TWI516738B - 用於調節熱氣總管中氣體溫度的設備 - Google Patents

Description

用於調節熱氣總管中氣體溫度的設備

本發明總體涉及一種用於調節熱氣總管中氣體的溫度和/或流速的設備，此熱氣總管用於向高爐供給熱氣，尤其是向高爐供給兩股分離的、恒溫不同的熱氣流。

通常將從交流換熱器(例如熱風爐或卵石加熱爐)接收到的熱氣供給至高爐。這種交流換熱器的一個本質特徵在於，在鼓風階段過程中離開交流換熱器的熱氣的溫度逐漸降低。而且，通常希望將恒溫的熱氣供給至高爐。因此，必須通過混入選定量的冷氣來調整溫度逐漸降低的熱氣以便獲得恒溫。事實上，必須消除熱氣的溫度變化。通常，通過混入足夠量的冷氣來將熱氣的溫度降至其最低值(即，降至熱氣在鼓風週期末期的溫度)來實現。通過將恰當量的冷氣加到熱氣中，將熱氣的溫度降至恒溫，以將恒溫氣體供給至高爐。

近些年來，已經發現，將處於不同的水準高度的兩股分離的熱氣流供給至高爐可能有利於提高高爐的效率。而且，優選地，這兩股分離的熱氣流處於不同的恒溫。這已在例如於2009年3月17日提交的共同待審的專利申請LU 91 542中提到過。

因此，本發明的一個目的在於，提供一種用於調節熱氣溫度的設備，其中，可產生溫度不同的兩股分離的氣流。通過如權利要求1所述的設備實現此目的。

本發明提出了一種用於調節熱氣總管中的氣體溫度的設備，此熱氣總管用於向高爐供給熱氣。這種設備包括：混合罐(mixing pot)，該混合罐具有腔室、用於接收熱氣的入口、用於接收冷氣的入口以及用於排放混合氣的出口；和調節系統，該調節系統用於控制供給至腔室的冷氣量。根據本發明的一個重要方面，混合罐包括第一混合室和第二混合室，第一和第二混合室通過文氏管式節流器(Venturi-type restriction)彼此流體連通。第一混合室設置有用於將熱氣供給到第一混合室中的第一入口、用於將冷氣供給到第一混合室中的第二入口以及用於將冷氣供給到第二混合室中的第三入口。第一混合室進一步設置有用於將第一混合氣流從第一混合室供給至第一配氣系統的第一出口，而第二混合室設置有用於將第二混合氣流從第二混合室供給至第二配氣系統的第二出口。第一混合氣流的溫度與第二混合氣流的溫度不同。

因此，本發明提出一種具有兩個混合室的單混合罐，這兩個混合室用於獲得兩股不同溫度的、分離的氣流。熱氣的溫度可以是T1，逐漸從最高溫度T_max降低至最低溫度T_min。冷氣的溫度可以是T2。在第一混合室中，將一定量的冷氣加到熱氣中，以獲得處於恒溫T3(本質上相當於最低溫度T_min)的混合氣。在第二混 合室中，將溫度為T2的冷氣加到已經混合的溫度為T3的氣體中，以將混合氣的溫度變為恒溫T4，其中，T4<T3。因此，根據本發明的混合罐允許將在兩個不同的水準高度上且恒溫不同的氣體供給至高爐。共同待審的專利申請LU 91 542中已描述了將在兩個不同的水準高度上且恒溫不同的氣體供給入高爐的原因和優點，其內容結合于此作為參考。

在本發明的內容中，應該注意，“熱氣”可以例如指空氣、富氧空氣(enriched air)、迴圈爐頂氣體(recycled top gas)或脫碳爐頂氣體(decarbonated top gas)。

有利地，第三入口由圍繞第二混合室的圓周而設置的多個開口構成。這種設置(其可以是十字型(spider-type)配氣系統)保證了供給到第二混合室中的冷氣能夠與熱的高爐氣體充分混合，從而獲得均勻的混合氣。

