Спосіб нагрівання повітронагрівача доменної печі

Реферат: Спосіб нагрівання повітронагрівача (500) доменної печі шляхом спалювання палива з нижчою 3 теплотворною здатністю 9 МДж/нм або менше в зоні горіння, розташованій в камері (301, 401, 501, 601) спалювання у повітронагрівачі, причому газоподібні продукти спалювання протікають через вогнетривкий матеріал (502) у повітронагрівачі і, таким чином, нагрівають його. Винахід відрізняється тим, що паливо спалюють з окисником, що містить щонайменше 85 % кисню, при цьому забезпечують рециркуляцію газоподібних продуктів спалювання в зону горіння, і таким чином розбавляючи там суміш палива і окисника достатнім чином для того, щоб горіння було безполум'яним. UA 105547 C2 (12) UA 105547 C2 UA 105547 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ОПИС Даний винахід стосується способу нагрівання повітронагрівача доменної печі для використання з доменною піччю. Повітря для спалювання, що подається в доменну піч, типово підігрівають, використовуючи повітронагрівач, що містить вогнетривкий матеріал, який нагрівають з використанням пальника. Коли матеріал достатньо гарячий, повітря для спалювання пропускають через повітронагрівачі для його підігрівання перед вдуванням в доменну піч. Звичайно декілька повітронагрівачів працюють паралельно і циклічно, щоб щонайменше один повітронагрівач працював для нагрівання повітря для спалювання, доки вогнетривкий матеріал щонайменше одного повітронагрівача нагрівається. Звичайно колошниковий газ, що залишає доменну піч, має температуру близько 110-120 °C і містить приблизно 20-25% СО і СО2 кожного. Типово 3-5% H2 і деяка кількість H2O буде також присутня, але іншою головною складовою частиною колошникового газу є N 2 (типово 45-57%). Газ являє собою низькосортне паливо, що має відносно низьку теплотворну здатність, і звичайно використовується для обігрівання повітронагрівачів. Колошниковий газ звичайно спалюють з використанням повітропаливних пальників у повітронагрівачах. Як відомо, для того, щоб забезпечити необхідні високі температури повітряного дуття, які вимагаються доменною піччю, колошниковий газ збагачують газом з високою теплотворною здатністю, таким як коксовий газ або природний газ. Спалювання такого додаткового палива веде до великих сумарних викидів діоксиду вуглецю від заводу і тому не бажане. Також відомо, що повітря для спалювання в пальниках димарів збагачують киснем. Звичайно необхідними рівнями збагачення для зменшення або виключення необхідності додаткових палив з високою теплотворною здатністю є такі, які дають в результаті кінцевий вміст окисника - кисню в повітрі для спалювання приблизно 28-30%. Такі методи в деяких випадках викликають максимально підвищені температури полум'я, достатньо високі, щоб зруйнувати вогнетривкі матеріали повітронагрівача, і може бути необхідно, наприклад, подавати надлишок повітря для зниження температури полум'я. Ще відомий прийом нагрівання палива і повітря, що подається до пальників повітронагрівача, використовуючи установки рекуперації тепла. Всі вищеописані способи ускладнюють процес і вимагають обладнання, що дорого коштує. Доменна піч сама по собі є високоефективним протиструминним реактором, який розвивався багато років. Це є наближенням до граничних термодинамічних ККД, тому важко зменшити споживання енергії відносно сучасних найкращих технологічних режимів. Більше того, доменна піч і її допоміжне обладнання, таке як повітронагрівачі, є найбільшими енергоспоживачами на заводах повного металургійного циклу. До того ж споживана при одержанні залоза енергія є домінантним фактором, що визначає витрату вугілля в інтегрованому процесі одержання сталі й, отже, в частині викидів діоксиду вуглецю. Тому було б бажано підвищити термічний ККД. З використанням так званих методів "захоплення вуглецю" можливо відділити діоксид вуглецю від топкового газу повітронагрівача, для того, щоб скоротити викиди. Однак таке відділення є відносно дорогим. Тому було б бажано сконструювати повітронагрівач доменної печі, що дозволяє дешевший захоплювач (уловлювання) вуглецю. Додатково до проблеми вищезазначених високих максимальних температур дуже низькі температури полум'я або величини підвідної теплоти будуть вести до тривалих циклів нагрівання, що є небажаним. Іншими словами, температуру полум'я необхідно регулювати. ДАНИЙ ВИНАХІД ВИРІШУЄ ВИЩЕОПИСАНІ ПРОБЛЕМИ Таким чином, даний винахід стосується способу нагрівання повітронагрівача доменної печі 3 шляхом спалювання палива з нижчою теплотою спалювання 9 MДж/нм або менше в зоні горіння, розташованій в камері спалювання у повітронагрівачі, і що примушує газоподібні продукти спалювання протікати через вогнетривкий матеріал у повітронагрівачі, таким чином