TWI596212B - 將代用還原劑吹入高爐的方法及用於實施該方法的裝置 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種以密集流法藉由運載氣體,將粉末狀的代用還原劑以氣動方式吹入氣化反應器,或者透過風口吹入高爐的方法,從而使該代用還原劑在氣化反應中氣化。根據另一態樣,本發明亦有關於某種方法,其中該代用還原劑被連同運載氣體透過第一吹入噴槍吹入,其中除該代用還原劑及該運載氣體外還藉由該第一吹入噴槍輸送氧氣,該氧氣在該吹入噴槍之連通區域內與該代用還原劑及該運載氣體聚集在一起。此外,本發明亦有關於一種用於實施此種方法的裝置。
例如《鋼與鐵》第133(2013)期1號第49-62頁公開了下述常見做法:在生鐵生產過程中,在高爐中透過風口(亦稱吹模)向高爐反應過程輸送液態、氣態及/或固態的代用還原劑及燃料,目的是取代相對較昂貴之高爐焦煤。該文獻統一使用“代用還原劑”此一術語,其含義包括所有還原劑以及含碳的燃料(如煤)。故在本發明中,除煤灰及焦煤灰外,還可使用碾碎的塑膠廢料作為固體代用還原劑(參閱DE 198 59 354 A1)。其中阻止任何固體顆粒進入焦煤散料至關重要,否則可能在高爐中產生氣體流,從而影響製程。通常用吹入噴槍透過風口將代用還原劑吹入高爐。透過熱風形成渦流區,以便被吹入的代用還原劑與風口的熱風進行混合。為避免固體顆粒進入焦煤散料,被吹入的所有代用還原劑必須在離開吹入噴槍後直至渦流區末端
的飛行階段中,即在接觸到焦煤散料前,被氣化。
本文中之“氣化”係指較佳生成CO及/或H2的不完全燃燒。而“燃燒”則指例如生成CO2及H2O的完全燃燒。CO及H2對於高爐反應過程而言特別有用,因此,吹入代用還原劑之目的在於實現某種氣化反應,以便藉其反應產物來節省極為昂貴之焦炭燃料。
在氣化反應器區域中,氣化反應的目的通常在於產生某種還原氣體,其作為產物而自該氣化反應器獲得。而在高爐反應過程中,還原氣體用於自鐵礦石中獲得生鐵。
習知方式中係以密集流或氣流床法藉由氮氣作為惰性運載氣體,透過一或多個輸送管,向高爐的風口輸送含碳的粉末狀代用還原劑,參閱“STEEL & METALS Magazine”,Vol.27,Nr.4,1989,S.272-277(《鋼與鐵期刊》第27卷第4期,1989年,第272-277頁)及DE 36 03 078 C1。該案要麼藉由至少一伸入風口並由管道構成的單一吹入噴槍,要麼藉由至少一伸入風口的同軸吹入噴槍,在使用氧氣的情況下吹入此種代用還原劑。
《化學工程技術》第84(2012)期,第7號,第1076-1084頁揭露一種同軸吹入噴槍,其中該同軸吹入噴槍較佳由一輸送煤之內管及一同心地環繞該內管並形成環形間隙之外管構成。藉由該環形間隙來導引氧氣,參閱DE 40 08 963 C1。
此外,JPH-1192809(A)提出,使用由三個彼此嵌合之管道構成的吹入噴槍來取代單一的同軸吹入噴槍,其中煤灰透過內管被導引,氧氣透過位於內管與環繞該內管的管道之間的同軸間隙被導引,蒸汽或蒸汽-二氧化碳混合物則透過位於該第二管與環繞該第二管的第三管之間的第二同軸間隙被導引。
其中總是將純氮氣用作運載氣體,氮氣具有惰性,故在輸送及吹入裝置內起防爆作用,此外在高爐車間中通常是易於獲得的。
此外,CN 101000141(A)、CN 102382915(A)及CN 102060197(A)中提出,可使用大體呈惰性的廢氣或二氧化碳來取代氮氣作為用於以氣動方式輸送及吹入煤灰的運載氣體。此等理念之目的在於改善環境保護並節約能源。在此等情況下,要麼使用熱風爐的廢氣,要麼使用儘可能純淨的二氧化碳。
此外,其他技術領域中還揭露了在製造合成氣體的過程中,透過煤灰加壓氣化向氣動煤灰運輸系統輸送純二氧化碳或二氧化碳與氮氣的混合物作為惰性化、液態化及運載介質的做法。參閱DE 10 2007 020 294 A1。
