本發(fā)明涉及一種將粉末狀的替代還原劑在密流過程中借助于運輸氣體氣動地吹入氣化反應(yīng)器中或經(jīng)由風口吹入高爐中的方法，使得替代還原劑在反應(yīng)中被氣化。根據(jù)另一方案，本發(fā)明涉及一種這樣的方法，其中，替代還原劑隨運輸氣體通過第一噴槍被吹入，除了替代還原劑和運輸氣體之外還通過第一噴槍輸送氧氣，氧氣在噴槍的噴嘴區(qū)域中與替代還原劑和運輸氣體匯聚。此外，本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行這種方法的裝置。

背景技術(shù)：

例如由“鋼與鐵”133(2013)第一期、第49-62頁已知并且原則上常用的是，為了替代比較貴的高爐焦炭的目的，在生鐵生產(chǎn)中在高爐中經(jīng)由風口(也稱為吹口)給高爐工藝輸送液態(tài)的、氣態(tài)的和/或固體的替代還原劑或燃料。在本文中統(tǒng)一地使用術(shù)語“替代還原劑”，其應(yīng)包括所有還原劑以及含碳的燃料、如煤。在本發(fā)明的上下文中，作為固體的替代還原劑除了煤粉和焦炭粉之外也可使用粉碎的合成材料廢料，例如在DE 198 59 354 A1中描述的那樣。在此特別重要的是，盡可能沒有固體顆?？汕秩氲浇固刻盍现校驗榉駝t后果可能是對高爐出氣的干擾進而對工藝的干擾。替代還原劑通常通過噴槍經(jīng)由風口被吹入到高爐中。通過熱風形成渦流區(qū)，吹入的替代還原劑在該渦流區(qū)中與風口的熱風混合。為了防止固體顆?？汕秩氲浇固刻盍现校写等氲墓腆w的替代還原劑在從噴槍出來之后至渦流區(qū)末端的飛行階段、即在其可碰到焦炭填料之前必須氣化。

在本發(fā)明中，“氣化”意味著優(yōu)選產(chǎn)生CO和/或H₂的不完全燃燒。與此相反地，“燃燒”意思是例如產(chǎn)生CO₂和H₂O的完全燃燒。因為對于高爐工藝CO和H₂是特別有用的，所以吹入替代還原劑的目的是氣化反應(yīng)，通過其反應(yīng)產(chǎn)物可節(jié)省特別多高價值的焦炭燃料。

在氣化反應(yīng)器的區(qū)域中，氣化反應(yīng)的目的通常在于產(chǎn)生還原氣體，其作為氣化反應(yīng)器的產(chǎn)物獲得。與此相反，在高爐工藝中還原氣體用于從鐵礦獲得生鐵。

以已知的方式，含碳的粉末狀替代還原劑、例如碳粉氣動地在密流或飛流過程中借助于作為惰性運輸氣體的氮氣經(jīng)由一個或多個運輸管路輸送給高爐的風口，例如在“STEEL&METALS Magazine”1989年第27卷、第4期、第272-277頁和DE 36 03078C1中所描述的。在這里，在使用氧氣的情況下，借助于至少一個伸入到風口中和由一個管組成的單一噴槍或者借助于伸入到風口中的同軸噴槍吹入替代還原劑。

由“Chemie Ingenieur Technik”84(2012)第7期、第1076-1084頁例如已知同軸的噴槍，其中，同軸的噴槍優(yōu)選地由輸送碳的內(nèi)管和在形成環(huán)形間隙的情況下同軸地包圍內(nèi)管的外管組成。氧氣由環(huán)形間隙引導，如也在DE 40 08 963 C1中描述的那樣。

此外，由JPH-1192809(A)已知替代簡單的同軸的噴槍使用由三個相互插入的管組成的噴槍，其中，碳粉由內(nèi)管引導，氧氣由在內(nèi)管和包圍內(nèi)管的管之間的同軸間隙引導，并且蒸汽或蒸汽-二氧化碳混合物由在第二管和包圍第二管的第三管之間的第二同軸間隙引導。