нагріваючи його, і відрізняється тим, що паливо спалюють з окисником, що містить щонайменше 85% кисню, при цьому газоподібні продукти спалювання рециркулюють в зону горіння і таким чином, розбавляючи там суміш палива і окисника достатньо, щоб горіння було безполум’яним. Далі винахід буде описаний детально з посиланням на ілюстративні варіанти втілення винаходу і на креслення, що додаються, на яких: фіг. 1 являє собою спрощену ілюстрацію доменної печі і три повітронагрівачі, як на звичайних металургійних заводах; фіг. 2 являє собою поперечний переріз, що ілюструє звичайний повітронагрівач сучасного типу із зовнішньою камерою спалювання; 1 UA 105547 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 фіг. 3 являє собою поперечний переріз повітронагрівача з додатковими соплами згідно з даним винаходом; фіг. 4 являє собою виносний поперечний переріз повітронагрівача з киснепаливним пальником згідно з даним винаходом; фіг. 5 являє собою виносний поперечний переріз повітронагрівача з газоподібними продуктами, рециркулюючими згідно з даним винаходом; і фіг. 6 являє собою виносний поперечний переріз повітронагрівача з ежекторним соплом згідно з даним винаходом. Фіг. 1 ілюструє принциповий пристрій доменної печі 120 і три повітронагрівачі 100 на підприємстві чорної металургії. При функціонуванні доменна піч 120 проводить доменний колошниковий газ, який подають, використовуючи пристрій 110 регулювання подачі палива, до кожного повітронагрівача 100, для використання як паливо, щоб нагрівати згаданий повітронагрівач 100. Колошниковий газ спалюють з окисником у вигляді повітря, яке подають за допомогою пристрою 130 регулювання подачі повітря. Кожний повітронагрівач 100 містить вогнетривкий матеріал у вигляді керамічних цеглин або подібного, який спочатку нагрівається, а потім використовується для нагрівання повітряного дуття, яке подають в доменну піч. При функціонуванні в режимі нагрівання вогнетривкого матеріалу (режим "на газі") колошниковий газ спалюють у повітронагрівачі 100 з окисником, а газоподібні продукти спалювання подають до пристрою 150 обробки топкового газу, що можливо включає в себе звичайний етап уловлювання вуглецю. При роботі в режимі нагрівання дуття (режим "на дуття") повітря проходить через вогнетривкий матеріал в протилежному напрямку, а потім в доменну піч 120. Повітронагрівачі 100 працюють циклічно, так що в будь-який час щонайменше один повітронагрівач працює на дутті й інші з повітронагрівачів працюють на газі. Фіг. 2 являє собою поперечний переріз через звичайний повітронагрівач 100 сучасного типу. Повітронагрівач 100 включає в себе зовнішню камеру 101 спалювання, вогнетривкий матеріал 102 і купол 103. При роботі на газі таким, що вирішує є те, що температура під куполом 103 не стає дуже високою, оскільки тоді є небезпека руйнування повітронагрівача 100. Потрібно розуміти, що є також повітронагрівачі з внутрішніми камерами спалювання, і що даний винахід рівнозастосовний до роботи таких повітронагрівачів. При роботі на газі колошниковий газ і повітря подають в зону горіння камери 101 спалювання, в якій має місце спалювання за допомогою повітряного пальника 108. Пальник 108 включає в себе підведення 105 палива і отвір 104 для впускання повітря. Гарячі газоподібні продукти спалювання течуть вгору через камеру 101, проходять купол 103 і вниз через вогнетривкий матеріал 102, таким чином нагріваючи останній. При виході через канал 106 температура газоподібних продуктів спалювання становить звичайно приблизно 200-350 °C. Коли вогнетривкий матеріал досяг заданої температури, режим роботи перемикають на роботу на дутті. Тобто повітря вводять через канал 106, воно тече через гарячий вогнетривкий матеріал 102 через купол 103 і камеру 101 спалювання і назовні через випускний канал 107. На цій стадії повітряне дуття має типову температуру 1100-1200 °C. Переважно в контексті даного винаходу нагрівати повітронагрівач доменним колошниковим газом, як описано вище. До того ж переважно використовувати колошниковий газ з доменної печі, в якій повітряне дуття забезпечують з повітронагрівача. Це передбачає розміщення повітронагрівача поруч з доменною піччю, що енергетично ефективно і веде до низьких сумарних викидів заводу. Однак потрібно розуміти, що даний винахід може з рівною перевагою застосовуватися до повітронагрівачів, які нагріваються іншими низькосортними паливами. Як приклад типові хімічні склади (процентні значення) і нижчі теплоти згоряння надані в таблицях I і II, відповідно, для доменного колошникового газу і конвертерного відхідного газу. Таблиця 1 Колошниковий газ Відхідний газ N2 52,5 17,2 O2 0,55 0,1 H2 2,3 2,5 CO 23,5 64,5 CO2 20 15,6 CH4 CmHn H2O 1,15 0,1 Таблиця 2 3 Колошниковий газ Відхідний