Спосіб експлуатації металургійної установки та металургійна установка

Реферат: Металургійна установка має відновну установку (7), розташовану в процесі виготовлення сталі перед установкою (8) для виробництва сталі, і газогенераторну установку (1), що генерує експортний газ (2). Діоксид вуглецю, що міститься в експортному газі (2, і вода в розділювальному пристрої (3) щонайменше частково видаляються з експортного газу (2). Отриманий при цьому газ (4) перед подачею на відновну установку (7) нагрівається в топковому пристрої (6) шляхом спалювання топкового газу (11). Топковий газ (11) подається в топковий пристрій (6) в обсязі, який значно більше, ніж потрібний для нагрівання генераторного газу (4). Отримувана при спалюванні топкового газу (11) термічна енергія, якщо вона не використовується для нагрівання генераторного газу (4), використовується термічно. Використання може здійснюватися усередині топкового пристрою (6) для виробництва пари і відносно напрямку газового потоку димового газу (12), що виникає при спалюванні топкового газу (11), після топкового пристрою (6). У останньому випадку використання може здійснюватися шляхом підігрівання топкового газу (11) і шляхом підігрівання окислювального газу (10), використовуваного для спалювання топкового газу (11), і шляхом підігрівання і сушіння вихідних матеріалів (20, 21), що подаються на відновну установку (7) і на газогенераторну установку (1). UA 113509 C2 (12) UA 113509 C2 UA 113509 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до способу експлуатації металургійної установки, яка містить відновну установку, розташовану в процесі виготовлення сталі перед установкою для виробництва сталі, і газогенераторну установку, що генерує експортний газ, - причому діоксид вуглецю, що міститься в газі, що експортується, і вода в розділювальному пристрої щонайменше частково відділяється з експортного газу, і при цьому отримуваний (генераторний) газ перед подачею на розміщену раніше відновну установку нагрівається в топковому пристрої шляхом спалювання горючого (топкового) газу, - причому топковий газ подається в топковий пристрій в обсязі, який більше, ніж потрібний для нагрівання генераторного газу. Запропонований винахід відноситься, крім того, до металургійної установки, яка виконана таким чином, що вона в процесі експлуатації виконує подібний спосіб. Подібні металургійні установки і відповідні способи експлуатації відомі з публікації US 5 846 268 А. У металургійних установках, особливо в установках з виробництва чавуну і сталі, потрібні великі кількості теплової енергії при високих температурах. У подібних установках як побічний продукт виходять великі кількості відпрацьованого тепла. Таке отримуване відпрацьоване тепло частково вже використовується для того, щоб підігрівати отримувані усередині металургійної установки або підлягаючі обробці проміжні продукти, особливо технологічні гази. Відпрацьоване тепло частково вже використовується також, аби за допомогою парогенераторних пристроїв разом з під'єднаною до них турбіною приводити в дію електричний генератор. Завдання винаходу полягає в тому, аби створити можливості для ефективнішого використання металургійної установки вищезгаданого типа. Це завдання вирішується способом експлуатації з ознаками пункту 1 формули винаходу. Переважні варіанти здійснення відповідного винаходу способу експлуатації є предметом залежних пунктів 2-11. Відповідно до винаходу передбачено виконати спосіб експлуатації металургійної установки вищеназваного типа таким чином, - що отримувана при спалюванні топкового газу термічна енергія, якщо вона не використовується для нагрівання генераторного газу, термічно використовується усередині топкового пристрою для виробництва пари і/або відносно напрямку газового потоку димового газу, що виникає при спалюванні топкового газу, після топкового пристрою використовують для підігрівання і/або сушіння вихідних матеріалів, що подаються на розміщену раніше відновну установку і/або на газогенераторну установку. У переважній формі здійснення запропонованого винаходу димовий газ, що виникає при згоранні топкового газу, спочатку використовується для генерації пари і тільки потім -для нагрівання генераторного