作為運輸氣體在此始終使用純氮氣，其是惰性的且因而有利地考慮到防爆炸方面通?？奢p松地用在輸送和吹入設(shè)備之內(nèi)，此外還可用在高爐工廠中。

此外由CN 101000141(A)、CN 102382915(A)和CN 102060197(A)已知，很大程度上惰性的廢氣或二氧化碳可代替氮氣用作運輸氣體，用以氣動地輸送和吹入碳粉。該想法目的在于，改善環(huán)境保護并且節(jié)約能源。在這些情況中，使用熱風燃燒器的廢氣或盡可能純的二氧化碳。

此外，由其他技術(shù)領(lǐng)域已知，在通過碳粉壓力氣化制造合成氣體時純的二氧化碳或二氧化碳和氮氣的混合物作為惰性化介質(zhì)、流化介質(zhì)和運輸介質(zhì)被輸送給氣動的碳粉運輸系統(tǒng)。在此方面例如參考DE 10 2007 020 294 A1。

只要氮氣用作運輸氣體，就存在如下缺點，即，氮氣對替代還原劑的氣化反應(yīng)具有抑制反應(yīng)作用和延遲作用。因為替代還原劑的顆粒被氮氣包裹，只有氮氣被驅(qū)散才可開始反應(yīng)。這導致反應(yīng)的延遲，進而導致在替代還原劑離開噴槍之后，相對于替代還原劑的飛行時間可供反應(yīng)使用的時間縮短。

在吹入到高爐的風口中和渦流區(qū)中時對于替代還原劑的氣化可供使用的非常短的僅為幾毫秒的反應(yīng)時間表明，由于將氮氣用作惰性運輸氣體損失了重要的反應(yīng)時間并且替代還原劑的可能的氣化潛力在吹入到高爐中時因此未得到最優(yōu)的充分利用。

在將二氧化碳用作運輸氣體時，較少觀察到反應(yīng)的抑制。然而，由現(xiàn)有技術(shù)已知的用于將二氧化碳用作運輸氣體的方法相對于使用氮氣更加復雜且因此是不利的。此外，二氧化碳也不能最優(yōu)地結(jié)合到替代還原劑的氣化工藝中，因為必須輸送比較多的能量，以使二氧化碳參與和替代還原劑的反應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

總體而言，本發(fā)明的目的在于，在方法技術(shù)方面如此設(shè)計替代還原劑到氣化反應(yīng)器、高爐或其他反應(yīng)器中的吹入，使得替代還原劑的氣化反應(yīng)可高效地且盡可能快地進行，以便由此進一步提高替代還原劑吹入到反應(yīng)器、特別是高爐中的可實現(xiàn)的吹入速率，同時根據(jù)焦炭/碳或燃料/替代還原劑的替換系數(shù)降低焦炭比率或燃料比率，并且總體上進一步降低燃料成本。

該目的根據(jù)本發(fā)明通過根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求2或權(quán)利要求8的方法和根據(jù)權(quán)利要求15的裝置實現(xiàn)。由從屬權(quán)利要求給出本發(fā)明的有利設(shè)計方案。

根據(jù)第一方案，本發(fā)明提供一種用于將粉末狀替代還原劑在密流過程中借助于運輸氣體氣動地吹入反應(yīng)器、特別是氣化反應(yīng)器中或經(jīng)由風口吹入高爐中的方法，使得所述替代還原劑在氣化反應(yīng)中被氣化。

在本發(fā)明的上下文中，密流過程理解為如在“STEEL&METALS Magazine”1989年第27卷、第4期、第272-277頁中所描述的過程。在本發(fā)明的上下文中，密流過程相對于飛流過程的卓越之處在于，在傾倒狀態(tài)中60％或更高、特別優(yōu)選地80％或更高充填密度的粉末狀材料的高流動密度。與此相反，飛流過程在低于25％的流動密度中進行。

根據(jù)本發(fā)明的該方案，運輸氣體由燃料氣體和其他氣體或氣體混合物組成，所述燃料氣體的組分(例如O₂、H₂O或CO₂)或其氧化組分(即在氣化反應(yīng)之前還將經(jīng)歷氧化反應(yīng)的組分：例如CO、H₂、CH₄)至少部分地參與替代還原劑的氣化反應(yīng)。其他氣體/氣體混合物與燃料氣體不同，從而運輸氣體根據(jù)該第一方案不完全由燃料氣體組成。