優選地，第三入口由圍繞文丘管式節流器的圓周而設置的多個開口構成。有利地，這些開口朝向文丘管式節流器的朝向第二混合室的部分，從而使進入的冷氣流向第二混合室。因此，也能夠避免氣體從第二混合室向第一混合室回流。

有利地，第三入口的開口不朝向設備的垂直軸線。相反，將該入口設置成在第二混合室內形成渦流運動，從而確保在第二混合室中形成均勻的混合氣。

根據一個實施例，混合罐的第二混合室中進一步包括用於將氣體供給到第二混合室中的第四入口，第四入口與第二出口相對 地設置。第四管道優選地與第四入口相關聯，以將氣體供給至混合罐，並且，可在第四管道中設置控制閥，以調節進入到混合罐中的氣流。雖然通過第四管道供給的氣體可以是冷氣，但是，允許用第四管道將惰性氣體供給至第二配氣系統可能是有利的。事實上，出於安全的原因，第四入口可用於例如吹洗(purge)第二配氣系統。由於通過第四入口供給惰性氣體，所以可以實現第二配氣系統的快速惰性化。

第一管道可與第一入口相關聯，以將熱氣從交流換熱器供給至混合罐。這種第一管道有利地包括衰減設備，衰減設備用於減小從交流換熱器接收到的熱氣的溫差。來自交流換熱器的熱氣的溫度在交流換熱器的鼓風階段開始時的最高溫度T_max和鼓風階段終止時的最低溫度T_min之間變化。衰減設備在交流換熱器的鼓風階段的初始過程中從熱氣吸收一部分熱量，並在鼓風階段的終止過程中將此熱量傳遞回熱氣中，從而形成具有減小的溫差的熱高爐氣體。衰減設備下游的減小的最高溫度T_att-max低於衰減設備上游的最高溫度T_max。類似地，衰減設備下游的減小的最低溫度T_att-min高於衰減設備上游的最低溫度T_min。由於減小的最低溫度T_att-min高於最低溫度T_min，在交流換熱器的整個鼓風階段中能夠減少實現恒定目標溫度所必需的冷氣量。通過衰減設備，能夠更有效地利用自然資源，以獲得目標溫度。可替換地，可實現更高的鼓風溫度，從而減少了裝入高爐中的焦炭量。

衰減設備可包括蓄熱板裝置或卵石床，熱氣通過卵石床。

優選地，第二管道與第二入口相關聯，以將冷氣供給至混合罐，而第三管道與第三入口相關聯，以將冷氣供給至混合罐，並且，在第二和第三管道的每一個中都設置有一個控制閥，以調節進入混合罐中的冷氣流。

第一供給線可與第一出口相關聯，以將第一混合氣流從第一混合室供給至第一配氣系統；而第二供給線可與第二出口相關聯，以將第二混合氣流從第二混合室供給至第二配氣系統。由於上述混合罐的原因，通過第一和第二供給線的第一和第二混合氣流具有不同的恒溫。

有利地，設備進一步包括用於測量第一混合氣流的氣流量的裝置和用於測量第二混合氣流的氣流量的裝置。這種裝置可以是第一或第二供給線中的文氏管、第一或第二配氣系統中的文氏管、聲發生器和接收器(acoustic emitters and receivers)、第一或第二供給線中的阿牛巴流量計(annubar)。此裝置可單獨使用，也可彼此結合使用。

設備優選地進一步包括用於調節第一混合氣流的氣流量的裝置和用於調節第二混合氣流的氣流量的裝置。

圖1總體示出了用於將熱氣從一個或多個交流換熱器(未圖示)供給至高爐(未圖示)的配氣系統10。通常在多個交流換熱器(典型地是高爐或考珀爐)中將熱氣加熱至大約1000℃至1250℃之間的溫度。對於本領域技術人員來說，交流換熱器及其功能都 是公知的，在這裡不需要描述。由於交流換熱器提供溫度逐漸降低的熱氣，並且，由於通常想要將恒溫熱氣供給至高爐，所以在配氣系統中設置用於調節熱氣溫度的設備。在這種設備中，將經過調節的一定量的冷氣供給入熱氣流中，以使熱氣的溫度達到恒溫，通常達到來自交流換熱器的熱氣的最低溫度。

