Спосіб подачі гарячого газу у шахтну піч

Реферат: Винахід пропонує спосіб подачі гарячого газу у шахтну піч (12), при цьому спосіб містить у собі подачу першої частини (32) першого газового потоку (24) у змішувальну камеру (36) і подачу другої частини (34) першого газового потоку (24) у шахтну піч. Спосіб також містить у собі подачу другого газового потоку (28) у змішувальну камеру (36), забезпечення змішування першої частини (32) першого газового потоку (24) з другим газовим потоком (28) у змішувальній камері (36), утворюючи, тим самим, третій газовий потік (38), і подачу третього газового потоку (38) у шахтну піч (12). Перший газовий потік (24) має першу об'ємну швидкість потоку (V 1) текучого середовища, першу температуру (Т 1) і перший тиск (Р1). Другий газовий потік має другу об'ємну швидкість потоку (V2) текучого середовища, другу температуру (Т 2) і другий тиск (Р2). Третій газовий потік має третю об'ємну швидкість потоку (V 3) текучого середовища, третю температуру (Т3), і третій тиск (Р3). Відповідно до важливого аспекта даного винаходу перша температура (Т1) вище, ніж друга температура (Т 2) і перший тиск (Р1) нижче, ніж другий тиск (Р2), і третю температуру (Т3) регулюють за рахунок керування другим тиском (Р2). UA 103374 C2 (12) UA 103374 C2 UA 103374 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки У цілому, даний винахід відноситься до способу подачі гарячого газу у шахтну піч. Рівень техніки У шахтних печах відновлювальний газ в основному впорскують у шахтну піч для сприяння відновленню руди у шахтній печі. Впорскнутий відновлювальний газ може утворюватися змішуванням двох окремих газових потоків до впорскування. Це може бути здійснене для одержання бажаного складу газу або температури газу. Змішування робить необхідним керування подачею двох окремих газових потоків у змішувальну камеру. У цілому, регулювальні клапани, такі, як, наприклад, дросельні клапани розташовані у трубопроводах газових потоків, що подають, для того, щоб уможливити подачу правильної кількості газу з кожного газового потоку у змішувальну камеру й, таким чином, одержання бажаного співвідношення компонентів суміші двох окремих газових потоків. На практиці, якщо вхідний газовий потік містить агресивний газ або, насамперед, гарячий газ, регулювальний клапан піддається впливу таких екстремальних умов, що ставиться під сумнів коректність роботи й термін служби регулювального клапана. Наприклад, вхідний газовий потік може містити рециркулюючий колошниковий газ при температурі вище 1000°С. Регулювальні клапани, що піддаються впливу високих температур, звичайно забезпечені системою охолодження для запобігання ушкодження регулювального клапана внаслідок високої температури газу. Небажаний наслідок цього полягає у тому, що температура газу може знижуватися у міру його проходження через регулювальний клапан. Термоізоляція, якою може бути забезпечений регулювальний клапан, містить безліч різних матеріалів і повинна бути жароміцною та одночасно забезпечувати швидку зміну температури і тиску газу. Не менше важливо те, що регулювальний клапан повинен мати гарні герметизуючі властивості при закритті й гарантувати низькі втрати тиску при регулюванні швидкості потоку газу. Вплив таких екстремальних умов ставить під сумнів надійність і довговічність регулювальних клапанів. Такі регулювальні клапани не тільки мають високу вартість виробництва, але також вимагають інтенсивних і частих заходів щодо обслуговування. Технічна проблема Метою даного винаходу є забезпечення поліпшеного способу подачі гарячого газу у шахтну піч, насамперед альтернативного способу керування змішуванням двох газових потоків. Ця мета досягнута за допомогою способу за п. 1 формули винаходу. Загальний опис винаходу Даний винахід пропонує спосіб подачі гарячого газу у шахтну піч, при цьому спосіб містить у собі подачу першої частини першого газового потоку у змішувальну камеру, подачу другої частини першого газового потоку у шахтну піч, подачу другого газового потоку у змішувальну камеру, здійснення змішування першої частини першого газового потоку з другим газовим потоком у змішувальній камері, утворюючи, тим самим, третій газовий потік, і подачу третього газового потоку у шахтну піч. Перший газовий потік має першу об'ємну швидкість потоку текучого середовища, першу температуру, і перший тиск, другий газовий потік має другу об'ємну швидкість потоку текучого середовища, другу температуру, і другий тиск, і третій газовий потік має третю об'ємну швидкість потоку текучого середовища, третю температуру, і третій тиск. Відповідно до важливого аспекту даного винаходу, перша температура вище, ніж друга температура й перший тиск нижче, ніж другий тиск і третя температура регулюється керуванням другим тиском. Керування другим тиском для регулювання третьої температури уможливлює втримувати регулювальні клапани й вимірювальні пристрої поза першим потоком газу, що є дуже гарячим і може ушкодити ці елементи. Дійсно, всі вимірювальні й регулюючі процедури відповідно до даного винаходу можуть здійснюватися на «холодній стороні» системи. Відсутня необхідність у проектуванні вимірювальних елементів і елементів системи керування для того, щоб вони витримували екстремальні умови, що переважають у першому газовому потоці. Тому що регулювальні клапани не піддаються