根據(jù)本發(fā)明的另一方案，運輸氣體具有一氧化碳、氫氣、水蒸氣、氧氣、碳氫化合物或其混合物，特別是天然氣、爐頂煤氣、焦爐氣或焦化氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或其他高爐煤氣(Kuppelgas)或其混合物，其中，根據(jù)該另一方案，運輸氣體也可完全由燃料氣體組成。

原則上，運輸氣體在吹入時、即在組成上視為如同它要被吹入到氣化反應(yīng)器中或經(jīng)由風口吹入到高爐中那樣。

在本發(fā)明上下文中的燃料氣體可理解為如下氣體，該氣體在替代還原劑的氣化期間具有本身可燃的組分或其氧化組分參與替代還原劑的氣化的組分。燃料氣體包括一氧化碳、必要時的二氧化碳、氫氣、水蒸氣、氧氣、碳氫化合物或其混合物，特別是天然氣、爐頂煤氣、焦爐氣或焦化氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、其他高爐煤氣或其混合物。燃料氣體引起替代還原劑的氣化反應(yīng)的明顯加速，因為基于氣化的反應(yīng)已經(jīng)早就觸發(fā)并且為此與當替代還原劑被氮氣包裹時相比有更多的時間可供使用。在某些燃料氣體的情況下，使用在運輸氣體中的燃料氣體也使得必要時高爐工藝或其他反應(yīng)工藝可設(shè)計得更為有效。當例如包含碳的氣體作為燃料氣體在吹入替代還原劑的范圍內(nèi)被引入到高爐中時，這實現(xiàn)節(jié)約高價值的焦炭，即使僅非常有限地。然而，與可能額外地參與在反應(yīng)器中的反應(yīng)工藝、特別是高爐工藝無關(guān)地，在本發(fā)明意義上的燃料氣體是直接或間接地參與替代還原劑的氣化的氣體。

輸送2重量％燃料氣體已經(jīng)引起有利的較早的觸發(fā)以及替代還原劑的加速氣化，其中，運輸氣體中燃料氣體分量的提高可使效率進一步提高。對于觸發(fā)的時刻，除了燃料氣體的分量之外，在吹入部位的周圍、特別是在渦流區(qū)中的溫度和壓力也是重要的。根據(jù)這里的條件，可有利的是，進一步提高燃料氣體的分量。因此可以的是，比在使用常規(guī)氮氣的情況下每單位時間吹入更多的替代還原劑。

優(yōu)選地，運輸氣體至少2重量％、優(yōu)選地至少5重量％、進一步優(yōu)選地至少10重量％由燃料氣體組成，其中進一步優(yōu)選地，所述運輸氣體最多90重量％、進一步優(yōu)選地最多50重量％、進一步優(yōu)選地最多25重量％、進一步優(yōu)選地最多20重量％由燃料氣體組成。即，運輸氣體中燃料氣體的優(yōu)選重量比例處于2％和90％之間、進一步優(yōu)選地處于2％和50％之間、2％和25％之間或2％和20％之間，進一步優(yōu)選地處于5％和90％之間、5％和50％之間、5％和25％之間、5％和20％之間或10％和90％之間、10％和50％之間、10％和25％之間并且特別優(yōu)選地處于10％和20％之間。

此外，運輸氣體根據(jù)本發(fā)明的第一方案由作為燃料氣體的其他氣體或氣體混合物組成，其中，其他氣體或氣體混合物優(yōu)選地具有氮氣。但是除了燃料氣體，其他氣體也可以包含在運輸氣體中。優(yōu)選地，在此需注意，這種其他氣體提供充分的防爆炸保護并且對高爐工藝且特別是對替代還原劑的氣化反應(yīng)沒有不利的作用。

特別地，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可將下列反應(yīng)看作替代還原劑的氣化反應(yīng)(碳粉氣化反應(yīng))：

