專利名稱：具有廢熱回收單元的直接熔煉設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于熔融熔池的直接熔煉設(shè)備以及用于在直接熔 煉容器中生產(chǎn)熔融金屬的工藝。
具體而言，本發(fā)明涉及從直接熔煉容器排出的尾氣的能量回收。
本發(fā)明尤其但并不排他地涉及用于從含鐵的金屬供給材料生產(chǎn)熔 融鐵的基于熔融熔池的直接熔煉工藝，這些含鐵的金屬供給材料例如 為鐵礦石、部分還原了的鐵礦石和含鐵廢物流(例如，來自于煉鋼 廠的含鐵廢物流)。
背景技術(shù)：
公知的基于熔融熔池的直接熔煉工藝通常稱為HIsmdt工藝。在生 產(chǎn)熔融鐵的情形下，該HIsmelt工藝包括以下步驟
(a) 在直接熔煉容器中形成熔融鐵和爐渣的熔池；
(b) 向熔池中注入(i)含金屬供給材料，通常為成粉末形式的 鐵礦石；以及(ii)固體含碳材料，通常為煤，用作含金屬供給材料的 還原劑和能量源；以及
(c) 將金屬的供給材料熔煉為熔池中的鐵。
這里，術(shù)語"熔煉"應(yīng)理解為是指一種熱處理，其中進行將金屬 氧化物還原的化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生熔融金屬。
在HIsmdt工藝中，含金屬供給材料和固體含碳材料通過多個相對 于垂直方向傾斜從而向下向內(nèi)穿過直接熔煉容器的側(cè)壁并進入該容器 下部區(qū)域內(nèi)的噴槍/鼓風(fēng)口被注入熔融熔池，從而將至少部分固體物質(zhì)
8輸送到位于容器底部的金屬層內(nèi)。通過向下延伸的噴槍將熱的含氧氣 體流(通常為空氣或富氧空氣)注入容器的上部區(qū)域，從而使熔融熔 池釋放的反應(yīng)氣體在容器的上部區(qū)域內(nèi)進行后燃燒反應(yīng)。通常，在生 產(chǎn)熔融鐵的情況下，熱空氣或富氧空氣的溫度大約為1200°C，并且是 在熱鼓風(fēng)爐中產(chǎn)生的。通過尾氣管道從容器的上部區(qū)域帶走容器內(nèi)反 應(yīng)氣體的后燃燒產(chǎn)生的尾氣。容器包括在容器的側(cè)壁和爐頂襯墊的水
冷式耐火板，而且水以連續(xù)回路的方式通過所述板連續(xù)循環(huán)。
該HIsmelt工藝使得能通過在單獨一個緊湊容器內(nèi)的直接熔煉生 產(chǎn)大量的熔融鐵，通常為至少0.5Mt/a。
然而，為了在HIsmelt工藝中獲得高的熔融鐵生產(chǎn)率，需要(a) 產(chǎn)生大量的熱空氣或富氧空氣以及運載氣體(用于固體注入)，并將這 些氣體輸送到直接熔煉容器，(b)將大量含金屬供給材料，諸如含鐵 供給材料輸送到容器，包括產(chǎn)生大量的運載氣體，并將該運載氣體輸 送到容器，(c)從容器運走大量的熱尾氣，(d)從容器運走在該工藝中 產(chǎn)生的大量熔融鐵和爐渣，以及(e)使大量的水通過水冷板循環(huán)，所 有這些都在相對封閉的區(qū)域內(nèi)進行。
有鑒于此，高的熔融鐵產(chǎn)率需要有這樣一種HIsmdt設(shè)備，其包括 (a)加壓的直接熔煉容器以及輔助裝置，諸如用于向容器供應(yīng)固體供 給材料的閘斗倉和位于容器的尾氣管道上的壓力控制裝置，(b)為容 器產(chǎn)生高流量熱空氣或富氧空氣的爐子，以及(c)尾氣處理裝置，其 能對從容器排出的大量尾氣進行處理。
已經(jīng)提出，使用在熔煉運行期期間來自直接熔煉容器的尾氣中的 至少一部分作為包括廢熱回收單元的尾氣處理裝置中的燃料氣體，更 加具體而言，作為廢熱回收單元的廢熱回收爐的燃燒器單元內(nèi)的燃料 氣體，該廢熱回收單元產(chǎn)生用于(a)發(fā)電和(b)運行HIsmelt工藝的蒸汽。這里，術(shù)語"熔煉運行期"應(yīng)被理解為是指基于熔融熔池的直接
熔煉工藝，諸如HIsmelt工藝的運行過程，而不完全停止涉及從直接熔
煉容器最終流出熔融金屬和爐渣的工藝。
而且還提出，使用在熔煉運行期期間來自直接熔煉容器的尾氣中 的至少一部分作為爐子的燃燒器單元內(nèi)的燃料氣體，該爐子產(chǎn)生用于
HIsmelt工藝的空氣或富氧空氣。
在熔煉運行期期間，來自直接熔煉容器的尾氣的可能使用并不局 限于運行廢熱回收單元和爐子的上述運行單元，而是能將尾氣用作在 作為設(shè)備一部分和/或設(shè)備外的其他運行單元的燃燒器單元內(nèi)的燃料氣 體。
當(dāng)前提出的一種HIsmelt工藝被設(shè)計成在熔煉運行期期間具有不 同運行狀況的多種"狀態(tài)"下運行，這些狀態(tài)例如包括以下工藝狀態(tài)
(a) 啟動；
(b) 熱金屬的生產(chǎn)，即，供應(yīng)經(jīng)過預(yù)處理的含金屬供給材料，諸 如熱礦石、諸如煤的固體含碳材料、以及熱空氣鼓風(fēng)；
(c) 保持，即，不供應(yīng)經(jīng)過預(yù)處理的含金屬供給材料，供應(yīng)固體
含碳材料和熱空氣鼓風(fēng)；
(d) 空轉(zhuǎn)，即，不供應(yīng)經(jīng)過預(yù)處理的含金屬供給材料以及不供應(yīng) 固體含碳材料，供應(yīng)熱空氣鼓風(fēng)；以及
(e) 無風(fēng)，即，不供應(yīng)經(jīng)過預(yù)處理的含金屬供給材料，不供應(yīng)固 體含碳材料，也不供應(yīng)熱空氣鼓風(fēng)。
通常，在上述工藝狀態(tài)下在直接熔煉容器內(nèi)產(chǎn)生的尾氣的體積流 量是不同的。例如，在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間尾氣的流量通常較高，而 在空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間尾氣的流量通常較低。進一步舉例來說，在無風(fēng)狀態(tài) 期間通常沒有尾氣，在空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間尾氣中通常沒有熱量值。給定工藝狀態(tài)過程中在直接熔煉容器內(nèi)產(chǎn)生的尾氣的體積流量和 熱量值還會由于該工藝狀態(tài)期間的運行狀態(tài)的變化而有所不同。例如， 在金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間運行狀態(tài)會改變，這些改變將導(dǎo)致產(chǎn)生的尾氣有 不同的流量和熱量值。
因此，本申請人已經(jīng)意識到，在HIsmelt工藝的至少一些狀態(tài)期間， 需要向形成特定HIsmelt設(shè)備的一部分和/或是該設(shè)備外部的不同運行 單元的燃燒器單元(或其他類型的燃燒單元)供應(yīng)天然氣(或尾氣之 外的其他燃料氣體)來達到該設(shè)備或外部運行部件的運行要求。
例如，在上述HIsmelt設(shè)備的情況下，需要向廢熱回收單元的燃燒 器單元供應(yīng)天然氣(或尾氣之外的其他燃料氣體)來達到該設(shè)備在熔 煉運行期期間的蒸汽要求。
此外，在上述HIsmelt設(shè)備的情況下，本申請人已經(jīng)意識到需要向 爐子的燃燒器單元供應(yīng)天然氣(或尾氣之外的其他燃料氣體)，來補償 來自直接熔煉容器的尾氣的變化著的流量和熱量值。
此外，在上述HIsmelt設(shè)備的情況下，本申請人已經(jīng)意識到，需要 改變在給定供應(yīng)狀態(tài)期間向廢熱回收單元的燃燒器單元和爐子的燃燒 器單元供應(yīng)的天然氣(或尾氣之外的其他燃料氣體)的流量，來補償 在該供應(yīng)狀態(tài)期間來自直接熔煉容器的尾氣的變化著的流量和熱量 值，以達到該設(shè)備的運行要求。
