CN101910422B - 用于回收在炼铁工艺中产生的过剩气体的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于稳定地回收在炼铁工艺中产生的过剩气体的装置和方法。该炼铁工艺的过剩气体回收装置包括过剩气体回收线、一个或多个气体储存单元及压缩机。过剩气体回收线与熔融气化炉侧的过剩气体线和流化床炉侧的过剩气体线中的至少一条连接。过剩气体回收线从熔融气化炉、流化床炉和还原炉中的至少一座炉回收过剩气体，并将过剩气体提供给熔融气化炉、流化床炉和还原炉中的至少一座炉。气体储存单元设置在过剩气体回收线中，并接收和储存过剩气体。压缩机设置在气体储存单元的下游侧的过剩气体回收线中。压缩机压缩从气体储存单元排出的过剩气体。因此，可以提高过剩气体的回收率，可以使用低压小容量气体储存设备，并可以简化设备的操作控制。

Description

用于回收在炼铁工艺中产生的过剩气体的装置和方法

技术领域

本公开涉及用于稳定地回收在炼铁工艺中产生的过剩气体的装置和方法，更具体地讲，本公开涉及这样的用于回收在炼铁工艺中产生的过剩气体的装置和方法，即，该装置和方法可以控制熔融气化炉的压力来提高在使用非炼焦煤和精细铁矿石的炼铁工艺中排出的过剩气体的回收率，又可以以低压回收过剩气体来构造低压的小容量设备和简单地控制过量气体回收装置的运行。 

背景技术

通常所知的用于炼铁工艺的高炉工艺需要诸如制焦设备的原料预处理设备。因此，建造这样的辅助设备需要很大的花费。 

此外，为了建造用于处理在制焦设备的运行过程中产生的环境污染物质的环境污染防止设施，高炉工艺需要大量花费。 

因此，使用非炼焦煤和精细铁矿石的炼铁工艺早已为大家所知。即，该炼铁工艺直接使用非炼焦煤作为燃料和还原剂，并直接使用占世界矿石产量的约80％以上的精细铁矿石作为铁源材料来生产铁水。 

图1为示出例如FINEX工艺的典型工艺的示意图，在FINEX工艺中，通过直接使用非炼焦煤和精细铁矿石来生产铁水。 

参照图1，典型的FINEX工艺的主要设备包括流化床还原炉130和熔融气化炉140，流化床还原炉130包括多级流化床炉110和还原炉120，在熔融气化炉140中形成有煤填料床(coal packed bed)。 

在矿石顺序地穿过流化床炉110和还原炉120的同时，在室温下被连续地填入到顶部反应器中的矿石与由熔融气化炉140提供的高温还原气体接触。结果，矿石转变为具有升高的温度并具有90％或更高的还原率的高温还原精细铁矿石，同时，被还原的精细铁矿石被连续地填入到形成有煤填料床的熔融气化炉140中以在煤填料床中熔化，从而转变为生铁水。此后，从熔融气化炉140排放出生铁水。 

即，将块煤通过熔融气化炉140的上部连续地提供到熔融气化炉140中，以在熔融气化炉140内形成具有预定高度的煤填料床。当通过鼓风口将氧气注入到煤填料床中时，煤填料床内的煤燃烧从而产生燃烧气体。当在气体穿过煤填料床的同时产生的燃烧气体增多时，燃烧气体转变为高温的还原流。此后，转变为还原流的燃烧气体从熔融气化炉140排出，从而将该气体提供给还原炉120和流化床炉110。 

参照图1，通过连接到熔融气化炉140的气体排出线142而排出的还原气体穿过旋风分离器(cyclone)150，并通过还原炉侧的气体循环线(或称作“气体管道”)G1(在下文中，称作“循环线G1”)提供给还原炉120以及通过流化床炉侧的气体循环线G2(在下文中，称作“循环线G2”)提供给流化床炉110。 

从熔融气化炉140提供到流化床炉110和还原炉120的高温还原气体通过非炼焦煤的燃烧和气化产生。还原气体的产量根据煤的成分和操作条件而急剧地波动。 

例如，在极端的情况下，高温还原气体的产量的波动范围达到大约20％至大约50％。另外，急剧的波动在短时间内发生。 

如图1中的简化的图表g中所示，根据气体流量的波动的压力采集值未被稳定地保持，并且提供给气体循环线G2、气体循环线G1和熔融气化炉侧的气体循环线G3(在下文中，称作“气体循环线G3”)的高温还原气体量在短时间内急剧地增加并又急剧地减少。 

