專利名稱：將高爐和空氣分離單元結(jié)合的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將至少一個高爐和至少一個空氣分離單元結(jié)合的方
法，在該方法中，n個高爐和至少一個空氣分離單元由至少n+l個壓縮才幾 供應(yīng)空氣，其中n^l且優(yōu)選為n>l。
背景技術(shù)：
高爐是使用最廣的生產(chǎn)生鐵的設(shè)備，所述生鐵主要包括鐵(按重量計 為92%到95% )、碳(按重量計為3%到5% )和其他少量成分，例如硅、 錳、磷、硫磺等等。
通過向液態(tài)生鐵中噴射氧，特別是使碳氧化，所述生鐵在氧氣轉(zhuǎn)爐中 轉(zhuǎn)變?yōu)殇摗?br> 這樣獲得的鋼然后可在鑄成鋼錠、扁鋼坯、鋼塊或鋼坯之前進行精煉 并達到要求的等級(硅鋼、錳鋼等)。
高爐主要被供給從高爐的頂部引入的燒結(jié)礦或球團礦形式的鐵礦石 (通常每噸生產(chǎn)的生鐵需要1.3到1.6噸)，還被供給也從頂部引入的焦炭 (每噸生鐵需要250kg到500kg)，將煤粉噴射到鼓風(fēng)口中，噴射量可以 在每噸生鐵0kg到250kg之間變化，或者被供給任何其他燃料，例如天然 氣、燃油、焦化氣體、塑料，以及被供給空氣，也稱為"風(fēng)，，，流率在每 噸生產(chǎn)的生鐵800Sn^到1200Sii^之間變化，空氣可能富含氧也可能并不 富含氧，這種富集度可在按體積計0%到約15%之間變化，即，每化生產(chǎn) 的生鐵0Sm3到150 Sm3的氧。
此高爐主要產(chǎn)生生4失、爐^(每噸生產(chǎn)的生4失產(chǎn)生200kg到400kg)—— 該爐渣然后可在不同的應(yīng)用中加以利用，和氣體，該氣體特別包含氮(按
4)、 一氧化碳CO (按體積計20%到25% ) 、 二氧化 碳C02 (按體積計20%到25% )和氳(按體積計1%到7% )。 也可產(chǎn)生含量低于1%的其他成分。
高爐輸出的氣體或氣體混合物通常會回收并利用其熱值，或者通過直 接熱交換，以便降低其溫度并增加和其進行熱交換的氣體或流體的溫度， 或者通過燃燒，例如CO和氧的燃燒，以便產(chǎn)生附加熱量。
高爐的風(fēng)(不論是否富含氧)通過圍繞高爐周邊分布的鼓風(fēng)口噴射到 高爐的底部。
所述風(fēng)在可從1 x io5pa到7 x l05Pa變化的壓力下噴射以便克服高爐 內(nèi)的壓力降和高爐內(nèi)爐料頂部的壓力。
所需的空氣流率很高并在這樣的一個范圍內(nèi)變化一一從用于非常小的 高爐(例如目前特別是在中國所見到的)的5000Sm"小時一直到用于非常 大的工業(yè)高爐的500 000Sn^/小時。
為了使得環(huán)境空氣達到這個壓力，使用了功率強大的壓縮機或"鼓風(fēng) 機"， 一個(或多個)鼓風(fēng)機專門用于一個高爐。
在生產(chǎn)生鐵并具有多于一個高爐的工廠中，通常的做法是在具有n個 高爐時使用至少n+l個鼓風(fēng)機，有時使用n+2個鼓風(fēng)機，以便在其中一個 鼓風(fēng)機可能出故障(或者必須停止運轉(zhuǎn)以便維修，或任何其他原因)時確 保連續(xù)的生鐵生產(chǎn)。
現(xiàn)在，相對于高爐的數(shù)量而言冗余的冗余鼓風(fēng)機(也稱為第二鼓風(fēng)機) 通常安裝在處于工作中的其他的鼓風(fēng)機旁邊并處于待機的狀態(tài)，準(zhǔn)備啟動 以便確保生鐵生產(chǎn)的連續(xù)性，即使當(dāng)檢測到 一鼓風(fēng)機的空氣壓力和/或流率 處于預(yù)定值時也是如此，低于所述預(yù)定值時需要用處于待機狀態(tài)的鼓風(fēng)機 中的一個來代替此鼓風(fēng)機。
一般而言，為使空氣風(fēng)富含氧， 一個或多個大容量氧生產(chǎn)單元一一通 常為生產(chǎn)工業(yè)純度氧的低溫空氣分離單元，即通常純度大于80 vol%,優(yōu) 選大于卯vol%,更加優(yōu)選地大于95 vol%，有時純度大于99 vol%——設(shè) 置在生鐵生產(chǎn)場地接近于高爐處或通過管線連接到高爐。
5在現(xiàn)有高爐中生鐵產(chǎn)量提高的情況下、或者通過在場地增加一個或多 個新的高爐、或者例如由于添加更多燃料如煤、天然氣、燃油、焦化氣體、 塑料等(這種添加通常發(fā)生在鼓風(fēng)口中)而導(dǎo)致每個高爐中特定的氧消耗 量增加，則生鐵生產(chǎn)場地對氧的需求量會增加。這種增加可起因于將氧用