газу. В деяких випадках потрібно підтримувати температуру генераторного газу в основному постійною на заданому значенні. Якщо це має місце, і температура димового газу дуже висока, то можна для установки температури димового газу, що нагріває генераторний газ, підмішувати в димовий газ холодне повітря після використання для генерації пари і перед нагріванням генераторного газу. У особливо переважній формі здійснення запропонованого винаходу передбачено, що - нагрівання генераторного газу обмежене до проміжної температури нижчої за температуру реакції, потрібну для використання генераторного газу у розміщеній раніше відновній установці, хоча при спалюванні топкового газу виходить потрібна для цього термічна енергія, і - нагрітий генераторний газ шляхом часткового окислення генераторного газу нагрівається від проміжної температури до температури реакції. Якщо термічна енергія димового газу досить велика, то можливо, що термічна енергія димового газу після топкового пристрою використовується для підігрівання топкового газу і для підігрівання окислювального газу, використовуваного для спалювання топкового газу, і для нагрівання масла-теплоносія. Можливо, що як топковий газ використовується частина експортного газу, що генерується в газогенераторній установці. Альтернативно або додатково, можливо, що як топковий газ використовується збагачений діоксидом вуглецю і водою технологічний газ, що отримується при видаленні діоксиду вуглецю і води з експортного газу. Якщо згаданий технологічний газ недостатньо стабільно горить або не містить необхідну термічну енергію, то до технологічного газу може підмішуватися додатковий горючий газ, або технологічний газ може спалюватися разом з додатковим горючим газом. Кількість і склад отриманого експортного газу, і пов'язана з цим кількість і склад отриманого технологічного газу часто схильні до значних тимчасових коливань. Тому у багатьох випадках 1 UA 113509 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 може бути доцільним, що використовувана як топковий газ частина експортного газу, або технологічного газу проміжним чином зберігається в газосховищі низького тиску, розташованому перед топковим пристроєм. У багатьох випадках при експлуатації розміщеної раніше установки виробляється горючий газ. Можливо, що горючий газ щонайменше частково підмішується до експортного газу. Альтернативно або додаткозо, горючий газ може використовуватися як топковий газ. Крім того, можливо, що при експлуатації розміщеної раніше установки виробляється гарячий доменний газ. В цьому випадку є можливим, що термічна енергія, що міститься в доменному газі, використовується для підігрівання генераторного газу перед його подачею на топковий пристрій і перед використанням для генерації пари. Гарячий доменний газ може альтернативно бути горючим або негорючим газом. Розміщена раніше відновна установка може бути виконана, наприклад, як доменна піч, як плавильно-відновна установка, як плавильний агрегат або як установка прямого відновлення. Газогенераторна установка може бути виконана, наприклад, як установка газифікації вугілля або як установка для плавки металів. Вказане завдання також вирішується за допомогою металургійної установки з ознаками пункту 12 формули винаходу. Відповідно до винаходу передбачено, що металургійна установка вищезгаданого типу виконана таким чином, що вона в процесі експлуатації виконує відповідний винаходу спосіб експлуатації. Інші переваги і деталі виходять з подальшого опису прикладів виконання у взаємозв'язку з кресленнями, на яких зображено: Фіг. 1 Схема металургійної установки Фіг. 2 Схема фрагмента металургійної установки по фіг. 1, Фіг. 3 Схема можливої форми здійснення металургійної установки по фіг. 1. Згідно фіг. 1, металургійна установка має газогенераторну установку 1. Газогенераторна установка 1 може, наприклад, бути виконана як установка газифікації вугілля або як установка для плавки металу. В разі виконання як установки для плавки металу, вона може бути виконана, зокрема, як установка для виплавки чавуну - також як доменна піч, зокрема як піч з кисневим дуттям - або як плавильно-відновна установка. Піч з кисневим дуттям є доменною піччю, при якій як газ для дуття