结果，根据还原气体量急剧增加和急剧减少的压力采集值的急剧波动使在流化床炉110和还原炉120内产生的高温还原气体的流速急剧变化。结果，矿石流化床临时坍塌。 

为了稳定地维持流化床炉110和还原炉120中的矿石流化床，需要稳定地构造从熔融气化炉140排出的还原气体的环境。 

还原气体的急剧波动引起熔融气化炉140中的不稳定的压力，从而导致熔融气化炉140的不稳定运行。 

即，还原气体的压力和流量影响到矿石流化床的稳定维持和熔融气化炉140的稳定运行。 

参照图1，从熔融气化炉140排出的部分过剩气体通过压力控制阀154排放到熔融气化炉侧的过剩气体线Ge1(在下文中，称作“过剩气体线Ge1”) 

在这种情况下，控制在还原炉120和流化床炉110中循环的还原气体的急剧波动来收回(withdraw)不均匀的量。 

即，根据压力和流量的波动而增加的过剩量被引导并被排放到过剩气体线Ge1中，还原气体得到循环并以均匀的压力和流量提供到流化床炉110和还原炉120中。 

由于根据压力和流量的波动的增加量达到大约20％至大约50％，这样，大量的还原气体通过过剩气体线Ge1排出，所以用于还原(精铁)矿石的还原气体在实际操作过程中不足。 

因此，如图1中所示，从流化床炉110排出的部分过剩气体穿过从流化床炉侧的过剩气体线Ge2(在下文中，称作“过剩气体线Ge2”)分支出的气体循环线G4以进入到压缩机160中。进入到压缩机160中的所述部分过剩气体被压缩并进入到CO₂去除器(remover)166中。不是用于还原的CO₂气体通过CO₂去除器166被去除，剩下的气体提供给熔融气化炉140的气体排出线142。 

因此，通过气体排出线142和旋风分离器150另外提供的气体通过气体循环线G2和G1提供给还原炉120和流化床炉110，以补偿如上所述的还原气体的短缺。 

然而，如图1中所示，尽管另外补偿的还原气体进入到流化床炉110和还原炉120中，但循环的且提供到流化床炉110和还原炉120中的还原气体仍然不足。 

为了增加还原炉120和流化床炉110需要的还原气体量，只有增大压力控制阀154的压力设定值，或只有控制还原炉120的入口流量控制阀(未示出)。在这种情况下，由于还原气体的压力或流量会不稳定，所以将熔融气化炉140、还原炉120和流化床炉110的总的压力或流量保持到所需水平受到限制。 

图1中未解释的标号152和162(也可应用到图2和图3)分别表示用于降低过剩气体线Ge1和Ge2中的过剩气体温度的冷却设备，未解释的标号164表示流量控制阀。 

由本申请人提交且公布的第2001-0045380号韩国特许公布中公开了可 以克服在炼铁工艺中的还原气体循环系统的典型限制的技术，即，稳定地维持每座炉中的流化床来防止流化床坍塌的技术。 

图2为示出防止上述流化床坍塌的传统的不同的还原气体循环系统的示意图。 

参照图2，在传统的不同的还原气体循环系统中，从熔融气化炉140排出的过剩气体的在过剩气体线Ge1中的部分储存在缓冲罐190中。当流化床炉110和还原炉120的流化床不稳定或熔融气化炉140内的压力不稳定时，过剩气体的被储存的部分被循环并被提供到气体排出线142中。 

压缩机180和缓冲罐190顺序地连接到另一条气体循环线G5，气体循环线G5连接到过剩气体线Ge1，过剩气体线Ge1连接到烟囱170，气体循环线G5与从过剩气体线Ge2分支出的并连接到气体排出线142的气体循环线G4连接。 