如圖1所示，根據本發明的用於調節熱氣溫度的設備包括具有第一混合室16和第二混合室18的混合罐14。第一和第二混合室16，18通過文氏管式節流器20彼此流體連通。

第一混合室16包括第一入口22，該第一入口具有用於接收來自交流換熱器的熱氣的相關的第一管道24。第一混合室16進一步包括第二入口26，該第二入口具有用於接收冷氣的相關的第二管道28。在第二管道28中設置有第一閥30，用於調節供給入第一腔室16的冷氣量。

通過第一管道24供給的熱氣的溫度在交流換熱器的鼓風階段開始時的最高溫度T_max和鼓風階段終止時的最低溫度T_min之間變化。為了獲得供給至高爐的恒溫，將經過調節的一定量的冷氣與熱氣混合，從而達到最低溫度T_min。

第一管道24有利地包括衰減設備32，其第一實施例在圖1中示出。可被描述為小型水準交流換熱器(small horizontal regenerator)的衰減設備32與第一管道24設置在同一直線上，並具有放大的橫截面。衰減設備32包括陶瓷材料，陶瓷材料能夠在交流換熱器的鼓風階段的初始過程中從熱氣吸收一部分熱量，並在鼓風階段 的終止過程中將此熱量傳遞回熱氣中，從而減小T_max和T_min之間的溫差。陶瓷材料可以是一組由附圖標號34示意性表示的加熱板。但是，也可考慮其他陶瓷材料(例如，陶瓷管或瓷磚)。衰減設備32下游的減小的最高溫度T_att-max低於衰減設備32上游的最高溫度T_max。類似地，衰減設備32下游的減小的最低溫度T_att-min高於衰減設備32上游的最低溫度T_min。由於計算冷氣量以便總能獲得供給至混合罐14的最低溫度，並且，由於減小的最低溫度T_att-min高於最低溫度T_min，在交流換熱器的整個鼓風階段中能夠減少實現此恒溫所必需的冷氣量。換句話說，被增加到交流換熱器中的熱氣中的必須由混合罐14再次去除的熱量較少。

衰減設備32允許將更高溫度的氣體供給至高爐。另一方面，衰減設備32允許在更低的溫度下操作交流換熱器，這可能是有利的，如果氣體包含有可能在更高溫度下反應的具有高濃度氫氣的迴圈脫碳爐頂氣體則尤為有利。衰減設備32還允許更快地達到工作溫度。自然資源的這種更有效的利用導致CO2排放量的減少。

圖2示出的衰減設備36的第二實施例包括填充有吸熱卵石材料40的卵石室38。在第一管道24中設置有擋板41，以使熱氣通過卵石室38。

第一混合室16包括具有相關的第一供給線44的第一出口42，用於將調溫後的氣體供給至第一配氣設備46，第一配氣設備包括第一環管48和第一組鼓風口50。

第二混合室18通過文氏管式節流器20與第一混合室16流體 連通。將溫度均勻的已經混合的氣體從第一混合室16供給入第二混合室18。第三管道52與混合罐14相關聯，以優選地經由管瓣型配氣系統54通過多個第三入口56將冷氣供給入第二混合室18。第二閥58設置在第三管道52中，用於調節供給入第二混合室18的冷氣量。應該注意，第三入口56有利地設置在文氏管式節流器20朝著第二混合室18的錐形部分中，從而確保通過第三管道52供給的冷氣沿遠離第一混合室16的方嚮導入第二混合室18。從而也避免了氣體從第二混合室18朝著或進入第一混合室16的任何回流。此外，優選地，將第三入口56設置成在第二混合室18內引起渦流運動。為了實現此目的，將第三入口56設置成相對於混合罐14的徑向方向成一定角度，即，第三入口56不朝向混合罐14的軸線。