若將氮氣用作運載氣體,則存在氮氣對代用還原劑之氣化反應具有反應抑制及延遲作用的弊端。代用還原劑的顆粒被氮氣包圍,因而唯有在氮氣被排出後方能開始進行該反應。此點會造成反應延遲,因而相對代用還原劑之飛行時間而言,縮短了代用還原劑離開吹入噴槍後可用於反應的時間。
對於吹入風口及高爐渦流區之代用還原劑的氣化而言,持續僅若干毫秒之較短的可用反應時間表明,將氮氣用作惰性運載氣體會喪失重要的反應時間,從而無法以最優的方式充分利用吹入高爐之代用還原劑的氣化潛能。
將二氧化碳用作運載氣體時,反應抑制效應較小。但與使用氮氣相比,先前技術所揭露之將二氧化碳用作運載氣體的方法相對昂貴,因而較為不利。此外,無法以最優的方式將二氧化碳納入代用還原劑的氣化過程,因為必須輸入很多能量方能使得二氧化碳參與與代用還原劑的反應。
本發明之目的在於,對將代用還原劑吹入氣化反應器、高爐或其他反應器之操作進行工藝技術方面的設計,以便有效且儘可能快速
地進行代用還原劑的氣化反應,從而提高將代用還原劑吹入反應器,尤其是高爐的吹入速率,同時降低根據焦煤/煤或燃料/代用還原劑交換係數的焦比或燃料比,並總體上進一步降低燃料成本。
本發明用以達成上述目的之解決方案為申請專利範圍第1、2或8項之方法以及申請專利範圍第15項之裝置。本發明的有利設計方案參閱附屬項。
本發明之第一態樣在於提供一種以密集流法藉由運載氣體,將粉末狀的代用還原劑以氣動方式吹入反應器,尤其是氣化反應器,或者透過風口吹入高爐的方法,從而使該代用還原劑在氣化反應中氣化。
本發明中之密集流法係指如《鋼與鐵期刊》第27卷第4期,1989年,第272-277頁所述的方法。與氣流床法相比,本發明中之密集流法的特點在於,散料狀態下填充密度的粉末狀材料具有較高的流密度,達到60%或以上,尤佳為80%或以上。而氣流床法係在低於25%的流密度下進行操作。
根據本發明的該態樣,該運載氣體由成分(例如O2、H2O或CO2)或氧化成分(即在氣化反應前仍可進行氧化反應的成分:例如CO、H2、CH4)至少部分地參與了該代用還原劑之氣化反應的一燃料氣體,以及另一氣體或氣體混合物構成。該另一氣體/氣體混合物不同於該燃料氣體,因此,該第一態樣中之運載氣體並非完全由燃料氣體構成。
根據本發明的另一態樣,該運載氣體具有一氧化碳、氫氣、水蒸氣、氧氣、烴或者上述之混合物,尤其是天然氣、高爐煤氣、焦爐煤氣或煉焦廠煤氣、轉爐爐氣或另一共生氣體或者上述之混合物,其中根據該另一態樣,該運載氣體亦可完全由燃料氣體構成。
原則上應在吹入時對運載氣體(即對其組成)進行觀察,以確
定其如何吹入氣化反應器或者透過風口吹入高爐。
本發明中之燃料氣體係指在代用還原劑的氣化過程中,自身具有可燃成分或其氧化成分參與了代用還原劑氣化的成分之氣體。燃料氣體包括一氧化碳、(視情況)二氧化碳、氫氣、水蒸氣、氧氣、烴或者上述之混合物,尤其是天然氣、高爐煤氣、焦爐煤氣或煉焦廠煤氣、轉爐爐氣或另一共生氣體或者上述之混合物。該燃料氣體使代用還原劑的氣化反應得到顯著的加速,這是因為作為該氣化之基礎的反應被很早地觸發,故與代用還原劑被氮氣圍繞之情況相比,有更多時間可供反應。就某些燃料氣體而言,在運載氣體中使用燃料氣體還能提高高爐反應過程或其他反應過程的效率。舉例而言,在將代用還原劑吹入高爐的過程中加入一種含碳之氣體作為燃料氣體時,可節約高價的焦煤,儘管程度十分有限。無論如何,本發明中之燃料氣體係指直接或間接地參與代用還原劑氣化的氣體,無論其是否額外地參與反應器中的反應過程,尤其是高爐反應過程。
輸入2wt%的燃料氣體便能更早地點燃並加快代用還原劑之氣化,其中提高燃料氣體在運載氣體中的比例可進一步提高效率。對於點燃的時間點而言,除燃料氣體之比例外,吹入部位之周圍(尤其是渦流區內)的溫度及壓力亦具重要意義。較佳可視既有之條件而進一步提高燃料氣體的比例。如此便能與使用傳統氮氣之情況相比在單位時間內吹入更多的代用還原劑。
