WO2012123320A1 - Hüttentechnische anlage mit effizienter abwärmenutzung - Google Patents

Hüttentechnische anlage mit effizienter abwärmenutzung Download PDF

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WO2012123320A1
WO2012123320A1 PCT/EP2012/053975 EP2012053975W WO2012123320A1 WO 2012123320 A1 WO2012123320 A1 WO 2012123320A1 EP 2012053975 W EP2012053975 W EP 2012053975W WO 2012123320 A1 WO2012123320 A1 WO 2012123320A1
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Robert Millner
Gerald Rosenfellner
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Siemens Vai Metals Technologies Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an operating method for a metallurgical plant, which has an upstream in the steel production process of a steel plant and a gas generating plant generating an export gas, - contained in the export gas carbon dioxide and / or water in a separation device is at least partially removed from the export gas and a product gas resulting therefrom is heated by burning a heating gas before it is supplied to the upstream installation in a firing device.
  • the present invention further relates to a metallurgical plant, which is designed such that it carries out such an operating method in lau ⁇ fenden operation.
  • waste heat In metallurgical plants, in particular in installations of the iron and steel producing industry, large quantities of heat energy are required at high temperatures. In such systems therefore fall large amounts of waste heat.
  • the waste heat is already partly used to cover any unexpected within the hüt ⁇ tenischen conditioning or processing Zvi ⁇ rule products - in particular process gases - preheat. Also, the waste heat is already partially used to operate via a steam generator and downstream turbine an electric generator.
  • the object of the present invention is to provide opportunities to use a metallurgical plant of the type mentioned ⁇ more efficient.
  • the object is achieved by an operating method with the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the operating method according to the invention are the subject of dependent claims 2 to 11.
  • heating gas is supplied to the firing device to an extent which is considerably greater than is required for heating the product gas
  • the flue gas produced during combustion of the heating gas is first used for steam generation and only then for heating the product gas.
  • heating of the product gas is below a required reaction tempera ture is ⁇ to an intermediate Tempe ⁇ temperature for use of the product gas in the upstream plant limited, although when burning the fuel gas accumulates the thermal energy required for this purpose, and
  • the thermal energy of the flue gas is sufficiently high, it is possible that the thermal energy of the Rauchga ⁇ ses behind the firing device is used for heating a thermal oil.
  • a part of the generated from the gasifier ⁇ generation plant export gas is used as fuel gas.
  • the amount and / or the composition of the resulting export gas and, associated therewith, the amount and / or the composition of the resulting process gas are often subject to considerable fluctuations over time. In many cases, it may therefore be useful for the part of the export gas used as the heating gas or the process gas to be temporarily stored in a low-pressure gas accumulator upstream of the Befeue ⁇ tion device.
  • a combustible gas is produced during operation of the upstream plant. It is possible that the combustible gas is at least partially admixed with the export gas. Alterna ⁇ tively or additionally, the combustible gas can encrypt as heating gas be used. In particular, if appropriate, the last-mentioned combustible gas can be added to the abovementioned process gas enriched with carbon dioxide and water or burnt together with this process gas.
  • the operation of the upstream plant is a hot top gas.
  • the thermal energy contained in the top gas for preheating of the product gas is used before its feeding to the firing device and / or for steam generation.
  • the hot top gas may alternatively be a combustible or non-combustible gas.
  • the upstream plant can be designed, for example, as a blast furnace, as a smelting reduction plant, as a smelting unit or as a direct reduction plant.
  • the gas generating unit for example, as a coal gasification plant, or as Me ⁇ tallschmelzstrom, in particular as an iron melting plant or a smelting reduction plant, may be formed.
  • a metallurgical system with the features of claim 12.
  • a metallurgical plant of the initially ge ⁇ type mentioned to design in that it performs during operation an inventive operating method.
  • FIG. 3 schematically shows a possible embodiment of the metallurgical plant of FIG. 1
  • FIG 1 comprises a metallurgical plant to a Gaserzeu generating installation.
  • the gas generating plant 1 can, for example, be designed as a coal gasification plant or as a metal smelting plant. In the case of training as a metal melting plant, this can be designed in particular as an iron melting plant - also as a blast furnace, in particular oxygen blowing furnace - or as a smelting reduction plant.
  • a Sauerstoffblas ⁇ furnace is a blast furnace, is used in the as hot blast technically pure oxygen and the resulting blast furnace gas can be recycled to the blast furnace.
  • the gas generating plant 1 generates a gas 2 during operation, referred to below as export gas 2.
  • the export gas 2 contains flammable components as well as additional carbon dioxide, water and, as a rule, nitrogen.
  • the presence of carbon dioxide and water is indicated in FIG. 1 by the addition of "CO2" and "H2O" in the export gas.
  • the export gas 2 is - fully or partially - fed to a para Se ⁇ tion means. 3
  • the export gas is 2 - optionally only the separation device 3 ⁇ supplied part of the export gas 2 - aufberei ⁇ tet.
  • the carbon dioxide contained in the export gas 2 and / or the water contained in the Ex ⁇ port gas 2 are completely or partially removed from the export gas 2 in the separation device 3.
