Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Temperatur von Prozessgasen aus Anlagen zur Roheisenherstellung für die Nutzung in einer Entspannungsturbine Method and device for controlling the temperature of process gases from pig iron production plants for use in an expansion turbine
Zur Herstellung von Roheisen, womit auch die Herstellung roheisenähnlicher Produkte umfasst sein soll, gibt es im Wesentlichen zwei bekannte gängige Verfahren: das For the production of pig iron, which should also include the production of pig iron-like products, there are essentially two known common processes: the
Hochofenverfahren und die Schmelzreduktion. Blast furnace process and smelting reduction.
Beim Hochofenverfahren wird zuerst Roheisen aus Eisenerz mit Hilfe von Koks hergestellt. Außerdem kann zusätzlich Schrott eingesetzt werden. Danach wird durch weitere Verfahren aus Roheisen Stahl hergestellt. Das Eisenerz wird als Stückerz, Pellets oder Sinter zusammen mit den Reduktionsmitteln (meist Koks, oder auch Kohle, z.B. in Form einer The blast furnace process first produces pig iron from iron ore using coke. In addition, scrap can also be used. Thereafter, steel is produced by further processes from pig iron. The iron ore is used as lump, pellets or sinter together with the reducing agents (usually coke, or coal, for example in the form of a
Feinkohleeindüsanlage) und weiteren Bestandteilen (Kalkstein, Schlackenbildner, usw.) zum sogenannten Möller vermischt und anschließend in den Hochofen chargiert. Der Hochofen ist ein metallurgischer Reaktor, in dem im Gegenstrom die Möllersäule mit heißer Luft, dem sogenannten Heißwind, reagiert. Durch Verbrennen des Kohlenstoffs aus dem Koks entstehen die für die Reaktion nötige Wärme und Kohlenmonoxid bzw. Wasserstoff, das einen wesentlichen Teil des Reduktionsgases darstellt und das die Möllersäule durchströmt und das Eisenerz reduziert. Als Ergebnis entstehen Roheisen und Schlacke, die periodisch abgestochen werden. Fine coal indisposition plant) and other constituents (limestone, slag formers, etc.) are mixed to form the so-called Möller and then charged into the blast furnace. The blast furnace is a metallurgical reactor in which the Möllersäule reacts in countercurrent with hot air, the so-called hot blast. By burning the carbon from the coke, the necessary heat for the reaction and carbon monoxide or hydrogen, which is a significant part of the reducing gas and flows through the Möllersäule and reduces the iron ore. The result is pig iron and slag, which are tapped periodically.
Im sogenannten Sauerstoffhochofen, welcher auch als Hochofen mit Top- oder Gichtgasrückführung bezeichnet wird, wird bei der Vergasung von Koks bzw. Kohle Sauerstoffhältiges Gas mit mehr als 80% Sauerstoffanteil (02) in den Hochofen In the so-called oxygen blast furnace, which is also referred to as blast furnace with top or top gas recirculation, in the gasification of coke or coal oxygen-containing gas with more than 80% oxygen content (0 2 ) in the blast furnace
eingeblasen . blown.
Für das aus dem Hochofen austretende Gas, das sogenannte Top¬ oder Gichtgas, muss eine Gasreinigung vorgesehen werden (z.B.
Staubabscheider und/oder Zyklone in Kombination mit For the emerging from the blast furnace gas, the so-called Top ¬ or blast furnace gas purification must be provided (eg Dust collectors and / or cyclones in combination with
Nasswäschern, Schlauchfiltereinheiten oder Heißgasfiltern) . Weiters wird beim Sauerstoffhochofen meist ein Kompressor, vorzugsweise mit Nachkühler, für das in den Hochofen Wet scrubbers, bag filter units or hot gas filters). Furthermore, the oxygen blast furnace usually a compressor, preferably with aftercooler, for in the blast furnace
zurückgeführte Topgas vorgesehen sowie eine Vorrichtung zur C02~Entfernung, nach dem Stand der Technik meist mittels Druckwechsel-Adsorption . recycled top gas provided and a device for C0 2 ~ removal, according to the prior art usually by means of pressure swing adsorption.
Weitere Optionen für die Ausgestaltung eines Further options for the design of a
Hochofenverfahrens sind ein Erhitzer für das Reduktionsgas und/oder eine Brennkammer für die teilweise Verbrennung mit Sauerstoff . Blast furnace methods are a heater for the reducing gas and / or a combustion chamber for partial combustion with oxygen.
Die Nachteile des Hochofens sind die Anforderungen an die Einsatzmaterialien und der hohe Ausstoß an Kohlendioxid. Der eingesetzte Eisenträger und der Koks müssen stückig und hart sein, sodass genügend Hohlräume in der Möllersäule bestehen bleiben, die das Durchströmen durch den eingeblasenen Wind gewährleisten. Der C02~Ausstoß stellt eine starke The disadvantages of the blast furnace are the demands on the feedstock and the high emission of carbon dioxide. The iron carrier used and the coke must be lumpy and hard, so that sufficient cavities remain in the Möllersäule, which ensure the flow through the blown wind. The C0 2 output represents a strong
Umweltbelastung dar. Deshalb gibt es Bestrebungen, die Environmental impact. Therefore, there are aspirations that
Hochofenroute abzulösen. Zu nennen sind hier die Replace blast furnace route. To call here are the
Eisenschwammherstellung auf Basis von Erdgas (MIDREX, HYL, FINMET) sowie die Schmelzreduktionsverfahren (COREX®- und FINEX®-Verfahren) . Natural gas sponge iron production (MIDREX, HYL, FINMET) and smelting reduction processes (COREX® and FINEX® processes).
Bei der Schmelzreduktion kommt ein Einschmelzvergaser zum Einsatz, in dem heißes flüssiges Metall hergestellt wird, sowie zumindest ein Reduktionsreaktor, in dem der Träger des Eisenerzes (Stückerz, Feinerz, Pellets, Sinter) mit In the smelting reduction, a melter gasifier is used, in which hot liquid metal is produced, and at least one reduction reactor in which the carrier of the iron ore (lump, fine ore, pellets, sinter) with
Reduktionsgas reduziert wird, wobei das Reduktionsgas im Einschmelzvergaser durch Vergasung von Kohle (und Reduction gas is reduced, the reducing gas in the melter gasifier by gasification of coal (and
gegebenenfalls eines kleinen Anteils von Koks) mit Sauerstoff (90% oder mehr) erzeugt wird.
Auch beim Schmelzreduktionsverfahren sind in der Regel optionally a small proportion of coke) with oxygen (90% or more) is produced. Also in the smelting reduction process are usually
- Gasreinigungsanlagen (einerseits für das Topgas aus dem Reduktionsreaktor, andererseits für das Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser) , - Gas purification plants (on the one hand for the top gas from the reduction reactor, on the other hand for the reducing gas from the melter gasifier),
- ein Kompressor, vorzugsweise mit Nachkühler, für das in den Reduktionsreaktor zurückgeführte Reduktionsgas, a compressor, preferably with an aftercooler, for the reducing gas recycled to the reduction reactor,
- eine Vorrichtung zur C02~Entfernung, nach dem Stand der Technik meist mittels Druckwechsel-Adsorption - A device for C02 ~ removal, according to the prior art usually by pressure swing adsorption
- sowie optional ein Erhitzer für das Reduktionsgas - And optionally a heater for the reducing gas
und/oder eine Brennkammer für die teilweise Verbrennung mit Sauerstoff vorgesehen. and / or a combustion chamber for partial combustion with oxygen provided.
Das COREX®-Verfahren ist ein zweistufiges The COREX® process is a two-stage process
Schmelzreduktionsverfahren (engl.: smelting reduction) . Die Schmelzreduktion kombiniert den Prozess der Direktreduktion (Vorreduktion von Eisen zu Eisenschwamm) mit einem Smelting reduction. The smelting reduction combines the process of direct reduction (prereduction of iron to sponge iron) with one
Schmelzprozess (Hauptreduktion) . Melting process (main reduction).
Das ebenfalls bekannte FINEX®-Verfahren entspricht im The well-known FINEX® process corresponds to the
Wesentlichen dem COREX®-Verfahren, allerdings wird Eisenerz als Feinerz eingebracht. Essentially the COREX® process, but iron ore is introduced as fine ore.
Das Prozessgas, das aus dem Verfahren der Roheisenherstellung oder der Synthesegasherstellung abgezogen wird, weil es dort nicht mehr verwendet werden kann, wird oft als „Exportgas" bezeichnet. Es dient insbesondere als Bezeichnung für jenen Teil des Topgases, das aus dem Prozess der Roheisenerzeugung abgezogen, in der Regel gekühlt, etwa in einem Abhitzekessel, und in der Regel auch entstaubt, insbesondere trocken The process gas, which is withdrawn from the process of pig iron production or synthesis gas production, because it can no longer be used there, is often referred to as "export gas." It is used in particular as a name for that part of the top gas, which deducted from the process of pig iron production , usually cooled, such as in a waste heat boiler, and usually also dedusted, especially dry
entstaubt, wird. Dusted, will.
Nach der Trockenentstaubung und der Wärmeauskopplung aus dem Topgas einer COREX®-Anlage besitzt das Gas eine Temperatur
von etwa 150-250°C und einen Druck von typischer Weise 3 barg . After dry dedusting and heat extraction from the top gas of a COREX® plant, the gas has a temperature from about 150-250 ° C and a pressure of typically 3 bar g .
Das Topgas einer COREX®-Anläge hat nach der The top gas of a COREX® system has after the
Trockenentstaubung und der Wärmeauskopplung in etwa folgende Zusammensetzung: Dry dedusting and heat extraction in approximately the following composition:
CO 38,5 vol% CO 38.5 vol%
C02 31, 6 vol% C0 2 31, 6 vol%
H2 15,3 vol% H 2 15.3 vol%
H20 11,1 vol% H 2 0 11.1 vol%
CH4 1,5 vol% CH 4 1.5 vol%
N2 2,0 vol% N 2 2.0 vol%
Das Exportgas kann, etwa mittels ein- oder zweistufiger Radialkompressoren, komprimiert und anschließend gekühlt werden, um z.B. als Brenngas gleich weiter verwendet oder gelagert werden zu können. The export gas can be compressed, such as by means of one or two-stage centrifugal compressors, and then cooled to produce e.g. be used as fuel gas continue to be used or stored.
Es kann aber der Energieinhalt des Exportgases, die Druck- und Wärmeenergie, auch in einer sogenannten Expansions- oder Entspannungsturbine (englisch: Topgas Recovery Turbine, kurz TRT) für die Stromerzeugung eingesetzt werden. Das Exportgas nach der Entspannungsturbine weist einen geringeren Druck und eine geringere Temperatur als vor der Entspannungsturbine auf . However, it is the energy content of the export gas, the pressure and heat energy, in a so-called expansion or expansion turbine (English: Topgas Recovery Turbine, short TRT) are used for power generation. The export gas after the expansion turbine has a lower pressure and a lower temperature than before the expansion turbine.