較佳地,該運載氣體的至少2wt%,較佳至少5wt%,更加較佳至少10wt%由該燃料氣體構成,其中進一步較佳地,該運載氣體的最大90wt%,較佳最大50wt%,更加較佳最大25wt%,進一步較佳最大20wt%由該燃料氣體構成。亦即,該燃料氣體占運載氣體的較佳重量比例在2及90%之間,更加較佳在2及50%、2及25%或2及20%之間,進一步較佳在5及90%、5及50%、5及25%、5及20%或10及90%、
10及50%、10及25%,尤佳在10及20%之間。
此外,根據本發明的第一態樣,該運載氣體亦由另一不同於該燃料氣體的氣體或氣體混合物構成,其中該另一氣體或氣體混合物較佳具有氮氣。除該燃料氣體外,運載氣體中亦可含有其他氣體。在此情況下,較佳應注意該等其他氣體應提供充分的防爆作用,並對高爐反應過程,尤其是代用還原劑的氣化反應無負面作用。
在本發明中,尤其是將以下之反應視作代用還原劑的氣化反應(煤灰氣化反應):揮發物的氧化:vol+O2→CO+H2+N2
焦煤不完全燃燒:C+½O2→CO
CO氧化/二氧化碳的分解:2CO+O2 2CO2
布氏反應:C+CO2→2CO
水煤氣反應(非均相):C+H2O→CO+H2
水煤氣反應(均相):CO+H2OCO2+H2
氫氧氣反應/水蒸汽的分解:2H2+O2 2H2O
天然氣反應:CH4+2O2→CO2+2H2O
本發明尤其係有關於一種將含碳的粉末狀代用還原劑及燃料吹入氣化反應器或高爐的方法,本發明可透過向反應器輸送用於反應過程的粉末狀代用還原劑及燃料,來在所有技術領域中將其發明實質應用於該等反應過程,從而在工藝技術、能源或節約性方面對其施加有益影響。其原因在於,使用代用還原劑及燃料而帶來的有益影響可因代用還原劑及燃料之吹入速率的增大而增強。亦即,除高爐或氣化反應器外,本發明亦適用於其他此類之反應器。除氣化反應器及高爐外,此類反應器例如亦可為豎爐及沖天爐、流化床、熱氣發生器及燃燒室,視需要藉由電能,例如SAF(埋弧爐)或EAF(電弧爐)設備。但氣化反應器,尤其是高爐乃是本發明之方法的尤佳應用場合,
因為在此情況下,現有設備之小幅變更便能顯著提高效率。
較佳用至少一較佳伸入風口或者反應器或專用輸氣管之相應空間的第一吹入噴槍來吹入該運載氣體及代用還原劑。藉由此種吹入噴槍便能將該代用還原劑及運載氣體很好地與熱風混合。作為替代方案,亦可例如透過風口中之單一的開口吹入該代用還原劑連同運載氣體。
在此情況下,進一步較佳如此的將氧氣或含氧之氣體混合物吹入反應器,尤其是高爐,從而使該運載氣體及代用還原劑在該(等)第一吹入噴槍之連通區域內與該氧氣或含氧的氣體混合物聚集在一起。
根據本發明的一種有利設計方案,該第一吹入噴槍具有一內管及一環繞該內管並形成環形間隙的外管,其中該代用還原劑連同運載氣體透過內管被導引,氧氣或含氧的氣體混合物透過該環形間隙被導引。
透過此種方式,被吹入的代用還原劑在離開第一吹入噴槍後直接被純氧氣或含氧氣體包圍。由此使得對於該氣化反應而言重要的反應物氧氣、代用還原劑及位於運載氣體中的燃料氣體在第一吹入噴槍的連通區域內,在代用還原劑連同運載氣體的吹入束與氧氣之間對於反應的開始而言重要的界面上聚集在一起。
所需的反應能量一方面由源於反應器(尤其是高爐)之反應室的回射提供,另一方面由隨後開始之氣化反應自身來提供。其中尤佳採用某種燃料氣體,其用於觸發氣化反應的能量需求極小。因此,一氧化碳及氫氣相對於二氧化碳及水蒸氣較為有利,因其用於觸發氣化反應所需之溫度更低。
根據一種有利的替代設計方案,該第一吹入噴槍由一用來導引代用還原劑及運載氣體之單管構成。氧氣或含氧氣體則較佳透過另一
途徑,例如透過額外的氣體噴槍-第二吹入噴槍,或者透過熱風通道經由風口輸送給風口內的代用還原劑。
透過此種方式亦可使氣化反應的所有反應物在吹入噴槍的連通區域內聚集在一起,儘管上述採用同心管道的有利實施方式實現了對代用還原劑、運載氣體及氧氣的可控性更強、效率更高的輸送。