此外，本申請人已經(jīng)意識到，HIsmelt工藝中產(chǎn)生的尾氣的熱量值 的變化率很可能顯著大于鼓風(fēng)爐中的情形，因此需要對尾氣的熱量值 進行密切地監(jiān)控
發(fā)明內(nèi)容
在寬泛的意義上，本發(fā)明提供一種直接熔煉設(shè)備，其用于通過直 接熔煉工藝從含金屬供給材料生產(chǎn)熔融金屬，該直接熔煉設(shè)備包括
(a) 直接熔煉容器，用于通過在所述容器中直接熔煉含金屬供給 材料的工藝而產(chǎn)生熔融金屬、熔渣和尾氣；
(b) 第一燃料氣體供應(yīng)裝置，用于供應(yīng)來自所述直接熔煉容器的 尾氣以用作所述設(shè)備和/或所述設(shè)備外部的兩個或更多個運行單元的燃 燒器單元內(nèi)的燃料氣體；
(d) 第二燃料氣體供應(yīng)裝置，用于從另一源向所述運行單元中的 至少一個的燃燒器單元供應(yīng)另一燃料氣體，例如天然氣，以及
(e) 工藝控制器，用于調(diào)節(jié)向所述運行單元中的至少一個的燃燒 器單元供應(yīng)的燃料氣體的體積流量，以至少達到所述設(shè)備為了運行該 直接熔煉工藝的所選要求。
視情況而定，在上述段落(e)中使用的術(shù)語"燃料氣體"可以指
尾氣和/或諸如天然氣的另一燃料氣體。
盡管不是唯一可能的，但是一種運行單元可以是廢熱回收單元， 其用于產(chǎn)生蒸汽以在所述設(shè)備中使用，并且/或者用于發(fā)電以供所述設(shè) 備使用或在所述設(shè)備外使用。
盡管不是唯一可能的，但是另一種運行單元可以是多個爐子，用 于產(chǎn)生熱空氣鼓風(fēng)或熱富氧空氣鼓風(fēng)，以在該直接熔煉工藝中使用。
所述第二燃料氣體供應(yīng)裝置可適于向所述廢熱回收單元和/或所 述爐子供應(yīng)諸如天然氣的燃料氣體。
所述工藝控制器可適于對供應(yīng)至所述廢熱回收單元的所述燃燒器 單元的燃料氣體的體積流量進行調(diào)節(jié)。
具體而言，所述工藝控制器可適于對經(jīng)由第二燃料氣體供應(yīng)裝置供應(yīng)至所述廢熱回收單元的所述燃燒器單元的諸如天然氣的燃料氣體 的體積流量進行調(diào)節(jié)。
所述工藝控制器可適于對供應(yīng)至所述爐子的所述燃燒器單元的燃 料氣體的體積流量進行調(diào)節(jié)。
具體而言，所述工藝控制器可適于對經(jīng)由第二燃料氣體供應(yīng)裝置 供應(yīng)至所述爐子的所述燃燒器單元的諸如天然氣的燃料氣體的體積流 量進行調(diào)節(jié)。
如上所述，申請人當(dāng)前提出的HIsmelt工藝設(shè)計成在不同的"狀態(tài)" 下運行，因此在這些狀態(tài)下和在給定狀態(tài)的過程中，所述直接熔煉容 器中產(chǎn)生的尾氣的體積流量和熱量值會有所不同。此外，設(shè)備為了運 行所述HIsmelt工藝而對蒸汽(經(jīng)由所述廢熱回收單元)和/或熱空氣 或富氧空氣(經(jīng)由所述爐子)的需求在不同狀態(tài)下會有所不同，且在 給定狀態(tài)的過程中會發(fā)生變化。因此，根據(jù)任一給定時間點的尾氣的 可用流量和熱量值，可能需要向(a)所述HIsmelt設(shè)備的生成用于所 述工藝的足夠蒸汽的廢熱回收單元和/或(b)所述HIsmelt設(shè)備的生成 用于所述工藝的足夠熱空氣或富氧空氣的爐子供應(yīng)天然氣(和/或其他 燃料氣體)。
優(yōu)選的是，所述工藝控制器響應(yīng)于尾氣的流量和/或熱量值并響應(yīng) 于所述設(shè)備的蒸汽要求和/或響應(yīng)于所述工藝的熱空氣或富氧空氣要 求，從而考慮到在任一時間點上尾氣的流量和/或熱量值以及所述設(shè)備 和/或所述工藝的要求，來確定需要通過第二燃料氣體供應(yīng)裝置向所述 爐子和/或所述廢熱回收單元的燃燒器單元供應(yīng)的諸如天然氣的燃料氣 體的體積流量。
優(yōu)選的是，所述工藝控制器響應(yīng)于所述廢熱回收單元的所述燃燒 器單元的火焰溫度。更加優(yōu)選的是，所述工藝控制器響應(yīng)于所述廢熱回收單元的所述 燃燒器單元的火焰溫度，以將所述火焰溫度維持成高于最低溫度。
優(yōu)選的是，如以上所描述的，所述工藝控制器通過參考在所述工 藝的不同運行狀態(tài)期間的蒸汽流量或蒸汽壓力的所需值而響應(yīng)于所述 設(shè)備的蒸汽需求。
優(yōu)選的是，所述工藝控制器適于對通過所述第二燃料氣體供應(yīng)裝 置供應(yīng)到所述爐子的所述燃燒器單元的燃料氣體的體積流量進行調(diào) 節(jié)，以使供應(yīng)到所述爐子的燃燒器單元的聯(lián)合燃料氣體具有預(yù)定的流 量和/或熱量值。
優(yōu)選的是，所述工藝控制器適于對通過所述第二燃料氣體供應(yīng)裝 置供應(yīng)到所述爐子的所述燃燒器單元的燃料氣體的流量進行調(diào)節(jié)，以 使所述爐子的燃燒器單元至少在所述爐子的加熱階段開始時以恒定的 熱量值運行。
優(yōu)選的是，所述設(shè)備包括用于對所述設(shè)備的不同位置處的尾氣熱 量值進行監(jiān)控的裝置。
所述尾氣熱量值監(jiān)控裝置可以為諸如質(zhì)譜儀的任何合適裝置。
優(yōu)選的是，所述工藝控制器響應(yīng)于對熱量值的監(jiān)控值。
優(yōu)選的是，所述設(shè)備包括呈預(yù)處理單元形式的運行單元，該預(yù)處 理單元用于對含金屬供給材料進行預(yù)處理。
優(yōu)選的是，所述設(shè)備包括用于從所述直接熔煉容器供應(yīng)尾氣的裝 置，該尾氣用作所述預(yù)處理單元內(nèi)的流化氣體。優(yōu)選的是，所述設(shè)備包括一裝置，該裝置用于將從所述直接熔煉 容器排出的尾氣分為(i)用于所述爐子和所述廢熱回收單元的第一股 流以及(ii)用于所述預(yù)處理單元的第二股流。
優(yōu)選的是，所述設(shè)備包括一裝置，該裝置用于將來自(i)所述第 一股流中的尾氣和(ii)所述第二股流中的被從所述預(yù)處理單元排出的 尾氣形成聯(lián)合尾氣流。
優(yōu)選的是，所述尾氣熱量值監(jiān)控裝置適于對所述聯(lián)合尾氣流中的 尾氣的熱量值進行監(jiān)控。
優(yōu)選的是，所述工藝控制器響應(yīng)于對所述聯(lián)合尾氣流中的尾氣進 行監(jiān)控所得的熱量值。
優(yōu)選的是，所述工藝控制器適于響應(yīng)于對所述聯(lián)合尾氣流進行監(jiān) 控所得的熱量值，而對經(jīng)由所述第二燃料氣體供應(yīng)裝置向所述廢熱回 收單元供應(yīng)的燃料氣體的體積流量加以調(diào)節(jié)。
優(yōu)選的是，所述尾氣熱量值監(jiān)控裝置適于對所述第一股流和所述 第二股流中的尾氣的熱量值進行監(jiān)控。
在寬泛的意義上，根據(jù)本發(fā)明還提供一種用于在直接熔煉設(shè)備中 從含金屬供給材料生產(chǎn)熔融金屬的基于熔融熔池的直接熔煉工藝，包 括
(a) 在包含金屬和爐渣的熔融熔池的直接熔煉容器中對含金屬供 給材料進行直接熔煉，并產(chǎn)生熔融金屬、熔渣和尾氣，該工藝具有不 同的工藝狀態(tài)；
(b) 將在熔煉運行期期間所述容器內(nèi)產(chǎn)生的尾氣作為燃料氣體供 應(yīng)到所述設(shè)備的和/或所述設(shè)備外部的兩個或更多個運行單元的燃燒器單元，以及
(C)從另一源向所述運行單元中的至少一個供應(yīng)諸如天然氣的另 一燃料氣體，