Bei einer COREX® C-3000 Anlage mit einer Exportgasproduktion von etwa 327.000 Nm3/h, einer Trockenentstaubung, einer For a COREX® C-3000 plant with an export gas production of about 327,000 Nm 3 / h, a dry dedusting, a
Entspannungsturbine mit einem Wirkungsgrad von 85"6 und einem damit verbundenen Generator mit einem Wirkungsgrad von 97% ergeben sich - bei einer Exportgaszusammensetzung wie oben - bei den unten angegebenen Eintrittstemperaturen und -drücken beim Eintritt in die Entspannungsturbine die folgenden Expansion turbine with an efficiency of 85 "6 and an associated generator with an efficiency of 97% result - with an export gas composition as above - at the inlet temperatures and pressures given below when entering the expansion turbine, the following
Austrittstemperaturen und -drücke für das Exportgas beim Austritt aus der Entspannungsturbine sowie die erzeugte
elektrische Leistung und das in der Entspannungsturbine anfallende Kondensat: Exit temperatures and pressures for the export gas at the exit from the expansion turbine and the generated electric power and the condensate accumulating in the expansion turbine:
Aufgrund von Temperaturverlusten der Exportgasleitungen können die tatsächlichen Temperaturen von den oben und weiter unten angegebenen Temperaturen abweichen. Die Due to temperature losses of the export gas lines, the actual temperatures may differ from the above and below mentioned temperatures. The
Betriebsparameter der Entspannungsturbine werden ebenso in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung des Exportgases variieren und daher von den oben genannten Parametern Operating parameters of the expansion turbine will also vary depending on the gas composition of the export gas and therefore on the parameters mentioned above
abweichen .
Wird statt einer Trockenentstaubung für das Topgas einer COREX®-Anlage eine Nassreinigung durchgeführt, ergeben sich folgende typische Werte: deviate. If a wet cleaning is carried out instead of dry dedusting for the top gas of a COREX® plant, the following typical values result:
Wenn die Eintrittstemperatur des Exportgases beim Eintritt in die Entspannungsturbine unter eine Temperatur von etwa 150 °C fällt, genauer gesagt unter 146, 5°C, dann fällt die If the inlet temperature of the export gas when entering the expansion turbine falls below a temperature of about 150 ° C, more precisely below 146, 5 ° C, then falls
Austrittstemperatur des Exportgases beim Austritt aus der Entspannungsturbine unter die Kondensationstemperatur von 51 °C. Dadurch kommt es zu Tropfenschlag innerhalb der Exit temperature of the export gas exiting the expansion turbine below the condensation temperature of 51 ° C. This leads to drip within the
Entspannungsturbine und zu Anbackungen durch Staub sowie gegebenenfalls zur Kondensation von polyzyklischen Expansion turbine and caking by dust and, where appropriate, for the condensation of polycyclic
aromatischen Kohlenwasserstoffen, kurz PAK. Das führt dazu, dass die Lebensdauer der Entspannungsturbine reduziert wird und die Entspannungsturbine alle 3-4 Monate zur Wartung, nämlich zur Entfernung der Ablagerungen, abgestellt werden muss .
Für jede Entspannungsturbine kann in Abhängigkeit vom aromatic hydrocarbons, short PAK. The result is that the life of the expansion turbine is reduced and the expansion turbine every 3-4 months for maintenance, namely to remove the deposits, must be turned off. For each expansion turbine can depend on the
Wassergehalt des Exportgases jene minimale Water content of the export gas that minimum
Eintrittstemperatur bestimmt werden, bei welcher gerade noch keine Kondensation in der Entspannungsturbine statt findet. Hat das Exportgas bei Eintritt in die Expansionsturbine eine niedrigere Temperatur als diese minimale Eintrittstemperatur, dann tritt Kondensation auf. Inlet temperature are determined at which just does not take place condensation in the expansion turbine. If the export gas, when entering the expansion turbine, has a lower temperature than this minimum inlet temperature, condensation will occur.
Wenn andererseits die Eintrittstemperatur des Exportgases beim Eintritt in die Entspannungsturbine auf über 175°C ansteigt, dann erhöht sich die Austrittstemperatur des On the other hand, if the inlet temperature of the export gas rises to more than 175 ° C when entering the expansion turbine, then the outlet temperature of the
Exportgases auf über 75°C. Da das Exportgas zur Export gas to over 75 ° C. Since the export gas to
Vergleichmäßigung seiner Menge und seines Heizwerts in einen Niederdruckgasspeicher eingeleitet wird, muss in diesem Fall die Temperatur des Exportgases vor dem Eintritt in den In this case, the temperature of the export gas before entering into the low-pressure gas storage must be introduced equalization of its amount and its calorific value
Niederdruckgasspeicher durch direkte oder indirekte Kühlung reduziert werden. Bei Eintritt in einen Low-pressure gas storage can be reduced by direct or indirect cooling. If you join one
Niederdruckgasspeicher sollte das Exportgas daher eine maximale Exportgastemperatur nicht überschreiten. Low-pressure gas storage, the export gas should therefore not exceed a maximum export gas temperature.
Der Einsatz von Exportgaskühlern zu diesem Zweck hat aber die folgenden Nachteile: However, the use of export gas coolers for this purpose has the following disadvantages:
Investitionskosten für Kühler, Pumpen, Rohrleitungen, Wasserbecken, Rückkühlung; Investment costs for coolers, pumps, pipelines, basins, recooling;
- Stromverbrauch für Pumpen und Rückkühlung sowie - Power consumption for pumps and recooling as well
gegebenenfalls Wasserverbrauch; possibly water consumption;
- Umweltprobleme im Fall von direkten Kühlern, da durch den direkten Kontakt des Kühlwassers mit dem Exportgas darin enthaltene Schadstoffe in die Umwelt gelangen können; - environmental problems in the case of direct coolers, as the direct contact of the cooling water with the export gas can release pollutants into the environment;
- Anbackungen im Fall von indirekten Kühlern.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, zumindest entweder die Abkühlung des Exportgases beim Austritt aus der - Caking in the case of indirect coolers. It is therefore an object of the invention, at least either the cooling of the export gas at the exit from the
Entspannungsturbine auf bzw. unter die Relaxation turbine on or under the
Kondensationstemperatur zu verhindern oder für die Einleitung des Exportgases in einen Niederdruckgasspeicher den Einsatz von Exportgaskühlern im kontinuierlichen Betrieb zu Condensation to prevent condensation or for the introduction of the export gas in a low-pressure gas storage the use of export gas coolers in continuous operation
vermeiden . avoid.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, indem die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine so eingestellt wird, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt, und/oder dass das Prozessgas gekühlt wird, sodass das aus der Entspannungsturbine austretende Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher eine für diesen zulässige maximale Eintrittstemperatur nicht überschreitet, und zwar durch zumindest eine der folgenden Maßnahmen: The object is achieved by a method according to claim 1, in that the inlet temperature of the process gas is set on entering the expansion turbine so that it does not fall below a minimum inlet temperature at which condensation occurs in the expansion turbine, and / or that the process gas is cooled such that the process gas leaving the expansion turbine does not exceed a maximum inlet temperature permissible for it when entering a low-pressure gas storage, by at least one of the following measures:
- Regelung der Prozessgastemperatur durch Regelung einer Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere einer - Regulation of the process gas temperature by controlling a waste heat recovery system, in particular a
Abhitzedampferzeugeranlage, welche das Prozessgas vor dem Eintritt in die Entspannungsturbine durchströmt, Heat recovery steam generator, which flows through the process gas before entering the expansion turbine,
- Regelung der Prozessgastemperatur durch Regelung der Menge an Prozessgas, welches an der Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere der Abhitzedampferzeugeranlage, ungekühlt vorbei geleitet wird, - Regulation of the process gas temperature by controlling the amount of process gas, which is passed to the waste heat recovery system, in particular the heat recovery steam generator, passed over cooled,
- Zumischung von gekühltem, unter Druck stehendem weiteren Prozessgas zum Prozessgas vor der Entspannungsturbine, Admixing cooled, pressurized further process gas to the process gas upstream of the expansion turbine,
- Einspritzen von Wasser in das Prozessgas (wodurch - Injecting water into the process gas (causing
allerdings die Taupunkttemperaturen verschoben werden however, the dew point temperatures are shifted
würden) , would)
- Zumischung von kaltem Restgas aus einer Anlage zur CO2- Entfernung zum Prozessgas nach der Entspannungsturbine. - Adding cold residual gas from a plant for CO 2 removal to the process gas after the expansion turbine.
Es bestehen somit drei Varianten der Erfindung:
A) Die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine wird so eingestellt, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt. Das Prozessgas wird also entweder nicht oder in der Regel durch die There are thus three variants of the invention: A) The inlet temperature of the process gas entering the expansion turbine is adjusted so that it does not fall below a minimum inlet temperature at which condensation occurs in the expansion turbine. The process gas is thus either not or usually by the
Abwärmerückgewinnungsanlage nur soweit gekühlt, dass keine Komponenten des Prozessgases in der Entspannungsturbine kondensieren. Dabei ist die Abwärmerückgewinnungsanlage als Teil der Anlage zur Roheisenherstellung sowieso vorhanden, um die Wärme des heißen Prozessgases (etwa 350-450°C) für die Waste heat recovery system only cooled so far that no components of the process gas condense in the expansion turbine. The waste heat recovery system as part of the plant for pig iron production anyway available to the heat of the hot process gas (about 350-450 ° C) for the
Dampferzeugung, zum Aufwärmen weiterer Prozessgase oder einem anderen Wärmeträgermedium (z.B. Stickstoff oder Thermoöl) zu nutzen. Im eingangs genannten Beispiel der COREX®-Anlage bedeutet dies, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Regelung die Eintrittstemperatur des Prozessgases nicht unter 146, 5°C sinken darf. Steam generation, to use for warming up other process gases or another heat transfer medium (for example nitrogen or thermal oil). In the example of the COREX® plant mentioned in the introduction, this means that, due to the regulation according to the invention, the inlet temperature of the process gas must not fall below 146.5 ° C.
Es kann aber sein, dass durch diese Maßnahme das Prozessgas nach der Entspannungsturbine zu heiß für den But it may be that by this measure, the process gas after the expansion turbine too hot for the
Niederdruckgasspeicher ist. Low-pressure gas storage is.