根據本發明的第二態樣,本發明亦有關於一種以密集流法藉由運載氣體,將粉末狀的代用還原劑以氣動方式吹入反應器,尤其是氣化反應器,或者透過風口吹入高爐的方法,從而使該代用還原劑在氣化反應中氣化,其中透過第一吹入噴槍吹入該代用還原劑連同運載氣體,其中透過該第一吹入噴槍向該反應器輸送該代用還原劑及運載氣體以及氧氣,該氧氣在第一吹入噴槍的連通區域內與該代用還原劑及運載氣體聚集在一起。其中該第一吹入噴槍較佳具有第一內管及一環繞其佈置的第二管道,由此在該第一及第二管道之間形成圍繞該第一管道的環形間隙,其中該代用還原劑及運載氣體透過該第一管道被導引,該氧氣透過該環形間隙被導引。其中根據該態樣,該運載氣體具有成分或其氧化成分至少部分參與了氣化反應的燃料氣體。就本發明之第二態樣所述方法而言,透過使該燃料氣體立即與氧氣接觸,來相對此前一般性闡述之方法減小點燃所需之能量閾值。在此情況下,例如亦可高效地將水蒸氣或二氧化碳用作燃料氣體。
在透過形成環形間隙的第二管道額外地輸送氧氣的情況下,實現了該代用還原劑之極佳氣化。
較佳可採用多個第一吹入噴槍。作為替代方案及補充方案,較佳可採用多個第二吹入噴槍。在此情況下,多個第一及/或第二吹入噴槍可設置在一或多個風口中。
根據另一有利方案,在該第一吹入噴槍的連通區域內對所輸送之氧氣或含氧氣體及/或所輸送之代用還原劑的流動,進行混合或攪
動。為此,較佳透過一渦流結構來促進該代用還原劑及運載氣體與氧氣之混合。
反應室中之紊流促進反應物之彼此融合,從而提高被吹入之代用還原劑之氣化的速度及效率。
為此,該第一吹入噴槍較佳具有一渦流結構,用來在第一吹入噴槍之區域內促進代用還原劑及燃料氣體與氧氣的混合。此種渦流結構例如為位於該第一吹入噴槍之連通區域內的導流板結構。亦可採用其他渦流結構,其作為攪動氧氣的替代或補充方案,而對該代用還原劑或熱風進行攪動。此類結構原則上獨立於吹入噴槍,但結合吹入噴槍時尤其高效。
透過本發明,尤其是其較佳實施方式,遂能防止迄今為止所使用之惰性運載氣體氮氣對代用還原劑的氣化反應所造成的反應抑制及延遲作用。由此加快代用還原劑的氣化反應速度。透過額外地使用在吹入噴槍之連通區域輸送的純氧或含氧氣體混合物,可進一步增強此種效果,並進一步加快反應速度。加快氣化反應的另一重要原因在於被吹入的代用還原劑在離開吹入噴槍,例如進入高爐的熱風流中後被較早地點燃。為實現此點,有針對性地充分利用了以下物理現象:包裹被吹入之代用還原劑的氧氣或含氧氣體混合物具有透熱輻射性,而運載氣體從中吸收輻射。在此情形下,源於反應器,例如源於熱風、風口壁及渦流區的熱輻射幾乎不受阻礙地穿過氧氣包裹層,並在氧氣-代用還原劑與燃料氣體的界面上釋放能量,該能量用於代用還原劑的點燃。該可用於代用還原劑點燃的能量由此被在正確的部位,即在該界面上,由於其中所進行的輻射吸收而釋放給代用還原劑的粉塵狀的顆粒以及參與氣化反應的燃料氣體。
由於在吹入反應器,尤其是高爐的風口及渦流區的過程中,該代用還原劑用於其氣化的停留時間不變,本發明以及尤其是其較佳實
施方式提高了可能的最大吹入速率,同時減小了根據焦煤/煤交換係數的焦比,從而降低了高爐工作的燃料成本。
根據本方法的另一較佳設計方案,該所輸送之代用還原劑及/或運載氣體及/或較佳輸送之氧氣或含氧氣體被預加熱至100℃與950℃之間的溫度。
對反應物之預加熱額外地加快了代用還原劑的氣化,這是因為省去了吹入反應室(風口及渦流區)後反應物的加熱時間,從而總體上加快了氣化反應,如此又能提高可轉化之代用還原劑的吹入速率。
根據另一較佳方案,在吹入反應器,尤其是高爐的過程中,向運載氣體加載代用還原劑的操作能夠在較大的範圍內進行變化並根據反應進行調整。透過改變代用還原劑量與燃料氣體量的比例,可設置對於代用還原劑的氣化而言最優的比例,該比例可能因反應器,尤其是高爐或氣化反應器的相應工作狀態、其單獨的設計方案、所用的原材料以及環境條件而有所不同。