газ Нижча теплота згоряння (МДж/нм ) 3,2 6,3 2 Нижча теплота згоряння (МДж/кг) 2,4 8,4 UA 105547 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Згідно з даним винаходом, повітронагрівач нагрівають газоподібним паливом, нижча 3 теплота згоряння якого становить не більше ніж 9 МДж/нм . Використання такого низькосортного палива забезпечує максимальну перевагу в частині можливої вартості і ефективності даного винаходу. Паливо може містити певну добавку іншого, більш 3 високосортного пального, якщо тільки нижча теплота згоряння дорівнює або менша 9 МДж/нм . Для того, щоб мінімізувати витрати і викиди, переважним є не додавати високосортні палива до спалювання. Згідно з даним винаходом, таке низькосортне паливо використовують для нагрівання повітронагрівача шляхом спалювання його не з повітрям або трохи збагаченим киснем повітрям, а з окисником, що містить щонайменше 85% по вазі, переважно 95% по вазі кисню, при цьому окисником найбільш переважно є промислово чистий кисень, що має вміст кисню по суті 100%. Це буде підвищувати паливну економічність, оскільки не потрібно нагрівати азотний баласт, присутній в повітрі. Більше того, зменшенням азотного баласту в газоподібних продуктах спалювання можуть бути досягнуті необхідні температури полум'я без необхідності додавання до низькосортного палива палива з високою теплотворною здатністю. Зниження потреби в енергії буде сприяти підвищеному виробленню енергії і/або приведе до зниженої необхідності введення газу, таким чином поліпшуючи керування витратою палива. Звичайно використання окисника з такими великими вмістами кисню приводило б до максимальної температури, достатньо високої, щоб пошкодити купол і вогнетривкий матеріал повітронагрівача. Однак автори даного винаходу виявили, що можливо використовувати цей тип окисника при умові, що газоподібні продукти спалювання з повітронагрівача рециркулюють в зону горіння до такої міри, що суміш палива і окисника там розбавляється достатньо для спалювання в зоні горіння із забезпеченням так званого "безполум’яного" горіння. Тут "безполум’яне" горіння означає режим безполум’яного горіння, досягнутий за допомогою окисника і паливного газу, сильно розбавленими рециркулюючими відхідними газами раніше, ніж головна частина процесу горіння буде мати місце в зоні горіння. Таким чином, горіння проходить без видимого полум'я, іншими словами, полум'я, яке невидиме або майже невидиме людському оку. Інший спосіб виразити це полягає в тому, що реагенти горіння так розбавляють, що горіння є горінням "об'ємного типу" без стабільного полум'я. Ознака "газоподібні продукти спалювання рециркулюють в зону горіння" тут стосується того, що газоподібні продукти спалювання, що знаходяться зовні зони горіння, рециркулюють назад в цю зону. Такі газоподібні продукти спалювання самі можуть спочатку знаходяться всередині камери спалювання, але зовні частини камери спалювання, що займаються зоною, в якій спалювання по суті має місце (тобто "зона горіння"). Таким чином, в цьому випадку газоподібні продукти спалювання фактично рециркулюють всередині камери спалювання. Альтернативно такі газоподібні продукти спалювання можуть рециркулювати ззовні камери горіння назад до зони горіння. Як буде детальніше описано, розбавлення реагентів може бути досягнуте або шляхом створення сильної турбулентності всередині камери спалювання з використанням високошвидкісного вдування окисника, можливо з використанням схеми ступінчастого спалювання, і/або рециркулювання топкових газів з повітронагрівача назад в зону горіння. Було виявлено, що, використовуючи безполум’яне горіння з окисником, що має високий вміст кисню, можливо досягнути достатньо низьких максимальних температур полум'я, щоб не зруйнувати купол. Досяжними також є достатньо високі температури полум'я. Додатково, коли висококисневий окисник використовують для спалювання низькосортних палив, такого як доменний колошниковий газ, то вмісти СО 2 в газоподібних продуктах спалювання стають значно вищими в порівнянні з тим, коли використовують повітря або трохи збагачене киснем повітря, таке як окисник. Оскільки прагнуть, щоб звичайні методи уловлювання вуглецю були значно дешевшими на одиницю захопленого СО 2, то у випадку, коли оброблений газ містить велику частку діоксиду вуглецю, це веде до значного зниження витрат при використанні такого етапу захоплення вуглецю для обробки газоподібних продуктів спалювання з повітронагрівача. Фіг. 3 показує переважний варіант втілення винаходу. Повітронагрівач 300, який є подібним звичайному повітронагрівачі 200, показаному на фіг. 2, включає в себе камеру 301 спалювання, вогнетривкий матеріал 302, купол 303, вхідний отвір 304 для повітря, що використовується для спалювання, коли