B) Das Prozessgas wird so weit gekühlt, dass das aus der B) The process gas is cooled so far that the out of the
Entspannungsturbine austretende Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher eine für diesen zulässige maximale Exportgastemperatur nicht überschreitet. Dabei nimmt man gegebenenfalls Kondensation in der Entspannungsturbine in Kauf. Das Prozessgas wird dabei entweder schon vor der Expansion turbine exiting process gas when entering a low-pressure gas storage does not exceed a permissible maximum export gas temperature for this. If necessary, condensation is accepted in the expansion turbine. The process gas is either already before
Entspannungsturbine gekühlt, etwa durch Kühlung des Gases in der Abwärmerückgewinnungsanlage und/oder durch Zumischen von gekühltem weiterem Prozessgas vor der Entspannungsturbine und/oder durch Einspritzen von Wasser vor der Relaxation turbine cooled, for example by cooling the gas in the waste heat recovery system and / or by admixing cooled further process gas before the expansion turbine and / or by injecting water before the
Entspannungsturbine, und/oder durch Einspritzen von Wasser nach der Entspannungsturbine und/oder durch Zumischen von kaltem Restgas aus einer Anlage zur C02~Entfernung nach der Entspannungsturbine. Bei einer Kühlung vor der
Entspannungsturbine kann es dann zur Kondensation in der Entspannungsturbine kommen. Expansion turbine, and / or by injecting water after the expansion turbine and / or by mixing cold residual gas from a plant for C02 ~ removal after the expansion turbine. When cooling before the Expansion turbine can then come to condensation in the expansion turbine.
Im eingangs genannten Beispiel der COREX®-Anlage bedeutet diese Maßnahme, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases in die Entspannungsturbine lediglich auf unter 175°C geregelt wird. Oder dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases in die Entspannungsturbine nicht geregelt wird, aber das aus der Entspannungsturbine austretende Prozessgas auf unter 75°C gekühlt wird. In the example of the COREX® system mentioned above, this measure means that the inlet temperature of the process gas in the expansion turbine is only controlled to below 175 ° C. Or that the inlet temperature of the process gas is not regulated in the expansion turbine, but the emerging from the expansion turbine process gas is cooled to below 75 ° C.
C) Die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine wird so eingestellt, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt und C) The inlet temperature of the process gas entering the expansion turbine is adjusted so that it does not fall below a minimum inlet temperature at which condensation occurs in the expansion turbine and
gleichzeitig wird sichergestellt, dass das Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher eine für diesen zulässige maximale Exportgastemperatur nicht überschreitet. Bei dieser Maßnahme wird sowohl die Kondensation in der At the same time it is ensured that the process gas does not exceed a maximum export gas temperature permissible for this when entering a low-pressure gas storage tank. In this measure, both the condensation in the
Entspannungsturbine vermieden als auch eine genügend niedrige Prozessgastemperatur bei Eintritt in den Expansion turbine avoided as well as a sufficiently low process gas temperature when entering the
Niederdruckgasspeicher sichergestellt. Dies kann allein durch Maßnahmen vor der Entspannungsturbine geschehen, also Low-pressure gas storage ensured. This can be done only by measures in front of the expansion turbine, so
beispielsweise nur durch eine entsprechende Regelung der Abwärmerückgewinnungsanlage, gegebenenfalls unter For example, only by a corresponding regulation of the waste heat recovery system, if necessary, under
Einbeziehung des daran ungekühlt vorbei geleiteten Inclusion of the uncooled passed by
Prozessgases. Zusätzlich kann aber auch gekühltes weiteres Prozessgas eingeleitet oder Wasser eingespritzt werden. Process gas. In addition, however, cooled further process gas can be introduced or water can be injected.
Im eingangs genannten Beispiel der COREX®-Anlage kann dies etwa so realisiert werden, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases in die Entspannungsturbine auf einen Wert im Bereich zwischen etwa 150°C bis 175°C geregelt wird. In the example of the COREX® plant mentioned in the introduction, this can be realized in such a way that the inlet temperature of the process gas in the expansion turbine is controlled to a value in the range between about 150 ° C to 175 ° C.
Es kann aber auch bei dieser dritten Methode der Erfindung das Abgas zusätzlich nach der Entspannungsturbine gekühlt
werden, durch Einspritzen von Wasser und/oder durch Zumischen von kaltem Restgas aus einer Anlage zur C02~Entfernung . But it can also be cooled by the expansion turbine in this third method of the invention, the exhaust gas by injecting water and / or by adding cold residual gas from a C0 2 removal unit.
Beim Einspritzen von Wasser in das Prozessgas, was in der Regel vor der Entspannungsturbine erfolgt, ist jedenfalls zu beachten, dass sich dadurch die Kondensationstemperatur bzw. Taupunktstemperatur erhöht und damit die minimale When injecting water into the process gas, which usually takes place before the expansion turbine, it should be noted that this increases the condensation temperature or dew point temperature and thus the minimum
Eintrittstemperatur, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt. Inlet temperature at which condensation occurs in the expansion turbine.
Die Abwärmerückgewinnungsanlage muss nicht als The waste heat recovery system does not have to be as
Abhitzedampferzeugeranlage ausgebildet sein. Es können stattdessen auch andere Wärmetauscher verwendet werden. So könnten etwa ein oder mehrere Gas-Gas-Wärmetauscher Heat recovery steam generator be formed. Instead, other heat exchangers can be used. For example, one or more gas-gas heat exchangers
eingesetzt werden, etwa zum Aufwärmen von weiteren be used, for example, to warm up another
Prozessgasen der Anlage zur Roheisenherstellung. Oder es können andere Wärmeträgermedien aufgewärmt werden, wie Process gases of the plant for the production of pig iron. Or other heat transfer media can be warmed up, such as
Stickstoff oder Thermoöl, um indirekt zum Erwärmen anderer Medien eingesetzt zu werden. Selbstverständlich sind auch Kombinationen verschiedener Abwärmerückgewinnungsanlagen möglich . Nitrogen or thermal oil to be used indirectly for heating other media. Of course, combinations of different waste heat recovery systems are possible.
In der Regel wird als durch die Entspannungsturbine As a rule, as by the expansion turbine
geleitetes Prozessgas ein Abgas verwendet, das zuvor aus der Anlage zur Roheisenherstellung entfernt wurde und nach der Entspannungsturbine nicht wieder in die Anlage zur Process gas used an exhaust gas used, which was previously removed from the plant for pig iron production and not after the expansion turbine back into the plant to
Roheisenherstellung zurück geführt wird. Dies wird als „Exportgas" bezeichnet, weil es eben aus der Anlage zurPig iron production is led back. This is called "export gas", because it is just from the plant to
Roheisenherstellung endgültig abgezogen wird. Die Anlage zur Roheisenherstellung umfasst hier neben Hochofen bzw. Pig iron production is finally deducted. The plant for the production of pig iron includes here next blast furnace or
Einschmelzvergaser und Reduktionsschächten bzw. -reaktoren auch die Filteranlagen (Heißgasfilter, Schlauchfilter, Melt carburetor and reduction shafts or reactors and the filter systems (hot gas filter, bag filter,
Zyklone) und etwaige Abhitzekessel für die Kühlung von Cyclones) and any waste heat boilers for the cooling of
Exportgas sowie eine etwaige Anlage zur Entfernung von CO2.
Dieses Prozess- oder Exportgas kann nun Topgas aus einem Hochofen, insbesondere aus einem Sauerstoffhochofen, Export gas as well as any plant for the removal of CO 2 . This process or export gas can now top gas from a blast furnace, in particular from an oxygen blast furnace,
enthalten . contain .
Es kann aber auch Abgas aus einer Schmelzreduktionsanlage enthalten, insbesondere But it may also contain exhaust gas from a smelting reduction plant, in particular
- Abgas aus einem Einschmelzvergaser, Exhaust gas from a melter gasifier,
- Abgas aus zumindest einem Reduktionsreaktor, Exhaust gas from at least one reduction reactor,
- Abgas aus zumindest einem Festbettreaktor, insbesondere zur Vorwärmung und/oder Reduktion von Eisenoxiden und/oder Exhaust gas from at least one fixed bed reactor, in particular for preheating and / or reduction of iron oxides and / or
Eisenbriketts . Iron briquettes.
So kommen etwa beim COREX®-Verfahren ein Einschmelzvergaser und zumindest ein Festbettreaktor zur Reduktion von For example, in the COREX® process, a melter gasifier and at least one fixed bed reactor are used to reduce
Eisenträgern zum Einsatz, beim FINEX®-Verfahren ein Iron carriers for use, in the FINEX® process
Einschmelzvergaser und mehrere hintereinander geschaltete, als Wirbelschichtreaktoren ausgebildete Reduktionsreaktoren.Meltdown gasifier and a plurality of successively connected, designed as fluidized bed reactors reduction reactors.
Das für die Erfindung verwendete Prozess- oder Exportgas aus einer Schmelzreduktionsanlage kann sich selbstverständlich aus mehreren Quellen der Schmelzreduktionsanlage speisen. In der Regel werden die Teilströme aus den einzelnen The process or export gas from a smelting reduction plant used for the invention can, of course, be fed from several sources of the smelting reduction plant. In general, the partial flows of the individual
Anlagenteilen (Einschmelzvergaser, Reduktionsreaktor, Plant parts (melter gasifier, reduction reactor,
Festbettreaktor) zeitlich variieren. Fixed bed reactor) vary over time.
Die genannten Prozessgase aus der Anlage zur The mentioned process gases from the plant to
Roheisenherstellung (Hochofen oder Schmelzreduktionsanlage) können zusätzlich auch auf anderem Wege aus der Anlage entnommen und gekühlt werden und als gekühltes, unter Druck stehendes weiteres Prozessgas dem sogenannten Exportgas vor der Entspannungsturbine zum Zwecke der Kühlung zugemischt werden, wobei diese auch zum Zwecke der Erwärmung zugemischt werden könnten, wenn etwa das Export- oder Prozessgas durch die Abwärmerückgewinnungsanlage zu stark abgekühlt wurde und diese Gasströme zuvor im heißen Zustand gereinigt worden sind .
Es bietet sich an, jenes gekühlte Prozessgas zu verwenden, das in der Anlage zur Roheisenherstellung sowieso bei der Roheisenherstellung anfällt, etwa das gereinigte und gekühlte Reduktionsgas aus einem Einschmelzvergaser, welches nicht zu den Reduktionsreaktoren geleitet worden ist (Überschussgas) .Pig iron production (blast furnace or smelting reduction plant) can also be removed in other ways from the plant and cooled and mixed as cooled, under pressure further process gas the so-called export gas before the expansion turbine for the purpose of cooling, which are also mixed for the purpose of heating could, for example, if the export or process gas was cooled down too much by the waste heat recovery system and these gas streams were previously cleaned while hot. It makes sense to use that cooled process gas that is obtained in the plant for pig iron anyway in the production of pig iron, such as the purified and cooled reducing gas from a melter gasifier, which has not been passed to the reduction reactor (excess gas).