  • a product gas 4 in the 2 Kohlendi ⁇ oxide and water are depleted in comparison to the export gas.
  • a process gas 5 often referred to as tail gas - in which carbon dioxide and / or water are enriched. This is indicated in FIG. 1 by the additions "CO2 +" and "H2O +".
  • the product gas 4 is first fed to a firing device 6 and from there to a upstream plant 7.
  • the ordered before ⁇ system 7 is a system, which is arranged upstream in the manufacturing process for steel a steel making plant. 8
  • the upstream installation 7 can be designed, for example, as a blast furnace, as a smelting reduction plant, as a smelting unit or as a direct reduction plant.
  • the product gas 4 is heated in a product gas heat exchanger 9.
  • the chemical composition of the product gas 4 remains unchanged, at least substantially. Only the temperature of the product gas 4 changes.
  • a heating gas 11 is burned to a flue gas 12 in the firing device 6 using an oxidizing gas 10. Both gases 10, 11 are supplied to the firing device 6.
  • the oxidation gas 10 may in particular be normal air.
  • the heating gas 11 is supplied to the firing device 6 to an extent that is considerably greater than is required for heating the product gas 4.
  • the firing device 6 therefore generates a considerable amount of excess thermal energy.
  • the resulting thermal energy, as far as it is excessive - that is not needed and used for heating the product gas 4 -, for example ⁇ be used to generate within the firing device 6 by means of an evaporator 13 steam and so a water-steam cycle to operate.
  • the steam may drive, for example a turbine 14, which in turn drives electric generator ei ⁇ NEN 15th Alternatively, the steam can be used elsewhere.
  • the evaporator 13 - see particularly clearly FIG. 2 - is arranged upstream of the product gas heat exchanger 9 with respect to the gas flow of the flue gas 12. The resulting during combustion of the fuel gas 11 flue gas 12 is therefore initially used for steam generation and only then for heating the product gas 4.
  • an over ⁇ overheat the steam generated may be by means of the flue gas 12th
  • a possible superheater (not shown in the FIG) is in this case the product gas heat exchanger 9, possibly also the evaporator 13 in Reference to the gas flow of the flue gas 12 upstream.
  • Next ⁇ out can be done preheating the water to be evaporated.
  • a corresponding preheater (not shown in the FIG) is downstream of the product gas heat exchanger 9 in relation to the gas flow of the flue gas 12 in this case.
  • the heating gas 11 can be preheated in a heating gas heat ⁇ exchanger 16.
  • the oxidizing gas 10 can be preheated in an oxidizing gas heat exchanger 17. The pre ⁇ warming of the heating gas 11 and / or the oxidizing gas 10 he ⁇ of course follows before supplying the said gases 10, 11 to the firing device. 6
  • the flue gas 12 according to FIG 2 cold air 25 are mixed.
  • the admixing of the cold air 25 takes place in this case after the use of the flue gas 12 for generating steam, but - of course - before the heating of the product gas. 4
  • reaction temperature T of generally more than 800 ° C.
  • the product gas 4 must have in order to be used in the upstream plant 7.
  • an oxidizing device 26 in addition to the product gas 4, an oxidizing gas 27 is supplied, for example technically pure oxygen (oxygen content at least 90%) ⁇
  • the heating gas 11, which is burned in the firing device 6, can be chosen arbitrarily in principle. It is possible to supply the heating gas 11 of the metallurgical plant from the outside. Alternatively, the heating gas 11 may be a gas generated within the metallurgical plant. For example, it is possible that a portion of the generated by the gas generating plant 1 Ex ⁇ port gas 2 is used as the heating gas 11 as shown in FIG 3. Alternatively or additionally, it is possible that the process gas 5 is used as the heating gas 11. If necessary, the process gas 5 another combustible gas 28 are mixed. Alternatively, as far as necessary, the further combustible gas 28 may be burned in a separate burner of the firing device 6 together with the process gas 5.
  • a low pressure gas reservoir 29 is in the feed line of entspre ⁇ sponding gas 2, 5 to the firing device 6 is preferably arranged.
  • the low-pressure gas accumulator 29 serves to compensate for fluctuations in quantity and / or composition which occur during the generation of the export gas 2 and / or the process gas 5.
  • Nie ⁇ derdruck gas reservoir 29 prevails a gas pressure p, which is slightly greater than the atmospheric pressure.
  • This gas 30 is often referred to as top gas 30.
  • the top gas 30 is combustible, it is possible to mix the top gas 30 - completely or partially - with the export gas 2.
  • the top gas 30 it is possible to use the top gas 30 as the heating gas 11.
  • use may be made together with the export gas 2 and / or the process gas 5.
  • the top gas 30 may be identical in this case with that combustible gas 28 which is added to the process gas 5 or is burned together with this.
  • top gas 30 When the top gas 30 is hot, it is possible to use the thermal energy contained in the top gas 30 to preheat the product gas 4 before it is supplied to the firing device 6 and / or for steam generation (including possibly overheating). This is also indicated by dashed lines in FIG.