повітронагрівач працює звичайним чином з повітрям для спалювання, інший вхідний отвір 305, що використовується для низькосортного палива, такого як колошниковий газ, і канали 306, 307, подібний каналам 206, 207. Замість спалювання низькосортного палива з 3 UA 105547 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 повітрям одне або декілька сопел 310, 311, 312 вставляють в камеру спалювання і використовують для подачі певного вище висококисневого окисника в зону горіння. Окисник може подаватися від місцевого кисневого виробництва або з використанням окисника, що подається ззовні. У всіх описаних тут варіантах втілення загальну кількість окисника за одиницю часу врівноважують з кількістю поданого низькосортного палива, для того, щоб створити бажані умови горіння з точки зору стехіометрії. Переважно, що кожне сопло 310, 311, 312 подає окисник в зону горіння з високою швидкістю, переважно щонайменше 200 м/c, більш переважно щонайменше зі швидкістю звуку. Така високошвидкісна подача струму веде до сильної турбулентності в камері спалювання, в свою чергу, залучаючи газоподібні продукти горіння в зону горіння і, таким чином, розбавляючи полум'я, для того, щоб досягнути безполум’яного горіння. Згідно з одним переважним варіантом втілення сопло 310 розміщують з його отвором в безпосередній близькості до сопла підведення 305 палива. Згідно з іншим переважним варіантом втілення сопло 311 розміщують в місці на відстані від сопла підведення 305 палива. Залежно від геометрії камери 301 спалювання одне з цього компонування або їх комбінація можуть забезпечувати найкращу рециркуляцію газоподібних продуктів спалювання в зону горіння. Додаткове сопло 312, розміщене ще нижче відносно іншого сопла або сопла 310, 311, може бути використане для ступінчастого процесу спалювання, відповідно до чого сумарний об'єм полум'я може бути одержаний ще більшим. Природно може бути розміщено більше одного сопла кожного з описаних типів 310, 311, 312 в доповнення один до одного. У випадку якщо окисник вдувають в безпосередній близькості до підведення 305 палива, є переважним також вдувати окисник ще нижче, щоб забезпечити ступінчастий процес спалювання. Фіг. 4 являє собою оглядову ілюстрацію іншого переважного варіанта втілення, в якому повітронагрівач 400 доменної печі включає в себе камеру 401 спалювання 1, вогнетривкий матеріал 402 і канал 406. Низькосортне паливо подають за допомогою подавального трубопроводу 411, подавального пристрою 412 і вхідного отвору 413. Окисник подають за допомогою подавального трубопроводу 414, що подає пристрої 415 і сопло, що містить отвір 416. Сопло розміщують так, що його отвір 416 розташовується сусіднім з підводом 413 палива. Переважно сопло йде коаксіально підводу 413 палива, як зображено на фіг. 6. Шляхом такого суміжного розташування, особливо коли воно коаксіальне, і коли окисник вдувають з вищеописаними високими швидкостями, паливо ефективно залучається до зони горіння шляхом ежекторної дії на частину високошвидкісного окисника. У результаті досягається сильна рециркуляція газоподібних продуктів спалювання в камері 401 спалювання, особливо рециркуляція газоподібних продуктів спалювання в зону горіння, що розширює фронт полум'я. Коли таке високошвидкісне сопло розміщують поруч з підводом 413 палива, переважно використовувати одночасно друге сопло 312 для окисника, що подає частину кисню, яке сумарно подається в іншому місці камери 401 спалювання, нижче по потоку від підводу 413 палива, утворюючи ступінчасте спалювання низькосортного палива і, таким чином, полегшуючи досягнення безполум’яного горіння. Згідно з дуже переважним варіантом втілення існуючий, звичайний повітряний пальник, який використовували для попереднього нагрівання існуючого повітронагрівача 400, є первинним етапом, заміщеним кисневопаливним пальником 410, що містить описаний вище підвід 413 палива і сопло для окисника. "Кисневопаливним пальником" тут називається пальник, що приводиться в дію паливом і окисником, при цьому окисник містить більшу частину кисню, переважно щонайменше 85% кисню, більш переважно щонайменше 95% кисню. Згідно з альтернативним, дуже переважним варіантом втілення, існуючий повітряний пальник, описаний вище, доповнюють на первинному етапі одним або декількома високошвидкісними соплами для окисника, як описано вище, і подачу повітря припиняють. Як описано вище, таке високошвидкісне дуття приводить до сильної турбулентності всередині камери 301, 401 спалювання, що приводить до безполум’яного горіння, і тому до достатньо низьких максимальних температур полум'я. Однак масова витрата газоподібних продуктів спалювання буде нижча при використанні висококисневого окисника в порівнянні з використанням повітря як окисника. Це буде вести до меншої конвекційної теплопередачі до вогнетривкого матеріалу і звідси до тривалішого часу циклу нагрівання. Тому при перетворенні існуючого повітронагрівача для роботи з висококисневим окисником переважно рециркулювати топкові гази з повітронагрівача назад в зону горіння, як описано нижче в зв'язку з фіг. 5 і 6. 