[发明专利]操作带有炉顶煤气再循环和火焰管式加热器的高炉的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁工业领域，更具体而言涉及包括如下的高炉操作：经提质的炉顶煤气经由直焰（direct fired）气体加热器再循环以提高高炉的效率和生产能力，同时在高炉系统启动其操作时或者在炉顶煤气到高炉的再循环不得不中断时保护所述加热器免受热冲击。

背景技术

在生产生铁的高炉中，铁矿石与焦炭和熔剂一同经由高炉上部装填。热的空气鼓风流（air blast）经由高炉底部的鼓风口注入，从而通过焦炭中的碳燃烧产生热，使装填的物料（装料）熔化。焦炭的受控燃烧还产生氢气和一氧化碳，它们将高炉内的铁氧化物化学还原。定期将液态铁和熔渣从炉中取出。燃烧气体向上流经高炉并还原铁氧化物，并且作为载有粉尘的热气体流离开高炉。热被回收用以预热空气鼓风流，且该炉顶煤气一旦冷却则通常在钢铁厂的其它部分中用作燃料。

在高炉装料中需要冶金焦炭，因为该材料(通过煤在炼焦炉中的热解产生，例如在无氧存在的情况下间接加热)提供了所谓的“死铁（dead man）”区上方的高炉装料的结构支撑，在该“死铁”区金属铁开始熔化并掉落到高炉底部，在此收集熔融铁和熔渣。

焦炭还通过其与含氧气体(通常为经预热的空气)的燃烧提供用于熔化铁装料的热，主要由CO和CO₂以及一些H₂和水组成的燃烧气体向上流经高炉的炉筒(shaft)部分并将铁氧化物还原为方铁体（wustite，FeO）。

在现有技术中发现了若干目的在于减少加焦量（coke rate）的在高炉中再循环炉顶煤气的推荐方案，它们涉及将炉顶煤气再循环到高炉并以此方式将焦炭消耗降低到最小。如果炉顶煤气在直焰管式加热器中加热，那么由高级合金制成以耐受将炉顶煤气的温度提升到850℃以上、优选900℃至1100℃所必需的高温的加热器管路在启动期和关闭期期间需遵循特别制定的温度设置（temperature profile），以避免对管路的热冲击，而这需要所述气体在这样的启动和关闭期间经由所述加热器管路的连续流动。

申请人已发现数篇专利和专利申请涉及炉顶煤气再循环到高炉以减少焦炭消耗，它们教导了再循环气体要加热到适于铁氧化物的直接还原的温度，例如：美国专利3,784,370；4,844,737；4,917,727；4,363,654；5,234,490号；美国专利申请2010/0212457 A1号；英国专利GB1,218,912号；以及日本专利公开JP55113814号。

以上专利或专利申请中没有一篇教导或启示了提供如下的备选路径（alternative path）：该路径包括用于来自气体加热器的热气体流出物的冷却装置，用以保护所述气体加热器的组件免于因不可预知的高炉操作中断而受到热冲击。在现有技术中并未预想到对用于以经提质的炉顶煤气再循环改善高炉的操作和可用性的加热器的这一实际问题的解决方案。

发明目的

本发明的一个目的是提供用于通过提质和再循环炉顶煤气来改善高炉操作的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供用于通过如下方式来改善高炉操作的方法和设备：提供包括气体冷却装置的热气体备选回路使得即使在BF设备操作的其余部分终止时也能够应用正常的加热器启动和关闭操作。

本发明的另一个目的是提供用于通过如下方式来改善高炉设备的可用性的方法和设备：提供气体回路和冷却装置使得能够实现独立的操作工序。

本发明的其它目的对于本领域技术人员来说将是显而易见的，或者将在本申请说明书中指出。

发明内容

本发明的目的大体上通过提供在高炉中生产铁的方法来实现，其中通过再循环经提质的炉顶煤气来降低加焦量，该炉顶煤气在再循环到高炉之前在管式加热器中加热，并且其中所述管式加热器受到保护免于遭受可能因不可预知的高炉系统操作中断而导致的损伤，且其中从高炉的上部取出包括CO、CO₂和H₂的炉顶煤气流，从中去除粉尘和水，并从经冷却的炉顶煤气流中去除CO₂以提高其还原能力，并且在高炉系统的正常操作期间在将该炉顶煤气流经由第一气流路径再循环到高炉之前将其加热到850℃以上的温度，优选900℃至1100℃。提供用于炉顶煤气经由所述加热器循环的第二气流路径，使得在高炉系统操作中断的情况下使炉顶煤气继续经由所述第二气流路径循环，从而避免可能由所述高炉系统的所述操作中断引起的突发性热变化对所述管式加热器造成损伤。