于另一技術(shù)目的，例如使空氣富集(氧)以專門用于cowper預(yù)熱。
在這種情況下，氧需求量的增加可導(dǎo)致建造新的氧生產(chǎn)單元，其或者 是低溫空氣分離單元或通過稱為VPSA工藝的工藝來生產(chǎn)氧的單元。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)需要對新的空氣分離單元進行這種投資時，考慮到這種單元的高成 本，需要或優(yōu)選地使用已經(jīng)存在于場地上的部件。 根據(jù)本發(fā)明的方法涉及所提出的問題。
其特征在于，由于每個高爐由至少n+l個可用的壓縮機中的至少一個 壓縮機供氣，壓縮機中的至少一個不向高爐供氣的壓縮機(此后稱為"第 二壓縮機")用于向空氣分離單元供應(yīng)空氣，但是， 一旦其中一個向高爐 供氣的壓縮機(此后稱為"第一壓縮機")生產(chǎn)的空氣的流率低于預(yù)定的 流率D幽，則所述第一壓縮機就從所述高爐斷開，所述第二壓縮機連接到 所述高爐上并優(yōu)選地從所述空氣分離單元斷開。
流率Dmin通常對應(yīng)于壓縮機連接于其上的高爐正確操作所需要的最小 流率。
通過這種方法，在其他的鼓風(fēng)機(第一壓縮機)正常操作并正常地向 它們各自的高爐供氣時，使用可用的壓縮機或鼓風(fēng)機(第二壓縮機)中的 一個來向空氣分離單元供應(yīng)壓縮空氣(通常是在附加的小型壓縮機中進行， 以便將傳送到空氣分離單元的空氣的壓力值增加到至少為大約5x 105 kPa 和/或以便補充傳送到分離單元的空氣的體積)，當(dāng)在向高爐供氣的第一壓 縮機中的一個內(nèi)檢測到問題時，發(fā)生問題的該第一壓縮機停止運轉(zhuǎn)，并由 與此同時負(fù)責(zé)向空氣分離單元供應(yīng)壓縮空氣的壓縮機來代替，在此期間， 此空氣分離單元處于待機狀態(tài)，直到(另一個)第二壓縮機(在所述第一壓縮機已經(jīng)修理完畢之后)可用于向該空氣分離單元供應(yīng)壓縮空氣為止。 優(yōu)選地，設(shè)有專門用于該空氣分離單元的輔助壓縮機以便傳送此單元需要 的壓縮空氣的至少一部分和/或必需的過壓。
在本文中，當(dāng)一壓縮機向高爐或空氣分離單元分別供應(yīng)壓縮空氣時， 所述壓縮機被描述成"連接"或"聯(lián)接"于該高爐或空氣分離單元。類似 地，當(dāng)一壓縮機不向高爐或空氣分離單元分別供應(yīng)壓縮空氣時，該壓縮機 描述成從該高爐或空氣分離單元"斷開"。
根據(jù)高爐和空氣分離單元所需的空氣流率和可用的鼓風(fēng)機(第二壓縮 機)能夠傳送的最大流率，在某些情況下，空氣分離單元能夠在待機期間 操作，但是壓縮空氣的流量減少(減少的流量為此鼓風(fēng)機現(xiàn)在連接于其上 的高爐所需的流量)。
可存在本發(fā)明的各種可選形式
場地上存在的且用于壓縮傳送到高爐的空氣或風(fēng)的一個或多個鼓風(fēng) 機，特別是待機的鼓風(fēng)機，可用于壓縮一個或多個空氣分離單元生產(chǎn)氧所 需空氣的至少一部分。
可使最初設(shè)計成在與高爐的特定壓力和流率需求相匹配的操作范圍內(nèi) 工作的一個或多個鼓風(fēng)機的特征適應(yīng)于氧生產(chǎn)單元的特定壓力和流率需 求。
可將在所有情況下都壓縮到高于2bar絕對壓力、由最初專門用于高爐 的鼓風(fēng)機中的 一個產(chǎn)生的空氣傳送到氧生產(chǎn)單元或高爐。
在"正常"操作中，也就是說當(dāng)所有鼓風(fēng)機都在操作時，來自待機鼓 風(fēng)機(第二壓縮^L)的空氣將完全地或只是部分地傳送到空氣分離單元的 進口。
相反，在緊急情況下，也就是說當(dāng)不足數(shù)量的鼓風(fēng)機正常操作以將風(fēng) 噴送入高爐中時，則來自所述附加鼓風(fēng)機的空氣可再次傳送到高爐中，氧 生產(chǎn)單元的操作停止或者調(diào)節(jié)成與高爐要求的操作相適應(yīng)的降級操作。
可提供用于將壓縮空氣傳輸至目的地中的一個或另 一個(高爐或空氣 分離單元)的管線系統(tǒng)。優(yōu)選地，可^f吏用調(diào)節(jié)系統(tǒng)來優(yōu)化所述適應(yīng)/調(diào)節(jié)，而初始處于待機狀態(tài) 的一個或多個鼓風(fēng)機的操作范圍將設(shè)計成允許適應(yīng)于各種可能情況的靈活 性。