  • the present invention has many advantages. Insbeson ⁇ broader efficient use of waste in the metallurgical plant thermal energy and the resulting combustible gas is possible in a relatively simple manner.
  • the above description is only for explanation of the present invention.
  • the scope of the present invention is intended to be determined solely by the appended claims.

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Abstract

Eine hüttentechnische Anlage weist eine im Herstellungsprozess für Stahl einer Stahlerzeugungsanlage (8) vorgelagerte Anlage (7) und eine ein Exportgas (2) generierende Gaserzeugungsanlage (1) auf. Im Exportgas (2) enthaltenes Kohlendioxid und/oder Wasser wird in einer Separationseinrichtung (3) zumindest teilweise aus dem Exportgas (2) entfernt. Ein sich dadurch ergebendes Produktgas (4) wird vor dem Zuführen zur vorgelagerten Anlage (7) in einer Befeuerungseinrichtung (6) durch Verbrennen eines Heizgases (11) aufgeheizt. Das Heizgas (11) wird der Befeuerungseinrichtung (6) in einem Umfang zugeführt, der erheblich größer ist als zum Aufheizen des Produktgases (4) erforderlich ist. Die beim Verbrennen des Heizgases (11) anfallende thermische Energie wird, soweit sie nicht zum Aufheizen des Produktgases (4) verwendet wird, thermisch genutzt. Die Nutzung kann innerhalb der Befeuerungseinrichtung (6) durch Dampferzeugung und/oder in Bezug auf den Gasstrom des beim Verbrennen des Heizgases (11) entstehenden Rauchgases (12) hinter der Befeuerungseinrichtung (6) erfolgen. Im letztgenannten Fall kann die Nutzung durch Vorwärmen des Heizgases (11) und/oder durch Vorwärmen eines zum Verbrennen des Heizgases (11) verwendeten Oxidationsgases (10) und/oder durch die Vorwärmung und/oder die Trocknung von der vorgelagerten Anlage (7) und/oder der Gaserzeugungsanlage (1) zuzuführenden Rohstoffen (20, 21) erfolgen.

Description

Beschreibung / Description
Hüttentechnische Anlage mit effizienter Abwärmenutzung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine hüttentechnische Anlage, die eine im Herstellungsprozess für Stahl einer Stahlerzeugungsanlage vorgelagerte Anlage und eine ein Exportgas generierende Gaserzeugungsanlage aufweist, - wobei im Exportgas enthaltenes Kohlendioxid und/oder Wasser in einer Separationseinrichtung zumindest teilweise aus dem Exportgas entfernt wird und ein sich dadurch ergebendes Produktgas vor dem Zuführen zur vorgelagerten Anlage in einer Befeuerungseinrichtung durch Verbrennen eines Heizgases aufgeheizt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine hüttentechnische Anlage, die derart ausgebildet ist, dass sie im lau¬ fenden Betrieb ein derartiges Betriebsverfahren ausführt.
Derartige hüttentechnische Anlagen und die zugehörigen Be¬ triebsverfahren sind allgemein bekannt.
In hüttentechnischen Anlagen, insbesondere in Anlagen der eisen- und stahlerzeugenden Industrie, werden große Mengen an Wärmeenergie bei hohen Temperaturen benötigt. In derartigen Anlagen fallen daher große Abwärmemengen an. Die anfallende Abwärme wird teilweise bereits genutzt, um innerhalb der hüt¬ tentechnischen Anlage anfallende oder zu verarbeitende Zwi¬ schenprodukte - insbesondere Prozessgase - vorzuwärmen. Auch wird die Abwärme teilweise bereits genutzt, um über eine Dampferzeugungseinrichtung nebst nachgeordneter Turbine einen elektrischen Generator zu betreiben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, eine hüttentechnische Anlage der ein¬ gangs genannten Art effizienter zu nutzen. Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sind Gegenstand der ab¬ hängigen Ansprüche 2 bis 11.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, ein Betriebsverfahren für eine hüttentechnische Anlage der eingangs genannten Art dadurch auszugestalten,
- dass das Heizgas der Befeuerungseinrichtung in einem Umfang zugeführt wird, der erheblich größer ist als zum Aufheizen des Produktgases erforderlich ist,
- wobei die beim Verbrennen des Heizgases anfallende thermi¬ sche Energie, soweit sie nicht zum Aufheizen des Produktga¬ ses verwendet wird, innerhalb der Befeuerungseinrichtung für die Dampferzeugung und/oder in Bezug auf den Gasstrom des beim Verbrennen des Heizgases entstehenden Rauchgases hinter der Befeuerungseinrichtung zum Vorwärmen des Heizgases und/oder zum Vorwärmen eines zum Verbrennen des Heizgases verwendeten Oxidationsgases und/oder für die Vorwärmung und/oder die Trocknung von der vorgelagerten Anlage und/oder der Gaserzeugungsanlage zuzuführenden Rohstoffen thermisch genutzt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das beim Verbrennen des Heizgases entstehende Rauchgas zunächst für die Dampferzeugung und erst danach zum Aufheizen des Produktgases genutzt.