використовується технічно чистий кисень, і виникаючий доменний газ може повертатися в доменну піч. Газогенераторна установка 1 генерує в процесі роботи газ 2, що далі позначається як експортний газ 2. Експортний газ 2 містить горючі компоненти, а також додатково діоксид вуглецю, воду і, як правило, також азот. Наявність діоксиду вуглецю і води на фіг. 1 представлено тим, що для експортного газу вказані позначення "СО2" і "Н2О". Експортний газ 2 - повністю або частково - подається на розділювальний пристрій 3. У розділювальному пристрої 3 обробляється експортний газ 2 - при необхідності лише частина експортного газу 2, що подається на розділювальний пристрій 3. Зокрема, в розділювальному пристрої 3 наявний в експортному газі 2 діоксид вуглецю і наявна в експортному газі 2 вода повністю або частково видаляються з експортного газу 2. Тим самим утворюється, з одного боку, генераторний газ 4, в якому в порівнянні з експортним газом 2 зменшений вміст діоксиду вуглецю і води. Це показано на фіг. 1 позначеннями "СО 2-" і "Н2О-". З іншого боку, виходить технологічний газ 5, що часто позначається як залишковий газ, збагачений діоксидом вуглецю і водою. Це показано на фіг. 1 позначеннями "СО2+" і "Н2О+". Генераторний газ 4 подається спочатку на топковий пристрій 6 і звідти на розміщену раніше відновну установку 7. Розміщена раніше відновна установка 7 є установкою, яка в процесі виробництва сталі передує установці 8 для виробництва сталі. Розміщена раніше відновна установка 7 може, наприклад, бути виконана як доменна піч, плавильно-відновна установка, як плавильний агрегат або як установка прямого відновлення. У топковому пристрої 6 генераторний газ 4 нагрівається в теплообміннику 9 генераторного газу. При цьому хімічний склад генераторного газу 4 залишається принаймні в основному незмінним. Змінюється лише температура генераторного газу 4. При роботі топкового пристрою 6, в топковому пристрої 6 із застосуванням окислювального газу 10 топковий газ 11 спалюється до утворення димового газу 12. Обидва гази 10, 11 подаються на топковий пристрій 6. Окислювальний газ 10 може, зокрема, бути звичайним повітрям. Топковий газ 11 подається на топковий пристрій 6 в обсязі, який значно вище, ніж потрібний для нагрівання генераторного газу 4. Тому в топковому пристрої 6 виробляється в значному обсязі надлишкова термічна енергія. Вироблена термічна енергія може, якщо вона надлишкова, - тобто не потрібна і не використовується для нагрівання генераторного газу 4, 2 UA 113509 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 використовуватися, наприклад, для того, щоб за допомогою випарника 13 виробляти пару і, таким чином, приводити в дію водо-паровий циркуляційний контур. Пара може, наприклад, приводити в дію турбіну 14, яка, зі свого боку, приводить в дію електричний генератор 15. Як альтернатива пара може використовуватися іншим чином. Якщо здійснюється генерація пари, то випарник 13 -див. особливо явно на фіг. 2 -відносно напрямку газового потоку димового газу 12 передує теплообміннику 9 генераторного газу. Отримуваний при спалюванні топкового газу 11 димовий газ 12 спочатку використовується для генерації пари і лише після цього - для нагрівання генераторного газу 4. При необхідності за допомогою димового газу 12 може також здійснюватися перегрів виробленої пари. Можливо наявний пароперегрівач (на фігурах не показаний) в цьому випадку передує теплообміннику 9 генераторного газу, при необхідності також випарнику 13, відносно напрямку газового потоку димового газу 12. Крім того, може здійснюватися підігрівання випаровуваної води. Відповідний підігрівач (на фігурах не показаний) в цьому випадку розташований після теплообмінника 9 генераторного газу відносно напрямку газового потоку димового газу 12. Альтернативно або додатково до використання для генерації пари, можна використовувати димовий газ 12 в агрегатах 16-19, які розташовані відносно напрямку газового потоку димового газу 12 за топковим пристроєм 6. Наприклад, топковий газ 11 може підігріватися в теплообміннику 16 топкового газу. Альтернативно або додатково до підігрівання топкового газу 11, в теплообміннику 17 окислювального газу підігрівається окислювальний газ 10. Підігрівання