not used on one of the metallurgical plants. This is due to the pronounced cyclicality of its output during the melting of steel in the converter. In addition, in the course of melting, the gas ratio also changes, since the content of carbon dioxide ranges from 5-18%. The temperature of the converter gas after KU is 300-400 ° C. In a 350-ton converter, smelting lasts 48-53 minutes, the average converter gas output for smelting is 256,000 m. The converter shop of three converters produces more than 7 billion m3 of converter gas per year.

Для использования химической теплоты отходящих конвертерных газов предложено устройство для утилизации теплоты отходящих конвертерных газов [Патент РФ №121803]. Недостатком данного устройства является то, что при производстве электрической энергии в газотурбинной установке не обеспечивается глубокая утилизация теплоты уходящих газов газовой турбины.To use the chemical heat of the exhaust converter gases, a device for utilizing the heat of the exhaust converter gases is proposed [RF Patent No. 121803]. The disadvantage of this device is that in the production of electric energy in a gas turbine installation, deep utilization of the heat of the exhaust gases of a gas turbine is not provided.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, заключается в утилизации теплоты не только конвертерного газа, но и уходящих газов от газовой турбины, происходящей в одном энерготехнологическом процессе.The technical problem solved by the proposed device is to utilize the heat of not only the converter gas, but also the exhaust gases from the gas turbine that occurs in one energy-technological process.

Технический эффект, заключающийся в глубокой утилизации теплоты отходящих газов газовой турбины в утилизационных установках, использующих термохимическую регенерацию теплоты конвертерных газов, достигается тем, что известное устройство для утилизации теплоты отходящих конвертерных газов, содержащее охладитель конвертерных газов, систему газоочистки, компрессоры для сжатия конвертерного газа, газгольдер конвертерного газа, рекуператор, установленный в газоходе кислородного конвертера для подогрева природного газа, переключающие и отсечные клапаны, систему автоматизированного управления процессами в устройстве, смеситель пара и природного газа, подогреватель парогазовой смеси, камеру дожигания, реактор паровой конверсии, газовую турбину, включающую компрессор, камеру сгорания и электрический генератор, согласно изобретению, снабжено устройством для смешивания продуктов дожигания конвертерного газа и уходящих газов от газотурбинной установки, причем газотурбинная установка соединена со смешивающим устройством продуктов сгорания газопроводом уходящих газов, а смешивающее устройство соединено с камерой дожигания конвертерных газов трубопроводом продуктов дожигания и с реактором паровой конверсии газопроводом смеси продуктов сгорания.The technical effect of deep utilization of the heat of the exhaust gases of a gas turbine in utilization plants using thermochemical regeneration of the heat of converter gases is achieved by the known device for utilizing the heat of exhaust gases of a converter containing a converter gas cooler, a gas purification system, compressors for compressing converter gas, converter gas gas, recuperator installed in the oxygen converter duct for heating natural gas, switching shut-off valves, an automated process control system in the device, a steam and natural gas mixer, a gas-vapor mixture heater, an afterburner, a steam conversion reactor, a gas turbine including a compressor, a combustion chamber and an electric generator according to the invention are equipped with a device for mixing converter afterburner products and flue gases from a gas turbine installation, the gas turbine installation being connected to a mixing device of combustion products by a flue gas pipeline and the mixing device is connected to the afterburner of the converter gases by the afterburning product line and to the steam reforming reactor by the gas line of the mixture of combustion products.

На фиг. 1 приведена общая схема устройства. Данное устройство содержит отводные трубопроводы 1, регулирующие и отсечные клапаны 2, компрессоры 3, общий коллектор 4, газгольдер конвертерного газа 5, газопровод 6 передачи конвертерного газа в камеру дожигания (КД) 7, газопровод 8 продуктов дожигания в смешивающее устройство (СУ) 9; газопровод 10 смеси продуктов сгорания (СПС) в реактор паровой конверсии (РПК) 11, газопровод 12 передачи синтез-газа (СГ) в камеру сгорания 13 газовой турбины 14. На валу газовой турбины 14 находятся компрессор 15 воздуха горения и электрический генератор 16. В состав газовой турбины входит газопровод 17 передачи выхлопных газов (ВГ) в смешивающее устройство 9. В состав устройства также входят трубопровод природного газа 18, рекуператор 19, паропровод 20, смеситель природного газа и пара (ПГС) 21, подогреватель парогазовой смеси 22, трубопровод парогазовой смеси 23, система автоматического управления АСУ ТП 24.In FIG. 1 shows a General diagram of the device. This device contains outlet pipelines 1, control and shut-off valves 2, compressors 3, a common manifold 4, a converter gas gas 5, a gas pipeline 6 for transferring converter gas to the afterburning chamber (KD) 7, a gas pipeline 8 of afterburning products into the mixing device (SU) 9; a gas pipeline 10 of a mixture of combustion products (SPS) to a steam conversion reactor (RPK) 11, a gas pipeline 12 for transmitting synthesis gas (SG) to a combustion chamber 13 of a gas turbine 14. On the shaft of the gas turbine 14 are a combustion air compressor 15 and an electric generator 16. B the composition of the gas turbine includes a gas transmission pipe 17 of the exhaust gas (SH) into the mixing device 9. The device also includes a natural gas pipeline 18, a recuperator 19, a steam pipe 20, a natural gas and steam mixer (ASG) 21, a gas-vapor mixture heater 22, a gas-vapor pipelinemixtures 23, automatic control system of industrial control system 24.