впливу екстремальних умов, їхня надійність і довговічність не ставиться під сумнів. Витрати на виробництво регулювальних клапанів можуть бути знижені. Не менше важливо те, що також можуть бути зменшені інтенсивність і частота заходів щодо обслуговування регулювальних клапанів. Відповідно до винаходу перший газовий потік розділяється на першу частину й другу частину, перша частина подається у змішувальну камеру. Оскільки у змішувальну камеру подається тільки перша частина першого газового потоку, частина першого газового потоку, що залишилася, тобто друга частина першого газового потоку, може бути подана безпосередньо у шахтну піч. Якщо другий тиск другого газового потоку регулюється так, щоб зменшити кількість першого газового потоку, що поступає у змішувальну камеру, збільшують кількість першого 1 UA 103374 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 газового потоку, що протікає через другу частину. Це дозволяє уникнути зворотного потоку газу через трубопровід, у якому протікає перший газовий потік. Більше важливо те, що відсутня необхідність розміщати будь-які регулювальні клапани або регулювальні клапани на «гарячій стороні» системи, і друга частина першого газового потоку керується клапанами на «холодній стороні» системи. Переважно, третю температуру вимірюють у трубопроводі, в якому протікає третій газовий потік, і на підставі виміряної третьої температури керують другим тиском у трубопроводі, що здійснює перенесення другого газового потоку так, щоб привести третю температуру у відповідність зі заздалегідь заданою номінальною температурою. Переважно, якщо третя температура вище номінальної температури, другий тиск збільшують для того, щоб понизити третю температуру, і, якщо третя температура нижче номінальної температури, другий тиск зменшують для того, щоб підвищити третю температуру. Для моніторингу третьої температури може бути передбачений блок керування. Сигнал температури може подаватися від температурного датчика у трубопроводі, що здійснює перенесення третього газового потоку, на блок керування, в якому цей сигнал температури може бути використаний для порівняння третьої температури зі заданою заздалегідь номінальною температурою. Якщо третя температура відрізняється від номінальної температури, другий тиск установлюють таким чином, що третя температура наближається до номінальної температури. Третій газовий потік може подаватися у шахтну піч на ділянці шахтної печі над зоною плавлення. Для введення у шахтну піч на ділянці над зоною плавлення третя температура, переважно, становить не більше ніж 950°С. Друга частина першого газового потоку може подаватися у шахтну піч на рівні фурм горна шахтної печі. Частина першого газового потоку, що не входить у змішувальну камеру, впорскується у шахтну піч у вигляді відновлювального газу. Відповідно до кращого варіанта здійснення винаходу вхідний газовий потік у точці розподілу розділяється на перший газовий потік і другий газовий потік, при цьому перший газовий потік нагрівається до температури більшої, ніж другий газовий потік. Вхідний газовий потік може містити рециркульований колошниковий газ, що надходить з шахтної печі, такий колошниковий газ у цілому проходить через декілька процесів, де колошниковий газ очищається, обробляється, і охолоджується. Вхідний газовий потік може, наприклад, проходити через установку для адсорбції при змінному тиску (PSA) або установку для адсорбції напірновакуумного типу (VPSA) для видалення більшої частини CO 2 – газу, що міститься у колошниковому газі. Потім газовий потік розділяється на перший газовий потік, що знову нагрівається до високої температури, звичайно вище 1000°С, і другий газовий потік, що має більше низьку температуру. Вхідний газовий потік має об'ємну швидкість потоку текучого середовища, що, переважно, може вимірюватися вище за потоком від точки розподілу. Швидкість потоку першого газового потоку може визначатися шляхом порівняння швидкостей потоку вхідного газового потоку й другого газового потоку, обидві виміряні на «холодній стороні» системи. Переважно, перший газовий потік нагрівається у повітронагрівачі, такому, як, наприклад, каупер. Це дозволяє підвищити температуру першого газового потоку приблизно до 1250°С. Відповідно до наступного варіанта здійснення даного винаходу третьою об'ємною швидкістю потоку текучого середовища керують за допомогою регулювального клапана, який розташований у трубопроводі, що здійснює перенесення третього газового потоку. Такий регулювальний клапан може регулювати швидкість потоку газу, що подається у шахтну піч на ділянці шахтної печі над зоною плавлення. Тому що температуру третього газового потоку, переважно, утримують нижче 950°С, регулювальний клапан не піддається впливу екстремальних умов, і тому його надійність і довговічність не ставиться під сумнів. Слід зазначити, що регулювання швидкості потоку третього газового потоку також впливає на температуру третього газового потоку. Тому що у цілому бажано втримувати третю температуру на рівні попередньо заданої температури, другим тиском у трубопроводі, за яким протікає другий газовий потік, керують таким чином, щоб приводити значення третьої температури знову у відповідність з попередньо заданою бажаною температурою. Переважно, перша об'ємна швидкість потоку текучого середовища може визначатися