Zur Vermeidung von Kondensation in der Entspannungsturbine kann vorgesehen werden, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine nicht unter der minimalen Eintrittstemperatur von etwa 145°C liegt. Um sowohl Kondensation als auch eine zu hohe To avoid condensation in the expansion turbine can be provided that the inlet temperature of the process gas is not below the minimum inlet temperature of about 145 ° C when entering the expansion turbine. To both condensation and too high
Eintrittstemperatur des Export- oder Prozessgases in den Niederdruckgasspeicher zu verhindern, wird am besten Preventing entry of export or process gas into the low-pressure gas storage is best
vorgesehen, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine auf einen Wert im Bereich von 150-175°C eingestellt wird. Dadurch ergibt sich eine Austrittstemperatur des Prozessgases aus der provided that the inlet temperature of the process gas is set to a value in the range of 150-175 ° C when entering the expansion turbine. This results in an outlet temperature of the process gas from the
Entspannungsturbine im Bereich von 55-75°C, eine weitere Kühlung nach der Entspannungsturbine ist dann nicht mehr notwendig . Relaxation turbine in the range of 55-75 ° C, a further cooling after the expansion turbine is then no longer necessary.
Das Export- oder Prozessgas kann aber zusätzlich oder The export or process gas can also or additionally
alternativ auch noch vor oder nach der Entspannungsturbine soweit gekühlt werden, dass die maximale Eintrittstemperatur in den Niederdruckgasspeicher von etwa 80 °C nicht Alternatively, even before or after the expansion turbine to be cooled so far that the maximum inlet temperature in the low-pressure gas storage of about 80 ° C not
überschritten wird. is exceeded.
Um die Entspannungsturbine vor Abrasion und Verunreinigung zu schützen, kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil des Prozessgases vor der Entspannungsturbine trocken entstaubt wird. In der Regel erfolgt die Trockenentstaubung ohnehin in der Anlage zur Roheisenherstellung, es muss dann keine eigene Trockenentstaubung für die Entspannungsturbine installiert werden. Die Trockenentstaubung erfolgt in typischer Weise mittels Schlauchfilter, die der Abwärmerückgewinnungsanlage
nachgeschaltet sind, oder mittels keramischer Heißgasfilter, die der Abwärmerückgewinnungsanlage vorgeschaltet sind. In order to protect the expansion turbine from abrasion and contamination, it can be provided that at least part of the process gas is dry-dedusted in front of the expansion turbine. As a rule, the dry dedusting takes place anyway in the plant for pig iron production, it must then be installed no own dry dedusting for the expansion turbine. The dry dedusting is typically done by means of bag filter, the waste heat recovery system downstream or by means of ceramic hot gas filters, which are connected upstream of the waste heat recovery system.
Zusätzlich können noch Heißgaszyklone oder sogenannte „dust catcher" (Staubabscheider) zum Einsatz kommen, wobei diese der groben Entstaubung dienen und den Anlagen zur In addition, hot gas cyclones or so-called "dust catchers" (dust collectors) can be used, whereby these serve for the coarse dedusting and the plants for
Feinentstaubung (Schlauchfilter, Heißgasfilter) vorgeschaltet sind. Die Trockenentstaubung hat gegenüber nassen Verfahren den Vorteil, dass dem Prozessgas dabei viel weniger Energie entzogen wird, die ja in der Entspannungsturbine genutzt werden soll. Fine dedusting (bag filter, hot gas filter) are connected upstream. Dry dust removal has the advantage over wet processes that much less energy is extracted from the process gas, which is to be used in the expansion turbine.
Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des A corresponding device for carrying out the
erfindungsgemäßen Verfahrens kann so ausgeführt sein, dass die Anlage zur Roheisenherstellung mit zumindest einer ersten Prozessgasleitung zur Einleitung von Prozessgas in eine The method according to the invention can be embodied such that the plant for producing pig iron with at least one first process gas line for introducing process gas into a
Entspannungsturbine verbunden ist, und die Relaxation turbine is connected, and the
Entspannungsturbine durch eine zweite Prozessgasleitung mit einem Niederdruckgasspeicher für Prozessgas verbunden ist, wobei zusätzlich noch zumindest eine der folgenden Relaxation turbine is connected by a second process gas line with a low-pressure gas storage for process gas, wherein additionally at least one of the following
Einrichtungen vorgesehen ist: Facilities is provided:
- eine erste Regelungseinrichtung und eine vor der a first control device and one before the
Entspannungsturbine, insbesondere in der Anlage zur Expansion turbine, especially in the plant for
Roheisenherstellung, angeordnete Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere eine Abhitzedampferzeugeranlage, wobei die erste Regelungseinrichtung für die Abwärmerückgewinnungsanlage zur Regelung der Prozessgastemperatur dient, Pig iron production, arranged waste heat recovery plant, in particular a heat recovery steam generator plant, wherein the first control device for the waste heat recovery plant is used to control the process gas temperature,
- eine zweite Regelungseinrichtung und eine Bypassleitung, wobei die zweite Regelungseinrichtung zur Regelung der Menge an Prozessgas, welches an der Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere der Abhitzedampferzeugeranlage, mittels einer Bypassleitung ungekühlt vorbei geleitet wird, dient, a second control device and a bypass line, wherein the second control device for regulating the amount of process gas, which is passed to the waste heat recovery system, in particular the heat recovery steam generator system, bypassed by means of a bypass line, serves,
- eine dritte Regelungseinrichtung, mit welcher die Menge an gekühltem, unter Druck stehendem weiteren Prozessgas aus der Anlage zur Roheisenherstellung, welches in die erste
Prozessgasleitung geleitet wird, geregelt wird, a third control device, with which the amount of cooled, pressurized further process gas from the plant for the production of pig iron, which in the first Process gas line is conducted, regulated,
- eine vierte Regelungseinrichtung, mit welcher die Menge an Wasser, welche mittels einer Einspritzeinrichtung in die erste oder zweite Prozessgasleitung eingespritzt werden kann, geregelt wird, a fourth control device with which the amount of water which can be injected into the first or second process gas line by means of an injection device is regulated,
- eine fünfte Regelungseinrichtung, mit welcher die Menge an kaltem Restgas aus einer Anlage zur C02~Entfernung mittels einer Restgasleitung in die zweite Prozessgasleitung zum Prozessgas gemischt wird, geregelt wird. - A fifth control device with which the amount of cold residual gas from a plant for C02 ~ removal is mixed by means of a residual gas line in the second process gas line to the process gas, is regulated.
Sind mehrere dieser fünf genannten Regelungseinrichtungen vorhanden, so werden diese mit einer zentralen Regelung verknüpft bzw. eine der Regelungseinrichtungen, etwa die erste, übernimmt die Berechnung der Soll- und Stellwerte und Steuerung der anderen Regelungseinrichtungen. If several of these five mentioned control devices are present, they are linked to a central control or one of the control devices, such as the first, takes over the calculation of the setpoints and control values and control of the other control devices.
Soll das Exportgas aus einem Hochofen in die If the export gas from a blast furnace in the
Entspannungsturbine geleitet werden, wird zumindest eine Leitung vorgesehen, mit welcher Topgas aus einem Hochofen, insbesondere aus einem Sauerstoffhochofen mit Relaxation turbine are passed, at least one line is provided with which top gas from a blast furnace, in particular from an oxygen blast furnace with
Topgasrückführung, in die erste Prozessgasleitung geleitet werden kann. Topgas return, in the first process gas line can be passed.
Soll das Exportgas aus einer Schmelzreduktionsanlage in die Entspannungsturbine geleitet werden, wird zumindest eine Leitung vorgesehen, mit welcher Abgas aus einer If the export gas to be passed from a smelting reduction plant in the expansion turbine, at least one line is provided, with which exhaust gas from a
Schmelzreduktionsanlage in die erste Prozessgasleitung geleitet werden kann. Dabei ist dann vorgesehen, dass Smelting reduction plant can be directed into the first process gas line. It is then provided that
zumindest eine dieser Leitungen mit zumindest einer der folgenden Einrichtungen verbunden ist: at least one of these lines is connected to at least one of the following devices:
- mit einem Einschmelzvergaser, with a melter gasifier,
- mit einem oder mehreren Reduktionsreaktoren, with one or more reduction reactors,
- mit einem Festbettreaktor, insbesondere zur Vorwärmung und/oder Reduktion von Eisenoxiden und/oder Eisenbriketts.
Vor der Entspannungsturbine kann eine Anlage zur Trockenentstaubung des Prozessgases angeordnet sein. Dies dient dem Schutz der Entspannungsturbine vor Verunreinigung und Abrasion. - With a fixed bed reactor, in particular for preheating and / or reduction of iron oxides and / or iron briquettes. Before the expansion turbine, a system for dry dedusting of the process gas can be arranged. This serves to protect the expansion turbine from contamination and abrasion.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beispielhaften und schematischen Figuren näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary and schematic figures.
Fig. 1 zeigt eine COREX®-Anlage mit Schlauchfiltern zur Fig. 1 shows a COREX® system with bag filters for
Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine, Dedusting and downstream expansion turbine,
Fig. 2 zeigt eine COREX®-Anlage mit Keramikfiltern zur Fig. 2 shows a COREX® system with ceramic filters for
Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine, Dedusting and downstream expansion turbine,
Fig. 3 zeigt eine FINEX®-Anlage mit Schlauchfiltern zur Fig. 3 shows a FINEX® system with bag filters for
Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine, Dedusting and downstream expansion turbine,
Fig. 4 zeigt eine FINEX®-Anlage mit Keramikfiltern zur Fig. 4 shows a FINEX® plant with ceramic filters for
Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine, Dedusting and downstream expansion turbine,
Fig. 5 zeigt einen Sauerstoffhochofen mit Schlauchfiltern zur Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine. Fig. 5 shows an oxygen blast furnace with bag filters for dedusting and downstream expansion turbine.
Fig. 6 zeigt einen Sauerstoffhochofen mit Keramikfiltern zur Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine. 6 shows an oxygen blast furnace with ceramic filters for dedusting and downstream expansion turbine.
In Fig. 1 ist eine COREX®-Anlage dargestellt. Sie weist in diesem Beispiel einen Reduktionsschacht 17 auf, welcher als Festbettreaktor ausgebildet ist und mit Stückerz, Pellets, Sinter und Additiven beschickt wird, siehe Bezugszeichen 18.In Fig. 1, a COREX® system is shown. It has, in this example, a reduction shaft 17, which is designed as a fixed bed reactor and is charged with lump, pellets, sinter and additives, see reference number 18.