揮發(fā)物的氧化：vol+O₂→CO+H₂+N₂

焦炭部分燃燒：C+1/2O₂→CO

CO氧化/二氧化碳的解離

2CO+O₂→CO₂

布杜阿爾反應(yīng)：C+CO₂→2CO

水煤氣變換反應(yīng)(異相)：C+HO₂→CO+H₂

水煤氣變換反應(yīng)(均相)：

氫氧氣反應(yīng)/水蒸氣的解離：

天然氣反應(yīng)：CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O

特別是涉及用于將含碳的粉末狀替代還原劑或燃料吹入到氣化反應(yīng)器或高爐中的方法的本發(fā)明可以在所有技術(shù)領(lǐng)域中按照其本質(zhì)用于這種工藝中，其在方法技術(shù)上、能源上或經(jīng)濟上受到有利的影響，為此在工藝中所使用的粉末狀替代還原劑或燃料被輸送給反應(yīng)器。因此通過使用替代還原劑或燃料引起的有利影響可由于替代還原劑或燃料吹入速率的可能的提高而得到加強。即，本發(fā)明不局限于高爐或氣化反應(yīng)器，而是還涉及其他種類的反應(yīng)器。這種反應(yīng)器除了氣化反應(yīng)器和高爐之外例如還可以是豎爐和沖天爐、流化床、熱氣體發(fā)生器和燃燒室，必要時可以在電能的輔助下，例如在SAF(埋弧爐)或EAF(電弧爐)設(shè)備中。然而，氣化反應(yīng)器、尤其是高爐是用于根據(jù)本發(fā)明的方法的特別優(yōu)選的應(yīng)用情況，因為在這里通過略微變型產(chǎn)生的設(shè)備可實現(xiàn)大的效率提高。

優(yōu)選地，運輸氣體和替代還原劑通過至少一個優(yōu)選地為此伸入到風口或者反應(yīng)器的或氣體輸入管路的相應(yīng)空間中的第一噴槍吹入。通過這種噴槍可以將替代還原劑和運輸氣體良好地與熱風混合。但是替代地，也可能的是，替代還原劑與運輸氣體例如經(jīng)由風口中的簡單開口吹入。

在此進一步優(yōu)選地，氧氣或含氧的氣體混合物可被吹入到反應(yīng)器、特別是高爐中，使得運輸氣體和替代還原劑在第一噴槍的噴嘴區(qū)域中與氧氣或含氧的氣體混合物匯聚。

本發(fā)明的一種有利設(shè)計方案在于，第一噴槍具有內(nèi)管和在形成環(huán)形間隙的情況下包圍內(nèi)管的外管，其中，替代還原劑與運輸氣體一起由內(nèi)管引導，并且氧氣或含氧的氣體混合物由環(huán)形間隙引導。

通過這種方式，吹入的替代還原劑直接在從第一噴槍出來之后被純的氧氣或含氧氣體包裹。由此，對于氣化反應(yīng)重要的反應(yīng)參與物氧氣、替代還原劑和位于運輸氣體中的燃料氣體在第一噴槍的噴嘴區(qū)域中、在對于反應(yīng)開始而言重要的在替代還原劑吹入射流與運輸氣體和氧氣的邊界面處匯聚。

必需的反應(yīng)能量一方面通過來自反應(yīng)器、特別是高爐的反應(yīng)空間的反向射流(Rückstrahlung)，另一方面通過此時開始的氣化反應(yīng)本身所提供。在此，特別地，如下燃料氣體是優(yōu)選的，其用于觸發(fā)氣化反應(yīng)的能量需求盡可能小。就此而言，一氧化碳和氫氣相對于二氧化碳和水蒸氣是有利的，因為其需要更低的溫度以用于觸發(fā)氣化反應(yīng)。

根據(jù)一種替代的有利設(shè)計方式，第一噴槍由單一管組成，替代還原劑與運輸氣體一起通過其引導。氧氣或含氧氣體因此優(yōu)選地經(jīng)由另一引導路徑，例如經(jīng)由額外的氣體噴槍、第二噴槍，或者經(jīng)由熱風的路徑穿過風口被輸送至在風口內(nèi)的替代還原劑。

