[其他]高炉炉顶气回收系统

说明书

技术领域

本实用新型通常涉及高炉气的处理，更特别地，涉及从膨胀涡轮机中的高炉炉顶气压力中回收气能。 

背景技术

如本领域公知，高炉炉顶气是在用焦炭和/或其他燃料将铁矿石还原为金属铁时产生的高炉副产品。高炉炉顶气通常被用作钢铁厂的燃料，但其也可在锅炉和发电设备中燃烧。炉顶气也可在燃烧之前与天然气或焦炉煤气混合，或者具有较高热值气体或油的燃烧支持物被提供进来以维持燃烧。 

而且已知，几十年以来，高炉(BF)都是在内部过压下工作的，借助炉子的适当尺寸，这允许材料和能量的转化的显著增加，因此生铁的产量增加。 

在内部过压下工作当然还意味着与设备和运行相关的显著增加的成本。更具体地，这会要求在冷鼓风压缩机中产生具有适宜供应压力级的增压空气，从而形成所谓的冷鼓风，冷鼓风随后在热风炉(或Cowper，考贝式热风炉)中加热到高温级，且形成的热鼓风被吹入高炉中。 

另外，对于过压下操作来说典型之处在于，从高炉顶部排出的气体(也就是炉顶气或高炉气体)处于显著高于大气压的压力下。然而，该炉顶气 仍然含有可燃烧成分(主要是一氧化碳，和较少量的氢气)，并可用作低热值燃烧气体以供产生热能或机械能以及电能。 

离开高炉的炉顶气携带相当量的固体物质，主要是灰尘形式的固体物质。在炉顶气的任何后续利用之前，均要求除去固体材料。传统上这是在高炉设备的气体净化子设备实现的，通常包括：首先，干法分离设备(dry separation equipment)-具有重力分离器(除尘器)和/或轴流旋风分离器(axial cyclone)-和随后的湿法精细净化装置(湿分离器)。由于湿法净化，炉顶气温度要降低约100℃，处于水蒸气饱和状态并包括额外的液态水滴。 

人们早就已知道，在净化后，除了利用炉顶气的热能以外，还将增压的BF炉顶气的气能回收在膨胀涡轮机中。在该膨胀涡轮机中，炉顶气膨胀从而接近大气压同时产生机械功。膨胀涡轮机转子例如可连接到发电机、冷鼓风压缩机、或任何其他负载。 

如现在已知的那样，这类膨胀涡轮机(也称为炉顶压力回收涡轮机-TRT)的效率可通过在该净化(且因此被冷却)的炉顶气刚进入涡轮机之前加热该炉顶气而增加。这在例如，JP 62074009中记载。虽然对净化的炉顶气进行加热对TRT效率来说是令人期望的，但膨胀的炉顶气具有较高的出口温度。这对于诸如热电站用户来说是个问题，炉顶气会在高于预期的温度下到达用户那里。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供改进的高炉炉顶气回收系统。 

根据本实用新型，提供了一种高炉炉顶气回收系统，其包括：膨胀涡轮机，高炉气在所述膨胀涡轮机中膨胀并向耦接至涡轮机输出轴的负载提供机械功；炉顶气净化单元和连接至所述膨胀涡轮机并位于其上游的预加热单元；按顺序连接所述炉顶气净化单元、预加热单元、和膨胀涡轮机的 管线系统，其中，热交换器位于所述炉顶气净化单元与所述预加热单元中间的管线系统中以便加热所述炉顶气气流，其中所述热交换器包括放热侧，该放热侧的进口与所述膨胀涡轮机的出口连通。 

具体地，根据本实用新型一个方面的高炉炉顶气回收系统包括：炉顶气净化单元/设备，调节高炉释放的炉顶气；热交换器，包括吸热侧和放热侧(每侧都有进口和出口)，其中第一管线连接所述炉顶气净化设备的出口与所述热交换器吸热侧的进口；预加热单元，其具有进口，该进口经第二管线连接至所述热交换器的所述放热侧的出口；膨胀涡轮机，其具有进口和出口，其进口经第三管线连接至所述预加热单元的出口，其出口经第四管线连接至所述热交换器的放热侧的进口；负载，连接至膨胀涡轮机的输出轴(转子)。 

根据本实用新型，离开TRT设备中膨胀涡轮机的膨胀BF炉顶气被用作热交换器的热源，所述热交换器位于炉顶气净化单元/设备与膨胀涡轮机上游的(传统)预加热单元中间。换句话说，膨胀涡轮机下游的膨胀炉顶气流的余热被用来加热(预热)膨胀涡轮机上游的净化炉顶气流。 

TRT设备中BF炉顶气的循环方案被证明有显著优点。首先，其允许增加涡轮机进口处的净化BF炉顶气的温度，这是因为热量可在涡轮机下游的热交换器中被去除，因此，净化的、膨胀气体可以在对下游用户有利的温度下输送给洁净气体网络。第二，因为净化的炉顶气已经在预加热单元前的热交换器中被部分地加热，因而可减少预加热单元中要求的能量的量。 

实际上，该操作模式可导致整个BF炉顶气TRT工艺的能量输出和效率的增加。