根據本發明之方法的另一有利方案,該代用還原劑的噴出速度及/或吹入量以及/或者從吹入噴槍噴出的氧氣的噴出速度及/或量能夠在較大的範圍內進行變化並根據反應進行調節。透過此種方式,作為上述為代用還原劑的氣化反應而改變向運載氣體加載代用還原劑量之操作的替代或補充方案,可結合燃料氣體及氧氣(需要時)設置最優的比例,該比例可能因反應器,尤其是高爐或氣化反應器的相應上作狀態而有所不同。此點尤其意味著,在預設氧氣噴出速度及/或量的情況下,在考慮反應的同時能夠改變氧氣的噴出速度及/或量,以便設置對於代用還原劑的氣化反應最優的參數。
根據反應器,例如高爐,尤其是風口及吹入機構或氣化反應器的構造類型,以及根據所用的燃料氣體,能夠以可見的方式優化該運載氣體的加載,即燃料氣體與代用還原劑之間的質量流量比。當代用
還原劑與燃料氣體共同發生反應時,尤其在向反應室輸送氧氣的情況下會產生發光現象。可提高代用還原劑的輸送量,直至該發光現象消失。為了最大限度地增大待加入的代用還原劑的量,可如此地設置燃料氣體及/或氧氣(需要時)的輸送量,以及代用還原劑、燃料氣體及/或氧氣(需要時)的噴出速度,從而在儘可能高的代用還原劑輸送量的情況下觀察到該發光現象。
在不出現或無法觀察到發光現象的實施方式中,原則上可根據反應過程,尤其是高爐反應過程的工作參數,找到實現代用還原劑的最大輸送量所需的燃料氣體及/或氧氣(需要時)的輸送量以及代用還原劑、燃料氣體及/或氧氣(需要時)的噴出速度的最優設置。
該燃料氣體較佳由天然氣、高爐煤氣、焦爐煤氣或煉焦廠煤氣、轉爐爐氣或者另一共生氣體或其混合物構成。尤其是高爐煤氣及焦爐煤氣是易於從高爐設備環境中大量獲得的燃料氣體,因此從設備技術角度上講尤其適合用作燃料氣體。此外,該等氣體還含有大量自身或透過其氧化成分參與了代用還原劑的氣化反應的成分。
尤其是二氧化碳及水蒸氣對其作為燃料氣體之應用具有較高的反應條件要求。因為與一氧化碳或氫氣相比,該等成分需要較多的能量方能從該等分子中吸取氧成分並從而為代用還原劑之氣化創造有利的氣體環境。因而較佳在以下情況下使用該等燃料氣體:額外地在吹入噴槍(在設有時)之連通區域內輸入儘可能高濃度的氧氣。
本發明之方法,尤其是其較佳實施方式總體上從工藝技術、能源或節約性方面上改善了高爐反應過程以及相關過程。
本發明之用於實施上述方法的裝置包括用於將代用還原劑吹入反應器,尤其是氣化反應器或高爐風口的吹入噴槍、用於容納運載氣體及/或代用還原劑的容器,以及用於將代用還原劑自該容器輸送至吹入噴槍的輸送管。該裝置之特徵在於,其還具有一燃料氣體輸送裝
置,用來向位於該吹入噴槍上游的運載氣體輸送燃料氣體。
本發明之裝置具有一燃料氣體輸送裝置,透過該燃料氣體輸送裝置,除另一用於運輸代用還原劑的氣體外,還能以可定義的重量比例向運載氣體輸送燃料氣體。該燃料氣體輸送裝置佈置在該吹入噴槍的上游區域,從而該運載氣體連同燃料氣體能夠透過該吹入噴槍被吹入反應器,尤其是高爐的風口或氣化反應器中。原則上,可將所有位置的燃料氣體沿該輸送管在吹入噴槍的上游或在容器中輸送給運載氣體。該燃料氣體輸送裝置與吹入噴槍的距離越近,該佈置就在安全技術方面上越有利。此外,該輸送距吹入噴槍越近,輸送所需的壓力就越小。其中,該燃料氣體輸送裝置較佳佈置在輸送管上,且其中燃料氣體輸送裝置沿輸送管至吹入噴槍的距離小於沿輸送管至容器的距離,而該代用還原劑連同運載氣體的其他氣體(需要時)被儲存在該容器中。該燃料氣體輸送裝置較佳直接佈置在吹入噴槍前方。對於具有分配裝置的輸送管系統,該燃料氣體輸送裝置進一步較佳佈置在該分配裝置的下游。
本發明的其他特徵及優點參閱申請權利範圍之整體及隨後之附圖說明。
1‧‧‧關閉閥
2‧‧‧氣閘
3‧‧‧吹入容器
4‧‧‧液化容器
5‧‧‧輸送管
6‧‧‧第一吹入噴槍
7‧‧‧風口
8‧‧‧風環
9‧‧‧輸送管
10‧‧‧靜態分配器
11‧‧‧容器