通過這種方式，氣化反應(yīng)的所有反應(yīng)參與物也在噴槍的噴嘴區(qū)域中匯聚，即使之前所描述的具有同心管的有利實施方式能夠?qū)崿F(xiàn)可更好控制地和更有效地輸送替代還原劑、運輸氣體和氧氣。

根據(jù)本發(fā)明的第二方案，其涉及用于借助于運輸氣體在密流過程中將粉末狀替代還原劑氣動地吹入反應(yīng)器、特別是氣化反應(yīng)器中或經(jīng)由風口吹入高爐中的方法，使得所述替代還原劑在氣化反應(yīng)中被氣化，其中，替代還原劑隨運輸氣體通過第一噴槍被吹入，其中，除了替代還原劑和運輸氣體之外還通過第一噴槍給反應(yīng)器輸送氧氣，氧氣在第一噴槍的噴嘴區(qū)域中與替代還原劑和運輸氣體匯聚。在此，第一噴槍具有內(nèi)部的第一管和圍繞其布置的第二管，由此在第一管和第二管之間形成包圍第一管的環(huán)形間隙，其中，替代還原劑和運輸氣體由第一管引導并且氧氣由環(huán)形間隙引導。在此，根據(jù)該方案，運輸氣體具有燃料氣體，所述燃料氣體的組分或其氧化組分至少部分地參與氣化反應(yīng)。對于根據(jù)本發(fā)明的第二方案的方法，燃料氣體立即與氧氣產(chǎn)生接觸，由此對于觸發(fā)所需的能量閾值相對于上面概括性描述的方法降低。在這種情況下，例如也可使用水蒸氣或一氧化碳有效地作為燃料氣體。

在經(jīng)由形成環(huán)形間隙的第二管額外地輸送氧氣的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)替代還原劑的特別好的氣化。

優(yōu)選地，也可以使用多個第一噴槍。替代地和附加地，優(yōu)選地可使用多個第二噴槍。在此可在一個風口或在多個風口中設(shè)置多個第一和/或第二噴槍。

此外有利的是，輸送的氧氣或含氧氣體和/或輸送的替代還原劑的流在第一噴槍的噴口區(qū)域中混合或形成渦旋。為此優(yōu)選地，通過渦流結(jié)構(gòu)促進替代還原劑和運輸氣體與氧氣的混合。

通過在反應(yīng)空間中的擾流，更好地將反應(yīng)參與物相對于彼此地輸送，這帶來吹入的替代還原劑的更快且更有效的氣化。

為此，第一噴槍優(yōu)選地具有渦流結(jié)構(gòu)，在第一噴槍的噴嘴區(qū)域中通過該渦流結(jié)構(gòu)促進替代還原劑和燃料氣體與氧氣的混合。這種渦流結(jié)構(gòu)例如是在第一噴槍的噴嘴區(qū)域中布置引導片。其他渦流結(jié)構(gòu)也是可以的，替代氧氣或除了氧氣之外通過該其他渦流結(jié)構(gòu)還使替代還原劑或熱風形成渦旋。這種結(jié)構(gòu)原則上與噴槍無關(guān)，然而可與噴槍結(jié)合地特別有效地使用。

通過本發(fā)明，特別是在其優(yōu)選的實施方式中，避免了迄今所使用的惰性運輸氣體氮氣對替代還原劑的氣化反應(yīng)的抑制反應(yīng)作用和延遲作用。由此，使替代還原劑的氣化反應(yīng)的速度加快?？赏ㄟ^額外使用在噴槍的噴嘴區(qū)域中輸送的純氧或含氧的氣體混合物進一步強化該效應(yīng)，并且進一步使反應(yīng)速度加快。氣化反應(yīng)加快的另一重要原因在于，直接在從噴槍出來之后、例如進入到高爐熱風流中提早觸發(fā)吹入的替代還原劑。為了實現(xiàn)此，有針對性地充分利用如下物理事實，用氧氣或含氧氣體混合物對吹入的替代還原劑的包裹是透輻射熱的，相反地運輸氣體吸收輻射。其結(jié)果是，來自反應(yīng)器、例如來自熱風、風口壁和來自高爐渦流區(qū)的熱輻射幾乎不受阻礙地穿過氧氣外罩并且在氧氣-替代還原劑加上燃燒氣體的邊界面處釋放其能量，該能量對于替代還原劑的觸發(fā)是必需的。由此，可用于替代還原劑的觸發(fā)的能量恰好在正確的位置、即在替代還原劑的粉末狀顆粒和參與氣化反應(yīng)的燃料氣體的所述邊界面處由于在此處發(fā)生的輻射吸收被釋放。