第二混合室18包括具有相關的第二供給線62的第二出口60，用於將調溫後的氣體供給至第二配氣設備64，第二配氣設備包括第二環管66和第二組鼓風口68。

有利地，通過第一和第二閥30、58以下列方式調節熱氣與冷氣的混合：將溫度選定在900℃至1250℃之間的恒溫氣體供給至第一配氣設備46，而將溫度選定在850℃至950℃之間的恒溫氣體供給至第二配氣設備64。

本發明允許氣體在兩個不同的水準高度(level)上、並以兩種不同的恒溫離開混合罐14。

根據本發明的一個實施例，設置具有相關的第三閥72的第四 管道70，用於進一步將氣體經由第四入口74供給至第二混合室18。雖然通過第四管道70供給的氣體可能是冷氣，如果需要，也可以是用於惰性化第二配氣設備64的惰性氣體。為此，第四入口74優選地與第二出口60相對地設置。

第一和第二供給線44、62中的每個都包括用於調節供給至第一和第二配氣設備46、64的氣體量的一個調節閥76、78。氣體滑閥79、79'也可設置在第一和第二供給線44、62中。

測量供給至高爐的氣體的流速可使用不同的裝置，例如，每組鼓風口50、68中的文氏管80、80'，第一和第二供給線44、62中的文氏管82、82'，具有它們相關的聲接收器88、90、88'、90'的阿牛巴流量計84、84'或聲發生器86，86'。應該注意，這些裝置可單獨使用，也可彼此結合使用。

10‧‧‧配氣系統

14‧‧‧混合罐

16‧‧‧第一混合室

18‧‧‧第二混合室

20‧‧‧文氏管式節流器

22‧‧‧第一入口

24‧‧‧第一管道

26‧‧‧第二入口

28‧‧‧第二管道

30‧‧‧第一閥

32‧‧‧衰減設備

34‧‧‧加熱板

36‧‧‧衰減設備

38‧‧‧卵石室

40‧‧‧卵石材料

41‧‧‧擋板

42‧‧‧第一出口

44‧‧‧第一供給線

46‧‧‧第一配氣設備

48‧‧‧第一環管

50‧‧‧第一組鼓風口

52‧‧‧第三管道

54‧‧‧十字型配氣系統

56‧‧‧第三入口

58‧‧‧第二閥

60‧‧‧第二出口

62‧‧‧第二供給線

64‧‧‧第二配氣設備

66‧‧‧第二環管

68‧‧‧第二組鼓風口

70‧‧‧第四管道

72‧‧‧第三閥

74‧‧‧第四入口

76‧‧‧調節閥

78‧‧‧調節閥

79、79'‧‧‧氣體滑閥

80、80'‧‧‧文氏管

82、82'‧‧‧文氏管

84、84'‧‧‧阿牛巴流量計

86、86'‧‧‧聲發生器

88、88'‧‧‧聲接收器

90、90'‧‧‧聲接收器

現在將參考附圖，通過實例方式描述本發明的優選實施例，附圖中：圖1是根據本發明的具有混合罐的配氣系統的示意圖；以及圖2是用於圖1的配氣系統的可替代衰減設備的示意圖。

10‧‧‧配氣系統

14‧‧‧混合罐

16‧‧‧第一混合室

18‧‧‧第二混合室

20‧‧‧文氏管式節流器

22‧‧‧第一入口

24‧‧‧第一管道

26‧‧‧第二入口

28‧‧‧第二管道

30‧‧‧第一閥

32‧‧‧衰減設備

34‧‧‧加熱板

42‧‧‧第一出口

44‧‧‧第一供給線

46‧‧‧第一配氣設備

48‧‧‧第一環管

50‧‧‧第一組鼓風口

52‧‧‧第三管道

54‧‧‧十字型配氣系統

56‧‧‧第三入口

58‧‧‧第二閥

60‧‧‧第二出口

62‧‧‧第二供給線

64‧‧‧第二配氣設備

66‧‧‧第二環管

68‧‧‧第二組鼓風口

70‧‧‧第四管道

72‧‧‧第三閥

74‧‧‧第四入口

76‧‧‧調節閥

78‧‧‧調節閥

79、79'‧‧‧氣體滑閥

80、80'‧‧‧文氏管

82、82'‧‧‧文氏管

84、84'‧‧‧阿牛巴流量計

86、86'‧‧‧聲發生器

88、88'‧‧‧聲接收器

90、90'‧‧‧聲接收器

Claims (13)