(d)在所述工藝的過程中，對供應(yīng)到所述運行單元的所述燃燒器 單元的燃料氣體的體積流量加以調(diào)節(jié)，從而至少滿足所述設(shè)備的需求。
優(yōu)選的是，所述運行單元包括廢熱回收單元的熱回收爐，所述廢 熱回收單元用于產(chǎn)生供在所述設(shè)備內(nèi)使用的蒸汽和/或產(chǎn)生供在所述設(shè)
備內(nèi)使用或在所述設(shè)備外使用的電力。
優(yōu)選的是，所述運行單元包括多個爐子，所述多個爐子用于產(chǎn)生 在所述容器內(nèi)對含金屬供給材料進行直接熔煉所用的熱空氣鼓風(fēng)或熱 富氧空氣鼓風(fēng)。
優(yōu)選的是，所述工藝還包括對供應(yīng)到所述廢熱回收單元和/或所述 爐子的燃燒器單元的另一燃料氣體的體積流量加以調(diào)節(jié)，從而維持通 向所述燃燒器單元的預(yù)定流量和/或熱量值。
優(yōu)選的是，所述工藝包括對所述設(shè)備不同位置處的尾氣的熱量值 進行監(jiān)控。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種用于通過直接熔煉工藝從含金屬供給材 料生產(chǎn)熔融金屬的直接熔煉設(shè)備，包括
(a) 直接熔煉容器，其用于通過在所述容器中直接熔煉含金屬供 給材料的工藝而產(chǎn)生熔融金屬、熔渣和尾氣；
(b) 至少兩個用于接收和燃燒尾氣的尾氣處理單元；
(C)第一燃料氣體供應(yīng)裝置，其用于從所述直接熔煉容器供應(yīng)尾 氣，以在所述尾氣處理單元的燃燒器單元內(nèi)使用；
(d)第二燃料氣體供應(yīng)裝置，其用于從另一源向所述至少兩個尾 氣處理單元的燃燒器單元供應(yīng)諸如天然氣的另一燃料氣體；
16(e)工藝控制器，用于控制
i) 控制通向所述尾氣處理單元中的一個的尾氣的體積流量，以滿 足該單元的需求，而將剩余的尾氣供應(yīng)到另外的一個或多個尾氣處理
單元；
ii) 控制通向所述尾氣處理單元的所述另一燃料氣體的體積流量。
優(yōu)選的是，所述尾氣處理單元包括用于向所述直接熔煉容器供應(yīng) 熱鼓風(fēng)的爐子和用于產(chǎn)生蒸汽的廢熱回收單元。
優(yōu)選的是，所述工藝控制器適于對通向所述爐子的尾氣和另一燃 料氣體的供應(yīng)進行控制，使得通向所述爐子的尾氣和另一燃料氣體的 聯(lián)合供應(yīng)具有大致恒定的熱量值。
優(yōu)選的是，所述工藝控制器適于響應(yīng)于尾氣體積流量的變化而對
向所述廢熱回收單元的另一燃料氣體的供應(yīng)進行控制，從而在所述廢 熱回收單元內(nèi)實現(xiàn)尾氣的燃燒。
優(yōu)選的是，所述的設(shè)備包括 一個或多個尾氣供應(yīng)閥，所述尾氣 供應(yīng)閥用于控制通向所述爐子的尾氣的體積流量并用于轉(zhuǎn)向為向所述 廢熱回收單元供應(yīng)尾氣；以及尾氣熱量值感測裝置，該尾氣熱量值感 測裝置用于感測尾氣的熱量值，而且其中，所述工藝控制器適于監(jiān)控 尾氣熱量值，并響應(yīng)于所述尾氣的熱量值降低到預(yù)定閾值之下，而運 行所述一個或多個尾氣供應(yīng)閥以使尾氣轉(zhuǎn)向至所述廢熱回收單元。
優(yōu)選的是，所述預(yù)定閾值為這樣的值，即，尾氣在該值時不再對 尾氣和另一燃料氣體的聯(lián)合燃料氣體流的熱量值有積極的貢獻。
優(yōu)選的是，所述預(yù)定閾值為1.8MJ/Nm3 (兆焦耳每標(biāo)準(zhǔn)立方米)。


以下將參照附圖更加詳細地描述本發(fā)明，附圖中 圖1為根據(jù)本發(fā)明的直接熔煉設(shè)備的一個實施例的示意圖；而且 圖2為在將尾氣供應(yīng)到圖1所示的廢熱回收單元和爐子的尾氣流 中的濕式錐形洗滌塔和尾氣冷卻器的放大圖。
具體實施例方式
以下對附圖中所示的設(shè)備的描述基于根據(jù)本申請人的國際申請
PCT/AU96/00197中所述的HIsmelt工藝采用該熔煉設(shè)備來熔煉含鐵供 給材料，從而生產(chǎn)熔融鐵。這里，通過交叉引用結(jié)合該國際申請本專 利所包含的專利說明書中的公開內(nèi)容。
該工藝基于直接熔煉容器3的使用。
容器3是在本申請人的國際申請PCT/AU2004/000472和 PCT/AU2004/000473中所詳細描述的那種類型的容器。通過交叉引用 結(jié)合這些國際申請所包含的專利說明書中的公開內(nèi)容。
容器3具有爐床，該爐床包括由耐火磚形成的底部和側(cè)邊；側(cè) 壁，該側(cè)壁形成從爐床的側(cè)邊向上延伸的大致呈柱形的筒，并包括上 筒部和下筒部；爐頂；位于容器3上部的尾氣管道9;用于從容器3連 續(xù)排出熔融金屬的前爐67;以及用于定期從容器3排出熔渣的出渣口。
容器3裝配有向下延伸的水冷式熱空氣鼓風(fēng)("HAB")噴槍7和 八個水冷式固體噴射槍5，該熱空氣鼓風(fēng)噴槍7延伸入容器3的上部空 間，而所述固體噴射槍5向下向內(nèi)延伸穿過側(cè)壁并進入爐渣內(nèi)。
在使用中，容器3含有熔融鐵熔池。含鐵供給材料(諸如鐵礦粉、 含有鐵的鋼廠廢料或DRI粉)、煤和熔劑(石灰和白云石)經(jīng)由固體噴 射槍5被直接注入熔池中。具體而言， 一組噴射槍5用于注入含鐵的供給材料和熔劑，而另 一組噴射槍5用于注入煤和熔劑。
噴射槍5通過水冷來保護它們不受容器3內(nèi)高溫的影響。噴射槍5
通常襯有高耐磨的物質(zhì)，以防止它們受到高速噴射的氣體/固體混合物 的磨損。
含鐵供給材料通過被預(yù)熱到600至700°C范圍內(nèi)的溫度而受到預(yù) 處理，并在注入熔池之前在流化床預(yù)熱器17中被預(yù)還原。
在環(huán)境溫度下注入熔池中之前，煤和熔劑存儲在一系列閘斗倉25 內(nèi)。煤經(jīng)由煤干燥和碾磨設(shè)備71供應(yīng)到閘斗倉25。
注入的煤在熔池中液化，從而釋放出H2和CO。這些氣體用作還 原劑和能量源。煤中的碳快速溶解在熔池內(nèi)。被溶解的碳和固態(tài)碳也 用作還原劑，產(chǎn)生作為還原產(chǎn)物的CO。注入的含鐵供應(yīng)材料熔化為熔 池中的熔融鐵，并經(jīng)由前爐67連續(xù)排出。在該過程中產(chǎn)生的熔渣經(jīng)由 出渣口 (未示出)定期排出。
在熔池中發(fā)生的將注入的含鐵供給材料熔化為熔融鐵的過程中所 涉及的典型還原反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。維持這一過程、更具體而言維持這 些吸熱反應(yīng)所需的能量是通過從熔池釋放的CO和H2與經(jīng)由HAB噴槍 7在通常為1200°C的高溫下注入的富氧空氣起反應(yīng)而提供的。
從在容器頂部空間內(nèi)的上述后燃燒反應(yīng)釋放的能量經(jīng)由"過渡區(qū)" 而被傳輸?shù)饺廴阼F熔池，該"過渡區(qū)"為熔池上方的含有爐渣和鐵的 液滴的高湍流度區(qū)域的形式。這些液滴在該過渡區(qū)內(nèi)被從后燃燒反應(yīng) 產(chǎn)生的熱加熱，并返回到爐渣/鐵熔池，從而將能量傳輸?shù)饺鄢亍?br> 經(jīng)由HAB噴槍7注入到容器3內(nèi)的熱的富氧空氣是在熱鼓風(fēng)爐11內(nèi)以這樣的方式產(chǎn)生的，即，使富氧空氣(名義上含氧量為30至
35%體積)通過爐子11，并對空氣加熱，之后經(jīng)由熱鼓風(fēng)主管41將熱 的富氧空氣輸送到HAB噴槍7。
