[发明专利]加热设备

说明书

技术领域

本发明涉及用来加热具有燃烧区和与该燃烧区相关联的燃烧气体出口的高炉炉子的设备。

背景技术

高炉主要但不是专有地用于将氧化铁矿石提炼成铁水。高炉炉子的作用是在所需的流速下以安全和对环境负责方式长期多年地为高炉提供稳定的热风温度。高炉炉子的操作基本上简单。空气-燃油燃烧器通常用于燃烧燃气(通常、主要是高炉气)，且燃烧产物穿过捕获燃烧产物显热的大量耐火砖。一旦耐火砖达到所需的工作温度，燃烧器关闭且冷空气穿过炉，流过耐火砖以便在作为热风空气送入高炉前预热。通常地，炉以三或四个炉组运行使得一些炉被加热而其他炉将热鼓风提供到高炉。

高炉炉子可具有很多不同构型中的任一构型。通常地，每个炉子包括在其中发生燃烧的第一垂直室以及耐火砖位于其中的第二垂直室。这种炉子通常称为外部燃烧室类。其中燃烧区容纳在耐火室中的炉子也是已知的。这些称作“内部”燃烧炉子。在另一构型中，燃烧室配置在耐火室的顶部，通常位于穹顶形状结构内。

在目前的实践中，有三种主要方法用于尝试最大化可从炉子传递到热鼓风的热量。提供具有尽可能高热含量的热鼓风减小在高炉中炼铁的焦化率。为了获得高的热鼓风温度，炉子中的耐火砖或格子砖须加热到在由可允许的炉子穹顶温度设定的物理约束内尽可能高的温度。结果，输送到燃烧器的燃气发热值必须能够产生合适热焰。

高炉顶部气体(通常称为高炉气)常规是用于加热高炉炉子的主要燃料，但这种燃料的使用具有发热值变化、强烈依赖于高炉运行实际情况的缺点。高炉气发热值的可变性使得为了提高其热值和产生所要求的火焰温度，众所周知的是使高炉气与诸如焦炉气、转炉气或天然气的较高发热值燃气混合。替代地已知的是通过炉子燃料器预热燃烧上游的燃气和空气。实际上，在加热循环中流出炉子的燃烧气体具有250°到400℃之间的温度和包含约18％的输入到炉子的能量。在一些设备中，该相对热的烟气通到废热回收单元，在此捕获其显著热含量的一部分并用来实施预热。加热高炉炉子的另一替代方法是使燃烧空气富氧。加入氧气替换部分燃烧空气提高火焰温度，因为，在恒定总氧分子流下，燃烧产物中的氮含量减少。通常，使用富氧空气以便于减少产生所需火焰温度所需的焦炉气、转炉气或天然气的量。

在运行期间以能够考虑燃料以及其他气体的利用率和成本变化的灵活方式改进高炉炉子的运行是所希望的。

发明内容

根据本发明，提供用来加热具有燃烧区和与该燃烧区相关联的燃烧气体出口的高炉炉子的设备，该设备包括：

a)较低发热值燃料源；

b)第一管线，该第一管线可操作地将较低发热值燃料从其燃料源分配到燃烧区；

c)空气源

d)第二管线，该第二管线可操作地将空气从其空气源分配到燃烧区；

e)包括至少85％氧气量的氧化剂源；

f)第三管线，该第三管线可操作地将氧化剂从其氧化剂源分配到燃烧区；

g)第四管线，该第四管线可操作地将燃烧气体从燃烧气体出口引离炉子；以及

h)第五管线，该第五管线可操作地将部分燃烧气体返回到燃烧区。

术语“燃烧气体”意思是包括气态燃烧产物。

根据本发明的设备可根据选择第二、第三和第五管线与燃烧区连通而以多个不同模式运行。这些模式中最重要的一种模式是：包含至少85％氧气量的氧化剂是用于维持燃烧的唯一氧化剂，且燃烧气体通过第五管线再循环到燃烧区。在该模式下运行可获得很多优点。第一，所需火焰温度可简单地通过使用高炉气作为燃气来实现，而无需富含诸如焦炉气或天然气的较高发热值气体。第二，燃烧气体的再循环能够使二氧化碳的释放率净减少。第三，可获得类似那些从富氧空气获得的优点(见上述)的优点。

根据本发明的设备可通过所述气体穿过热回收换热器而利用从燃烧气体回收的热量来运行。

燃烧气体再循环到燃烧区稀释其中的燃料和氧化剂混合物以及因此改变温度和减小由于燃烧对炉子材料的损害风险。燃烧可实际上是无火焰的。

根据本发明的设备给高炉操作者灵活性，以切换到采用空气来维持燃烧和通过采用诸如焦炉气、转炉气或天然气的较高发热值燃料附加到高炉燃料来提高高炉燃料发热值的常规运行。

因此，根据本发明的设备可包括较高发热值燃料源和可操作地将较高发热值燃料分配到燃烧区的第六管线。