[发明专利]用于加热高炉的热风炉的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用来加热与高炉一起使用的高炉热风炉的方法。

背景技术

供应到高炉的燃烧空气通常要用热风炉进行预热，热风炉包括用燃烧器进行加热的耐火材料。当材料足够热时，燃烧空气在被注入到高炉之前先通过热风炉而进行预热。通常，数个热风炉并联地和循环地运行，这样，至少一个热风炉在运行，以用于加热燃烧空气，同时，还有至少一个热风炉的耐火材料在被加热。

传统上，离开高炉的炉顶煤气具有大约110-120℃的温度，并含有大约各为20-25％的CO和CO₂。一般地，还会存在3-5％的H₂和一些H₂O，但炉顶煤气的其它主要成分是N₂（通常为45-57％）。该炉顶煤气构成了低级的燃料，其具有相对较低的热值，通常用作热风炉的燃料。

炉顶煤气通常使用热风炉中的空气-燃料燃烧器进行燃烧。为了确保高炉所需的必要高温鼓风空气，众所周知，可用高热值的气体来富化炉顶煤气，例如，焦炉煤气或天然气。此类附加燃料的燃烧导致工厂较大量的二氧化碳总体排放，因此是不希望的。

还已经知道，可用氧来富化用于炉身燃烧器（stack burner）中的燃烧空气。通常，为减小或消除对附加高卡路里燃料的需求，需要达到的富化水平是要使最后氧化剂的氧含量在燃烧空气中达到约28-30％。

如此的方法在某些情形中会造成峰值的火焰温度，该温度高到足以损坏热风炉的耐火材料。

高炉本身是经多年发展的高效逆流反应器。它正接近热力效率的极限。此外，高炉和其诸如热风炉的附属设备在一体化的钢铁企业中是最大的能量消耗器。而且，炼铁中消耗的能量是确定一体化炼钢过程的碳消耗量以及二氧化碳排放的主要因素。因此，需要提高高炉热风炉的热效率。

除了上述高峰值温度的问题之外，过低的火焰温度或热输入率将会导致长加热循环，这是不理想的。换句话说，火焰温度需要适中。

发明内容

本发明的实施例解决上述的问题，并能够获得将在下文中描述的其它优点。

因此，本发明实施例涉及用于加热高炉热风炉的方法，该加热是通过在保持可见的稳定火焰的燃烧区域内，燃烧为9MJ/Nm³或不到的低热值（LHV）燃料，该区域布置在热风炉中的燃烧腔室内，并使燃烧气体流过热风炉中的耐火材料并由此加热该耐火材料，其特征在于，燃料与包含至少85％氧的氧化剂燃烧；以及，使燃烧气体再循环到燃烧区域内，以稀释其中的燃料和氧化剂的混合物，使火焰不足以损坏耐火材料。

附图说明

下面将参照本发明示范的实施例并参照附图，来详细描述本发明，附图中：

图1是传统炼铁厂中高炉和三个热风炉的简化示意图；

图2是示出带有外部燃烧腔室的现代型高炉的传统热风炉的剖视图，；

图3是根据本发明实施例的带有附加喷枪的热风炉的剖视图；

图4是根据本发明实施例的带有氧-燃料燃烧器的热风炉的详细剖视图；

图5是根据本发明实施例的带有燃烧气体再循环的热风炉的剖视图；

图6是根据本发明实施例的带有注射喷枪的热风炉的详细剖视图；

图7是，示出以下两种情况下的燃烧器热风炉的燃烧腔室内燃烧的轴向温度曲线的曲线图：（a）传统地用空气支持燃烧而无烟气再循环的运行，以及（b）根据本发明实施例的运行；

图8是类似于图7的曲线图，但示出同样两种燃烧情形的轴向速度曲线；

图9是类似于图7的曲线图，但示出同样两种燃烧情形的轴向一氧化碳浓度曲线；

图10是根据另一实施例的带有燃烧气体再循环的热风炉的剖视图。

具体实施方式

图1示出炼铁厂中高炉120和三个热风炉100的基本布置。高炉120的运行产生高炉炉顶煤气或“炉顶煤气”，使用燃料供应控制装置110将炉顶煤气馈送到各个热风炉100，用作燃料，以加热所述热风炉100。炉顶煤气与呈空气形式的氧化剂一起燃烧，由空气供应控制装置130供应空气。

各个热风炉100包括呈陶瓷砖块等形式的耐火材料，其首先被加热，然后用来加热要馈送到高炉内的鼓风空气。

当在耐火材料加热模式（“燃烧（on gas）”模式）中运行时，炉顶煤气与氧化剂在热风炉100内燃烧，将燃烧气体馈送到烟气处理装置150，其可能包括传统的碳捕获步骤。