12‧‧‧分配容器
13‧‧‧過濾器
14‧‧‧氣體調節閥
15‧‧‧粉塵調節閥
16‧‧‧第一吹入噴槍
17‧‧‧第二吹入噴槍
100‧‧‧第一吹入設備
200‧‧‧吹入設備
300‧‧‧吹入設備
圖1a至1c為用於高爐之較佳吹入設備的示意圖以及該吹入設備的部分細節圖;圖2為另一較佳之吹入設備,其具有一靜態分配器;及圖3為另一較佳之吹入設備,其具有一分配容器以取代靜態分配器。
在下面的附圖說明中,相同或相應的元件係用相同之元件符號表示,不再重複進行說明。結合一種實施方式所描述的特徵原則上亦
可透過另一實施方式得以實現。此點尤其適用於影響流動之元件,如閥門、節流閥或分配器的佈置與設計方案,以及適用於將代用還原劑吹入風口之機構的設計方案。
圖1a為較佳之第一吹入設備100的示意圖。該吹入設備100包括風口7,用來將熱風從風環8吹入高爐。在該風口7中佈置有一較佳構建為同軸粉塵與氣體吹入噴槍的吹入噴槍6,其用於以密集流法,向熱風輸送由代用還原劑及具有燃料氣體的運載氣體構成的第一流,及具有氧氣或含氧氣體的第二流。
該吹入噴槍6在所示的實施方式中與運輸單管5連接,該運輸單管用於將代用還原劑從吹入容器3經由液化容器4輸送到吹入噴槍6。在高爐設備中較佳可設有多個吹入噴槍6、運輸單管5及視情況之液化容器4,以便儘可能均勻地將儘可能多的代用還原劑吹入高爐。
如圖1a所示,在吹入容器3上游設有氣閘2,其用於向處於壓力下的吹入容器3以可選的方式輸送代用還原劑,並將其重新注滿。該氣閘2例如可在環境壓力下,使用煤灰或其他代用還原劑進行填充,該氣閘2被提昇至吹入容器3的輸送壓力,隨後將代用還原劑排入吹入容器3。為控制該過程,圖1a中在氣閘2的下游及上游各佈置一關閉閥1,其中可對本說明書中示例性地提及之閥門及其他影響流動之元件進行補充、變更、替換,亦可將其部分省略。
圖1a中用“A”表示之部位係指某些地點,在該等地點上能夠往系統輸入例如運載氣體及/或燃料氣體。在圖1a所示的實施方式中,用“B”表示之位於第一關閉閥1上游的部位上,係將代用還原劑或燃料送入該系統。
在運輸單管5之部位“A”的區域內,可向運載氣體較佳添加燃料氣體,因此,該運載氣體的至少2wt%由燃料氣體構成,該燃料氣體的成分或其氧化成分至少部分地參與了風口7及高爐中代用還原劑
的氣化反應。該燃料氣體較佳可在運輸單管5的一或兩個用“A”表示之部位上輸入系統,從而使位於該部位下游的運載氣體的至少2wt%由該燃料氣體構成,其餘部分由另一氣體或氣體混合物構成,從而為後續的氣化實現了尤其高效的代用還原劑的吹入。
在圖1a所示的實施方式中,在吹入噴槍6上游之用“C”表示之部位上向吹入噴槍6供應氧氣。圖1a所示實施方式中的吹入噴槍6較佳如此設計,從而透過一中央管道向風口7內輸入代用還原劑及至少2wt%由燃料氣體構成的運載氣體,其中該管道被一環形間隙環繞,透過該環形間隙將氧氣或含氧氣體作為運載氣體之包裹流吹入風口7中。
該吹入噴槍6的此種設計方案實現了尤其高效的氣化反應,該氣化反應由此而尤其快速地進行並很早開始反應,從而能夠加入大量的代用還原劑並節約大量高價、昂貴的高爐焦煤。
圖1b示出吹入機構的一種替代實施方式,該吹入機構具有一單一的粉塵吹入噴槍16及一單一的氣體吹入噴槍17。代用還原劑連同運載氣體被透過該粉塵吹入噴槍16,而氧氣則透過氣體吹入噴槍17吹入風口7中。
較佳在該單一粉塵吹入噴槍16上游,在用“A”表示之部位上向代用還原劑及運載氣體輸送燃料氣體。亦可如此設置,即該輸送系統中先前已含有燃料氣體,而該代用還原劑在圖1b所示位置的上游較遠處就開始透過已經部分或全部含有燃料氣體的運載氣體進行輸送。
圖1c示出另一較佳的實施方式,該實施方式中僅設置了一單一的粉塵吹入噴槍16,毋需將氧氣吹入。其中,可透過熱風之相應富集而經由風環8輸送氧氣,或者不經專門的富集處理而從熱風中提取,以進行代用還原劑的氣化反應。
圖2示出吹入設備200的一種替代實施方式。