Im Gegenstrom zum Stückerz etc. 18 wird das Reduktionsgas 19 geführt. Es wird im unteren Bereich des Reduktionsschachts 17 eingebracht und tritt an dessen Oberseite als Topgas 22 aus. Die Wärme des Topgases 22 aus dem Reduktionsschacht 17 wird in einem Abhitzekessel 21 zur Dampferzeugung genutzt, der dabei entstehende Niederdruckdampf kann einem Stripper einer - hier nicht dargestellten - Anlage 14 zur chemischen
Absorption von CO2 zugeführt werden. Vor Eintritt in den Abhitzekessel 21 kann das Topgas 22 in einem Staubabscheider oder Zyklon 23 von grobem Staub befreit werden. Der In countercurrent to the lump etc. 18, the reducing gas 19 is guided. It is introduced in the lower region of the reduction shaft 17 and exits at its upper side as a top gas 22. The heat of the top gas 22 from the reduction shaft 17 is used in a waste heat boiler 21 for generating steam, the resulting low-pressure steam can a stripper a - not shown here - Appendix 14 for chemical Absorption of CO 2 are supplied. Before entering the waste heat boiler 21, the top gas 22 can be freed of coarse dust in a dust separator or cyclone 23. Of the
abgeschiedene Staub 24 aus dem Zyklon 23 kann in den separated dust 24 from the cyclone 23 can in the
Einschmelzvergaser 48 zurückgeführt werden. Melt carburetor 48 are returned.
Das aus dem Abhitzekessel 21 austretende Topgas wird in einem Schlauchfilter 30 weiter gereinigt und als Exportgas 12 der Entspannungsturbine 34 zugeleitet. The emerging from the waste heat boiler 21 top gas is further purified in a bag filter 30 and fed as export gas 12 of the expansion turbine 34.
Das Reduktionsgas 19 für den Reduktionsschacht 17 wird in einem Einschmelzvergaser 48 hergestellt, in den einerseits Kohle in Form von stückiger Kohle 49 und gegebenenfalls von Kohle in Pulverform zugeführt wird, in den andererseits das im Reduktionsschacht 17 vorreduzierte Eisenerz zugegeben wird. Mit der stückigen Kohle 49 kann auch Feinerz 47, das zu fein für den Reduktionsschacht 17 ist, eingebracht werden. The reducing gas 19 for the reduction shaft 17 is produced in a melter gasifier 48 into which coal in the form of lumpy coal 49 and optionally coal in powder form is fed, into which the iron ore prereduced in the reduction shaft 17 is added. With the lumpy coal 49 can also fine ore 47, which is too fine for the reduction shaft 17, are introduced.
Die Kohle im Einschmelzvergaser 48 wird vergast, es entsteht ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus CO und H2 besteht, und als Topgas (Generatorgas) 54 abgezogen und ein Teilstrom als Reduktionsgas 19 dem Reduktionsschacht 17 zugeleitet wird, nachdem es in einem Abscheider 59, der hier als Heißgaszyklon ausgebildet ist, von Staub und Feinerz gereinigt wurde. Der hier abgeschiedene Staub und das abgeschiedene Feinerz 25 werden in den Einschmelzvergaser 48 zurückgeführt. The coal in the melter gasifier 48 is gasified, it produces a gas mixture consisting mainly of CO and H 2 , and withdrawn as a top gas (generator gas) 54 and a partial flow as reducing gas 19 is fed to the reduction shaft 17, after it in a separator 59, the Here is designed as a hot gas cyclone, was cleaned of dust and fine ore. The dust deposited here and the deposited fine ore 25 are returned to the melter gasifier 48.
Das im Einschmelzvergaser 48 erschmolzene heiße Metall und die Schlacke werden abgezogen, siehe Pfeil 58. The hot metal melted in the melter gasifier 48 and the slag are withdrawn, see arrow 58.
Das aus dem Einschmelzvergaser 48 abgezogene Topgas 54 wird zuerst in einen Abscheider 59 geleitet, um mit ausgetragenen Staub abzuscheiden und den Staub 25 - gegebenenfalls über Staubbrenner - in den Einschmelzvergaser 48 zurückzuführen. Ein Teil des vom Grobstaub gereinigten Topgases 54 wird mittels Nasswäscher 26 weiter gereinigt und als Überschussgas
27 aus der COREX®-Anlage entnommen und - erfindungsgemäß - dem Exportgas 12 vor der Entspannungsturbine 34 zugeführt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Teil des Überschussgases 27 zur Kühlung des Exportgases 12 diesem nach der The top gas 54 withdrawn from the melter gasifier 48 is first passed into a separator 59 to separate with discharged dust and the dust 25 - possibly via dust burner - returned to the melter gasifier 48. Part of the top dust 54 cleaned by the coarse dust is further purified by means of wet scrubber 26 and as excess gas 27 taken from the COREX® plant and - according to the invention - the export gas 12 fed to the expansion turbine 34. Alternatively or additionally, a portion of the excess gas 27 for cooling the export gas 12 after this
Entspannungsturbine 34 zugemischt werden. Expansion turbine 34 are mixed.
Ein Teil des gereinigten Top- oder Generatorgases 54 nach dem Nasswäscher 26 wird zur Abkühlung einem Gaskompressor 63 zugeleitet und dann als Kühlgas 28 wieder dem Top- oder A portion of the purified top or generator gas 54 after the wet scrubber 26 is supplied to a gas compressor 63 for cooling and then as the cooling gas 28 back to the top or
Generatorgas 54 nach dem Einschmelzvergaser 48 zur Kühlung zugeführt. Durch diese Rückführung können die darin Generator gas 54 fed to the melter gasifier 48 for cooling. Through this repatriation, the in it
enthaltenen reduzierenden Anteile noch für das COREX®- Verfahren ausgenützt werden und andererseits kann die can still be exploited for the COREX® process and on the other hand, the
erforderliche Kühlung des heißen Top- oder Generatorgases 54 von ca. 1050°C auf 700-870°C sichergestellt werden. required cooling of the hot top or generator gas 54 of about 1050 ° C to 700-870 ° C are ensured.
Zwischen dem Zyklon 23 und dem Abhitzekessel 21 wird mit einer ersten Einspritzeinrichtung 29 Wasser in das Topgas 22 eingedüst, um es zu kühlen. Nach dem Abhitzekessel 21 gelangt das Topgas 22 in den Schlauchfilter, wo der feine Staub abgeschieden wird. Nach dem Schlauchfilter beginnt die erste Prozessgasleitung 31 für das Exportgas 12, welche bei derBetween the cyclone 23 and the waste heat boiler 21, water is injected into the top gas 22 with a first injection device 29 in order to cool it. After the waste heat boiler 21, the top gas 22 enters the bag filter, where the fine dust is separated. After the bag filter begins the first process gas line 31 for the export gas 12, which in the
Entspannungsturbine 34 endet. Die zweite Prozessgasleitung 32 beginnt bei der Entspannungsturbine 34 und endet beim Expansion turbine 34 ends. The second process gas line 32 starts at the expansion turbine 34 and ends at
Exportgasbehälter 13, der als Niederdruckgasspeicher Export gas tank 13, the low-pressure gas storage
ausgebildet ist. is trained.
In die erste Prozessgasleitung mündet zuerst die Leitung für das Überschussgas 27, danach ist eine zweite In the first process gas line first opens the line for the excess gas 27, then a second
Einspritzeinrichtung 33 vorgesehen, um das Exportgas 12 weiter zu kühlen. Injector 33 is provided to further cool the export gas 12.
Mittels einer Bypassleitung 36 kann Topgas 22 ungekühlt am Abhitzekessel 21 vorbei geleitet werden. By means of a bypass line 36 Topgas 22 can be passed uncooled to the waste heat boiler 21 over.
In einer ersten Regelungseinrichtung 45 werden die Vorgänge im Abhitzekessel 21 geregelt, sie ist aber auch mit den
übrigen erfindungsgemäßen Regelungseinrichtungen verbunden, wie die strichlierten Linien zeigen: In a first control device 45, the processes are controlled in the waste heat boiler 21, but it is also with the connected to other control devices according to the invention, as the dashed lines show:
- mit einer zweiten Regelungseinrichtung, hier in Form eines regelbaren Ventils 46, mit welcher die Bypassleitung 36 ganz oder teilweise geöffnet bzw. gesperrt werden kann, with a second control device, here in the form of a controllable valve 46, with which the bypass line 36 can be opened or closed completely or partially,
- mit einer dritten Regelungseinrichtung, hier in Form eines regelbaren Ventils 57, für die Leitung für das Überschussgas 27 und - With a third control device, here in the form of a controllable valve 57, for the line for the excess gas 27 and
- mit einer vierten Regelungseinrichtung, hier in Form eines regelbaren Ventils 56 für die zweite Einspritzeinrichtung 33. - With a fourth control device, here in the form of a controllable valve 56 for the second injector 33rd
Weiters ist die erste Regelungseinrichtung 45 mit einem ersten Temperatursensor 67 verbunden, der die Temperatur des Exportgases 12 direkt vor dem Eintritt in die Furthermore, the first control device 45 is connected to a first temperature sensor 67, the temperature of the export gas 12 directly before entering the
Entspannungsturbine 34 misst, mit einem zweiten Relaxation turbine 34 measures, with a second
Temperatursensor 68, der die Temperatur des Exportgases 12 direkt nach dem Austritt aus der Entspannungsturbine 34 misst, und einem dritten Temperatursensor 69, der die Temperature sensor 68, which measures the temperature of the export gas 12 immediately after exiting the expansion turbine 34, and a third temperature sensor 69, the
Differenz der Messwerte des ersten und des zweiten Difference of the measured values of the first and the second
Temperatursensors misst. Temperature sensor measures.
Ausgehend von den gemessenen Temperaturwerten werden dann die Sollwerte ermittelt und mit Hilfe der genannten Based on the measured temperature values, the setpoint values are then determined and with the aid of the abovementioned
Regelungseinrichtungen eingestellt . Control devices set.
Überschüssiges Exportgas kann vor der Entspannungsturbine 34 durch eine erste Leitung 70 und nach der Entspannungsturbine 34 durch eine zweite Leitung 71 zu einer Fackelanlage 72 gefördert und dort abgefackelt werden. Excess export gas can be conveyed before the expansion turbine 34 through a first line 70 and after the expansion turbine 34 through a second line 71 to a flare system 72 and flared there.
Ein Teil des Exportgases 12 kann nach einer Druckmessung mit einem Drucksensor 73 mittels einer Bypassleitung 74 für die Entspannungsturbine 34 an dieser vorbeigeleitet werden. Dies ist im speziellen zum An- und Herunterfahren der A portion of the export gas 12 can be passed past a pressure measurement with a pressure sensor 73 by means of a bypass line 74 for the expansion turbine 34 at this. This is in particular for startup and shutdown of the
Entspannungsturbine erforderlich, kann aber auch im
Normalbetrieb zur Regelung von Teilgasmengen verwendet werden . Relaxation turbine required, but can also in the Normal operation can be used to control partial gas quantities.