In einigen Fällen ist es erforderlich, die Temperatur des Produktgases im Wesentlichen konstant bei einer Solltempera¬ tur zu halten. Wenn dies der Fall ist und die Temperatur des Rauchgases zu hoch ist, ist es möglich, zur Temperatureinstellung des das Produktgas aufheizenden Rauchgases dem
Rauchgas nach der Nutzung zur Dampferzeugung und vor dem Aufheizen des Produktgases Kaltluft beizumischen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, - dass das Aufheizen des Produktgases auf eine Zwischentempe¬ ratur unterhalb einer für die Verwendung des Produktgases in der vorgelagerten Anlage erforderliche Reaktionstempera¬ tur beschränkt wird, obwohl beim Verbrennen des Heizgases die hierfür erforderliche thermische Energie anfällt, und
- dass das aufgeheizte Produktgas durch eine partielle Oxida- tion des Produktgases von der Zwischentemperatur auf die Reaktionstemperatur aufgeheizt wird.
Falls die thermische Energie des Rauchgases hinreichend groß ist, ist es möglich, dass die thermische Energie des Rauchga¬ ses hinter der Befeuerungseinrichtung zum Erhitzen eines Thermoöls genutzt wird.
Es ist möglich, dass als Heizgas ein Teil des von der Gaser¬ zeugungsanlage generierten Exportgases verwendet wird. Alter¬ nativ oder zusätzlich ist es möglich, dass als Heizgas ein beim Entfernen des Kohlendioxids und des Wassers aus dem Ex¬ portgas anfallendes, mit Kohlendioxid und Wasser angereicher¬ tes Prozessgas verwendet wird. Falls das genannte Prozessgas nicht stabil genug brennt oder nicht die erforderliche ther¬ mische Energie enthält, kann dem Prozessgas ein weiteres brennbares Gas beigemischt werden oder das Prozessgas zusam¬ men mit dem weiteren brennbaren Gas verbrannt werden.
Die Menge und/oder die Zusammensetzung des anfallenden Exportgases und hiermit verbunden auch die Menge und/oder die Zusammensetzung des anfallenden Prozessgases sind oftmals starken zeitlichen Schwankungen unterworfen. In vielen Fällen kann es daher sinnvoll sein, dass der als Heizgas verwendete Teil des Exportgases oder das Prozessgas in einem der Befeue¬ rungseinrichtung vorgeordneten Niederdruck-Gasspeicher zwischengespeichert wird.
In vielen Fällen fällt beim Betrieb der vorgelagerten Anlage ein brennbares Gas an. Es ist möglich, dass das brennbare Gas zumindest teilweise dem Exportgas beigemischt wird. Alterna¬ tiv oder zusätzlich kann das brennbare Gas als Heizgas ver- wendet werden. Insbesondere kann ggf. das letztgenannte brennbare Gas dem oben genannten, mit Kohlendioxid und Wasser angereicherten Prozessgas beigemischt oder zusammen mit die- sem Prozessgas verbrannt werden.
Es ist weiterhin möglich, dass beim Betrieb der vorgelagerten Anlage ein heißes Topgas anfällt. In diesem Fall ist es mög¬ lich, dass die im Topgas enthaltene thermische Energie zum Vorwärmen des Produktgases vor dessen Zuführen zur Befeuerungseinrichtung und/oder für die Dampferzeugung genutzt wird. Das heiße Topgas kann alternativ ein brennbares oder ein nicht brennbares Gas sein.
Die vorgelagerte Anlage kann beispielsweise als Hochofen, als Schmelzreduktionsanlage, als Schmelzaggregat oder als Direkt- reduktionsanlage ausgebildet sein. Die Gaserzeugungsanlage kann beispielsweise als Kohlevergasungsanlage oder als Me¬ tallschmelzanlage, insbesondere als Eisenschmelzanlage oder als Schmelzreduktionsanlage, ausgebildet sein.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine hüttentechnische Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, eine hüttentechnische Anlage der eingangs ge¬ nannten Art dadurch auszugestalten, dass sie im laufenden Betrieb ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren ausführt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
FIG 1 schematisch eine hüttentechnische Anlage,
FIG 2 schematisch einen Ausschnitt der hüttentechnischen
Anlage von FIG 1 und
FIG 3 schematisch eine mögliche Ausgestaltung der hüttentechnischen Anlage von FIG 1.
Gemäß FIG 1 weist eine hüttentechnische Anlage eine Gaserzeu¬ gungsanlage 1 auf. Die Gaserzeugungsanlage 1 kann beispiels- weise als Kohlevergasungsanlage oder als Metallschmelzanlage ausgebildet sein. Im Fall einer Ausbildung als Metallschmelzanlage kann diese insbesondere als Eisenschmelzanlage - auch als Hochofen, insbesondere Sauerstoffblasofen - oder als Schmelzreduktionsanlage ausgebildet sein. Ein Sauerstoffblas¬ ofen ist ein Hochofen, bei dem als Heißwind technisch reiner Sauerstoff verwendet wird und das entstehende Gichtgas zum Hochofen rückgeführt werden kann.