爐子11的運行被調(diào)節(jié)為可確保在主管41中有連續(xù)的、不中斷的 熱富氧空氣在恒定的直線溫度下向HAB噴槍7流動。
每個爐子11按照多個階段的重復(fù)次序運行，這些階段包括加熱階 段、灌注階段和熱交換階段，該熱交換階段的時間段比加熱階段長。
在爐子11的加熱階段期間，通過以下方式加熱爐子ll，即燃燒(a) 來自容器3的呈冷卻和凈化尾氣形式的燃料氣體和/或(b)可選的另一 燃料氣體，諸如天然氣(通過圖1中的附圖標(biāo)記85所示的管線加以供 應(yīng))，以及(c)爐子11的燃燒器組件(未示出)內(nèi)的燃燒氣體，之后 使燃燒產(chǎn)物通過爐子11。
在爐子11的熱交換階段期間，來自氧氣設(shè)備29的氧氣被混合到 鼓風(fēng)機31所產(chǎn)生的增壓空氣流中。這些富氧空氣流通過爐子11，并在 爐子ll內(nèi)被加熱，從而為容器3產(chǎn)生熱的富氧增壓空氣流。這些熱的 富氧空氣流通常被稱為"熱鼓風(fēng)"或"熱空氣鼓風(fēng)"。
爐子11的灌注階段是這樣的階段，即，其中爐子中的一個基本關(guān) 閉，且既不受燃燒尾氣(和氣體燃料氣體，諸如天然氣)加熱也不受 與空氣流進行的熱交換冷卻。
給定爐子11的灌注階段的持續(xù)時間至少為打開和關(guān)閉閥所需的時 間量，這些閥的打開和關(guān)閉是轉(zhuǎn)換尾氣和熱空氣流從而(a)將給定爐 子從加熱階段切換為熱交換階段以及(b)將另一爐子從熱交換階段切 換為加熱階段所需的。
20在煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)13內(nèi)凈化爐子11在其加熱過程中所釋 放的燃燒產(chǎn)物。該FGD從燃燒產(chǎn)物去除通常以硫化氫(H2S)和二氧 化硫(S02)形式存在的硫。容器3內(nèi)產(chǎn)生的尾氣含有硫，如以下將描 述的那樣，在尾氣到達爐子ll之前，不能在容器3下游進行的尾氣凈 化中完全去除硫。
在爐子11在其加熱階段釋放的燃燒產(chǎn)物通過FGD系統(tǒng)之前，所 述燃燒產(chǎn)物可通過熱交換器(未示出)，并且在加熱的尾氣和燃燒空氣 作為供給材料在加熱階段供應(yīng)到爐子11的燃燒器之前，對已冷卻且凈 化的來自容器3的尾氣和燃燒氣體進行預(yù)加熱。容器的尾氣和燃燒空 氣可被預(yù)加熱到大約180°C的溫度。
尾氣經(jīng)由位于容器3上部的尾氣管道9從容器3釋放，并且尾氣 首先通過輻射冷卻器15，該輻射冷卻器以下稱為"尾氣罩"。通常，尾 氣在大約1450°C的溫度下離開容器并進入該尾氣罩。
尾氣在通過尾氣罩15的同時被冷卻，從而導(dǎo)致產(chǎn)生在汽鼓35內(nèi) 積聚的蒸汽。該尾氣罩可以是美國專利6,585,929中所述的冷卻、并部 分凈化尾氣的那種類型的尾氣罩。
離開尾氣罩15的尾氣流處于大約1000°C的溫度下，并被分成兩 股氣流。
具體參照圖2， 一股離開尾氣罩15的尾氣流包含有55 —65%的來 自容器3的尾氣，該股尾氣流首先通過濕式錐形洗滌塔21。
洗滌塔21使流過其中的尾氣驟冷，并從流過其中的尾氣中去除掉 微粒材料和可溶的氣體種類以及金屬蒸汽。尾氣的溫度在洗滌塔內(nèi)從 大約1000°C下降到100°C以下，通常在65°C至90°C之間。洗滌塔21包括上腔室71、下腔室73和使上腔室71、下腔室73 互相連接的垂直延伸管75。洗滌塔21包括位于管75下端內(nèi)的尾氣控 制閥77。該控制閥77包括液壓運行的錐形元件79，該錐形元件能垂 直運動以打開或關(guān)閉管75的下端。洗滌塔21在上腔室71內(nèi)包括噴水 器69，以及相對于管75和控制元件79定位的其他噴水器(未示出)。 補充水和在洗滌塔內(nèi)的循環(huán)水被供應(yīng)至噴水器。
控制閥77對通過洗滌塔21的尾氣的流量進行控制。這是對來自 容器3的尾氣的第一可變流量約束。因此，控制閥77對直接熔煉容器 3內(nèi)的壓力進行控制，在生產(chǎn)熔融鐵的過程中，優(yōu)選將其控制成表壓為 0.8巴。
來自洗滌塔21的尾氣經(jīng)由下腔室73內(nèi)的出口 81離開洗滌塔21， 并通過尾氣冷卻器23，該尾氣冷卻器23進一步冷卻尾氣至50°C以下， 通常在30°C到45°C之間，以從尾氣去除足量的水分，從而尾氣可用 作燃料氣體。通常，離開冷卻器的尾氣具有5%或更少的H20以及低 于10mg/Nm3、通常為5.0mg/Nn^的含霧量。
在通常的金屬生產(chǎn)的狀況下，所產(chǎn)生的尾氣適于用作(a)爐子11 (如上所述)以及(b) WHR系統(tǒng)25內(nèi)的燃料氣體。此外，經(jīng)洗滌和 冷卻的尾氣適于在干燥和碾磨設(shè)備71內(nèi)對煤進行干燥。
出于以上目的，將來自氣體冷卻器23的尾氣分成三股氣流，并通 過總稱為"第一燃料氣體供應(yīng)裝置"的裝置將該尾氣供應(yīng)到下游的運 行單元，這些運行單元具體為爐子11、 WHR系統(tǒng)25以及干燥和碾磨 設(shè)備71。具體而言， 一股氣流通向爐子ll，另一股氣流通向WHR系 統(tǒng)25，第三股氣流通向干燥和碾磨設(shè)備71。氣流中尾氣的流量經(jīng)由尾 氣供應(yīng)閥(未示出)控制。
來自尾氣冷卻器23的尾氣流是相對高含量的尾氣。通向WHR系統(tǒng)25的氣流與如下所述通過預(yù)熱器17的冷卻和凈化的尾氣混合，該 冷卻和凈化的尾氣是相對低含量的尾氣，這是因為在該預(yù)熱器中通過
尾氣中的CO和H2進行了對含鐵供給材料的預(yù)還原。
如上詳細描述的，在通常的金屬生產(chǎn)狀況下，聯(lián)合的尾氣流所具 有的熱量值使得其適于作為燃料氣體燃燒。
聯(lián)合的尾氣流、呈天然氣形式的燃料氣體(通過圖1中附圖標(biāo)記
83所示的管線加以供應(yīng))的另一源以及空氣被供應(yīng)到WHR系統(tǒng)25， 并在其內(nèi)燃燒。
應(yīng)注意的是，在向WHR系統(tǒng)25供應(yīng)天然氣的情形下，在上一段 中提到的管線83和先前提到的管線85是總稱為"第二燃料氣體供應(yīng) 裝置"的燃料氣體供應(yīng)裝置的一部分。
聯(lián)合的尾氣流在WHR系統(tǒng)25內(nèi)以這樣的方式燃燒，g卩，使CO 的破壞最大化，同時使NOx的形成最小化。
從WHR系統(tǒng)25釋放的尾氣與來自爐子11的尾氣聯(lián)合，然后通 向FGD系統(tǒng)13。在FGD系統(tǒng)13中去除S02，并通過煙囪45將廢氣 排放到大氣。
大約含有35_45%體積比的尾氣的另一股氣流通過用于含鐵供給 材料的流化床預(yù)熱器17。該預(yù)熱器17從含鐵供給材料去除水分，并對 含鐵供給材料進行預(yù)熱和預(yù)還原。尾氣是預(yù)熱器17內(nèi)的流化氣體和能 量的來源。
設(shè)備的工藝控制器對流向預(yù)熱器17的尾氣流進行控制，從而(a) 將尾氣流控制為大于最小流量，從而維持預(yù)熱器17內(nèi)的流化狀態(tài)，以 及(b)將含鐵供給材料預(yù)熱到大致恒定的溫度，在工藝是生產(chǎn)熔融金屬時，將其控制在600至700。C的范圍內(nèi)。
從預(yù)熱器17釋放的尾氣通過旋流器61，并且曳出灰塵從尾氣分離出。
然后，尾氣通過濕式錐形洗滌塔63，該洗滌塔63從尾氣去除掉微 粒材料和可溶的氣體種類以及金屬蒸汽，并將尾氣的溫度從500°C到 200°C之間冷卻到100°C以下，通常在65°C至90°C之間。