топкового газу 11 і окислювального газу 10 здійснюється, зрозуміло, перед подачею згаданих газів 10, 11 в топковий пристрій 6. Крім того, альтернативно або додатково до підігрівання топкового газу 11 і окислювального газу 10, в пристрої 18 підготовки сировини (вихідних матеріалів) може здійснюватися сушіння і підігрівання вихідних матеріалів 20, які повинні подаватися на розміщену раніше відновну установку 7. Аналогічним чином, в додатковому пристрої 18 підготовки вихідних матеріалів додатково або альтернативно - може здійснюватися сушіння і підігрівання вихідних матеріалів 21, які повинні подаватися на газогенераторну установку 1. Як вихідні матеріали 21 можуть використовуватися, зокрема, залізна руда або коксівне вугілля. Якщо, крім того, в розпорядженні є надлишкова термічна енергія димового газу 12, то додатково можна використовувати термічну енергію димового газу 12 за топковим пристроєм 6 в масляному теплообміннику 23 для нагрівання масла-теплоносія 24. В деяких випадках може бути раціональним встановлювати температуру димового газу 12, що нагріває генераторний газ 4. З цією метою до димового газу 12 згідно фіг. 2 може підмішуватися холодне повітря 25. Підмішування холодного повітря 25 здійснюється в цьому випадку після використання димового газу 12 для генерації пари, але, зрозуміло, перед нагріванням генераторного газу 4. Можна нагрівати генераторний газ 4 в топковому пристрої 6 до температури Т реакції (як правило, вище 800 °C, яку повинен мати генераторний газ 4, аби мати можливість застосовуватися у розміщеній раніше відновній установці 7. У багатьох випадках, проте, корисно обмежувати нагрівання генераторного газу 4 до проміжної температури Т’, яка лежить нижче за температуру Т реакції. Це має місце, хоча при спалюванні топкового газу 11 виробляється потрібна для цього (тобто для нагрівання до температури Т реакції) термічна енергія. Проміжна температура T’ може, наприклад, лежати в інтервалі від приблизно 400 °C до приблизно 600 °C. Якщо генераторний газ 4 в топковому пристрої 6 нагрівається лише до проміжної температури Т’, то генераторний газ 4, нагрітий в топковому пристрої 6, згідно фіг. 2, шляхом часткового окислення генераторного газу 4 в окислювальному пристрої 26 нагрівається від проміжної температури Т’ до температури Т реакції. Як правило, з цією метою на окислювальний пристрій 26 додатково до генераторного газу 4 подається окислювальний газ 27, наприклад, технічно чистий кисень (вміст кисню щонайменше 90 %). Топковий газ 11, який спалюється в топковому пристрої 6, може вибиратися в принципі будьяким. Можна топковий газ 11 подавати на металургійну установку ззовні. Як альтернатива, горючий газ може бути газом, вироблюваним в межах металургійної установки. Наприклад, можливо, що як топковий газ 11 згідно фіг. 3 використовується частина експортного газу 2, що генерується газогенераторною установкою 1. Альтернативно або додатково можливо, що технологічний газ 5 використовується як топковий газ 11. Якщо потрібно, до технологічного газу 5 може підмішуватися додатковий горючий газ 28. Альтернативно, якщо потрібно, додатковий горючий газ 28 може спалюватися в окремому пальнику топкового пристрою 6 разом з технологічним газом 5. 3 UA 113509 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Якщо як топковий газ 11 використовується частина експортного газу 2 або технологічний газ 5, в підвідній магістралі, що підводить відповідний газ 2, 5 до топкового пристрою 6 переважно розміщено газосховище 29 низького тиску. Газове сховище 29 низького тиску служить тому, аби вирівнювати коливання кількості або складу, які виникають при генерації експортного газу 2 і технологічного газу 5. У газовому сховищі 29 низького тиску є тиск р газу, який незначний вище, ніж атмосферний тиск. У багатьох випадках при роботі розміщеної раніше установки 7 виходить газ 30, який є гарячим і горючим. Цей газ 30 часто називають доменним (колошниковим) газом. Якщо доменний газ 30 є горючим, то його можна - повністю або частково - підмішувати до експортного газу 2. Альтернативно або додатково, можна доменний газ 30 застосовувати як топковий газ 11. При необхідності, вживання може здійснюватися спільно з експортним газом 2 і