Die Gaserzeugungsanlage 1 erzeugt im Betrieb ein Gas 2, nach¬ folgend als Exportgas 2 bezeichnet. Das Exportgas 2 enthält brennbare Bestandteile sowie zusätzlich Kohlendioxid, Wasser und in der Regel auch Stickstoff. Das Vorhandensein von Kohlendioxid und Wasser ist in FIG 1 dadurch angedeutet, dass bei dem Exportgas die Zusätze „CO2 " und „H2O" stehen.
Das Exportgas 2 wird - vollständig oder teilweise - einer Se¬ parationseinrichtung 3 zugeführt. In der Separationseinrichtung 3 wird das Exportgas 2 - ggf. nur der der Separations¬ einrichtung 3 zugeführte Teil des Exportgases 2 - aufberei¬ tet. Insbesondere werden in der Separationseinrichtung 3 das im Exportgas 2 enthaltene Kohlendioxid und/oder das im Ex¬ portgas 2 enthaltene Wasser vollständig oder teilweise aus dem Exportgas 2 entfernt. Dadurch ergibt sich zum einen ein Produktgas 4, in dem im Vergleich zum Exportgas 2 Kohlendi¬ oxid und Wasser abgereichert sind. Dies ist in FIG 1 durch die Zusätze „CO2 - " und „H2O- " angedeutet. Zum anderen ergibt sich ein Prozessgas 5 - oftmals als Tail Gas bezeichnet -, in dem Kohlendioxid und/oder Wasser angereichert sind. Dies ist in FIG 1 durch die Zusätze „CO2+ " und „H2O+ " angedeutet.
Das Produktgas 4 wird zunächst einer Befeuerungseinrichtung 6 und von dort einer vorgeordneten Anlage 7 zugeführt. Die vor¬ geordnete Anlage 7 ist eine Anlage, die im Herstellungspro- zess für Stahl einer Stahlerzeugungsanlage 8 vorgeordnet ist. Die vorgelagerte Anlage 7 kann beispielsweise als Hochofen, als Schmelzreduktionsanlage, als Schmelzaggregat oder als Di- rektreduktionsanlage ausgebildet sein. In der Befeuerungseinrichtung 6 wird das Produktgas 4 in ei- nem Produktgas-Wärmetauscher 9 aufgeheizt. Die chemische Zu- sammensetzung des Produktgases 4 bleibt hierbei - zumindest im Wesentlichen - unverändert, Nur die Temperatur des Pro- duktgases 4 ändert sich.
Bei Befeuern der Befeuerungseinrichtung 6 wird in der Befeuerungseinrichtung 6 unter Verwendung eines Oxidationsgases 10 ein Heizgas 11 zu einem Rauchgas 12 verbrannt. Beide Gase 10, 11 werden der Befeuerungseinrichtung 6 zugeführt. Das Oxida- tionsgas 10 kann insbesondere normale Luft sein.
Das Heizgas 11 wird der Befeuerungseinrichtung 6 in einem Umfang zugeführt, der erheblich größer ist als zum Aufheizen des Produktgases 4 erforderlich ist. In der Befeuerungseinrichtung 6 fällt daher in erheblichem Umfang überschüssige thermische Energie an. Die anfallende thermische Energie kann, soweit sie überschüssig ist - also nicht zum Aufheizen des Produktgases 4 benötigt und verwendet wird -, beispiels¬ weise dazu genutzt werden, innerhalb der Befeuerungseinrichtung 6 mittels eines Verdampfers 13 Dampf zu erzeugen und so einen Wasser-Dampf-Kreislauf zu betreiben. Der Dampf kann beispielsweise eine Turbine 14 antreiben, die ihrerseits ei¬ nen elektrischen Generator 15 antreibt. Alternativ kann der Dampf anderweitig genutzt werden.
Falls eine Dampferzeugung erfolgt, ist der Verdampfer 13 - siehe besonders deutlich FIG 2 - in Bezug auf den Gasstrom des Rauchgases 12 dem Produktgas-Wärmetauscher 9 vorgeordnet. Das beim Verbrennen des Heizgases 11 entstehende Rauchgas 12 wird daher zunächst für die Dampferzeugung und erst danach zum Aufheizen des Produktgases 4 genutzt.
Gegebenenfalls kann mittels des Rauchgases 12 auch ein Über¬ hitzen des erzeugten Dampfes erfolgen. Ein etwaiger Überhitzer (in den FIG nicht dargestellt) ist in diesem Fall dem Produktgas-Wärmetauscher 9, ggf. auch dem Verdampfer 13 in Bezug auf den Gasstrom des Rauchgases 12 vorgeordnet. Weiter¬ hin kann eine Vorwärmung des zu verdampfenden Wassers erfolgen. Ein entsprechender Vorwärmer (in den FIG nicht dargestellt) ist in diesem Fall dem Produktgas-Wärmetauscher 9 in Bezug auf den Gasstrom des Rauchgases 12 nachgeordnet.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Nutzung zur Dampferzeugung ist es möglich, das Rauchgas 12 in Aggregaten 16 bis 19 zu nutzen, die in Bezug auf den Gasstrom des Rauchgases 12 hinter der Befeuerungseinrichtung 6 angeordnet sind.