如图2中的简化的图表g中所示，根据从熔融气化炉140排出的过剩气体线Ge1的还原气体中的气体流量的波动的压力采集值根据熔融气化炉140的运行而不稳定。然而，如图2中的简化的图表g’中所示，由于通过压缩机180储存在缓冲罐190中的还原气体被施以预定的压力，所以该气体具有均匀的压力采集值。 

储存在缓冲罐中的还原气体通过气体循环线G5和G4提供给气体排出线142。 

以均匀压力循环的还原气体分别通过气体循环线G1、G2和G3提供给还原炉120、流化床炉110和熔融气化炉140。这样，防止了如上所述的流化床的坍塌，并均匀地保持了熔融气化炉140内的压力。 

然而，传统的还原气体循环系统具有下面的局限性。例如，如图2中所示，由于还原气体穿过过剩气体线Ge1并进入到压缩机180中，然后，通过压缩机180压缩，并将压缩后的还原气体储存在缓冲罐190中，所以在实际运行过程中必须均匀地维持循环的过剩气体的量以使压缩机180正常运行。然而，由于过剩气体的实际排出量不均匀，并且在任何情况下，几乎不产生过剩气体，所以压缩机180的运行率非常不足。另外，在实际的操作线中，进入缓冲罐190中的过剩气体的回收率仅为10％。 

由于通过压缩机压缩过剩气体(还原气体)，且将压缩后的气体储存在缓冲罐中，所以缓冲罐变成高压态。结果，需要高压高容量的缓冲罐，从而增 加了设备的投入。 

另外，由于从缓冲罐后面的气体循环线G5排出的过剩气体也变成高压态，因此，难以利用设置在气体循环线中的控制阀V来控制压力。 

发明内容

技术问题 

本发明的一方面提供了一种用于回收在利用非炼焦煤和精细铁矿石的炼铁工艺中产生的过剩气体的装置和方法，在所述装置和方法中，由于可以提高在利用非炼焦煤和精细铁矿石的炼铁工艺中排出的过剩气体的回收率而减少不必要气体的产生，所以可以降低炼铁工艺的生产成本、可以稳定地控制熔融气化炉的压力并可以稳定地维持流化床炉和还原炉的流化床。 

技术方案 

根据本发明的一方面，提供了一种用于回收在利用流化床炉、还原炉和熔融气化炉的炼铁工艺中的过剩气体的装置，所述装置包括：过剩气体回收线，与熔融气化炉侧的过剩气体线和流化床炉侧的过剩气体线中的至少一条连接，过剩气体回收线从熔融气化炉、流化床炉和还原炉中的至少一座炉回收过剩气体，并将过剩气体提供给熔融气化炉、流化床炉和还原炉中的至少一座炉；一个或多个气体储存单元，设置在过剩气体回收线中，气体储存单元接收和储存过剩气体；压缩机，设置在气体储存单元下游侧的过剩气体回收线中，压缩机压缩从气体储存单元排出的过剩气体。 

过剩气体回收装置还可以包括加热器单元和过滤器单元中的至少一个，用来将压缩机的上游侧的过剩气体回收线中的水分或外来物质除去。 

过剩气体回收装置还可以包括高压气体反向供应线，高压气体反向供应线设置在过剩气体回收线的压缩机的下游侧与气体储存单元之间。 

过剩气体回收线可以从流化床炉侧的过剩气体线分支并可以连接到与熔融气化炉的气体排出线连接的气体循环线。 

与过剩气体回收线连接的熔融气化炉的气体排出线可以与流化床炉侧的气体循环线、还原炉侧的气体循环线和熔融炉侧气体循环线中的每一条连接，以将回收的过剩气体提供给每座炉，从而防止流化床的坍塌以及每座炉内的压力的不规律性。 

气体储存单元可以包括缓冲罐，用于处理包含在所述气体中的冷凝水的 密封罐可以连接到缓冲罐的下部。 

根据本发明的另一方面，提供了一种用于回收在利用流化床炉、还原炉和熔融气化炉生产铁水的炼铁工艺中的过剩气体的方法，所述方法包括以下步骤：将从流化床炉和熔融气化炉中至少一座排出并回收的过剩气体以它们目前状态储存在缓冲罐中；将从缓冲罐中排出的过剩气体转换为高压气体，以使高压气体循环并将高压气体提供到熔融气化炉、流化床炉和还原炉中的至少一座炉中。 

