[发明专利]从鼓风炉设备内的气体中回收能量

说明书

技术领域

本发明总体上涉及鼓风炉设备(blast furnace plant，鼓风炉工厂设备)内的气体处理，且更具体地，涉及在膨胀涡轮机内从炉顶气中回收能量。

背景技术

如所公知的，气体在鼓风炉(BF)操作中扮演着重要角色。首先，气体主流是在鼓风炉的炉腹区与炉膛区之间的过渡处被吹动并将与炉料(铁矿石、焦炭、熔剂等)作用的气流(或“鼓风”)。在鼓风气流到达鼓风炉风口之前，其在通过再生炉(regenerative stove)(也就是考珀式炉(Cowper))时被预热，再生炉通常是通过燃烧鼓风炉废气被加热的。在考珀式炉上游吸入的环境空气形成“冷鼓风(cold blast)”，而考珀式炉下游的被预热的鼓风被称为“热鼓风”。

鼓风炉中的其他主要气流是在炉顶离开鼓风炉的气体，也就是“炉顶气”或“鼓风炉气体”，该气体是鼓风炉的副产物，是在铁矿石被焦炭和/或其他燃料还原为金属铁时产生的。鼓风炉炉顶气通常用作炼钢厂或考珀式炉中的燃料，但其也可在锅炉或发电厂中燃烧。它也可以在燃烧之前与天然气或焦炉煤气结合，或者提供具有更高热值的气体或油的火焰柱(flame support)从而维持燃烧。

如还公知的，几十年来，鼓风炉都利用内部过压来操作，借助适当选择炉子尺寸，这允许显著提高材料和能量的转化，且因此提高生铁的产量。

当然，内部过压下的操作也意味着显著增加了与设备和操作相关的附加成本。更具体地，其要求在冷鼓风压缩机(或鼓风机)中产生具有适当供给压力水平的压缩空气从而形成冷鼓风。过压下的操作还常见的情况是离开炉顶气的气体处于显著高于大气压的压力。然而，炉顶气仍含有可燃烧的成分，主要是一氧化碳和较低含量的氢气，并可用作低热值燃烧气体，用于产生热能或者机械能和电能。

离开鼓风炉的炉顶气还携带相当量的固体物质，主要是灰尘形式的物质。在炉顶气的任何后续使用之前，都要求除去这些固体材料。传统上这是在鼓风炉设备的气体净化分厂中完成的，该厂通常包括第一干燥分离设备(具有重力分离器(除尘器)和/或轴流旋风器(axial cyclone)和后续湿式精细净化设备(湿式分离器)。由于湿式净化，炉顶气温度下降约100℃，并饱和有水蒸气，且包括额外的液体水滴。

长期以来就已知，在净化后，除了利用炉顶气的热能，还在膨胀涡轮机中回收加压鼓风炉炉顶气的气动能量(pneumatic energy)。在涡轮机中，炉顶气膨胀至接近大气压，同时产生机械功。涡轮机转子可接合到例如发电机、冷鼓风压缩机、或任何其他负载。

如现在还已知的，通过在净化且因此冷却的炉顶气进入涡轮机之前对其加热，可提高这种膨胀涡轮机(也称为顶压回收涡轮机(Top pressureRecovery Turbine)-TRT)的效率。为此，人们提出通过燃烧膨胀的炉顶气而预热涡轮机上游的净化炉顶气。可替换地，JP 62074009提出通过热交换器从炉渣粒化过程中提取热量并将该热量传递到TRT上游的冷却净化的炉顶气。

FR2663685描述了一种用于从鼓风炉气体中回收能量的工艺。鼓风炉气体经过精细和/或粗糙的灰尘过滤，然后进入与动力发生器接合的(压力回收)涡轮机，并且进一步进入气体管线以便进一步利用。在膨胀涡轮机(12)之前，如果需要的话，通过压缩机分流一定比例的气体(3-15％，优选5％)，并且在燃烧室中该气体可能与高发热燃料(如天然气和焦炉煤气)浓缩物燃烧。然后燃烧气体在气体涡轮机中膨胀。气体涡轮机可以被接合至其自身的发电机或者经由离合器接合至膨胀涡轮机发电器。净化的鼓风炉气体的未分流部分在注入回收涡轮机之前，优选地通过与气体涡轮机中的膨胀燃烧气体热交换，其温度升高。冷鼓风气流的一部分可以在空气涡轮机中燃烧。

发明目的

本发明目的是提供另一种利用TRT从鼓风炉设备内的炉顶气中回收能量的改进的方式。

通过权利要求1所述的方法和权利要求6所述的鼓风炉设备实现该目的。

发明内容

本发明提出了管理鼓风炉设备中的气流的优化方式，该方式允许以提高的效率操作TRT。根据本发明的方法，从冷鼓风预热器(cold blastpre-heater)(即考珀式炉等)上游的压缩冷鼓风气流中提取热量，并将该热量(至少部分地)传递到膨胀涡轮机上游的冷却净化的炉顶气。从冷中提取热量优选地是在其于冷鼓风主管中朝着预加热器行进时进行，而不会消耗此冷鼓风用于加热净化的炉顶气的目的。