Beispielsweise kann das Heizgas 11 in einem Heizgas-Wärme¬ tauscher 16 vorgewärmt werden. Alternativ oder zusätzlich zum Vorwärmen des Heizgases 11 kann in einem Oxidationsgas-Wärme- tauscher 17 das Oxidationsgas 10 vorgewärmt werden. Das Vor¬ wärmen des Heizgases 11 und/oder des Oxidationsgases 10 er¬ folgt selbstverständlich vor dem Zuführen der genannten Gase 10, 11 zur Befeuerungseinrichtung 6.
Weiterhin kann - alternativ oder zusätzlich zum Vorwärmen des Heizgases 11 und/oder des Oxidationsgases 10 - in einer Roh¬ stoffaufbereitungseinrichtung 18 ein Trocknen und/oder Vorwärmen von Rohstoffen 20 erfolgen, die der vorgeordneten Anlage 7 zugeführt werden sollen. In analoger Weise kann in einer weiteren Rohstoffaufbereitungseinrichtung 19 - zusätzlich oder alternativ - ein Trocknen und/oder Vorwärmen von Rohstoffen 21 erfolgen, die der Gaserzeugungsanlage 1 zugeführt werden sollen. Als Rohstoffe 21 kommen insbesondere Eisenerz oder Kokskohle in Frage.
Falls weiterhin überschüssige thermische Energie des Rauchga¬ ses 12 zur Verfügung steht, ist es zusätzlich möglich, die thermische Energie des Rauchgases 12 hinter der Befeuerungs¬ einrichtung 6 in einem Ölwärmetauscher 23 zum Erhitzen eines Thermoöls 24 zu nutzen.
In manchen Fällen kann es sinnvoll sein, die Temperatur des das Produktgas 4 aufheizenden Rauchgases 12 einzustellen. Zu diesem Zweck kann dem Rauchgas 12 gemäß FIG 2 Kaltluft 25 beigemischt werden. Das Beimischen der Kaltluft 25 erfolgt in diesem Fall nach der Nutzung des Rauchgases 12 zur Dampferzeugung, aber - selbstverständlich - vor dem Aufheizen des Produktgases 4.
Es ist möglich, das Produktgas 4 in der Befeuerungseinrichtung 6 bis auf eine Reaktionstemperatur T (von in der Regel über 800°C) aufzuheizen, die das Produktgas 4 aufweisen muss, um in der vorgeordneten Anlage 7 verwendet werden zu können. In vielen Fällen ist es jedoch von Vorteil, das Aufheizen des Produktgases 4 auf eine Zwischentemperatur I" zu beschränken, die unterhalb der Reaktionstemperatur T liegt. Dies gilt, ob¬ wohl beim Verbrennen des Heizgases 11 die hierfür (also für das Aufheizen bis auf die Reaktionstemperatur T) erforderliche thermische Energie anfällt. Die Zwischentemperatur I" kann beispielsweise bei ca. 400°C bis ca. 600°C liegen. Falls das Produktgas 4 in der Befeuerungseinrichtung 6 nur bis auf die Zwischentemperatur I" aufgeheizt wird, wird das in der Befeuerungseinrichtung 6 aufgeheizte Produktgas 4 gemäß FIG 2 durch eine partielle Oxidation des Produktgases 4 in einer Oxidationseinrichtung 26 von der Zwischentemperatur I" auf die Reaktionstemperatur T aufgeheizt. In der Regel wird zu diesem Zweck der Oxidationseinrichtung 26 zusätzlich zum Produktgas 4 ein Oxidationsgas 27 zugeführt, beispielsweise technisch reiner Sauerstoff (Sauerstoffgehalt mindestens 90 %) ·
Das Heizgas 11, das in der Befeuerungseinrichtung 6 verbrannt wird, kann prinzipiell beliebig gewählt sein. Es ist möglich, das Heizgas 11 der hüttentechnischen Anlage von außen zuzuführen. Alternativ kann es sich bei dem Heizgas 11 um ein innerhalb der hüttentechnischen Anlage erzeugtes Gas handeln. Beispielsweise ist es möglich, dass als Heizgas 11 gemäß FIG 3 ein Teil des von der Gaserzeugungsanlage 1 generierten Ex¬ portgases 2 verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Prozessgas 5 als Heizgas 11 verwendet wird. Soweit erforderlich, kann dem Prozessgas 5 ein weiteres brennbares Gas 28 beigemischt werden. Alternativ kann, soweit erforderlich, das weitere brennbare Gas 28 in einem separaten Brenner der Befeuerungseinrichtung 6 zusammen mit dem Prozessgas 5 verbrannt werden.
Falls als Heizgas 11 ein Teil des Exportgases 2 oder das Pro¬ zessgas 5 verwendet werden, ist in der Zuleitung des entspre¬ chenden Gases 2, 5 zur Befeuerungseinrichtung 6 vorzugsweise ein Niederdruck-Gasspeicher 29 angeordnet. Der Niederdruck- Gasspeicher 29 dient dazu, Mengen- und/oder Zusammensetzungsschwankungen auszugleichen, die bei der Generierung des Exportgases 2 und/ oder des Prozessgases 5 auftreten. Im Nie¬ derdruck-Gasspeicher 29 herrscht ein Gasdruck p, der geringfügig größer als der Atmosphärendruck ist.