由于替代還原劑的在吹入到反應(yīng)器、特別是吹入到高爐的風口和渦流區(qū)中時的氣化的停留時間保持不變，總體上通過本發(fā)明且特別是其優(yōu)選的實施方式，最大可能的吹入速率提高，同時根據(jù)焦炭/碳的替換系數(shù)使焦炭比率下降并且因此高爐運轉(zhuǎn)的燃料成本下降。

本發(fā)明的另一優(yōu)選設(shè)計方案在于，輸送的替代還原劑和/或運輸氣體和/或優(yōu)選輸送的氧氣或含氧氣體被預(yù)加熱到在100℃和950℃之間的溫度。

通過反應(yīng)參與物的預(yù)加熱，替代還原劑的氣化被額外地加快，因為節(jié)省了在吹入到反應(yīng)參與物的反應(yīng)空間(風口和渦流區(qū))中之后的加熱時間，因而氣化反應(yīng)總體上更快地進行，這又使得可以提高可轉(zhuǎn)換的替代還原劑的吹入速率。

此外，優(yōu)選地，在吹入到反應(yīng)器、特別是高爐中時運輸氣體帶有替代還原劑的裝載程度可以在寬的極限范圍內(nèi)變化，并且根據(jù)反應(yīng)進行調(diào)節(jié)。通過替代還原劑的量與燃料氣體的量的比例的變化可以設(shè)定對于替代還原劑的氣化最優(yōu)的比例，這根據(jù)反應(yīng)器、特別是高爐或氣化反應(yīng)器的相應(yīng)運轉(zhuǎn)狀態(tài)、其個別的設(shè)計方式、所使用的原材料和環(huán)境條件而不同。

此外，對于根據(jù)本發(fā)明的方法有利的是，從噴槍中替代還原劑的排出速度和/或吹入量和/或必要時氧氣的排出速度和/或量可在很寬的極限范圍內(nèi)變化，并且根據(jù)反應(yīng)進行調(diào)節(jié)。通過這種方式，作為之前所描述的給運輸氣體裝載替代還原劑的變型方案的替代和附加，可以對于替代還原劑結(jié)合燃料氣體以及必要時結(jié)合氧氣的氣化反應(yīng)設(shè)定最優(yōu)的比例，其可根據(jù)反應(yīng)器、特別是高爐或氣化反應(yīng)器的相應(yīng)運轉(zhuǎn)狀態(tài)而不同。這特別是意味著，可在考慮到在預(yù)先設(shè)定的氧氣的排出速度和/或量時的反應(yīng)的情況下改變氧氣的排出速度和/或量，以便為替代還原劑的氣化反應(yīng)設(shè)定最優(yōu)的參數(shù)。

根據(jù)反應(yīng)器、例如高爐，特別是風口和吹入機構(gòu)、或氣化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)方式，以及根據(jù)所使用的燃料氣體，能夠以可視方式優(yōu)化運輸氣體的裝載，即在燃料氣體和替代還原劑之間的質(zhì)量流比例。當替代還原劑與燃料氣體一起反應(yīng)時，特別地在將氧氣輸送到反應(yīng)空間中時產(chǎn)生光現(xiàn)象?？梢暂斔吞娲€原劑，直至該光現(xiàn)象消失。為了使待添加的替代還原劑的量最大化，可以調(diào)節(jié)燃料氣體和/或必要時氧氣的輸送量，但是也可調(diào)節(jié)替代還原劑、燃料氣體和/或必要時氧氣的排出速度，使得能夠在替代還原劑的輸送量盡可能大的情況下觀察到該光現(xiàn)象。