технологічним газом 5. Зокрема, доменний газ 30 в цьому випадку ідентичний тому горючому газу 28, який підмішується до технологічного газу 5 або разом з ним спалюється. Якщо доменний газ 30 є гарячим, то можна використовувати наявну в доменному газі 30 термічну енергію для підігрівання генераторного газу 4 перед його подачею на топковий пристрій 6 і для виробництва пари (включаючи перегрів). Це також показано на фіг. 3 пунктиром. Запропонований винахід має безліч переваг. Зокрема, відносно простим способом можливе ефективне використання вироблюваної в металургійній установці термічної енергії і вироблюваних горючих газів. Представлений вище опис служить виключно поясненню запропонованого винаходу. Обсяг правової охорони запропонованого винаходу повинен визначатися виключно доданою формулою винаходу. ПЕРЕЛІК ПОЗИЦІЙНИХ ПОЗНАЧЕНЬ 1 газогенераторна установка 2 експортний газ 3 розділювальний пристрій 4 топковий газ 5 технологічний газ 6 топковий пристрій 7 розміщена раніше відновна установка 8 установка для виробництва сталі 9 теплообмінник генераторного газу 10, 27 окислювальний газ 11 топковий газ 12 димовий газ 13 випарник 14 турбіна 15 генератор 16-19 агрегати 16 теплообмінник топкового газу 17 теплообмінник окислювального газу 18, 19 пристрої підготовки вихідних матеріалів 20, 21 вихідні матеріали 23 теплообмінник масла-теплоносія 24 масло-теплоносій 25 холодне повітря 26 пристрій окислення 28 додатковий горючий газ 29 газосховище низького тиску 30 доменний газ р тиск газу Т температура реакції Т’ проміжна температура ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб експлуатації металургійної установки, яка містить відновну установку (7), розташовану в процесі виготовлення сталі перед установкою (8) для виробництва сталі, і газогенераторну установку (1), що генерує експортний газ (2), 4 UA 113509 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - причому діоксид вуглецю, що міститься в експортному газі (2), і/або воду в розділювальному пристрої (3) щонайменше частково видаляють з експортного газу (2), і при цьому генераторний газ (4) перед подачею на відновну установку (7) нагрівають у топковому пристрої (6) за допомогою спалювання топкового газу (11), - причому топковий газ (11) подають в топковий пристрій (6) в обсязі, який більше, ніж потрібний для нагрівання генераторного газу (4), - причому отримувану при спалюванні топкового газу (11) термічну енергію використовують для нагрівання генераторного газу (4) і/або усередині топкового пристрою (6) для виробництва пари і/або відносно напрямку газового потоку димового газу (12), що виникає при спалюванні топкового газу (11), після топкового пристрою (6) для підігрівання топкового газу (11) і/або для підігрівання окислювального газу (10), використовуваного для спалювання топкового газу (11), і/або для підігрівання і/або сушіння вихідних матеріалів (20, 21), що подаються на відновну установку (7) і/або на газогенераторну установку (1). 2. Спосіб експлуатації за п. 1, який відрізняється тим, що димовий газ (12), що виникає при згорянні топкового газу (11), спочатку використовують для генерації пари і тільки потім - для нагрівання генераторного газу (4). 3. Спосіб експлуатації за п. 2, який відрізняється тим, що для встановлення температури димового газу (12), що нагріває генераторний газ (4), в димовий газ (12) підмішують холодне повітря (25) після використання для генерації пари і перед нагріванням генераторного газу (4). 4. Спосіб експлуатації за пп. 1 або 2, або 3, який відрізняється тим, що - нагрівання генераторного газу (4) обмежують до проміжної температури (Т'), нижчої за температуру реакції (Т), потрібної для використання генераторного газу (4) у відновній установці (7), хоча при спалюванні топкового газу (11) виробляється потрібна для цього термічна енергія, і - нагрітий генераторний газ (4) шляхом часткового окислення генераторного газу (4) нагрівають від проміжної температури (Т') до температури реакції (Т). 5. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що термічну енергію димового газу (12) після топкового пристрою (6) використовують для підігрівання топкового газу (11) і/або для підігрівання окислювального газу (10), використовуваного для спалювання топкового газу (11), і/або для нагрівання масла-теплоносія (24). 6. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що як топковий газ (11) використовують частину експортного газу (2), що генерується в газогенераторній установці (1), і/або отримуваний при видаленні діоксиду вуглецю і води з експортного газу (2), збагачений діоксидом вуглецю і водою технологічний газ (5), причому технологічний газ (5), при необхідності, змішують з додатковим горючим газом (28) або спалюють разом з додатковим горючим газом (28). 7. Спосіб експлуатації за п. 6, який відрізняється тим, що використовувану як топковий газ (11) частину експортного газу (2) або технологічний газ (5) проміжним чином зберігають в газосховищі (29) низького тиску, розташованому перед топковим пристроєм (6). 8. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що при експлуатації відновної установки (7) виробляють горючий доменний газ (30), і що горючий доменний газ (30) щонайменше частково підмішують до експортного газу (2), і використовують як топковий газ (11). 9. Спосіб за будь-яким із пп. 1-7, який відрізняється тим, що при експлуатації відновної установки (7) виробляють горючий доменний газ (30), і що термічну енергію, що містить доменний газ (30), використовують для підігрівання генераторного газу (4) перед його подачею на топковий пристрій (6) і/або для генерації пари. 10. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що відновна установка (7) виконана як доменна піч або як плавильно-відновна установка, або як плавильний агрегат, або як установка прямого відновлення. 11. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що газогенераторна установка (1) виконана як установка газифікації вугілля або як установка для плавки металів, зокрема як установка для виплавки чавуну, або як плавильно-відновна установка. 12. Металургійна установка, виконана з можливістю здійснення в процесі експлуатації способу за будь-яким з попередніх пунктів, яка містить: - установку (8) для виробництва сталі, - відновну установку (7), розташовану перед установкою (8) для виробництва сталі, - газогенераторну установку (1), що генерує експортний газ (2), - розділювальний пристрій (3) для щонайменше часткового видалення діоксиду вуглецю і води, що міститься в експортному газі (2), з формуванням генераторного газу (4), 5 UA 113509 C2 5 10 15 20 - топковий пристрій (6) з магістраллю для подачі генераторного газу (4) від розділювального пристрою (3) в топковий пристрій (6) і з магістраллю, сполученою з відновною установкою (7), для подачі нагрітого в топковому пристрої (6) генераторного газу від топкового пристрою (6) у відновну установку (7), - магістраль для подачі топкового газу (11) до топкового пристрою (6), - магістраль для подачі окислювального газу (10) в топковий пристрій (6), причому установка містить щонайменше один з таких пристроїв: - розміщений усередині топкового пристрою (6) випарник (13) для генерації пари і - розміщений після топкового пристрою (6) відносно напрямку газового потоку димового газу (12), що виникає при спалюванні топкового газу (11), пристрій (18, 19) підготовки вихідних матеріалів для підігрівання і сушіння вихідних матеріалів (20, 21), які подаються на відновну установку (7) і газогенераторну установку (1). 13. Металургійна установка за п. 12, яка відрізняється тим, що містить магістраль для подачі холодного повітря в димовий газ (12). 14. Металургійна установка за п. 12 або 13, яка відрізняється тим, що містить газосховище (29) низького тиску для проміжного зберігання експортного газу (2), або технологічного газу (5), причому газосховище (29) низького тиску розташоване перед топковим пристроєм (6). 15. Металургійна установка за будь-яким з пп. 12-14, яка відрізняється тим, що відновна установка (7) є доменною піччю, плавильно-відновною установкою, плавильним агрегатом або установкою прямого відновлення. 16. Металургійна установка за будь-яким з пп. 12-15, яка відрізняється тим, що газогенераторна установка (1) виконана як установка газифікації вугілля, установка для плавки металів, зокрема установка для виплавки чавуну, або плавильно-відновна установка. 6 UA 113509 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7