與根據圖1a的吹入設備不同的是,圖2示出不具獨立氣閘之吹入設備200。但在圖2所示實施方式中亦可設置此種獨立氣閘。在該吹入設備200中設置特別是兩個獨立的吹入容器3,其中亦可設置多於兩個的吹入容器3。該代用還原劑及運載氣體以類似圖1a所示實施方式之方式,自該吹入容器3透過液化容器4進入管路系統。
該吹入設備200包括例如兩個總輸送管9。原則上亦可設置單獨一個總輸送管9或設置兩個以上總輸送管9。代用還原劑連同運載氣體透過該總輸送管9,從液化容器4到達靜態分配器10,在該分配器中將代用還原劑分配給多個運輸單管5。該運輸單管5隨後導引至吹入噴槍6,其中該吹入噴槍在吹入設備200中亦可結合圖1所述進行設計及改裝。
該等運輸單管5較佳各包括一節流閥,以便可靠地調整對待吹入代用還原劑的分配。作為替代方案及補充方案,該等運輸單管5亦可配有調節閥。
尤佳在該等運輸單管5之用“A”表示的部位上向運載氣體添加燃料氣體。原則上亦可在該部位的上游,即例如在總輸送管9的區域或者直接向吹入容器3輸送燃料氣體。但出於安全技術的原因,較佳在上游儘可能遠的部位向運載氣體輸送燃料氣體。如此便能特別是將吹入設備之爆炸風險保持在較低水平。
圖3示出吹入設備300的一種較佳實施方式,其中,根據圖3的所述吹入設備300具有三個中間輸送容器11以取代上述兩種實施方式中的吹入容器3。
代用還原劑及運載氣體從該中間輸送容器11透過總輸送管9到達分配容器12。從該分配容器12可透過液化容器4,以類似於上述實施方式的方法,將代用還原劑連同運載氣體經由運輸單管5導引至吹入噴槍6,以便吹入風口7中。在該實施方式中,亦可採用其他用於將代
用還原劑吹入風口7的機構來取代該吹入噴槍6。
過量的氣體可從該分配容器12透過過濾器13下游的氣體調節閥14排放到環境中。此外,該吹入設備300的第三較佳實施方式也包含若干閥門,尤其是關閉閥1及粉塵調節閥15,以便能夠可靠地控制代用還原劑及運載氣體流。出於完整性的考慮特此說明:此類閥門,尤其是該粉塵調節閥15可設置在運輸單管5以及總輸送管9上。在本發明中,對閥門、容器及類似組件的佈置及設計方案以及氣體輸送系統的設計方案沒有特別的要求,該等佈置及設計方案可參閱原則上公知的吹入設備的專業設計。
在圖3所示的實施方式中,尤佳在運輸單管5之用“A”表示的部位上向運載氣體輸送燃料氣體。亦可與圖1及2所示之前述實施方式類似之方式,在其他部位向系統輸入燃料氣體。例如在圖3中有多處用“A”表示之位置,在該位置上可向系統輸送燃料氣體。
前述各實施方式示出三種示例性之從設備技術角度實施本發明之方法的方案。本發明不限於吹入設備的上述特殊設計方案,而是亦可應用於其他類型之裝置。
特定言之,可針對每個吹入噴槍個別選擇該(等)吹入噴槍之設計方案並加以組合,其中當然亦可將圖1所示之示例性實施方式應用於圖2及圖3所示實施方式中並進行任意組合。
藉由上述吹入設備能夠良好地應用本發明之方法。如此便能顯著降低高爐反應過程中或氣化反應器中之燃料成本,這是因為本發明能夠更快地進行氣化反應並更早地發生反應,從而相比先前技術中的方法,將更多的代用還原劑吹入高爐或反應器中。
1‧‧‧關閉閥
2‧‧‧氣閘
3‧‧‧吹入容器
4‧‧‧液化容器
5‧‧‧輸送管
6‧‧‧第一吹入噴槍
7‧‧‧風口
8‧‧‧風環
100‧‧‧第一吹入設備
Claims (17)
- 一種以密集流法藉由運載氣體以將粉末狀的代用還原劑以氣動方式吹入一氣化反應器或者透過風口(7)吹入高爐的方法,從而使該代用還原劑在氣化反應中氣化,其特徵在於,該運載氣體具有一燃料氣體,即一氧化碳、氫氣、水蒸氣、氧氣、烴、高爐煤氣、天然氣、焦爐煤氣、轉爐爐氣、另一共生氣體或者上述之混合物。
- 一種以密集流法藉由運載氣體以將粉末狀的代用還原劑以氣動方式吹入一氣化反應器或者透過風口(7)吹入高爐的方法,從而使該代用還原劑在氣化反應中氣化,其特徵在於,該運載氣體由成分或氧化成分至少部分地參與該氣化反應的一燃料氣體,以及另一不同於該燃料氣體的氣體或氣體混合物構成。