In vielen Fällen fällt beim Betrieb der vorgeordneten Anlage 7 ein Gas 30 an, das heiß und/oder brennbar ist. Dieses Gas 30 wird oftmals als Topgas 30 bezeichnet. Wenn das Topgas 30 brennbar ist, ist es möglich, das Topgas 30 - vollständig oder teilweise - dem Exportgas 2 beizumischen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das Topgas 30 als Heizgas 11 zu verwenden. Gegebenenfalls kann eine Verwendung zusammen mit dem Exportgas 2 und/oder dem Prozessgas 5 erfolgen. Ins¬ besondere kann das Topgas 30 in diesem Fall mit demjenigen brennbaren Gas 28 identisch sein, das dem Prozessgas 5 beigemischt wird oder zusammen mit diesem verbrannt wird.
Wenn das Topgas 30 heiß ist, ist es möglich, die im Topgas 30 enthaltene thermische Energie zum Vorwärmen des Produktgases 4 vor dessen Zuführen zur Befeuerungseinrichtung 6 und/oder für die Dampferzeugung (einschließlich ggf. Überhitzung) zu nutzen. Auch dies ist in FIG 3 gestrichelt angedeutet.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson¬ dere ist auf relativ einfache Weise eine effiziente Nutzung der in der hüttentechnischen Anlage anfallenden thermischen Energie und der anfallenden brennbaren Gase möglich. Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.
Bezugs zeichenliste
1 Gaserzeugungsanlage
2 Exportgas
3 Separationseinrichtung
4 Produktgas
5 Prozessgas
6 Befeuerungseinrichtung
7 vorgelagerte Anlage
8 Stahlerzeugungsanlage
9 Produktgas-Wärmetauscher
10, 27 Oxidationsgase
11 Heizgas
12 Rauchgas
13 Verdampfer
14 Turbine
15 Generator
16 bis 19 Aggregate
16 Heizgas-Wärmetauscher
17 Oxidationsgas-Wärmetauscher
18, 19 Rohstoffaufbereitungseinrichtungen
20, 21 Rohstoffe
23 Ölwärmetauscher
24 Thermoöl
25 Kaltluft
26 Oxidationseinrichtung
28 weiteres brennbares Gas
29 Niederdruck-Gasspeicher
30 Topgas p Gasdruck
T Reaktionstemperatur
T' Zwischentemperatur

Claims

Patentansprüche / Patent Claims
1. Betriebsverfahren für eine hüttentechnische Anlage, die eine im Herstellungsprozess für Stahl einer Stahlerzeugungs¬ anlage (8) vorgelagerte Anlage (7) und eine ein Exportgas (2) generierende Gaserzeugungsanlage (1) aufweist,
- wobei im Exportgas (2) enthaltenes Kohlendioxid und/oder Wasser in einer Separationseinrichtung (3) zumindest teilweise aus dem Exportgas (2) entfernt wird und ein sich da¬ durch ergebendes Produktgas (4) vor dem Zuführen zur vorge¬ lagerten Anlage (7) in einer Befeuerungseinrichtung (6) durch Verbrennen eines Heizgases (11) aufgeheizt wird,
- wobei das Heizgas (11) der Befeuerungseinrichtung (6) in einem Umfang zugeführt wird, der erheblich größer ist als zum Aufheizen des Produktgases (4) erforderlich ist,
- wobei die beim Verbrennen des Heizgases (11) anfallende thermische Energie, soweit sie nicht zum Aufheizen des Pro¬ duktgases (4) verwendet wird, innerhalb der Befeuerungsein¬ richtung (6) für die Dampferzeugung und/oder in Bezug auf den Gasstrom des beim Verbrennen des Heizgases (11) entste¬ henden Rauchgases (12) hinter der Befeuerungseinrichtung (6) zum Vorwärmen des Heizgases (11) und/oder zum Vorwärmen eines zum Verbrennen des Heizgases (11) verwendeten Oxida- tionsgases (10) und/oder für die Vorwärmung und/oder die Trocknung von der vorgelagerten Anlage (7) und/oder der Gaserzeugungsanlage (1) zuzuführenden Rohstoffen (20, 21) thermisch genutzt wird.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das beim Verbrennen des Heizgases (11) entstehende
Rauchgas (12) zunächst für die Dampferzeugung und erst danach zum Aufheizen des Produktgases (4) genutzt wird.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zur Temperatureinstellung des das Produktgas (4) aufhei¬ zenden Rauchgases (12) dem Rauchgas (12) nach der Nutzung zur Dampferzeugung und vor dem Aufheizen des Produktgases (4) Kaltluft (25) beigemischt wird.