如果高爐的生鐵生產(chǎn)需求這樣要求且由操作員選擇為具有較高優(yōu)先權(quán) 的話，生產(chǎn)氧的空氣分離單元的操作可以完全停止。
優(yōu)選地，空氣分離單元生產(chǎn)純度高于90 vol%的氧(也稱為不純的氧)， 優(yōu)選氧純度高于95 vol%。
同樣優(yōu)選地，將設(shè)置專門用于空氣分離單元的輔助壓縮機以便傳送一 部分空氣分離單元所需的空氣(如果需要大量的空氣，對于一個鼓風(fēng)機而 言太大的話)。此外，當(dāng)高爐需要鼓風(fēng)機(第二壓縮機)時，該輔助壓縮 機可用于運行分離單元。在兩個鼓風(fēng)機同時發(fā)生故障的情況下，該輔助壓 縮機也可用作替代鼓風(fēng)機，在這種情況下，空氣分離單元將停止運轉(zhuǎn)。
由空氣分離單元生產(chǎn)的氧可部分用于高爐，或者部分用于場地上通常 存在的其他設(shè)備，例如轉(zhuǎn)爐。因此， 一部分由空氣分離單元生產(chǎn)的氧可用 于綜合場地的轉(zhuǎn)爐中的至少一個。
根據(jù)一種變型，空氣分離單元具有兩種操作模式，也就是"常規(guī)"操 作模式和"降級，，操作模式。
典型地，當(dāng)由第二壓縮機供應(yīng)空氣時，空氣分離單元處于常規(guī)操作模 式，當(dāng)?shù)诙嚎s機連接于高爐時，也就是在空氣分離單元的待機期間處于 降級操作一莫式。
根據(jù)第一實施例，空氣分離單元在常規(guī)操作模式中生產(chǎn)純度高于90 vol。/。的氧，在降級操作模式中生產(chǎn)純度為90%或更低的氧。根據(jù)另一實施 例，空氣分離單元在常規(guī)操作模式中生產(chǎn)純度高于95 vol。/。的氧，在降級 操作模式中生產(chǎn)純度為95%或更低的氧。空氣分離單元還可在常規(guī)操作模 式中生產(chǎn)第一氧流量，在降級操作模式中生產(chǎn)小于該第一氧流量的第二氧 流量。
因此，空氣分離單元可傳送氧，特別地向連接于高爐的壓縮空氣管線 供氧，甚至在待機期間也是如此。根據(jù)另一實施例，分離單元包括管線(18、 19)和閥(7、 8、 13), 用于將第二壓縮機(16)連接到用于向高爐供應(yīng)空氣的管線(5、 6)中的 至少一個，或者連接到空氣分離單元(20)，或者連接到這兩者。


借助于單獨的附圖中描述的示例性實施例將更好地理解本發(fā)明，該附 圖示出使用兩個高爐、 一個空氣分離單元和三個壓縮機的本發(fā)明的實施例。
具體實施例方式
高爐1和2各自通過壓縮空氣供應(yīng)管線5和6分別連接于壓縮機3和4。
管線5上有測量管線5中的最小流率的流率傳感器9,以及調(diào)節(jié)來自 壓縮機3的壓縮空氣流率的流率傳感器10。
在管線6上可發(fā)現(xiàn)具有相同功能的最小流率探測器11和用于調(diào)節(jié)壓縮 機4的流率探測器12。
壓縮機3和4是通常用于向各自的高爐供氣的鼓風(fēng)機。
在場地上有用于減輕壓縮機3或4故障(影響)的輔助壓縮機或鼓風(fēng)機。
此輔助壓縮機16 —方面通過供應(yīng)管線19和閥13連接于空氣分離單元 20，另一方面通過管線18連接于閥7和8,閥7和8各自連接于供應(yīng)管線 5和6。
在供應(yīng)管線19上有流率傳感器17，當(dāng)壓縮機16處于工作中時，該流 率傳感器17用于調(diào)節(jié)由所述壓縮機16傳送到空氣分離單元20的空氣的流率。
空氣分離單元20分別通過供應(yīng)管線21和22連接于分別供給管線6 和5的閥14和15。
此系統(tǒng)的操作如下在正常操作中，也就是說當(dāng)壓縮機3和4正常運 行時，也就是說分別傳送到高爐1和2的空氣流率高于所述高爐正常操作所需的最小值——這由探測器9和11各自測量出，閥14和15，還有閥13 處于打開位置。
在此情況下，替代壓縮機16通過打開的閥13向空氣分離單元供氣， 該空氣分離單元本身通過相應(yīng)的閥14和15向高爐的風(fēng)供應(yīng)管線6和5輸 出氧以便使所述風(fēng)富含需要量的氧。
但是，當(dāng)兩個探測器中的一個和/或另一個，9或11，檢測到管線5或 6中的流率不正常，管線19中原來打開的閥13將關(guān)閉或部分關(guān)閉，探測 器9和/或11同時打開閥7和/或8 (所述閥在"正常"操作期間常閉)以 便能夠通過這些閥7和8向管線5和/或6供應(yīng)壓縮空氣。