- 如請求項1或2之方法,其中該運載氣體的至少2wt%,較佳至少5wt%,更加較佳至少10wt%由該燃料氣體構成,其中該運載氣體的特別是最大90wt%,較佳最大50wt%,更加較佳最大25wt%,進一步較佳最大20wt%由該燃料氣體構成。
- 如請求項3之方法,其中該另一氣體具有氮氣。
- 如請求項3之方法,其中該代用還原劑被連同該運載氣體透過第一吹入噴槍(6,16)吹入,其中該第一吹入噴槍(6,16)較佳伸入該風口(7)。
- 如請求項5之方法,其中除該代用還原劑及該運載氣體外還藉由該第一吹入噴槍(6)向該反應器輸送氧氣,該氧氣在該第一吹入噴槍(6)之連通區域內與該代用還原劑及該運載氣體聚集在一起, 其中該第一吹入噴槍(6)較佳具有第一內管及環繞其佈置的第二管道,由此在該第一及第二管道之間形成圍繞該第一管道的環形間隙,其中該代用還原劑及該運載氣體透過該第一管道被導引,該氧氣透過該環形間隙被導引。
- 如請求項6之方法,其中該代用還原劑被連同該燃料氣體及/或該氧氣經由多個第一及/或多個第二吹入噴槍,透過該風口導入該反應器,尤其是該高爐。
- 如請求項6之方法,其中依據該反應來調節氧氣之噴出速度及/或量。
- 如請求項5之方法,其中該第一吹入噴槍(16)為單管,且其中,藉由第二吹入噴槍(17)將氧氣導入該反應器,較佳透過該風口(7)導入該高爐。
- 如請求項3之方法,其中透過一渦流結構來促進該代用還原劑及運載氣體與氧氣之混合。
- 如請求項3之方法,其中依據該反應來調節代用還原劑與燃料氣體之比以及/或者代用還原劑及運載氣體的噴出速度及/或吹入量。
- 如請求項3之方法,其中該運載氣體及/或該代用還原劑及/或該氧氣的溫度在100℃及950℃之間。
- 如請求項2之方法,其中該燃料氣體由一氧化碳、二氧化碳、氫氣、水蒸氣、氧氣、烴或者上述之混合物構成,尤其是由高爐煤氣、天然氣、焦爐煤氣、轉爐爐氣、另一共生氣體或者上述之混合物構成。
- 一種以密集流法藉由運載氣體以將粉末狀的代用還原劑以氣動方式吹入一氣化反應器或者透過風口(7)吹入高爐的方法,從而使該代用還原劑在氣化反應中氣化, 其中該代用還原劑被連同該運載氣體透過第一吹入噴槍(6)吹入,其中除該代用還原劑及該運載氣體外還藉由該第一吹入噴槍(6)向該反應器輸送氧氣,該氧氣在該第一吹入噴槍(6)之連通區域內與該代用還原劑及該運載氣體聚集在一起,其中該第一吹入噴槍(6)具有第一內管及環繞其佈置的第二管道,由此在該第一及第二管道之間形成圍繞該第一管道的環形間隙,其中該代用還原劑及該運載氣體透過該第一管道被導引,該氧氣透過該環形間隙被導引,其特徵在於,該運載氣體具有一燃料氣體,其成分或其氧化成分至少部分地參與該氣化反應。
- 一種用於實施如請求項1-14中任一項之方法的裝置(100,200,300),包括吹入噴槍(6,16),用於將該代用還原劑吹入該反應器,尤其是吹入該氣化反應器或該高爐的風口(7),容器(3,11),用於容納該運載氣體及/或代用還原劑,以及輸送管(5,9),用於將該代用還原劑自該容器(3,11)輸送至該吹入噴槍(6,16),其特徵在於,該裝置亦具燃料氣體輸送裝置(A),用來向位於該吹入噴槍(6,16)上游的運載氣體輸送燃料氣體。
- 如請求項15之裝置,其中該燃料氣體輸送裝置(A)佈置在該輸送管(5,9)上,其中特定言之,該燃料氣體輸送裝置(A)沿該輸送管(5,9)至該吹入噴槍(6,16)的距離小於沿該輸送管(5,9)至該容器(3,11)的距離。
- 如請求項15或16之裝置,其中該燃料氣體輸送裝置佈置在該吹入噴槍(6,16)的上游以及分配裝置(10,12)的下游。
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