洗滌塔63與上述濕式錐形洗滌塔21的基本結(jié)構(gòu)相同。具體而言， 該洗漆塔63使流過其中的尾氣驟冷，并從流過其中的尾氣去除掉微粒 材料和可溶的氣體種類以及金屬蒸汽。而且，如在洗滌塔21中的情形， 洗滌塔63包括尾氣流量控制閥，該控制閥具有液壓運行的錐形元件， 該錐形元件能垂直運動以打開和關(guān)閉所述閥，從而對通過洗滌塔的尾 氣的流動進行控制。
然后，來自洗滌塔63的尾氣通過尾氣冷卻器65,該尾氣冷卻器 65進一步冷卻尾氣至50。C以下，通常在30。C到45。C之間，以從尾氣 去除足量的水分，從而尾氣可用作燃料氣體。通常，離開冷卻器的尾 氣具有5%或更少的H20以及低于10mg/Nm3、通常為5.0mg/Nm3的含務(wù)里。
如上所述，經(jīng)冷卻和凈化的尾氣然后與來自冷卻器23的尾氣流聯(lián) 合，并在廢熱回收(WHR)系統(tǒng)25中用作燃料氣體。
該WHR系統(tǒng)25包括
熱氧化器37， S卩，燃燒器組件，以及相關(guān)的燃燒室； WHR單元39，即，鍋爐； 汽鼓；以及
熱交換器裝置，諸如過熱螺旋管和軟化水節(jié)水器。WHR系統(tǒng)25產(chǎn)生飽和蒸汽。該飽和蒸汽與來自尾氣罩15的汽鼓 35的飽和蒸汽混合，從而WHR系統(tǒng)25的過熱螺旋管從該飽和蒸汽產(chǎn) 生過熱蒸汽。
WHR系統(tǒng)25的蒸汽產(chǎn)生裝置包括-用于保護下游螺旋管的輻射屏蔽；
具有減熱器控制件的兩級過熱部(其中，過熱量根據(jù)需要通過注 入軟化水加以控制，以將過熱蒸汽維持在420OC的溫度)； 主蒸發(fā)器部，包括三個對流螺旋管模塊； 節(jié)水器部；以及
蒸汽室，具有三單元式的軟化水控制件。
在WHR系統(tǒng)25和尾氣罩15內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽用來驅(qū)動HAB鼓風(fēng)機 31和氧氣設(shè)備29的主空氣壓縮機(未示出)，剩余的蒸汽通過產(chǎn)生運 行設(shè)備所需的電能的渦輪式交流發(fā)電機。
渦輪式發(fā)電機系統(tǒng)包括設(shè)計成接收過熱蒸汽的冷凝式渦輪機。渦 輪機的排出物通過在真空下運行的表面冷凝器，并通過冷凝物泵將所 形成冷凝物泵送到除氣器。
使用尾氣作為設(shè)備中的燃料氣體抵消了一定量的電能，這樣就使 得設(shè)備在電力方面大體上能自給自足，否則這一部分電源要從外部電 網(wǎng)獲取。
通常，WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37為筒形碳鋼殼體，其內(nèi)部是 耐火和絕緣的。
在使用中，WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37在來自上述尾氣分離流 的聯(lián)合尾氣流量變化的情況下運行，該變化的原因有多個因素，包括:(a)在工藝運行過程中產(chǎn)生并因而從容器3排出的尾氣的變化，(b) 設(shè)備對蒸汽需求的變化，(c)可用于WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37的 尾氣的變化，該變化是由于爐子11對尾氣的競爭性需求所引起的，(d) 爐子ll對尾氣需求的變化。換言之，對WHR系統(tǒng)的燃燒器組件37進 行供應(yīng)和控制，使得在滿足爐子11和其他利用尾氣的單元對尾氣的競 爭性需求之后，燃燒余下的尾氣。如以下將詳細說明的，這些需求會 隨著尾氣的熱量值而變化。
所述工藝被設(shè)計成在熔煉運行期期間具有不同運行狀況的多種 "狀態(tài)"下運行，這些狀態(tài)例如包括以下工藝狀態(tài)
(a) 啟動；
(b) 熱金屬的生產(chǎn)，即，供應(yīng)熱礦石、煤、熔劑以及熱鼓風(fēng)； (C)保持，即，不供應(yīng)熱礦石，供應(yīng)煤和熱鼓風(fēng)；
(d) 空轉(zhuǎn)，S卩，不供應(yīng)熱礦石和煤，供應(yīng)熱鼓風(fēng)；以及
(e) 無風(fēng)，即，不供應(yīng)熱礦石和煤，也不供應(yīng)熱鼓風(fēng)，在某些情
況下不供應(yīng)諸如天然氣的燃料氣體。
在保持狀態(tài)期間，尾氣的熱量值會在相對低含量和相對高含量之
間變化。熱量值取決于向熔池中供給煤的速度和向容器3中供給熱空 氣鼓風(fēng)的速度。這些參數(shù)影響著尾氣中的碳含量和尾氣中的CO和C02 的含量。
在空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間的尾氣熱量值相對較低。通常，只有熱空氣鼓風(fēng) 被供應(yīng)到容器3 (連同通過固體噴射槍5供應(yīng)的吹掃氮氣)，從而尾氣 的組成類似于空氣。
在空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間，對熱金屬溫度進行監(jiān)控，并且在需要時，將諸 如天然氣的燃料氣體供應(yīng)到熔融熔池上方的頂部空間內(nèi)。該燃料氣體 在熱空氣鼓風(fēng)中燃燒。這有助于加熱容器3和熔融熔池。
26燃料氣體以這樣的方式進行的燃燒通常是完全的，從而與其中只 向容器3提供熱空氣鼓風(fēng)的空轉(zhuǎn)狀態(tài)相比，尾氣的熱量值不提高。
在工藝處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)時，在容器3內(nèi)燃燒燃料氣體之前，容器的 運行者可分流爐渣到最低水平，或甚至排完爐渣。爐渣分流使得在容 器3中留有某一最少量的爐渣，而爐渣排完將基本上所有的爐渣排出
容器。降低容器3內(nèi)的爐渣量使得金屬可直接由燃燒加熱。在這些情
形下，爐渣起到了絕緣器的作用，降低了金屬可受到的熱量。
在上述工藝狀態(tài)下，容器3內(nèi)產(chǎn)生的尾氣的體積流量和熱量值是 不同的。例如，尾氣的流量和熱量值在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間相對較高， 而在空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間相對較低。
此外，容器3內(nèi)產(chǎn)生的尾氣的體積流量和熱量值在給定工藝狀態(tài) 下還由于運行條件的變化而有所不同。例如，在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)過程 中，運行條件會有些變化，這些變化將導(dǎo)致產(chǎn)生的尾氣在量和熱量值 上有所不同。例如，在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間，尤其是在工藝擾動過程 中，尾氣的熱量值會降到1.8MJ/Nm3 (兆焦耳每標(biāo)準(zhǔn)立方米)以下。
此外，WHR系統(tǒng)25可用的燃料氣體的體積流量隨著爐子11的階 段而變化。具體而言，當(dāng)爐子11在其灌注階段下運行時，通向WHR 系統(tǒng)25的尾氣分離流具有相當(dāng)高的流量。如上所述，與爐子11在加 熱階段所需的尾氣量相比，爐子11在其灌注階段所需的尾氣量要低得 多。
此外，在工藝的不同階段，設(shè)備的蒸汽(和電力)需求是不同的， 從而WHR系統(tǒng)25所需的燃料氣體的體積流量和熱量值也不同。例如， 在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間，設(shè)備的蒸汽(和電力)需求比啟動狀態(tài)期間 高出約40 — 60% 。此外，在工藝的不同階段，爐子11的燃料氣體需求是不同的。例 如，在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間，需要燃料氣體的量要高于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。