Zur Sicherheit kann nach der Entspannungsturbine 34 trotzdem ein Exportgaskühler 75 angeordnet werden, durch welchen das Gasgemisch aus Exportgas 12 nach der Entspannungsturbine 34 und Überschussgas 27, das nach der Entspannungsturbine 34 eingeleitet wurde, ganz oder teilweise gekühlt wird. Der zu kühlende Teil wird aus der zweiten Prozessgasleitung 32 entnommen, durch den Exportgaskühler 75 geführt und wieder der zweiten Prozessgasleitung 32 zugeführt. Zur Kühlung wird Kaltwasser 76 verwendet. Falls die erfindungsgemäße Regelung ausfüllt, kann mittels des Exportgaskühlers 75 sichergestellt werden, dass das Exportgas 12 nicht mit einer zu hohen For safety, an export gas cooler 75 can still be arranged after the expansion turbine 34, by which the gas mixture of export gas 12 after the expansion turbine 34 and excess gas 27, which was introduced after the expansion turbine 34, is completely or partially cooled. The part to be cooled is removed from the second process gas line 32, passed through the export gas cooler 75 and returned to the second process gas line 32. For cooling, cold water 76 is used. If the regulation according to the invention fills in, it can be ensured by means of the export gas cooler 75 that the export gas 12 is not too high
Temperatur in den Exportgasbehälter 13 eintritt. Temperature in the export gas tank 13 occurs.
In Fig. 2 ist ebenso wie in Fig. 1 eine COREX®-Anlage In Fig. 2 as well as in Fig. 1 is a COREX® system
dargestellt, allerdings unterscheidet sie sich von jener in Fig. 1 durch die verwendeten Filter zur Entstaubung. However, it differs from that in Fig. 1 by the filters used for dedusting.
Statt des Zyklons 23 für Topgas aus Fig. 1 wird ein Instead of the cyclone 23 for top gas from Fig. 1 is a
Heißgasfilter 11 mit keramischen Filterelementen verwendet. In Heißgasfiltern werden Heißgasfilterelemente überwiegend in Form von porösen Kerzen aus Keramik, Faserkeramik oder Hot gas filter 11 used with ceramic filter elements. In hot gas filters are hot gas filter elements predominantly in the form of porous candles made of ceramic, fiber ceramics or
Sintermetall eingesetzt. Der auf den Filterkerzen Sintered metal used. The on the filter candles
angesammelte Staub kann durch eine Rückspüleinrichtung, welche typischerweise mit Stickstoff 2 betrieben wird, von den Filterkerzen abgereinigt werden. accumulated dust can be cleaned from the filter cartridges through a backwashing device, which is typically operated with nitrogen 2.
Der im Heißgasfilter 11 abgeschiedene Staub kann alternativ wieder dem Einschmelzvergaser 48 zugeführt werden. The separated in the hot gas filter 11 dust may alternatively be fed back to the melter gasifier 48.
Eine weitere Ausführungsvariante besteht darin, dass vor dem Heißgasfilter 11 ein Zyklon 23, genauer gesagt, ein A further embodiment variant is that in front of the hot gas filter 11, a cyclone 23, more precisely, a
Heißgaszyklon angeordnet wird. Dadurch kann der Staubgehalt des Topgases 22 weiter reduziert werden.
In Fig. 3 kommt statt der COREX®-Anlage der Figuren 1 und 2 eine FINEX®-Anlage zum Einsatz. Hot gas cyclone is arranged. As a result, the dust content of the top gas 22 can be further reduced. In FIG. 3, instead of the COREX® system of FIGS. 1 and 2, a FINEX® system is used.
Das Exportgas 12 wird einer Entspannungsturbine 34 zugeführt und anschließend wieder in einem als Niederdruckgasspeicher ausgebildeten Exportgasbehälter 13 zwischengespeichert. Es kann anschließend einer Rohstofftrocknung oder einem The export gas 12 is fed to an expansion turbine 34 and then cached again in a formed as a low-pressure gas storage export gas container 13. It can then be a raw material drying or a
Kraftwerk als Brennstoff zugeführt werden, siehe Power plant can be supplied as fuel, see
Bezugszeichen 35. Reference numeral 35.
Die FINEX®-Anlage weist in diesem Beispiel vier The FINEX® system has four in this example
Reduktionsreaktoren 37-40 auf, welche als Reduction Reactors 37-40, which as
Wirbelschichtreaktoren ausgebildet sind und mit Feinerz beschickt werden. Feinerz und Additive 41 werden der Fluidized bed reactors are formed and charged with fine ore. Fine ore and additives 41 are the
Erztrocknung 42 zugeführt und von dort zuerst dem vierten Reaktor 37, sie gelangen dann in den dritten 38, den zweiten 39 und schließlich den ersten Reduktionsreaktor 40. Anstelle von vier Wirbelschichtreaktoren 37-40 können aber auch nur drei vorhanden sein. Erztrocknung 42 supplied and from there first to the fourth reactor 37, they then get into the third 38, the second 39 and finally the first reduction reactor 40. Instead of four fluidized bed reactors 37-40 but only three may be present.
Im Gegenstrom zum Feinerz wird das Reduktionsgas 43 geführt. Es wird am Boden des ersten Reduktionsreaktors 40 eingebracht und tritt an dessen Oberseite aus. Bevor es von unten in den zweiten Reduktionsreaktor 39 eintritt, kann es noch mit In countercurrent to the fine ore, the reducing gas 43 is guided. It is introduced at the bottom of the first reduction reactor 40 and exits at its top. Before it enters from below into the second reduction reactor 39, it can still with
Sauerstoff O2 erwärmt werden, ebenso zwischen zweitem 39 und drittem 38 Reduktionsreaktor. Die Wärme des Abgases 44 aus den Reduktionsreaktoren 37-40 wird in einem Abhitzekessel 21 zur Dampferzeugung genutzt, der dabei entstehende Oxygen O 2 are heated, as well between the second 39 and third 38 reduction reactor. The heat of the exhaust gas 44 from the reduction reactors 37-40 is used in a waste heat boiler 21 for generating steam, the resulting
Niederdruckdampf kann dem Stripper der Anlage 14 zur Low-pressure steam can the stripper of Appendix 14 to
chemischen Absorption von CO2 zugeführt werden. chemical absorption of CO 2 are supplied.
Das aus dem vierten Reduktionsreaktor 37 austretende Abgas 44 wird nach dem Abhitzekessel 21 in einem Schlauchfilter 30 gereinigt. Ein Teilstrom des aus dem Schlauchfilter 30 austretenden Abgases wird als Exportgas 12 der
Entspannungsturbine 34 zugeführt, ein weiterer Teilstrom soll als Rückführgas 79 wieder im FINEX®-Verfahren Verwendung finden. Dazu wird es in einem Gaskühler 77 mittels Kaltwasser 78 gekühlt, im Rückführgaskompressor 80 komprimiert, in einem nachfolgenden Kühler 81 nochmals gekühlt und dann einer The exiting from the fourth reduction reactor 37 exhaust 44 is cleaned after the waste heat boiler 21 in a bag filter 30. A partial flow of exiting from the bag filter 30 exhaust gas is 12 as the export gas Expansion turbine 34 supplied, another partial flow is to be used as recirculation gas 79 again in the FINEX® method. For this purpose, it is cooled in a gas cooler 77 by means of cold water 78, compressed in the recirculating gas compressor 80, cooled again in a subsequent cooler 81 and then one
Anlage 14 zur Entfernung von CO2 zugeführt, etwa mittels Adsorption (z.B. Druckwechselanlage oder Appendix 14 for the removal of CO 2 supplied, such as by adsorption (eg pressure swing system or
Vakuumdruckwechselanlage) oder chemischen Absorption. Vacuum pressure exchange system) or chemical absorption.
Wenn der C02~Ausstoß in die Atmosphäre bei der Herstellung von Roheisen reduziert werden soll, muss dieses aus den If C0 2 emissions to the atmosphere are to be reduced in the production of pig iron, this must be avoided
Abgasen aus der Roheisenerzeugung abgeschieden und in Exhaust gases from the pig iron production and deposited in
gebundener Form gespeichert werden (engl.: CO2 Capture and Sequestration (CCS) ) . stored in CO 2 Capture and Sequestration (CCS).
Der Restgasstrom 82 nach der chemischen Absorption 14 enthält hauptsächlich CO2, ein Teil des Restgases 82 kann durch eine Restgasleitung 84, welche in die zweite Prozessgasleitung 32 mündet, dem Exportgas 12 vor Eintritt in den The residual gas stream 82 after the chemical absorption 14 mainly contains CO 2 , a portion of the residual gas 82 can through a residual gas line 84, which opens into the second process gas line 32, the export gas 12 before entering the
Exportgasbehälter zur Kühlung zugeleitet werden. Eine Export gas containers are supplied for cooling. A
entsprechende fünfte Regelungseinrichtung 20 hierfür ist in Fig. 3 eingezeichnet. corresponding fifth control device 20 for this purpose is shown in Fig. 3.
Das Reduktionsgas 43 wird in Fig. 3 in einem The reducing gas 43 is in Fig. 3 in a
Einschmelzvergaser 48 hergestellt, in den einerseits Kohle in Form von stückiger Kohle 49 und von Kohle in Pulverform 50 - diese gemeinsam mit Sauerstoff O2 - zugeführt wird, in den andererseits das in den Reduktionsreaktoren 37-40 Melt gasifier 48 produced in the one hand coal in the form of lumpy coal 49 and coal in powder form 50 - this is supplied together with oxygen O 2 - in the other hand, in the reduction reactors 37-40
vorreduzierte und in der Eisenbrikettierung 51 in heißem Zustand zu Briketts (engl.: HCl Hot Compacted Iron) geformte Eisenerz zugegeben wird. Die Eisenbriketts gelangen dabei über eine Förderanlage 52 in einen Speicherbehälter 53, der als Festbettreaktor ausgebildet ist, wo die Eisenbriketts mit grob gereinigtem Generatorgas 54 aus dem Einschmelzvergaser 48 gegebenenfalls vorgewärmt und reduziert werden. Hier
können auch kalte Eisenbriketts 65 zugegeben werden. prereduced iron ore formed into hot briquetting 51 into hot briquettes (English: HCl Hot Compacted Iron). The iron briquettes arrive via a conveyor 52 in a storage tank 53, which is designed as a fixed bed reactor, where the iron briquettes with coarse purified gas generator 54 from the melter gasifier 48 optionally preheated and reduced. Here Cold iron briquettes 65 may also be added.
Anschließend werden die Eisenbriketts bzw. -oxide von oben in den Einschmelzvergaser 48 chargiert. Niedrig reduziertes Eisen (engl. LRI = low reduced iron) kann ebenfalls aus der Eisenbrikettierung 51 abgezogen werden. Subsequently, the iron briquettes or oxides are charged from above into the melter gasifier 48. Low reduced iron (LRI) may also be withdrawn from iron briquetting 51.
Die Kohle im Einschmelzvergaser 48 wird vergast, es entsteht ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus CO und H2 besteht, und als Reduktionsgas (Generatorgas) 54 abgezogen und ein The coal in the melter gasifier 48 is gasified, it produces a gas mixture consisting mainly of CO and H 2 , and withdrawn as a reducing gas (generator gas) 54 and a
Teilstrom als Reduktionsgas 43 den Reduktionsreaktoren 37-40 zugeleitet wird. Partial flow as reducing gas 43 the reduction reactors 37-40 is fed.