从缓冲罐排出的过剩气体可以穿过压缩机，以将过剩气体转换为高压气体。 

在将包含在过剩气体中的水分或外来物质除去之后，可以将从缓冲罐排出的过剩气体提供给压缩机。 

在附图和下面的描述中阐述了一个或多个实施例的细节。其他特征从描述和附图以及权利要求将是明显的。 

有益效果 

根据本发明的用于回收在炼铁工艺中产生的过剩气体的装置和方法提供了下面的各种效果。 

在炼铁工艺中使用的并排出的用于控制熔融气化炉的压力的过剩气体的回收率可以增大到几乎100％，从而降低了生产成本。 

由于不同于传统的方法而在低压状态下回收过剩气体并在高压状态下提供过剩气体，所以可以利用低压小容量设备来构造用来储存气体的缓冲罐，从而减少了实际的设备构造和成本。 

因此，由于因简单的设备而可以简化并可以容易地控制和驱动过剩气体回收设备的操作，所以可以容易地控制炼铁工艺。 

另外，可以容易地实现熔融气化炉的压力控制，所述熔融气化炉的压力控制为过剩气体的重要功能。 

附图说明

图1为示出使用非炼焦煤和精细铁矿石的炼铁工艺的过剩气体系统的示意图。 

图2为示出使用非炼焦煤和精细铁矿石的炼铁工艺的传统的过剩气体回收系统的示意图。 

图3为示出根据本发明的使用非炼焦煤和精细铁矿石的炼铁工艺的过剩气体回收系统的示意图。 

具体实施方式

现在将详细地描述本公开的实施例，本公开的实施例的示例在附图中示出。 

图3为根据本发明的使用非炼焦煤和精细铁矿石并包括过剩气体回收装置1的炼铁工艺的示意图。在下文中，将对传统炼铁工艺中的相同或相似的部分或组件使用相同的标号，并将省略详细的描述。 

例如，关于根据本发明的过剩气体回收装置的组件的标号以10系列示出，关于炼铁工艺的组件的标号以100系列示出。在气体循环系统中作为主要线路的气体循环线和过剩气体线的第一字符以字母“G”示出，并利用数字进行区分。 

参照图3，在根据本发明的炼铁工艺中，使用非炼焦煤和精细铁矿石的炼铁工艺的过剩气体回收装置1包括过剩气体回收线10、气体储存单元20和压缩机30。过剩气体回收线10与过剩气体线Ge1和过剩气体线Ge2中的至少一条连接，过剩气体回收线10使过剩气体循环并将过剩气体提供到熔融气化炉140的气体排出线142中。至少一个或多个气体储存单元20设置在过剩气体回收线10中以储存过剩气体。压缩机30设置在气体储存单元20的下游侧的过剩气体回收线10中，并将气体储存单元20的低压气体转变为高压气体。 

在炼铁工艺的过剩气体回收装置1中，过剩气体回收线10连接到过剩气体线Ge1和过剩气体线Ge2中的至少一条，例如，连接到过剩气体线Ge1。 

在这种情况下，重要的是通过过剩气体回收线10回收的过剩气体流到气体储存单元20中，并不同于如图2中所示的传统方法以过剩气体未被压缩的状态储存到气体储存单元20中。气体储存单元可以为缓冲罐。 

通过传统的过剩气体回收线G5回收的过剩气体在穿过压缩机180时被压缩并以高压储存在缓冲罐190中。然而，在根据本发明的过剩气体回收装置1中，过剩气体以过剩气体从熔融气化炉排出的目前状态(即，以低压气体的状态)储存在作为气体储存单元20的缓冲罐中。 

气体储存单元20的缓冲罐中，所以可以使用不同于传统缓冲罐的低压小容量缓冲罐。 

例如，在传统的方法中，由于穿过压缩机180的高压过剩气体储存在如图2中所示的缓冲罐190中，所以使用具有5巴(bar)或更大和8000Nm³/h的大容量的缓冲罐190。 