有鑒于此，在工藝的至少一些狀態(tài)期間，需要將諸如天然氣(或
尾氣之外的其他燃料氣體)的可選燃料氣體供應(yīng)到WHR系統(tǒng)25的燃 燒器組件37，從而滿足熔煉運行期期間設(shè)備的蒸汽需求。此外，該可 選燃料氣體確保該WHR系統(tǒng)能燃燒不被供應(yīng)到設(shè)備的其他單元(例如 爐子)的熱量值較低的尾氣。
此外，有鑒于此，需要改變供應(yīng)到WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37 的諸如天然氣(或尾氣之外的其他燃料氣體)的可選燃料氣體的流量， 從而補償在熔煉運行期的給定狀態(tài)期間來自容器3的尾氣的變化流量 和熱量值，以滿足設(shè)備的蒸汽需求。
此外，有鑒于此，在工藝的至少一些狀態(tài)下，需要將諸如天然氣 (或其他燃料氣體)的可選燃料氣體供應(yīng)到爐子11的燃燒器組件，以 補償尾氣的流量和熱量值的變休，從而維持用于燃燒器組件的燃料氣 體的目標(biāo)流量和目標(biāo)熱量值。例如，在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間，將通向 爐子的聯(lián)合燃料氣體流(其為聯(lián)合尾氣和可選燃料氣體)控制為具有 恒定的熱量值。由于尾氣的熱量值隨著工藝條件而變化，所以通向爐 子的尾氣的所需流量也隨著工藝條件而變化。如果尾氣的熱量值降低 到1.8MJ/Ni^以下，則使所有的尾氣轉(zhuǎn)向到WHR系統(tǒng)，這是因為尾氣 的熱量值太低，以至于無論在何種流量下都不能有助于對爐子11的加 熱。正是尾氣的熱量值至少部分地決定了爐子對尾氣的需求。余下的 尾氣被供應(yīng)到WHR系統(tǒng)，并由WHR系統(tǒng)燃燒。
當(dāng)工藝在無風(fēng)、保持和空轉(zhuǎn)狀態(tài)下運行時，特別需要供應(yīng)可選燃 料氣體，諸如天然氣。在這些狀態(tài)期間，流向爐子11的尾氣被完全切 斷，或至少有相當(dāng)程度的降低，從而需要有另一諸如天然氣的燃料氣 體來維持爐子11在這些工藝狀態(tài)期間以所需水平運行。因此，設(shè)備的工藝控制器通過改變作為額外燃料氣體的天然氣的
流量而運行WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37，以在工藝的任何時間點提
供所需的燃料氣體的流量和熱量值。
因此，設(shè)備的工藝控制器還通過改變空氣的流量而運行WHR系 統(tǒng)25的燃燒器組件37，以抵消尾氣和天然氣的變化流量，從而確保最 佳燃燒。
因此，設(shè)備的工藝控制器還通過改變作為額外燃料氣體的天然氣 的流量而運行爐子11的燃燒器組件，以在工藝的任何時間點提供所需 的燃料氣體的流量和熱量值。
因此，設(shè)備的工藝控制器還通過改變空氣的流量而運行爐子11的 燃燒器組件37，以抵消尾氣和天然氣的變化流量，從而確保最佳燃燒。
此外，在通向燃燒器組件37的尾氣由于爐子11內(nèi)對尾氣的需求 降低而增加之前，設(shè)備的工藝控制器在通常為30秒的預(yù)定時間段內(nèi)開 始提高通向WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37的空氣流量。
類似地，在通向燃燒器組件37的尾氣由于爐子11內(nèi)對尾氣的需 求增加而降低之前，設(shè)備的工藝控制器在通常為30秒的預(yù)定時間段內(nèi) 開始降低通向WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37的空氣流量。
在上述設(shè)備運行的一個特定實施例中，該工藝控制器對以下方面 進行控制
(a) 控制通向爐子11的燃燒器單元的天然氣的體積流量，以使 得在爐子的加熱階段期間，尾氣和天然氣的聯(lián)合流量具有大致恒定的 熱量值；以及
(b) 響應(yīng)于通向WHR系統(tǒng)的尾氣的體積流量的變化而控制通向WHR系統(tǒng)25的天然氣的體積流量，以實現(xiàn)WHR系統(tǒng)內(nèi)的尾氣的燃燒。
在所述特定示例的情形下，關(guān)于上述項目(b)， WHR系統(tǒng)25需 要一定量的燃料氣體，該一定量的燃料氣體可由尾氣和/或天然氣供應(yīng)， 以提供至少最小的臨界熱量值。
對于確定在任何時間點下WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37和爐子 11的燃燒器組件所需的天然氣的流量而言，設(shè)備不同位置處的尾氣的 熱量值是重要的參數(shù)。
設(shè)備包括位于設(shè)備所選位置處的質(zhì)譜儀CV1、 CV2和CV3，用以 確定這些位置處的尾氣熱量值。所測量到的熱量值由所述設(shè)備的工藝 控制器進行處理，這是確定所需的尾氣和天然氣流量的處理的一部分。
所選的位置為在尾氣罩15內(nèi)(CV1)、在尾氣冷卻器23下游和通 向爐子11和WHR系統(tǒng)25的尾氣分流的上游(CV2)，以及在預(yù)熱器 61的下游(CV3)。
在不同狀態(tài)的范圍下運行上述工藝還對不同狀態(tài)過程中容器3內(nèi) 的壓力控制具有影響。
此外，預(yù)熱器17具有將含鐵供給材料維持在流化狀態(tài)下的某一最 低的氣體流要求。通過預(yù)熱器17的氣流由位于預(yù)熱器17下游的濕式 錐形洗滌塔63內(nèi)的控制閥控制。
上述描述表明，在所述工藝為生產(chǎn)熔融鐵時，即在熱金屬生產(chǎn)狀 態(tài)下運行時，容器壓力的控制是通過濕式錐形洗滌塔21的控制閥77 進行的。
更加具體而言，設(shè)備包括位于尾氣罩15內(nèi)的壓力傳感器P1，該壓力傳感器對以連續(xù)的形式流動通過尾氣罩的尾氣的壓力進行監(jiān)控。 在工藝以熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)運行時，設(shè)備的工藝控制器響應(yīng)于所監(jiān)控的
壓力，并運行濕式錐形洗滌塔21的控制閥77，從而按照需要調(diào)節(jié)壓力， 優(yōu)選維持恒定的容器壓力?？刂崎y77的控制電路的時間常數(shù)顯著快于 預(yù)熱器17下游的洗滌塔63內(nèi)的控制閥的控制電路的時間常數(shù)。因此， 就控制容器3內(nèi)的壓力和控制通過預(yù)熱器17的氣體流量之間的控制而 言，在金屬生產(chǎn)過程中主要是對容器壓力的控制。
在該工藝的其他狀態(tài)期間，尤其是在保持和空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間，仍有 必要維持對容器3內(nèi)的壓力的控制。在這些狀態(tài)期間，這樣的壓力控 制是通過預(yù)熱器17下游的濕式錐形洗滌塔63內(nèi)的上述控制閥而不是 通過濕式錐形洗滌塔21的控制閥77實現(xiàn)的。
更加具體而言，在這些狀態(tài)下運行該工藝時，濕式錐形洗滌塔21 的控制閥77至少基本關(guān)閉，從而沒有尾氣流或至多僅有最少的尾氣流 通過洗滌塔21，然后從該源進入爐子11和WHR系統(tǒng)25。因此，濕式 錐形洗滌塔63中的控制閥在保持和空轉(zhuǎn)狀態(tài)下變?yōu)橹饕膲毫刂?器。這還確保了通過預(yù)熱器的氣體流，以使含金屬材料被維持在流化 狀態(tài)下。