4 UA 105547 C2 5 10 15 20 25 30 35 Таким чином, фіг. 5 являє собою оглядову ілюстрацію повітронагрівача 500 згідно з іншим переважним варіантом втілення, що містить камеру 501 спалювання, вогнетривкий матеріал 502 і купол 503. Під час роботи на газі газоподібні продукти спалювання залишають повітронагрівач 500 через канал 506. Однак частину з газоподібних продуктів спалювання рециркулюють назад в зону горіння в камері 501 спалювання за допомогою циркуляційного пристрою 511. Згаданий пристрій 511 може містити просуваючий пристрій, такий як вентилятор, для подачі рециркулюючих газоподібних продуктів спалювання до камери 501 спалювання. Циркуляційний пристрій 511 розміщують також для змішування рециркулюючих газоподібних продуктів спалювання з висококисневим окисником описаного вище складу, що подається за допомогою подавального трубопроводу 512. Змішування може мати місце з використанням звичайних дифузорів. Суміш рециркулюючих газоподібних продуктів спалювання і окисника потім подають в камеру 501 спалювання через вхідний отвір 513. Низькосортне паливо, таке як колошниковий газ, подають за допомогою трубопроводу 514, пристрою 515 для подачі і вхідного отвору 516. У зоні горіння паливо, отже, спалюється з окисником в присутності газоподібних продуктів спалювання, якими рециркулювали в зону горіння після того, як вони пройшли повітронагрівач 500. Таким способом розбавляють полум'я в камері 501 спалювання. Використовуючи таке рециркулювання топкового газу, було знайдено, що можливо досягати достатньо високих швидкостей конвективної теплопередачі, щоб було можливим підтримувати час циклу нагрівання існуючого повітронагрівача, в якому використаний спосіб згідно з даним винаходом. Цього досягають шляхом рециркуляції достатньої кількості газоподібних продуктів спалювання для підтримування маси газу або потоку теплової енергії за одиницю часу через повітронагрівач 500 на рівні, який є щонайменше таким же, як маса газу або потік теплової енергії за одиницю часу, який використовували при експлуатації існуючого повітронагрівача, використовуючи низькокисневий окисник без рециркуляції, до перетворення для роботи згідно з даним винаходом. Це включає в себе урівноваження кількості рециркулюючих газоподібних продуктів спалювання з кількістю низькосортного палива, що забезпечується, і окисника за одиницю часу. Таблиця 3 ілюструє приклад такого балансу, в якому перший режим роботи, в якому збагачений колошниковим газом доменної печі коксовий газ спалюють з повітрям без рециркуляції, описують і порівнюють з відповідним другим режимом роботи, в якому чистий кисень, одержаний промисловим способом, використовують як окисник, і певну величину рециркулювання вводять відповідно до даного винаходу. Як можна бачити з таблиці 3, температуру полум'я і масовий газовий потік через вогнетривкий матеріал 502 повітронагрівача 500 підтримують по суті на тому ж рівні при використанні способу за винаходом, в той же час теплота спалювання зменшується. Таблиця 3 Масовий Об'єм КолошТемпеРециклінг Вмісту Повітряний Коксовий Теплота газовий потік паливного никовий О2 ратура топкового СО2 в потік газ спалювання через газу, що газ (нм3/год) полум'я газу топковому 3 3 (нм /год) (нм /год) (ГДж/ч) повітронагрівач вентилюється (нм3/год) (°С) (нм3/год) газі (%) (кг/міна) (нм3/год) Звичайний 48502 40408 4045 0 208 1448 1988 0 85567 23 З 0 60222 0 8538 194 1372 1939 21345 60991 43 рециклом Режим роботи 40 45 50 У "звичайному" режимі роботи з таблиці 3 чотири повітронагрівача працюють, для того, щоб 3 доставити 195000 (нм /год.) повітряного дуття при температурі 1125 °C. Для нагрівання цього об'єму повітря від температури навколишнього середовища потрібно 308 ГДж енергії в годину, що забезпечується наявністю двох повітронагрівачів, працюючих "на дуття". Однак сумарна ефективність повітронагрівача, що визначається як (енергія в повітряному дутті)/(теплота спалювання, що подається повітронагрівачам), становить 308/(2·208) або приблизно 74 %. Деяка з цієї неефективності пов'язана з тепловмістом топкового газу. Пристрій 511 рециркуляції розміщують для достатнього рециркулювання газоподібних продуктів спалювання, для того, щоб привести горіння в зоні горіння в безполум'яний стан шляхом зменшення концентрації кисню в камері 501 спалювання. Було виявлено, що для того, щоб привести горіння в зоні горіння в безполум'яний стан, сумарний