1. 一種用於調節熱氣總管中氣體溫度的設備，所述熱氣總管用於向高爐供給熱氣，所述設備包括：混合罐，具有腔室、用於接收熱氣的入口、用於接收冷氣的入口以及用於排放混合氣的出口；調節系統，用於控制供給至所述腔室的冷氣量；其特徵在於，所述混合罐包括：殼體，內部限定有第一混合室和第二混合室，所述第一和第二混合室通過文氏管式節流器彼此流體連通；第一入口，設置在所述第一混合室中，用於將熱氣供給到所述第一混合室中；第二入口，設置在所述第一混合室中，用於將冷氣供給到所述第一混合室中；第三入口，設置在所述第二混合室中，用於將冷氣供給到所述第二混合室中；第一出口，設置在所述第一混合室中，用於將第一混合氣流從所述第一混合室供給至第一配氣系統，所述第一配氣系統用於在第一水準高度處將所述第一混合氣流供給至所述高爐；以及第二出口，設置在所述第二混合室中，用於將第二混合氣流從所述第二混合室供給至第二配氣系統，所述第二配氣系統用於在第二水準高度處將所述第二混合氣流供給至所述 高爐，其中，所述第一混合氣流的溫度與所述第二混合氣流的溫度不同。
2. 如申請專利範圍第1項所述的設備，其中，所述第三入口由圍繞所述第二混合室的圓周設置的多個開口形成。
3. 如申請專利範圍第1項所述的設備，其中，所述第三入口由圍繞所述文氏管式節流器的圓周設置的多個開口形成，所述開口設置在所述文氏管式節流器的朝向所述第二室的部分內。
4. 如申請專利範圍第2或3項所述的設備，其中，所述第三入口開口設置成在所述第二混合室內形成渦流運動。
5. 如申請專利範圍第1項所述的設備，其中，所述混合罐包括位於所述第二混合室中的第四入口，所述第四入口用於將氣體供給入所述第二混合室；所述第四入口與所述第二出口相對地設置。
6. 如申請專利範圍第1項所述的設備，其中，第一管道與所述第一入口相關聯，以將熱氣從交流換熱器供給至所述混合罐，所述第一管道包括用於減小從所述交流換熱器接收到的熱氣的溫差的衰減設備。
7. 如申請專利範圍第6項所述的設備，其中，所述衰減設備包括蓄熱板裝置。
8. 如申請專利範圍第6項所述的設備，其中，所述衰減設備包 括卵石床，所述熱氣通過所述卵石床。
9. 如申請專利範圍第1項所述的設備，其中，第二管道與所述第二入口相關聯，以將冷氣供給至所述混合罐，並且第三管道與所述第三入口相關聯，以將冷氣供給至所述混合罐，並且，在所述第二管道和第三管道的每一個中均設置有控制閥，以調節進入所述混合罐中的冷氣流。
10. 如申請專利範圍第5-9項中任一項所述的設備，其中，第四管道與所述第四入口相關聯，以將氣體供給至所述混合罐，並且，在所述第四管道中設置有用於調節流入所述混合罐中的氣流的控制閥。
11. 如申請專利範圍第10項所述的設備，其中，通過所述第四管道供給的所述氣體是惰性氣體。
12. 如申請專利範圍第1項所述的設備，其中，第一供給線與所述第一出口相關聯，以將所述第一混合氣流從所述第一混合室供給至所述第一配氣系統；並且第二供給線與所述第二出口相關聯，以將所述第二混合氣流從所述第二混合室供給至所述第二配氣系統。
13. 如申請專利範圍第12項所述的設備，進一步包括：用於測量所述第一混合氣流的氣流量的裝置；以及 用於測量所述第二混合氣流的氣流量的裝置。