此外，在工藝變?yōu)楸３趾涂辙D(zhuǎn)狀態(tài)時，所述工藝控制器進行運行 以將從爐子11供應(yīng)到容器3的熱空氣鼓風(fēng)的流量設(shè)置點降低。容器的 壓力設(shè)置點也被降低。通常，設(shè)置點從表壓0.8巴降低到表壓0.4巴。
在保持和空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間，尾氣中的已經(jīng)通過預(yù)熱器17的那一部分 被循環(huán)利用，并與來自容器3的尾氣聯(lián)合，從而有助于維持預(yù)熱器17 內(nèi)的流化條件。
在無風(fēng)狀態(tài)下，不向容器供應(yīng)熱空氣鼓風(fēng)。預(yù)熱器17下游的洗滌 塔63被關(guān)閉，對預(yù)熱器17內(nèi)的所有尾氣進行循環(huán)利用，從而作為流化氣體運行。
在保持和空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間，爐子ll產(chǎn)生的熱空氣鼓風(fēng)量減小。為了 確保爐子11不超過最高溫度，與在熱金屬產(chǎn)生過程中向爐子供應(yīng)的燃 料氣體的總能量相比，降低向爐子11供應(yīng)的燃料氣體的總能量。這樣， 在保持和空轉(zhuǎn)狀態(tài)下，輸入到爐子11的能量降低，從而與減少的熱空 氣鼓風(fēng)流對能量需求的降低相匹配。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對上述本發(fā)明的實施 例作出多種改變。
權(quán)利要求
1. 一種直接熔煉設(shè)備，用于以直接熔煉工藝從含金屬供給材料生產(chǎn)熔融金屬，包括(a)直接熔煉容器，用于通過在所述容器中直接熔煉含金屬供給材料的工藝而產(chǎn)生熔融金屬、熔渣和尾氣；(b)第一燃料氣體供應(yīng)裝置，用于供應(yīng)來自所述直接熔煉容器的尾氣以用作所述設(shè)備的和/或所述設(shè)備外部的兩個或更多個運行單元的燃燒器單元內(nèi)的燃料氣體；(d)第二燃料氣體供應(yīng)裝置，用于從另一源向所述運行單元中的至少一個的所述燃燒器單元供應(yīng)另一燃料氣體，例如天然氣，以及(e)工藝控制器，用于調(diào)節(jié)向所述運行單元中的至少一個的燃燒器單元供應(yīng)的燃料氣體的體積流量，以至少滿足所述設(shè)備為了運行所述直接熔煉工藝的所選要求。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述運行單元包括(i)廢 熱回收單元和/或(ii)多個爐子，該廢熱回收單元用于產(chǎn)生蒸汽以在所述設(shè)備中使用和/或用于發(fā)電以在所述設(shè)備中使用或在所述設(shè)備外使 用，所述多個爐子用于產(chǎn)生熱空氣鼓風(fēng)或熱富氧空氣鼓風(fēng)，以在所述 直接熔煉工藝中使用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述第二燃料氣體供應(yīng)裝 置適于向所述廢熱回收單元和/或所述爐子供應(yīng)諸如天然氣的燃料氣 體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器適于 對供應(yīng)至所述廢熱回收單元的所述燃燒器單元的燃料氣體的體積流量 進行調(diào)節(jié)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器適于對經(jīng)由所述第二燃料氣體供應(yīng)裝置供應(yīng)至所述廢熱回收單元的所述燃燒器 單元的諸如天然氣的燃料氣體的體積流量進行調(diào)節(jié)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5中的任一項所述的設(shè)備，其中，所述工藝 控制器適于對供應(yīng)至所述爐子的所述燃燒器單元的燃料氣體的體積流 量進行調(diào)節(jié)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器適于對經(jīng)由所述第二燃料氣體供應(yīng)裝置供應(yīng)至所述爐子的所述燃燒器單元的諸 如天然氣的燃料氣體的體積流量進行調(diào)節(jié)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項所述的設(shè)備，其中，所述工藝控 制器響應(yīng)于尾氣的流量和/或熱量值并響應(yīng)于所述設(shè)備的蒸汽要求和/ 或響應(yīng)于所述工藝的熱空氣或富氧空氣要求，從而考慮到在任一時間 點上尾氣的流量和/或熱量值以及所述設(shè)備和/或所述工藝的要求，來確 定所述爐子和/或所述廢熱回收單元的所述燃燒器單元所需的經(jīng)由所述 第二燃料氣體供應(yīng)裝置的諸如天然氣的燃料氣體的體積流量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器響應(yīng)于所 述廢熱回收單元的所述燃燒器單元的火焰溫度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器響應(yīng)于 所述廢熱回收單元的所述燃燒器單元的火焰溫度，以將所述火焰溫度 維持成高于最低溫度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項所述的設(shè)備，其中，如這里所 定義的，所述工藝控制器通過參考在所述工藝的不同運行狀態(tài)期間的 蒸汽流量或蒸汽壓力的所需值而響應(yīng)于所述設(shè)備的蒸汽需求。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器適于對通過所述第二燃料氣體供應(yīng)裝置供應(yīng)到所述爐子的所述 燃燒器單元的燃料氣體的體積流量進行調(diào)節(jié)，以使供應(yīng)到所述爐子的 燃燒器單元的聯(lián)合燃料氣體具有預(yù)定的流量和/或熱量值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器適于對通過所述第二燃料氣體供應(yīng)裝置供應(yīng)到所述爐子的所述 燃燒器單元的燃料氣體的流量進行調(diào)節(jié)，以使所述爐子的燃燒器單元 至少在所述爐子的加熱階段開始時以恒定的熱量值運行。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8至13中任一項所述的設(shè)備，包括用于對所述 設(shè)備的不同位置處的尾氣的熱量值進行監(jiān)控的裝置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述尾氣熱量值監(jiān)控裝 置為質(zhì)譜儀。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器 響應(yīng)于對熱量值的監(jiān)控值。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，包括呈預(yù)處理單元 形式的運行單元，該預(yù)處理單元用于對含金屬供給材料進行預(yù)處理。