根據(jù)操作員的選擇或設(shè)備是否允許，如果空氣分離單元20能繼續(xù)以降 級模式運行的話，閥14和15將完全關(guān)閉(優(yōu)選模式)或部分關(guān)閉。
權(quán)利要求
1. 一種將n(≥1)個高爐和至少一個空氣分離單元結(jié)合的方法，其中，所述n個高爐和生產(chǎn)氧的空氣分離單元由至少n+1個壓縮機來供應(yīng)空氣，由于每個高爐由所述至少n+1個可用的壓縮機中的至少一個供氣，所述壓縮機中至少一個不向高爐供氣的壓縮機(“第二壓縮機”)用于向空氣分離單元供應(yīng)空氣，其特征在于，一旦其中一個向高爐供氣的壓縮機(“第一壓縮機”)生產(chǎn)的空氣的流率低于預(yù)定的流率Dmin，則所述第一壓縮機就從所述高爐斷開，所述第二壓縮機連接到所述高爐上并優(yōu)選地從所述空氣分離單元斷開。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，輔助壓縮機向空氣分 離單元傳送壓縮空氣和/或過壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述高爐由空氣 分離單元供應(yīng)氧。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述空氣分離單 元生產(chǎn)的氧的至少一部分用于至少一個轉(zhuǎn)爐。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的方法，其特征在于，所述空 氣分離單元生產(chǎn)氧純度高于90 vol%，優(yōu)選地高于95 vol。/o的氧。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的方法，其特征在于，所述空 氣分離單元有兩種操作模式，即，生產(chǎn)純度高于卯vol。/。的氧的常規(guī)操作 模式，以及生產(chǎn)純度為90vol。/。或更低的氧的降級操作模式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的方法，其特征在于，所述空 氣分離單元有兩種操作模式，即，生產(chǎn)純度高于95 vol。/。的氧的常規(guī)操作 模式，以及生產(chǎn)純度為95vol。/。或更低的氧的降級操作模式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的方法，其特征在于，所述空 氣分離單元有兩種操作模式，即，生產(chǎn)第一氧流量的常規(guī)操作模式，以及 生產(chǎn)小于該第一氧流量的氧流量的降級操作模式。
9. 一種用于實施根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項所述的方法的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括n ( >1)個高爐(1、 2)、空氣分離單元(20) 和至少n+l個壓縮機(3、 4、 16)，每個高爐通過空氣供應(yīng)管線(5、 6) 連接到至少一個壓縮機，所述設(shè)備包括管線(18、 19)，該管線(18、 19) 用于將其中一個壓縮機，稱為第二壓縮機(16),連接到用于所述高爐(l、 2)中的至少一個的空氣供應(yīng)管線(5、 6)，或者連接到所述空氣分離單元 (20),或者連接到這兩者。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將多個高爐和多個空氣分離單元結(jié)合的方法，其中，在高爐場地可用的替代鼓風(fēng)機用于將壓縮空氣輸送到一空氣分離單元內(nèi)，使得高爐鼓風(fēng)富含氧，當(dāng)所述高爐的鼓風(fēng)機中的一個必須由該空氣分離單元使用的鼓風(fēng)機代替時，該空氣分離單元停止運轉(zhuǎn)。
文檔編號C21B5/00GK101448960SQ200780007489
公開日2009年6月3日 申請日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者M·德沃, R·杜貝蒂爾-格勒尼耶 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司