процентний вміст кисню по об'єму повинен бути не більший ніж приблизно 12 %, переважно не більший ніж 10 % від інертної частини атмосфери в камері 501 спалювання, не 5 UA 105547 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 враховуючи компонентів палива газоподібних продуктів спалювання, що буде ефективно давати безполум'яне горіння. Тому переважно, якщо достатньо велика кількість газоподібних продуктів спалювання рециркулюють для одержання безперервної концентрації кисню в камері 501 спалювання, яка дорівнює цій процентній концентрації або менша неї. Оскільки весь окисник подають в камеру горіння 501 за допомогою циркуляційного пристрою 511 і, можливо, через одне або декілька сопел 310, 311, 312 для окисника, то відома кількість кисню, що подається за одиницю часу. Однак можна розрахувати кількість газоподібних продуктів спалювання для рециркулювання за одиницю часу, для того, щоб досягнути вищеописаних, достатньо низьких концентрацій кисню. У прикладі таблиці 3 бажана концентрація О 2 11 %, тому для кожної одиниці об'єму О2 необхідно 1/0,11-1≈8,1 одиниць інертного газу. Для кожної одиниці об'єму колошникового газу, що подається, подають приблизно 0,14 об'ємних одиниці О2 у вигляді окисника, що складається з чистого кисню, одержаного промисловим шляхом, для досягнення бажаного Lambda (коефіцієнта надлишку) приблизно 1,125. Це означає, що приблизно 1/0,14≈7,1 одиниць палива подають для кожної одиниці кисню. Оскільки приблизно 75 % по об'єму колошникового газу становлять інертні гази, і з додержанням точності до десятих попередніх стадій обчислень кожна одиниця об'єму О2 в камері 501 спалювання вже розбавлена приблизно 7,1*0,75≈5,4 одиницями інертного газу тільки шляхом постачання паливним колошниковим газом. Іншими словами, додаткові 8,1-5,4=2,7 одиниці інертного газу у вигляді рециркулюючих газоподібних продуктів спалювання буде необхідно на одиницю О 2, що вдувається в камеру горіння 501. Це означає, що щонайменше 38 % газоподібних продуктів спалювання повинно бути рециркульовано для досягнення максимальної концентрації О 2 11 %. Відповідний приклад досягнення 11 % концентрації О2 в камері спалювання з використанням конвертерного відхідного газу як палива, відхідний газ якого вимагає 0,33 об'ємних одиниці О2 на об'ємну одиницю відхідного газу і містить тільки приблизно 1/3 по об'єму інертних газів, передбачає добавку, що вимагається, щонайменше 7,1 об'ємних одиниць газоподібних продуктів спалювання на одиницю об'єму О2, що вдувається, або рециркуляцію топкового газу щонайменше приблизно 234 %. Згідно з одним переважним варіантом втілення весь окисник попередньо змішують з рециркулюючими газоподібними продуктами спалювання перед входженням в зону горіння. Однак додатковий окисник може бути також поданий через одне або декілька сопел в камеру 501 спалювання. У цьому випадку ця сумарна кількість кисню, що подається за одиницю часу, повинна використовуватися як основа для розрахунку кількості рециркулюючих газоподібних продуктів спалювання. Більше того, як можна зробити висновок з даних в таблиці 3, тепло, що подається за допомогою спалювання, може бути зменшене на яких-небудь 7 %, причому в той же час зберігається масова витрата газу і температура полум'я. Було знайдено, що за допомогою роботи повітронагрівачів на заводі повного металургійного циклу згідно з цим прикладом з безполум'яним паливнокисневим режимом і захопленням СО2 з паливного газу можливо зменшувати викиди від заводу приблизно на 20 %. Згідно з переважним варіантом втілення, рециркулюють достатньо газоподібних продуктів спалювання по суті для підтримання або підвищення маси потоку газу за одиницю часу через вогнетривкий матеріал. Згідно з альтернативним переважним варіантом втілення рециркулюють достатньо газоподібних продуктів спалювання для по суті підтримування або підвищення пропускання теплової енергії через вогнетривкий матеріал. Це враховує різну теплоємність для різних інертних компонентів в газоподібних продуктах спалювання. У цьому випадку також переважно, що достатньо газоподібних продуктів спалювання рециркулюють, для того, щоб по суті підтримувати або зменшувати температуру полум'я. Як показано в таблиці 3, вміст СО2 в топкових газах, що вентилюються з повітронагрівача 500 значно вище - 43 %, в порівнянні з 23 % в звичайному режимі роботи. Витрати на одиницю ваги СО2, що уловляється, для звичайних методів уловлювання вуглецю значно знижуються, оскільки концентрація СО2 підвищується від низьких рівнів до рівня орієнтовно 50-60 %. Підвищення концентрації вище вказаних значень буде забезпечувати менше прибутків. У результаті, витрати на етап уловлювання вуглецю для обробки топкових газів повітронагрівача можуть бути значно зменшені