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass das Aufheizen des Produktgases (4) auf eine Zwischen¬ temperatur (T' ) unterhalb einer für die Verwendung des Produktgases (4) in der vorgelagerten Anlage (7) erforderliche Reaktionstemperatur (T) beschränkt wird, obwohl beim Verbrennen des Heizgases (11) die hierfür erforderliche ther¬ mische Energie anfällt, und
- dass das aufgeheizte Produktgas (4) durch eine partielle Oxidation des Produktgases (4) von der Zwischentemperatur (T' ) auf die Reaktionstemperatur (T) aufgeheizt wird.
5. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die thermische Energie des Rauchgases (12) hinter der Befeuerungseinrichtung (6) zum Erhitzen eines Thermoöls (24) genutzt wird.
6. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass als Heizgas (11) ein Teil des von der Gaserzeugungsanla¬ ge (1) generierten Exportgases (2) und/oder ein beim Entfernen des Kohlendioxids und des Wassers aus dem Exportgas (2) anfallendes, mit Kohlendioxid und Wasser angereichertes Pro¬ zessgas (5) - letzteres ggf. unter Beimischung eines weiteren brennbaren Gases (28) oder unter Verbrennen zusammen mit dem weiteren brennbaren Gas (28) - verwendet wird.
7. Betriebsverfahren nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der als Heizgas (11) verwendete Teil des Exportgases (2) oder das Prozessgas (5) in einem der Befeuerungseinrichtung (6) vorgeordneten Niederdruck-Gasspeicher (29) zwischengespeichert wird.
8. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass beim Betrieb der vorgelagerten Anlage (7) ein brennbares Topgas (30) anfällt und dass das brennbare Topgas (30) zumin¬ dest teilweise dem Exportgas (2) beigemischt wird und/oder als Heizgas (11) verwendet wird.
9. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass beim Betrieb der vorgelagerten Anlage (7) ein heißes Topgas (30) anfällt und dass die im Topgas (30) enthaltene thermische Energie zum Vorwärmen des Produktgases (4) vor dessen Zuführen zur Befeuerungseinrichtung (6) und/oder für die Dampferzeugung genutzt wird.
10. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die vorgelagerte Anlage (7) als Hochofen, als Schmelzre¬ duktionsanlage, als Schmelzaggregat oder als Direktredukti- onsanlage ausgebildet ist.
11. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Gaserzeugungsanlage (1) als Kohlevergasungsanlage oder als Metallschmelzanlage, insbesondere als Eisenschmelz¬ anlage oder als Schmelzreduktionsanlage, ausgebildet ist.
12. Hüttentechnische Anlage, die derart ausgebildet ist, dass sie im laufenden Betrieb ein Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche ausführt, umfassend
- eine Stahlerzeugungsanlage (8),
- eine der Stahlerzeugungsanlage (8) vorgelagerte Anlage (7) ,
- eine Exportgas (2) generierende Gaserzeugungsanlage (1),
- eine Separationseinrichtung (3) zur zumindest teilweisen Entfernung von im Exportgas (2) enthaltenem Kohlendioxid und/oder Wasser unter Erzeugung eines Produktgases (4), - eine Befeuerungseinrichtung (6) mit einer Leitung zur Zufuhr des Produktgases (4) von der Separationseinrichtung (3) in die Befeuerungseinrichtung (6) und einer in die vorgelagerte Anlage (7) mündende Leitung zur Zufuhr des in der Befeuerungseinrichtung (6) aufgeheizten Produktgases von der Befeuerungseinrichtung (6) in die vorgelagerte Anlage (7),
- eine Leitung zur Zufuhr von Heizgas (11) zur Befeue¬ rungseinrichtung (6),
- eine Leitung zur Zufuhr von Oxidationsgas (10) in die Befeuerungseinrichtung (6), wobei aus der Gruppe der Vorrichtungen:
- Verdampfer (13) innerhalb der Befeuerungseinrichtung (6) zur Erzeugung von Dampf,
- Heizgas-Wärmetauscher (16) zum Vorwärmen des Heizgases (11) ,
- Oxidationsgas-Wärmetauscher (17) zum Vorwärmen des Oxi- dationsgases (10),
- Rohstoffaufbereitungseinrichtungen (18,19) zur Vorwärmung und/oder Trocknung von Rohstoffen (20,21), die der vorgelagerten Anlage (7) und/oder der Gaserzeugungsanlage (1) zuzuführen sind zumindest eine vorhanden ist.
13. Hüttentechnische Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung zur Zufuhr von Kaltluft in Rauchgas (12) vorhanden ist.
14. Hüttentechnische Anlage nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Niederdruck-Gasspeicher (29) zum Zwischenspeichern des Exportgases (2) oder des Prozessgases (5) vorhanden ist, wobei der Niederdruck- Gasspeicher (29) der Befeuerungseinrichtung (6) vorgeordnet ist .
15. Hüttentechnische Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis
14, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgelagerte Anlage (7) ein Hochofen, eine Schmelzreduktionsanlage, ein Schmelzaggre¬ gat oder eine Direktreduktionsanlage ist.
16. Hüttentechnische Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis
15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaserzeugungsanlage (1) eine Kohlevergasungsanlage, eine Metallschmelzanlage, insbe¬ sondere eine Eisenschmelzanlage oder eine Schmelzreduktions¬ anlage ist.
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