Устройство для утилизации теплоты отходящих конвертерных газов работает следующим образом. Конвертерный газ, отходящий от кислородного конвертера 25, проходит последовательно охладитель конвертерных газов 26, рекуператор 19, систему газовой очистки 27, отводной канал 28 и поступают в дымовую трубу 29. При работе устройства через трубопровод 1 и регулирующий клапан 2 конвертерный газ поступает на вход компрессора 3, который сжимает конвертерный газ и подает его в коллектор 4, откуда он поступает в газгольдер 5. В газгольдере происходит накопление конвертерного газа и обеспечивается его усреднение по составу, давлению и равномерное поступление через газопровод 6 в камеру дожигания 7. В камере дожигания происходит сжигание конвертерного газа. Продукты дожигания конвертерного газа по газопроводу 8 подаются в смешивающее устройство 9, где к ним подмешиваются выхлопные газы 17 от газовой турбины 14, при этом образуется смесь продуктов сгорания 10. Природный газ поступает по трубопроводу 18 в рекуператор 19, установленный в газоходе конвертера 26, нагревается и передается в смеситель 21, в который также по трубопроводу 20 подается пар, вырабатываемый в охладителе конвертерных газов 26. В смесителе 21 происходит смешение пара с природным газом, и полученная парогазовая смесь поступает в подогреватель 22, где нагревается до более высокой температуры и по трубопроводу 23 подается в реактор паровой конверсии 11, где за счет тепла смеси продуктов сгорания, полученной в смешивающем устройстве 9, происходит реакция конверсии природного газа и получается синтез-газ, который по газопроводу 12 подается в камеру сгорания 13, куда поступает также воздух, сжатый в компрессоре 15. Синтез-газ сжигается с помощью компрессорного воздуха в камере сгорания 13, и продукты сгорания подаются в газовую турбину 14, которая вращает генератор 16, ток от которого подается в систему электроснабжения комбината. Для исключения влияния изменения теплоты сгорания конвертерного газа, уменьшении его количества при остановке одного из конвертеров сталеплавильного цеха, для обеспечения бесперебойной высокоэффективной работы ГТУ предусмотрена дополнительная подача природного газа через газопровод 30 в камеру сгорания 13. Управление клапанами 2 и 31, а так же всем устройством и отдельными блоками, осуществляется с помощью АСУ ТП 24.A device for utilization of the heat of the exhaust converter gases is as follows. Converter gas leaving the oxygen converter 25 passes sequentially a converter gas cooler 26, a recuperator 19, a gas cleaning system 27, an exhaust channel 28 and enter the chimney 29. When the device is operating through the pipe 1 and the control valve 2, the converter gas enters the compressor 3, which compresses the converter gas and delivers it to the manifold 4, from where it enters the gas tank 5. The gas tank accumulates the converter gas and ensures its averaging over the composition, pressure and uniform post captivity through the pipeline 6 to the afterburning chamber 7. The combustion chamber of the afterburning occurs converter gas. The converter gas afterburning products are fed through a gas line 8 to a mixing device 9, where the exhaust gases 17 from the gas turbine 14 are mixed with them, and a mixture of combustion products 10 is formed. Natural gas flows through a pipe 18 to the recuperator 19 installed in the converter duct 26 and heats up and transferred to the mixer 21, to which steam produced in the converter gas cooler 26 is also supplied through the pipe 20. In the mixer 21, steam is mixed with natural gas, and the resulting vapor-gas mixture is fed to arrester 22, where it is heated to a higher temperature and fed through the pipe 23 to the steam reforming reactor 11, where due to the heat of the mixture of combustion products obtained in the mixing device 9, the natural gas conversion reaction takes place and synthesis gas is produced, which is supplied through the gas pipeline 12 into the combustion chamber 13, which also receives air compressed in the compressor 15. The synthesis gas is burned using compressor air in the combustion chamber 13, and the combustion products are fed into a gas turbine 14, which rotates the generator 16, the current from which is fed into the plant power system. To exclude the influence of changes in the calorific value of the converter gas, to reduce its amount when one of the converters of the steelmaking plant is stopped, to ensure uninterrupted high-performance operation of the gas turbine, an additional supply of natural gas through gas pipeline 30 to the combustion chamber 13 is provided. and in separate units, is carried out using the automatic process control system 24.

Достоинства данного устройства:Advantages of this device:

- повышается эффективность использования топлива на металлургическом производстве;- increased fuel efficiency in the metallurgical industry;

- обеспечивается глубокая утилизация продуктов сгорания газовой турбины;- provides deep utilization of the products of combustion of a gas turbine;

- уменьшается эффект теплового загрязнения окружающей среды.- the effect of thermal pollution of the environment is reduced.

Claims

A device for utilization of the heat of the exhaust converter gases, comprising a converter gas cooler, a gas purification system, compressors for converter gas compression, a converter gas gas, a recuperator installed in the oxygen converter duct for heating natural gas, switching and shut-off valves, an automated process control system in the device, steam and natural gas mixer, steam-gas mixture heater, afterburner, steam conversion reactor, steam-gas mixture heater , a gas turbine, a compressor, a combustion chamber and an electric generator, characterized in that it is equipped with a mixing device for mixing the afterburning products of the converter gas and exhaust gases from the gas turbine, the gas turbine being connected to the mixing device of the products of combustion by the exhaust gas pipeline, and the mixing device is connected with a converter gas afterburner with a gas afterburning product and with a steam conversion reactor with a gas pipeline for a mixture of combustion products.