然而，虽然根据本发明使用的是具有大约2巴或更小和大约2000Nm³/h的低压小容量气体储存单元20(例如，缓冲罐)，但不应存在任何问题。 

根据本发明的炼铁工艺的过剩气体回收装置1显著地减小了设备构造的容积，因此，能够明显地降低投资成本。 

由于过剩气体流动并以目前状态储存在作为气体储存单元20的缓冲罐中而没有被压缩，所以即使不产生气体流的量(在传统方法的情况下必须驱动压缩机)也可以容易地回收过剩气体，过剩气体的实际回收率增大到几乎100％。 

在炼铁工艺中过剩气体的回收率增加得越多，则过剩气体的排放量降低得越多。结果，增加了再循环的过剩气体的用量，从而提高了炼铁工艺的生产率。 

在传统方法中，由于高压过剩气体储存在缓冲罐(见图2的标号190)中，所以难以控制熔融气化炉、流化床炉和还原炉中循环的高压过剩气体的循环。在本发明中，由于低压过剩气体首先储存在作为气体储存单元的缓冲罐中，所以简化了设备并易于控制操作。 

虽然在图3中只是示意性的示出，但用于去除包含在过剩气体中的水分(冷凝水)的密封罐(seal pot)70连接到包括在根据本发明的过剩气体回收装置1的过剩气体回收线10中的气体储存单元20(即，缓冲罐)的下部。 

例如，密封罐70早已是公知的，并早已用于除去在典型的气体线中冷凝的冷凝水(水分)。密封罐70连接到主气体线，冷凝水收集在密封罐70的主体中，并且使气体循环。密封罐70包括排水线，以将收集的冷凝水排出。这样，在储存在气体储存单元中储存的过剩气体中包含的冷凝水在密封罐70进行处理。 

虽然在图3中只是示意性的示出，但在设置在气体储存单元20下游侧的压缩机30与过剩气体回收线10中的气体储存单元20之间还设置有过滤器单元50(例如，筛网)和加热器单元40(例如，蒸汽加热器)。 

蒸汽加热器的加热器单元和过滤器单元早已是公知的，例如，加热单元进一步除去在过剩气体中包含的残留水分，其中，在设置在气体储存单元的一部分上的密封罐70中对过剩气体中的冷凝水进行处理。过滤器单元过滤包括在过剩气体中的诸如焦油的杂质或外来物质。 

这样，过剩气体穿过密封罐70、加热器单元40和过滤器单元50以除去水分并过滤诸如焦油的外来物质。结果，干净的过剩气体被提供给压缩机30，从而防止因包含在过剩气体中的诸如焦油的外来物质粘附到压缩机30而导致的操作故障或设备损坏。 

参照图3，在根据本发明的过剩气体回收装置1的过剩气体回收线10中，在压缩机30的下游侧与作为气体储存单元20的缓冲罐之间设置有高压气体反向供应线60。高压气体反向供应线60将高压气体反向地提供给缓冲罐，使得从气体储存单元平稳地排出气体。 

高压气体反向供应线60精密地控制穿过压缩机30的高压气体的流量。由于设置在本发明的过剩气体回收线10中的压缩机30具有2000Nm³/h或更高的大容量，所以压缩机30控制不了500Nm³/h或更小的小容量。 

这样，具有正常流量的过剩气体流到过剩气体回收线10中，高压气体反向供应线60利用其中的控制阀62来精密地控制气体流量以回收。 

参照图3，在根据本发明的过剩气体回收线10中，过剩气体流入侧与过剩气体线Ge1和过剩气体线Ge2中的至少一条连接，过剩气体流出侧从过剩气体线Ge2分支并连接到与气体排出线142连接的气体循环线G4。 

储存在作为气体储存单元的缓冲罐中并在压缩机中压缩的高压气体循环并通过气体循环线G1、G2和G3分别提供到还原炉120、流化床炉110和熔融气化炉140中，气体循环线G1、G2和G3与气体排出线142连接。 

因此，可以防止在流化床炉110和还原炉120内的流化床坍塌，并可以均匀地保持(控制)熔融气化炉140内的压力。 

参照图3，在过剩气体回收线10的下游侧设置至少一个用于控制高压气体循环的控制阀14。 

在连接到过剩气体线Ge1和过剩气体线Ge2的过剩气体回收线10的上游侧中可以设置用于控制每条过剩气体线的气体流动的控制阀12。 

可以将利用本发明的过剩气体回收装置1的过剩气体回收方法总结如下。在流化床炉、还原炉和熔融气化炉中利用非炼焦煤和精细铁矿石制备铁 水的炼铁工艺中，将从流化床炉和/或熔融气化炉排出的低压过剩气体以目前状态储存在作为气体储存单元20的缓冲罐中。 