Das im Einschmelzvergaser 48 erschmolzene heiße Metall und die Schlacke werden abgezogen, siehe Pfeil 58. The hot metal melted in the melter gasifier 48 and the slag are withdrawn, see arrow 58.
Das aus dem Einschmelzvergaser 48 abgezogene Topgas 54 wird zuerst in einen Abscheider 59 geleitet, um mit ausgetragenem Staub abzuscheiden und den Staub über Staubbrenner in den Einschmelzvergaser 48 zurückzuführen. The top gas 54 withdrawn from the melter gasifier 48 is first passed into a separator 59 to separate with discharged dust and return the dust via dust burner in the melter gasifier 48.
Ein Teil des vom Grobstaub gereinigten Topgases wird mittels Nasswäscher 60 weiter gereinigt und als Überschussgas 61 der Anlage 14 zur chemischen Absorption von CO2 zugeführt, und zwar vor dem Rückführgaskompressor 80. A portion of the top dust purified by the coarse dust is further purified by wet scrubber 60 and supplied as excess gas 61 of the CO 2 chemical absorption unit 14, before the recycle gas compressor 80.
Ein weiterer Teil des gereinigten Generatorgases 54 wird ebenfalls in einem Nasswäscher 62 für Kühlgas weiter Another portion of the purified gas generator 54 is also in a wet scrubber 62 for cooling gas on
gereinigt, zur Abkühlung einem Gaskompressor 63 zugeleitet und dann nach Mischung mit dem aus der Anlage 14 entnommenen, von CO2 befreiten Rückführgas 79 wieder dem Generatorgas 54 nach dem Einschmelzvergaser 48 zur Kühlung zugeführt. Durch diese Rückführung des von CO2 befreiten Gases 79 können die darin enthaltenen reduzierenden Anteile noch für das FINEX®- Verfahren ausgenützt werden und andererseits kann die cleaned, fed to a gas compressor 63 for cooling and then supplied to the generator gas 54 after the melter gasifier 48 for cooling after being mixed with the recirculated gas 79 removed from the system 14, freed from CO 2 . As a result of this recycling of the CO 2 -fiber-free gas 79, the reducing fractions contained therein can still be exploited for the FINEX® process and, on the other hand, the
erforderliche Kühlung des heißen Generatorgases 54 Required cooling of the hot gas generator 54
sichergestellt werden.
Das aus der Speicheranlage 53, wo die Eisenbriketts bzw. be ensured. This from the storage facility 53, where the iron briquettes or
Eisenoxide mit entstaubtem und gekühltem Generatorgas 54 aus dem Einschmelzvergaser 48 erwärmt und reduziert werden, austretende Topgas 55 wird in einem Nasswäscher 66 gereinigt und kann dann ebenfalls der Anlage 14 zur Entfernung von CO2 zugeführt werden. Iron oxides with dedusted and cooled generator gas 54 are heated and reduced from the melter gasifier 48, emerging top gas 55 is cleaned in a wet scrubber 66 and can then also the system 14 for the removal of CO 2 are supplied.
Im Falle einer chemischen Absorptionsanlage zur CO2- Entfernung kann dem Stripper der Anlage 14 kann In the case of a chemical absorption plant for CO 2 removal, the stripper of the plant 14 can
Niederdruckdampf aus dem Abhitzekessel 21 zugeführt werden. Bevorzugter Weise sollte für diesen Fall die Abwärme aus dem Eisenerzeugungsprozess verwendet werden wegen der kurzen Wegstrecken zwischen Abhitzekessel und Anlage 14 zur Low pressure steam from the waste heat boiler 21 are supplied. Preferably, in this case, the waste heat from the iron production process should be used because of the short distances between waste heat boiler and Appendix 14 to
chemischen Absorption von CO2. chemical absorption of CO 2 .
Das Kondensat des Strippers kann in diesem Beispiel dem The condensate of the stripper can in this example the
Dampfkreislauf des Abhitzekessels 21 zugeführt werden. Steam cycle of the waste heat boiler 21 are supplied.
Das Exportgas 12 besteht hier nur aus dem Abgas 44 der The export gas 12 consists only of the exhaust gas 44 of the
Reduktionsreaktoren 37-40. Reduction Reactors 37-40.
Alle in diesem Ausführungsbeispiel vorhandenen All available in this embodiment
Regelungseinrichtungen (erste 45, zweite 46, vierte 56 und fünfte 20) sind untereinander verbunden und deren Stellgrößen werden zentral vorgegeben. Control devices (first 45, second 46, fourth 56 and fifth 20) are connected to each other and their manipulated variables are specified centrally.
Die Funktionsweisen der zweiten Einspritzvorrichtung 33, des optionalen Exportgaskühlers 75, der Fackelanlage 72, der Temperatursensoren 67-69, des Drucksensors 73 und der The operations of the second injector 33, the optional export gas cooler 75, the flare system 72, the temperature sensors 67-69, the pressure sensor 73, and the
Bypassleitung 74 sind so wie in Fig. 1 erläutert. Bypass line 74 are explained as in Fig. 1.
Die Anlage in Fig. 4 entspricht im Wesentlichen jener in Fig. 3, allerdings wird in Fig. 4 das aus dem vierten The plant in Fig. 4 corresponds substantially to that in Fig. 3, but in Fig. 4 that from the fourth
Reduktionsreaktor 37 austretende Abgas 44 vor dem Reduction reactor 37 exiting exhaust 44 before the
Abhitzekessel 21 in einem Heißgasfilter 11 gereinigt. Ein Teilstrom des aus dem Abhitzekessel 21 austretenden Abgases wird dann als Exportgas 12 der Entspannungsturbine 34
zugeführt, ein weiterer Teilstrom soll als Rückführgas 79 wieder im FINEX®-Verfahren Verwendung finden. Waste heat boiler 21 cleaned in a hot gas filter 11. A partial flow of exiting the waste heat boiler 21 exhaust gas is then as export gas 12 of the expansion turbine 34th fed, another partial flow is to be used as recirculation gas 79 again in the FINEX® method.
In Fig. 5 wird die Erfindung anhand eines Sauerstoffhochofens dargestellt. Hier wird Eisenerz aus einer Sinteranlage 2 sowie Koks (nicht dargestellt) über eine Chargiereinrichtung von oben in den Hochofen 1 zugeführt. Sauerstoffhaltiges Gas 3 mit einem Sauerstoffgehalt > 80% wird in die Ringleitung 4 eingebracht, ebenso Kohle in Pulverform 50. Im In Fig. 5, the invention is illustrated by means of an oxygen blast furnace. Here iron ore from a sinter plant 2 and coke (not shown) via a charging device from above into the blast furnace 1 is fed. Oxygen-containing gas 3 with an oxygen content> 80% is introduced into the loop 4, as well as coal in powder form 50. Im
Reduktionsgasofen 6 wird Reduktionsgas 5 erwärmt, wobei für die Verbrennung Sauerstoff O2 und Verbrennungsluft zugeführt werden. Gemeinsam mit kaltem oder vorgewärmtem Sauerstoff O2 wird das erwärmte Reduktionsgas 5 in den Hochofen 1 Reduction gas furnace 6, reducing gas 5 is heated, wherein for the combustion of oxygen O 2 and combustion air are supplied. Together with cold or preheated oxygen O 2 , the heated reducing gas 5 in the blast furnace 1
eingebracht. Schlacke 7 und Roheisen 8 werden unten aus dem Hochofen 1 abgezogen. Im oberen Teil des Hochofens 1 wird das Top- oder Gichtgas 9 entnommen und in einem Staubabscheider oder Zyklon 10 vorgereinigt. Das so gereinigte Top- oder Gichtgas 9 ist noch so heiß, dass dessen Energie sinnvoller Weise in einem Abhitzekessel 21 zur Dampferzeugung genützt wird. Wie bei den Abhitzekesseln 21 der anderen Fig. stellt auch hier der linke Kreislauf den Dampfkreislauf dar, der rechte Kreislauf dient zur Erwärmung und Verdampfung von Kondensat. Zur Kühlung des Topgases 9 vor dem Abhitzekessel ist wieder eine erste Einspritzeinrichtung 29 für Wasser vorgesehen. Mittels einer Bypassleitung 36 kann Topgas 9 wieder ungekühlt um den Abhitzekessel 21 herum geführt werden. Das Topgas 9 tritt nach dem Abhitzekessel 21 in einen Schlauchfilter 30 ein (es könnte an dieser Stelle aber stattdessen auch ein Nasswäscher angeordnet sein) und wird weiter gereinigt, sodass auch der feine Staub abgeschieden wird und entnommen werden kann, siehe Pfeil am unteren Ende des Schlauchfilters 30.
Das gereinigte und gegebenenfalls gekühlte Topgas 9 kann einerseits direkt als Exportgas 12 aus dem Hochofensystem entnommen und der Entspannungsturbine 34 und danach dem brought in. Slag 7 and pig iron 8 are drawn down from the blast furnace 1. In the upper part of the blast furnace 1, the top or top gas 9 is removed and pre-cleaned in a dust separator or cyclone 10. The purified top or top gas 9 is still so hot that its energy is meaningfully used in a waste heat boiler 21 for steam generation. As with the waste heat boilers 21 of the other Fig. Again, the left circuit represents the steam cycle, the right circuit is used for heating and evaporation of condensate. For cooling the top gas 9 in front of the waste heat boiler, a first injection device 29 for water is again provided. By means of a bypass line 36, top gas 9 can again be passed uncooled around the waste heat boiler 21. The top gas 9 enters after the waste heat boiler 21 in a bag filter 30 (it could be arranged instead of a wet scrubber at this point) and is further cleaned, so that the fine dust is deposited and can be removed, see arrow at the bottom of the Bag filter 30. The purified and optionally cooled top gas 9 can on the one hand taken directly as export gas 12 from the blast furnace system and the expansion turbine 34 and then the
Exportgasbehälter 13 zugeführt werden. Andererseits kann es einer Anlage 14 zur C02~Entfernung zugeführt werden, wobei das gereinigte und rückzuführende Top- oder Gichtgas 9 zuvor in einem Gaskühler 77, der mit Kaltwasser 78 gekühlt ist, abgekühlt wird, anschließend mit einem Kompressor 15 auf etwa 2-6 barg verdichtet und in einem Nachkühler 16 auf etwa 30- 60 °C abgekühlt wird. Erst dann wird das rückzuführende Topgas 9 in die Anlage 14 zur C02~Entfernung eingeleitet. Die Export gas container 13 are supplied. On the other hand, it may be fed to a C02 removal unit 14, wherein the purified and recirculating top or top gas 9 is previously cooled in a gas cooler 77 cooled with cold water 78, followed by a compressor 15 to about 2-6 bar g is compressed and cooled in an aftercooler 16 to about 30- 60 ° C. Only then is the top gas 9 to be recycled introduced into the plant 14 for CO 2 removal. The
Funktionsweise dieser Anlage wurde bereits unter Fig. 3 erläutert. Zusätzlich ist in Fig. 4 eine - strichliert dargestellte - Leitung vorgesehen, mit welcher das Operation of this system has already been explained in Fig. 3. In addition, in Fig. 4 a - dashed line shown - provided with which the
rückzuführende Topgas 9 entweder nur am Gaskühler 77 vorbei, nur an der Anlage 14 vorbei oder an Gaskühler 77 und Anlage 14 vorbei als Brenngas in den Reduktionsgasofen 6 geleitet wird . recirculating top gas 9 either only on the gas cooler 77 over, only on the system 14 over or gas cooler 77 and system 14 over as fuel gas in the reduction gas furnace 6 is passed.