на одиницю ваги уловлюваного СО 2, коли використовують висококисневий окисник відповідно до даного винаходу. Згідно з дуже переважним варіантом втілення існуючий звичайний повітряний пальник, який раніше застосовували для нагрівання існуючого повітронагрівача 500, є первинним етапом, заміщеним підведенням 516 палива і вхідним отвором 513 для рециркулюючих газоподібних 6 UA 105547 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 продуктів спалювання, і паливо потім спалюють з описаним вище висококисневим окисником. З цією метою переважно те, що окисник піддають попередньому змішуванню з рециркулюючими газоподібними продуктами спалювання. Альтернативно переважно те, що таке попереднє змішування комбінують з одним або декількома соплами, як описано вище. Фіг. 6 являє собою оглядову ілюстрацію іншого переважного варіанта втілення даного винаходу, що показує повітронагрівач 600 доменної печі з камерою 601 спалювання, вогнетривким матеріалом 602, каналом 606, трубопроводом 610 для рециркулюючих газоподібних продуктів спалювання, пристроєм 611 рециркуляції, трубопроводом 616 подачі палива, пристроєм 617 подачі палива і підведенням 618 палива. Окисник подають за допомогою трубопроводу 613 подачі окисника і пристрою 614 подачі окисника в сопло для окисника, розміщене так, що його отвір 615 розташований поруч з соплом 612 для подачі рециркулюючих газоподібних продуктів спалювання, поданих з пристрою рециркуляції 611. Переважно сопло для окисника рухається коаксіально зі входом 612 рециркулюючого димового газу. Таким же чином, як функціонування коаксіального отвору 416 сопла, описаного в зв'язку з фігурою 4, таке розміщення по сусідству, особливо коаксіальне, буде інтенсивно залучати рециркулюючі газоподібні продукти спалювання в зону горіння за допомогою ежекторної дії на частину високошвидкісного окисника, збільшуючи рециркуляцію димового газу в камері 601 спалювання. У той же час немає необхідності для окремого просуваючого пристрою в циркуляційний пристрій 611, оскільки рециркулюючі газоподібні продукти спалювання будуть просуватися за рахунок ежекторного дії в отворі 615 сопла. Варіант, показаний на фіг. 6, переважно комбінують з додатковим соплом для окисника, постачаючим додатковим окисником в місці в зоні горіння, розташованому на відстані від отвору 615 сопла, таким чином досягаючи ступінчастого спалювання в зоні горіння. Як указано вище, до того ж переважно те, що повітронагрівач 300, 400, 500, 600 з'єднаний з відповідним пристроєм уловлювання вуглецю 350, 450, 550, 650, який може бути звичайним per se, відділяючим пристроєм для діоксиду вуглецю з газоподібних продуктів спалювання, що вентилюються з повітронагрівача, перед тим як газоподібні продукти спалювання випускають в довкілля. Коли напрацювання повітронагрівача доменної печі досягає його очікуваного терміну служби, переважно застосовувати до повітронагрівача один з описаних тут варіантів втілення або комбінацію декількох з них. Таким чином, термін служби повітронагрівача може бути продовжений при роботі з нижчими температурами полум'я, з продуктивністю, що підтримується, виходячи з дуття повітря, з більшою економією і меншими викидами. Таким чином, спосіб згідно з даним винаходом буде давати можливість повітронагрівачеві доменної печі працювати тільки на низькосортному паливі, такому як колошниковий газ доменної печі, без необхідності збагачення паливом з вищою теплотворною здатністю і без небезпеки руйнування повітронагрівача, викликаного температурою, незважаючи на те, що виходять топкові гази, які більше підходять для уловлювання вуглецю. Додатково це дозволяє продовжити термін служби повітронагрівача. Якщо застосовують достатню рециркуляцію газоподібних продуктів спалювання, то можливо також досягати такої ж кількості і якості повітряного дуття в існуючому повітронагрівачі, який перетворюють згідно з тим, що було описано вище, для роботи з висококисневим окисником, і у повітронагрівачі, який забезпечують пристроєм для рециркуляції димового газу, описаного в зв'язку з фіг. 5 або 6. Вище були описані переважні варіанти втілення. Однак фахівцям буде очевидно, що можуть бути зроблені багато модифікацій описаних варіантів втілення без відступу від ідеї даного винаходу. Наприклад, будь-який з способів створення рециркуляції газоподібних продуктів спалювання, як описано в зв'язку з фіг. 4-6, може переважно доповнюватися одним або декількома соплами для окисника, як описано в зв'язку з фіг. 3. Більше того, спосіб рециркулюючих газоподібних продуктів спалювання, що просуваються за рахунок ежекції, як описано в зв'язку з фіг. 6, може бути переважно суміщений з попереднім змішуванням з певною кількістю висококисневого окисника в деякій мірі, подібно способу, описаному в зв'язку з фіг. 5. Також просування за рахунок ежекції попередньо змішаних або не змішаних рециркулюючих газоподібних продуктів спалювання, як описано в зв'язку з фіг. 6, може переважно комбінуватися з просуванням ежектором низькосортного палива, як описано в зв'язку з фіг. 4. Таким чином, винахід не обмежений описаними варіантами втілення, але може змінюватися в межах об'єму прикладеної формули винаходу. 