在光現(xiàn)象不會出現(xiàn)或不可觀察到光現(xiàn)象的實施方式中，原則上可能的是，根據(jù)反應(yīng)工藝、特別是高爐工藝的運轉(zhuǎn)參數(shù)，為燃料氣體和/或必要時氧氣的輸送量以及替代還原劑、燃料氣體和/或必要時氧氣的排出速度找到對于替代還原劑的最大輸送量所需的調(diào)節(jié)的最優(yōu)值。

優(yōu)選地，燃料氣體由天然氣、爐頂煤氣、焦爐氣或焦化氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或其他高爐煤氣或其混合物組成。尤其是爐頂煤氣和焦爐氣是可從高爐設(shè)備的環(huán)境中容易且大量地提供的燃料氣體，其出于這個原因在設(shè)備技術(shù)上特別適合作為燃料氣體。此外，這些氣體所包含的大部分組分本身參與替代還原劑的氣化反應(yīng)或經(jīng)由其氧化組分參與替代還原劑的氣化反應(yīng)。

特別地，二氧化碳和水蒸氣對其作為燃料氣體的應(yīng)用提出更高的反應(yīng)條件的要求。因為在這些組分中存在例如相對于一氧化碳或氫氣更高的能量需求，以便將氧分量從這些分子中抽離且由此提供對于替代還原劑的氣化有利的氣體環(huán)境。因此，優(yōu)選地當額外地特別是在噴槍的噴嘴區(qū)域(只要存在的話)中輸送盡可能高濃度的氧氣時，這些燃料氣體有利地被使用。

總之，根據(jù)本發(fā)明的方法，特別是在其優(yōu)選實施方式中引起高爐工藝或所考慮的工藝的在過程技術(shù)上、能量上和經(jīng)濟上的改善。

根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行如上所述的方法的裝置包括：噴槍，其用于將替代還原劑吹入反應(yīng)器中，特別是吹入氣化反應(yīng)器中或高爐的風口中；容器，其用于容納運輸氣體和/或替代還原劑；以及運輸管路，其用于將替代還原劑從容器輸送至噴槍。所述裝置的特征在于，其還具有燃料氣體輸送部，通過該燃料氣體輸送部能在噴槍的上游向運輸氣體輸送燃料氣體。

即，根據(jù)本發(fā)明的裝置具有燃料氣體輸送部，通過該燃料氣體輸送部除了用于運輸替代還原劑的其他氣體之外還可以限定的重量比例給運輸氣體輸送燃料氣體。該燃料氣體輸送部設(shè)置在噴槍上游的區(qū)域中，使得運輸氣體連同燃料氣體能夠通過噴槍吹入到反應(yīng)器、特別是高爐的風口或氣化反應(yīng)器中。原則上可以的是，可在沿著運輸管路的任何地方在噴槍的上游或在容器中給運輸氣體輸送燃料氣體。燃料氣體輸送部設(shè)置得與噴槍越近，則該布置方式在安全技術(shù)的考慮方面越有利。此外，在與噴槍越近的地方進行輸送，則輸送所需的壓力越小。優(yōu)選地，在此，燃料氣體輸送部設(shè)置在運輸管路上并且在此特別有利地沿著輸送管路從燃料氣體輸送部至噴槍的距離小于沿著輸送管路至容器的距離，替代還原劑、必要時還與運輸氣體的其他氣體一起保存在該容器中。有利地，燃料氣體輸送部緊挨著設(shè)置在噴槍之前。更為優(yōu)選地，燃料氣體輸送部在具有分配器裝置的運輸管路系統(tǒng)中設(shè)置在分配器裝置的下游。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點由專利權(quán)利要求和下面的附圖描述總體得出。

附圖說明

圖1a至圖1c示意性示出了一種優(yōu)選的用于高爐的吹入設(shè)備以及這種吹入設(shè)備的幾個細節(jié)；

圖2示出了另一優(yōu)選的吹入設(shè)備，其具有靜態(tài)分配器；

圖3示出了另一優(yōu)選的吹入設(shè)備，代替靜態(tài)分配器，其具有分配容器。

具體實施方式

相同的或相應(yīng)的元件在下面的附圖描述中通過相同的附圖標記表示并且省去重復的說明。原則上，與實施方式相結(jié)合地描述的特征也可以以其他的實施方式實現(xiàn)。這特別適用于影響流動的元件，如閥、節(jié)流件或分配器的布置和構(gòu)造，以及特別適用于用于將替代還原劑吹入風口中的機構(gòu)的構(gòu)造。