Das von CO2 gereinigte Produktgas wird als Reduktionsgas 5 entweder direkt und/oder nach einer Erwärmung im The CO2 purified product gas is used as reducing gas 5 either directly and / or after heating in the
Reduktionsgasofen 6 wieder dem Hochofen 1 zugeführt. Das CO2 reiche Restgas 82 kann wie in Fig. 3 direkt in die Atmosphäre entlassen und/oder eben einer C02-Verdichtung mit Reduction gas furnace 6 fed back to the blast furnace 1. The CO2 rich residual gas 82 can discharge as in Fig. 3 directly into the atmosphere and / or just a C02 compression with
anschließender C02~Lagerung zugeführt werden (engl.: subsequent C02 storage be fed (Engl .:
Sequestration, z.B. EOR - enhanced oil recovery, EGR - enhanced gas recovery) und/oder aber auch als Ersatz für 2 bei der Eisenherstellung verwendet werden: der Restgasstrom besteht hauptsächlich aus CO2 und kann daher für Sequestration, e.g. EOR - enhanced gas recovery) and / or as a substitute for 2 in iron production: the residual gas stream consists mainly of CO2 and can therefore be used for
Chargiereinrichtungen, Sperrdichtungen und ausgewählte Spül- und Kühlgasverbraucher verwendet werden. Charging equipment, barrier seals and selected Spül- and Kühlgasverbraucher be used.
Ein Teil des Restgases 82 kann aber auch als Brenngas dem Reduktionsgasofen 6 zugeführt werden. Schließlich kann ein Teil des Restgases 82 durch eine Restgasleitung 84, welche in
die zweite Prozessgasleitung 32 mündet, dem Exportgas 12 vor Eintritt in den Exportgasbehälter zur Kühlung zugeleitet werden. Eine entsprechende fünfte Regelungseinrichtung 20 hierfür ist in Fig. 4 eingezeichnet. However, part of the residual gas 82 can also be supplied to the reduction gas furnace 6 as fuel gas. Finally, a portion of the residual gas 82 through a residual gas line 84, which in the second process gas line 32 opens, are fed to the export gas 12 before entering the export gas container for cooling. A corresponding fifth control device 20 for this purpose is shown in Fig. 4.
Alle in diesem Ausführungsbeispiel vorhandenen All available in this embodiment
Regelungseinrichtungen (erste 45, zweite 46, vierte 56 und fünfte 20) sind untereinander verbunden und deren Stellgrößen werden zentral vorgegeben. Control devices (first 45, second 46, fourth 56 and fifth 20) are connected to each other and their manipulated variables are specified centrally.
Die Funktionsweisen der zweiten Einspritzvorrichtung 33, des optionalen Exportgaskühlers 75, der Fackelanlage 72, der Temperatursensoren 67-69, des Drucksensors 73 und der The operations of the second injector 33, the optional export gas cooler 75, the flare system 72, the temperature sensors 67-69, the pressure sensor 73, and the
Bypassleitung 74 sind so wie in Fig. 1 erläutert. Bypass line 74 are explained as in Fig. 1.
Die Anlage aus Fig. 6 unterscheidet sich von jener in Fig. 5 nur durch die Art der Reinigung des Topgases 9. In Fig. 6 wird nämlich das Topgas 9 nach dem Staubabscheider oder The plant of Fig. 6 differs from that in Fig. 5 only by the nature of the cleaning of the top gas 9. In Fig. 6, namely the top gas 9 after the dust or
Zyklon 10 in einem Heißgasfilter 11 weiter gereinigt, sodass auch der feine Staub abgeschieden wird und entnommen werden kann, siehe Pfeil am unteren Ende des Heißgasfilters 11. Das so gereinigte Top- oder Gichtgas 9 wird erst dann in den Abhitzekessel 21 geleitet. Cyclone 10 further purified in a hot gas filter 11, so that the fine dust is separated and can be removed, see arrow at the bottom of the hot gas filter 11. The purified top or top gas 9 is then passed into the waste heat boiler 21.
Das Exportgas 12 aus dem Exportgasbehälter 13 kann - unabhängig von der Ausführungsform der Erfindung - einem Kombikraftwerk oder einem Dampfkraftwerk als Brennstoff zugeleitet werden.
Bezugs zeichenliste : The export gas 12 from the export gas container 13 can - regardless of the embodiment of the invention - a combined cycle power plant or a steam power plant are fed as fuel. Reference sign list:
1 Hochofen 1 blast furnace
2 Sinteranlage 2 sinter plant
3 Sauerstoffhaltiges Gas 3 oxygen-containing gas
4 Ringleitung 4 ring line
5 Heißwind 5 hot winds
6 Reduktionsgasofen 6 reduction gas furnace
7 Schlacke 7 slag
8 Roheisen 8 pig iron
9 Top- oder Gichtgas 9 top or topping gas
10 Staubabscheider oder Zyklon 10 dust collector or cyclone
11 Heißgasfilter 11 hot gas filters
12 Exportgas 12 export gas
13 Exportgasbehälter 13 export gas containers
14 Anlage zur chemischen Absorption von CO2 14 plant for the chemical absorption of CO 2
15 Kompressor 15 compressor
16 Nachkühler 16 aftercoolers
17 ReduktionsSchacht 17 reduction shaft
18 Stückerz, Pellets, Sinter und Additive 18 lumps, pellets, sinter and additives
19 Reduktionsgas für Reduktionsschacht 1719 Reduction gas for reduction shaft 17
20 fünfte Regelungseinrichtung (Ventil)20 fifth control device (valve)
21 Abhitzekessel 21 waste heat boiler
22 Topgas aus Reduktionsschacht 17 22 top gas from reduction shaft 17
23 Zyklon für Topgas 22 23 cyclone for Topgas 22
24 Staub aus Zyklon 23 bzw. Heißgasfilter 11 24 Dust from cyclone 23 or hot gas filter 11
25 Staub und Feinerz aus Abscheider 5925 dust and fine ore from separator 59
26 Nasswäscher 26 wet scrubbers
27 Überschussgas 27 excess gas
28 Kühlgas 28 cooling gas
29 ersten Einspritzeinrichtung 29 first injector
30 Schlauchfilter 30 bag filter
31 erste Prozessgasleitung 31 first process gas line
32 zweite Prozessgasleitung 32 second process gas line
33 zweite Einspritzeinrichtung 33 second injection device
34 Entspannungsturbine
35 Zur Rohstofftrocknung (Kohle-, Feinkohle- oder 34 relaxation turbine 35 For raw material drying (coal, fine coal or
Erztrocknung) oder zum Kraftwerk Ore drying) or to the power plant
36 Bypassleitung 36 bypass line
37 Vierter Reduktionsreaktor 37 Fourth reduction reactor
38 Dritter Reduktionsreaktor 38 Third reduction reactor
39 Zweiter Reduktionsreaktor 39 Second reduction reactor
40 Erster Reduktionsreaktor 40 First reduction reactor
41 Feinerz und Additive 41 fine ore and additives
42 Erztrocknung 42 ore drying
43 Reduktionsgas 43 reducing gas
44 Abgas aus Reduktionsreaktoren 37-40 44 waste gas from reduction reactors 37-40
45 erste Regelungseinrichtung 45 first control device
46 zweite Regelungseinrichtung (Ventil) 46 second control device (valve)
47 Feinerz 47 fine ore
48 Einschmelzvergaser 48 melter gasifier
49 stückige Kohle 49 lumpy coal
50 Kohle in Pulverform 50 coal in powder form
51 Eisenbrikettierung 51 iron briquetting
52 Förderanlage 52 conveyor system
53 als Festbettreaktor ausgebildeter Speicherbehälter zur53 designed as a fixed bed reactor storage container for
Vorwärmung und Reduktion von Eisenoxiden und/oder Eisenbriketts Preheating and reduction of iron oxides and / or iron briquettes
54 Top- oder Generatorgas aus Einschmelzvergaser 48 54 top or generator gas from melter gasifier 48
55 Topgas aus Speicherbehälter 53 55 top gas from storage tank 53
56 vierte Regelungseinrichtung (Ventil) 56 fourth control device (valve)
57 dritte Regelungseinrichtung (Ventil) 57 third control device (valve)
58 heißes Metall und Schlacke 58 hot metal and slag
59 Abscheider für Feinerz 59 separators for fine ore
60 Nasswäscher für Überschussgas 61 60 wet scrubbers for excess gas 61
61 Überschussgas 61 surplus gas
62 Nasswäscher für Kühlgas 62 wet scrubber for cooling gas
63 Gaskompressor 63 gas compressor
64 von CO2 befreiten Gas (Produktgas) aus Absorber 1764 CO 2 released gas (product gas) from absorber 17
65 kalte Eisenbriketts 65 cold iron briquettes
66 Nasswäscher für Topgas aus Speicherbehälter 53 66 wet scrubber for top gas from storage tank 53
67 erster Temperatursensor 67 first temperature sensor
68 zweiter Temperatursensor
69 dritter Temperatursensor 68 second temperature sensor 69 third temperature sensor
70 erste Leitung zur Fackelanlage 72 70 first line to the flare system 72
71 zweite Leitung zur Fackelanlage 72 71 second line to the flare system 72
72 Fackelanlage 72 torch plant
73 Drucksensor 73 pressure sensor
74 Bypassleitung für Entspannungsturbine 34 74 Bypass line for expansion turbine 34
75 Exportgaskühler 75 export gas cooler
76 Kaltwasser 76 cold water
77 Gaskühler für Rückführgas 77 gas cooler for recirculation gas
78 Kaltwasser 78 cold water
79 Rückführgas 79 recirculation gas
80 Rückführgaskompressor 80 recirculation gas compressor
81 Kühler für Rückführgas 79 bzw. 9 81 recirculation gas cooler 79 and 9, respectively
82 Restgas aus Anlage 14 82 residual gas from Annex 14
83 Verbrennungsluft für Reduktionsgasofen 6 83 combustion air for reducing gas furnace 6
84 Restgasleitung
84 residual gas line