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，包括用于從所述直接熔煉容器 供應(yīng)尾氣的裝置，該尾氣用作所述預(yù)處理單元內(nèi)的流化氣體。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，包括一裝置，該裝置用于將從 所述直接熔煉容器排出的尾氣分為(i)用于所述爐子和所述廢熱回收 單元的第一股流以及(ii)用于所述預(yù)處理單元的第二股流。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，包括一裝置，該裝置用于將來 自(i)所述第一股流中的尾氣和(ii)所述第二股流中的被從所述預(yù)處理單元排出的尾氣形成聯(lián)合尾氣流。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述尾氣熱量值監(jiān)控裝 置適于對所述聯(lián)合尾氣流中的尾氣的熱量值進行監(jiān)控。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器響應(yīng)于 對所述聯(lián)合尾氣流中的尾氣進行監(jiān)控所得的熱量值。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器適于響 應(yīng)于對所述聯(lián)合尾氣流的熱量值進行監(jiān)控所得的值，而對經(jīng)由所述第 二燃料氣體供應(yīng)裝置向所述廢熱回收單元供應(yīng)的燃料氣體的體積流量 進行調(diào)節(jié)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述尾氣熱量值監(jiān)控裝 置適于對所述第一股流和所述第二股流中的尾氣的熱量值進行監(jiān)控。
25. —種基于熔融熔池的直接熔煉工藝，用于在直接熔煉設(shè)備中 從含金屬供給材料生產(chǎn)熔融金屬，包括(a) 在包含金屬和爐渣的熔融熔池的直接熔煉容器中對含金屬供 給材料進行直接熔煉，并產(chǎn)生熔融金屬、熔渣和尾氣，該工藝具有不 同的工藝狀態(tài)；(b) 將在熔煉運行期期間所述容器內(nèi)產(chǎn)生的尾氣作為燃料氣體供 應(yīng)至所述設(shè)備的和/或所述設(shè)備外部的兩個或更多個運行單元的燃燒器 單元，以及(c) 從另一源向所述運行單元的至少一個的所述燃燒器單元供應(yīng) 諸如天然氣的另一燃料氣體，(d) 在所述工藝的過程中，對供應(yīng)到所述運行單元的所述燃燒器 單元的燃料氣體的體積流量進行調(diào)節(jié)，從而至少滿足所述設(shè)備的需求。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的工藝，其中，所述運行單元包括(i)廢熱回收單元的熱回收爐和/或(ii)多個爐子，所述廢熱回收單元用于 產(chǎn)生供在所述設(shè)備內(nèi)使用的蒸汽和/或產(chǎn)生供在所述設(shè)備內(nèi)使用或在所 述設(shè)備外使用的電力，所述多個爐子用于產(chǎn)生在所述容器內(nèi)對含金屬 供給材料進行直接熔煉所用的熱空氣鼓風(fēng)或熱富氧空氣鼓風(fēng)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的工藝，包括對供應(yīng)到所述廢熱回收單元和/或所述爐子的所述燃燒器單元的所述另一燃料氣體的體積流量進 行調(diào)節(jié)，從而維持通向所述燃燒器單元的預(yù)定流量和/或熱量值。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的工藝，包括對所述設(shè)備不同位置處的 尾氣熱量值進行監(jiān)控。
29. —種直接熔煉設(shè)備，用于以直接熔煉工藝從含金屬供給材料 生產(chǎn)熔融金屬，包括(a) 直接熔煉容器，用于以在所述容器中直接熔煉含金屬供給材 料的工藝而產(chǎn)生熔融金屬、熔渣和尾氣；(b) 至少兩個用于接收和燃燒尾氣的尾氣處理單元；(c) 第一燃料氣體供應(yīng)裝置，用于從所述直接熔煉容器供應(yīng)尾氣， 以在所述尾氣處理單元的燃燒器單元內(nèi)使用；(d) 第二燃料氣體供應(yīng)裝置，用于從另一源向所述至少兩個尾氣處理單元的燃燒器單元供應(yīng)諸如天然氣的另一燃料氣體；(e) 工藝控制器，用于i) 控制通向所述尾氣處理單元中的一個的尾氣的體積流量，以滿 足該單元的需求，而將剩下的尾氣供應(yīng)到剩余的一個或多個尾氣處理單元；ii) 控制通向所述尾氣處理單元的所述另一燃料氣體的體積流量。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中，所述尾氣處理單元包括 用于向所述直接熔煉容器供應(yīng)熱鼓風(fēng)的爐子和用于產(chǎn)生蒸汽的廢熱回 收單元。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器適于對 通向所述爐子的尾氣和所述另一燃料氣體的供應(yīng)進行控制，使得通向 所述爐子的尾氣和所述另一燃料氣體的聯(lián)合供應(yīng)具有大致恒定的熱量 值。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30或31所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器 適于響應(yīng)于尾氣體積流量的變化而對向所述廢熱回收單元的所述另一 燃料氣體的供應(yīng)進行控制，從而在所述廢熱回收單元內(nèi)實現(xiàn)尾氣的燃 燒。
33. 根據(jù)權(quán)利要求30至32中任一項所述的設(shè)備，包括 一個或 多個尾氣供應(yīng)閥，所述尾氣供應(yīng)閥用于控制通向所述爐子的尾氣的體 積流量并用于轉(zhuǎn)向為向所述廢熱回收單元供應(yīng)尾氣；以及尾氣熱量值 感測裝置，該尾氣熱量值感測裝置用于感測尾氣的熱量值，而且其中， 所述工藝控制器適于監(jiān)控尾氣熱量值，并響應(yīng)于所述尾氣的熱量值降 低到預(yù)定閾值之下，而運行所述一個或多個尾氣供應(yīng)閥以使尾氣轉(zhuǎn)向 至所述廢熱回收單元。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其中，所述預(yù)定閾值為這樣的 值，即，在該值時尾氣不再對尾氣和所述另一燃料氣體的聯(lián)合燃料氣 體流的熱量值有積極的貢獻。
35. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其中，所述預(yù)定閾值為 1.8MJ/Nm3 (兆焦耳每標(biāo)準(zhǔn)立方米)。
全文摘要
公開了一種用于通過直接熔煉工藝從含金屬供給材料生產(chǎn)熔融金屬的直接熔煉設(shè)備。該設(shè)備包括工藝控制器，用于調(diào)節(jié)向運行單元中的至少一個的燃燒器單元供應(yīng)的燃料氣體的體積流量，以至少達到所述設(shè)備為了運行該直接熔煉工藝的所選要求。
文檔編號C21C5/38GK101473048SQ200780022624
公開日2009年7月1日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者羅德尼·詹姆士·德賴 申請人:技術(shù)資源有限公司