将储存在缓冲罐中的低压过剩气体通过穿过压缩机30而转变为高压过剩气体。使高压过剩气体循环并通过气体循环线G4将高压过剩气体提供到气体排出线142中。 

如在图2的简化图表g和g’中所示，根据熔融气化炉的操作条件的过剩气体的压力采集值为不规律的摆动现象(hunting phenomenon)会发生在原来的气体线Ge1的过剩气体中。然而，由于过剩气体通过作为过剩气体回收线10的气体储存单元20的缓冲罐并通过压缩机30，所以根据本发明的过剩气体的压力采集值为平直的。因此，循环并提供了具有均匀压力的过剩气体。 

虽然已经参照本发明的许多示例性实施例描述了实施例，但应该理解，本领域的技术人员能够设计的许多其他的修改和实施例将落入本公开的原理的范围和精神内。更具体地讲，在公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题结合布置的组件部分和/或布置做各种改变和修改除了组件部分和/或布置的各种修改和改变之外，可选择的使用中对本领域的技术人员是将是明显的。 

产业上的可利用性 

根据本发明，可以防止流化床炉和还原炉内的流化床坍塌，并且可以均匀地保持熔融气化炉内的压力以改善炼铁工艺的操作。 

Claims (7)

1.一种用于回收再利用流化床炉、还原炉和熔融气化炉的生产铁水的炼铁工艺中的过剩气体的装置，所述装置包括：

过剩气体回收线，与熔融气化炉侧的过剩气体线和流化床炉侧的过剩气体线中的至少一条连接，所述过剩气体线从熔融气化炉、流化床炉和还原炉中的至少一座炉回收过剩气体，并将过剩气体提供给熔融气化炉、流化床炉和还原炉中的至少一个；

一个或多个气体储存单元，所述一个或多个气体储存单元设置在过剩气体回收线中，每个气体储存单元接收并储存过剩气体；

压缩机，设置在气体储存单元下游侧的过剩气体回收线中，压缩机压缩从气体储存单元排出的过剩气体，

其中，过剩气体回收线从流化床炉侧的过剩气体线分支并连接到与熔融气化炉的气体排出线连接的气体循环线，

其中，与过剩气体回收线连接的熔融气化炉的气体排出线与流化床炉侧的气体循环线、还原炉侧的气体循环线和熔融炉侧的气体循环线中的每一条连接，以将回收的过剩气体提供给每座炉，从而防止流化床的坍塌以及每座炉内的压力不规律性。

2.如权利要求1所述的装置，所述装置还包括加热器单元和过滤器单元中的至少一个，用来将压缩机的上游侧的过剩气体回收线中的水分或外来物质除去。

3.如权利要求1所述的装置，所述装置还包括高压气体反向供应线，所述高压气体反向供应线设置在过剩气体回收线的压缩机的下游侧与气体储存单元之间。

4.如权利要求1所述的装置，其中，气体储存单元包括缓冲罐，用于处理包含在气体中的冷凝水的密封罐连接到缓冲罐的下部。

5.一种用权利要求1所述的装置回收再利用流化床炉、还原炉和熔融气化炉生产铁水的炼铁工艺中的过剩气体的方法，所述方法包括以下步骤：

将从流化床炉和熔融气化炉中的至少一座排出并被回收的过剩气体以它们目前状态储存在缓冲罐中；

将从缓冲罐中排出的过剩气体转换为高压气体，以使高压气体循环并将 高压气体提供到熔融气化炉、流化床炉和还原炉中的至少一座炉中。

6.如权利要求5所述的方法，其中，从缓冲罐排出的过剩气体穿过压缩机，以将过剩气体转换为高压气体。

7.如权利要求6所述的方法，其中，在将包含在过剩气体中的水分或外来物质除去之后，将从缓冲罐排出的过剩气体提供给压缩机。 

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