за допомогою порівняння значень об'ємної швидкості потоку текучого середовища у вхідному газовому потоці й у другому газовому потоці. Всі вимірювання швидкості потоку здійснюють на «холодній стороні» системи, так що вимірник швидкості потоку не піддається впливу 2 UA 103374 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 екстремально високих температур. Відсутня необхідність у вимірнику швидкості потоку для першого газового потоку. Альтернативно, перша об'ємна швидкість потоку першого газового потоку може визначатися за допомогою вимірювання швидкості потоку першого газового потоку вище за потоком нагрівача для нагрівання першого газового потоку, тобто між точкою розподілу й таким нагрівачем. Тому швидкість потоку першого газового потоку вимірюють на його «холодній стороні». Об'ємна швидкість потоку текучого середовища у другій частині першого газового потоку також, переважно, регулюється за допомогою регулювального клапана, розташованого у трубопроводі, що здійснює перенесення третього газового потоку, на підставі певної першої об'ємної швидкості потоку текучого середовища. За допомогою установки третьої об'ємної швидкості потоку й вимірювання другої об'ємної швидкості потоку можна розрахувати швидкість потоку першої частини першого газового потоку. Після розрахунку першої об'ємної швидкості потоку й швидкості потоку першої частини першого газового потоку, можна також розрахувати другу частину першого газового потоку. Регулювання третьої об'ємної швидкості потоку впливає на швидкість потоку другої частини першого газового потоку. Як наслідок, можна регулювати швидкість потоку другої частини першого газового потоку, тобто газу, що впорскується у шахтну піч на рівні фурм горна шахтної печі, і вимірювати за допомогою регулювального клапана у трубопроводі, що здійснює перенесення третього газового потоку, тобто без установки регулювального клапана або вимірювального пристрою на «гарячій стороні» системи. Короткий опис креслень Кращий варіант здійснення винаходу буде описаний за допомогою прикладу з посиланням на прикладене креслення, на якому фіг. 1 являє собою схематичне креслення, що зображує систему для здійснення способу відповідно до даного винаходу. Опис кращого варіанта здійснення Даний винахід зображений з посиланням на систему для повторного введення рециркульованого грубного колошникового газу назад у шахтну піч. Ясно, що відсутній намір обмежити обсяг захисту, який витребовується для цього часткового застосування. На фігурі 1 показана система 10 подачі газу, що містить шахтну піч 12, таку, як, наприклад, доменна піч, на верхній частині 14 якої одержують колошниковий газ. Цей колошниковий газ проходить через один або більше обробних пристроїв, у яких колошниковий газ може оброблятися або очищатися. Одним таким обробним пристроєм може бути, наприклад, установка 16 для адсорбції при змінному тиску (Pressure Swing Adsorption - PSA) або установка для адсорбції напірно-вакуумного типу (Vacuum Pressure Swing Adsorption - VPSA), як показано на фігурі, при цьому з колошникового газу витягається CO 2 і при цьому температура колошникового газу зменшується. Об'ємна швидкість потоку текучого середовища V i вхідного газового потоку 20 може визначатися за допомогою першого вимірника 18 швидкості потоку, розташованого у трубопроводі нижче за потоком від установки 16 для адсорбції при змінному тиску (PSA). Вхідний газовий потік потім розділяється у першої точки 22 розподілу на два газових потоки. Перший газовий потік 24 після проходження через нагрівач 26 має першу об'ємну швидкість потоку V1, першу температуру Т1 і перший тиск P1. Другий газовий потік 28 має другу об'ємну швидкість потоку V2, другу температуру Т2 і другий тиск P2. У другої точки 30 розподілу перший газовий потік 24 знову розділяється на першу частину 32 першого газового потоку й другу частину 34 першого газового потоку. «Гарячий» газ із частини 32 першого газового потоку й «холодний» газ із другого газового потоку 28 подаються у змішувальну камеру 36, в якій обидва газових потоки змішуються й утворюють третій газовий потік 38, що має третю об'ємну швидкість потоку V3, третю температуру Т3 і третій тиск P3. Третій газовий потік впорскується назад у шахтну піч 12 на ділянці шахтної печі над зоною плавлення. Друга частина 34 першого газового потоку впорскується назад у шахтну піч 12 на рівні фурм горна шахтної печі. Бажано впорскувати рециркульований колошниковий газ назад у шахтну піч 12 при певній температурі. Тому необхідно регулювати третю температуру Т 3 третього газового потоку 38. У цілому це досягають за допомогою регулювальних клапанів у першому і другому газових потоках 24, 28. Відповідно до способу за даним винаходом третю температуру Т 3 регулюють за рахунок керування тиском P2 другого газового потоку. Дійсно, завдяки нагрівачу 26, наприклад повітронагрівачу, для нагрівання першого газового потоку 24 з 40°С приблизно до 1250°С, перша температура Т1 вище, ніж друга температура Т 2 і перший тиск P1 нижче, ніж другий тиск P2. Коли росте другий тиск P2, то росте друга об'ємна швидкість потоку V2 текучого середовища у змішувальну камеру 36, у той же час перша об'ємна швидкість потоку V1 текучого середовища 3 UA 103374 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 у змішувальну камеру 36 зменшується, тому що P1