7 UA 105547 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб нагрівання повітронагрівача (300, 400, 500, 600) доменної печі за допомогою 3 спалювання палива з нижчою теплотою згоряння 9 МДж/нм або менше в зоні горіння, розташованій в камері (301, 401, 501, 601) спалювання у повітронагрівачі, при якому забезпечують протікання газоподібних продуктів спалювання через вогнетривкий матеріал (302, 402, 502, 602) у повітронагрівачі, таким чином нагріваючи його, який відрізняється тим, що паливо спалюють з окисником, що містить щонайменше 85 % кисню, і в якому газоподібні продукти спалювання змушують рециркулювати в зону горіння, і таким чином розбавляючи в ній суміш палива і окисника достатнім чином для забезпечення безполум'яного горіння. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що газоподібні продукти спалювання самостійно рециркулюють з місця всередині камери (301, 401) спалювання, але ззовні частини камери спалювання, що займається зоною горіння, причому окисник подають до зони горіння з високою швидкістю через сопло (310, 311, 312), таким чином залучаючи газоподібні продукти спалювання в зону горіння для досягнення розбавлення полум'я. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що окисник вдувають зі швидкістю щонайменше 200 м/с. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що окисник вдувають щонайменше зі швидкістю звуку. 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що отвір (416) сопла розміщують сусіднім з впускним отвором для палива (413), таким чином залучаючи таке паливо в зону горіння за допомогою ежекторної дії. 6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що окисником додатково забезпечують місце в камері горіння (301), розміщене нижче по потоку від вхідного отвору для палива (413), таким чином забезпечуючи ступінчасте спалювання в зоні горіння. 7. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що існуючий повітряний пальник на первинному етапі доповнюють одним або декількома високошвидкісними соплами для окисника, інжектуючими вищезазначений окисник. 8. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що газоподібні продукти спалювання після протікання через вогнетривкий матеріал (501, 602) рециркулюють назад в зону горіння. 9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що рециркульовані газоподібні продукти спалювання попередньо змішують із згаданим окисником перед входженням в зону горіння. 10. Спосіб за п. 8 або 9, який відрізняється тим, що газоподібні продукти спалювання рециркулюють в достатній кількості для забезпечення загального процентного вмісту кисню за об'ємом від інертної частини атмосфери в камері (501, 601) спалювання, не вважаючи неінертні компоненти палива, на рівні, що дорівнює або менший ніж 12 % об. 11. Спосіб за будь-яким з пп. 8-10, який відрізняється тим, що існуючий повітряний пальник у повітронагрівачі (500) на первинному етапі замінюють підведенням (516) палива і вхідним отвором для рециркулюючих газоподібних продуктів спалювання (513), причому паливо спалюють із згаданим окисником. 12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що газоподібні продукти спалювання рециркулюють в достатній кількості для підтримування масової витрати газу за одиницю часу через вогнетривкий матеріал (502, 602) на рівні, який є щонайменше таким же, як масова витрата газу за одиницю часу, яка забезпечується, коли існуючий повітряний пальник працює без рециркулювання. 13. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що газоподібні продукти спалювання рециркулюють достатнім чином для підтримання температури полум'я на рівні, який є таким же або нижчим, і перенесення теплової енергії до вогнетривкого матеріалу (502, 602) на рівні, який є таким же або вищим, ніж температура полум'я і кількість теплової енергії за одиницю часу відповідно, які забезпечує повітряний пальник, який працює без рециркулювання. 14. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що паливом є колошниковий газ з доменної печі. 15. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що колошниковий газ доменної печі відбирають з доменної печі, яку забезпечують гарячим повітрям за допомогою повітронагрівача (300, 400, 500, 600). 8 UA 105547 C2 9 UA 105547 C2 10 UA 105547 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11