圖1a是第一優(yōu)選的吹入設(shè)備100的示意圖。吹入設(shè)備100包括風口7，熱風可經(jīng)由風口從風環(huán)8吹入到高爐中。在風口7中設(shè)置有優(yōu)選構(gòu)造為同軸的粉塵和氣體噴槍的噴槍6，通過噴槍可在密流過程中同時將由替代還原劑和具有燃料氣體的運輸氣體組成的第一氣流和具有氧氣或含氧氣體的第二氣流輸送給熱風。

噴槍6在所示的實施方式中與單獨運輸管路5連接，通過該單獨運輸管路可將替代還原劑從吹入容器3經(jīng)由流化容器4輸送至噴槍6。在高爐設(shè)備中，優(yōu)選地可存在多個噴槍6、單獨運輸管路5以及必要時的流化容器4，以盡可能均勻分配地將盡可能大量的替代還原劑吹入到高爐中。

在根據(jù)圖1a的視圖中，壓力閘2位于吹入容器3的上游，通過該壓力閘可選擇性地將替代還原劑輸送給處于壓力下的吹入容器3且因而再裝滿該吹入容器。例如，壓力閘2可以在環(huán)境壓力下用煤粉或其他替代還原劑填充，然后壓力閘2被帶至吹入容器3的輸送壓力并且接下來替代還原劑被釋放到吹入容器3中。為了對此進行控制，在圖1a中分別在壓力閘2的下游和上游設(shè)置關(guān)閉閥1，其中，也可對在本說明書中示例性地提及的閥和其他影響流動的元件進行補充、變型、替代以及部分地省略。

圖1a在用“A”表示的部位處示出了這樣的位置，例如運輸氣體和/或燃料氣體可在這些位置處輸入到系統(tǒng)中。在圖1a草繪的實施方式中規(guī)定，在第一關(guān)閉閥1上游的用“B”表示的部位處將替代還原劑或燃料帶入到系統(tǒng)中。

在單獨運輸管路5的部位“A”的區(qū)域中，優(yōu)選地可向運輸氣體添加燃料氣體，使得運輸氣體的例如至少2重量％由燃料氣體組成，其組分或其氧化組分至少部分地參與在風口7和高爐中的替代還原劑的氣化反應(yīng)。燃料氣體可優(yōu)選地在單獨運輸管路5的用“A”表示的部位中的一個或兩個部位處輸入到系統(tǒng)中，使得位于該部位下游的運輸氣體的至少2重量％由燃料氣體組成且其余由另一氣體或氣體混合物組成，因而在替代還原劑的接下來的氣化方面產(chǎn)生特別有效的替代還原劑的吹入。

在直接位于噴槍6上游的用“C”表示的部位處，在圖1a所示的實施方式中規(guī)定，給噴槍6供應(yīng)氧氣。在圖1a所示的實施方式中的噴槍6優(yōu)選地為如下設(shè)計方式，在該設(shè)計方式中替代還原劑隨至少2重量％由燃料氣體組成的運輸氣體通過中央管輸入到風口7中，該管被環(huán)形間隙包圍，氧氣或含氧氣體作為運輸氣體的包裹氣流通過該環(huán)形間隙被吹到風口7中。

噴槍6的這種設(shè)計方式實現(xiàn)了特別有效的氣化反應(yīng)，該氣化反應(yīng)因此特別快地進行并且特別早地開始，且因而允許添加特別大量的替代還原劑以及節(jié)省特別大量的高價值和昂貴的高爐焦炭。

圖1b示出了吹入機構(gòu)的替代實施方式，其具有單一的粉塵噴槍16和單一的氣體噴槍17。經(jīng)由粉塵噴槍16隨運輸氣體將替代還原劑并且經(jīng)由氣體噴槍17將氧氣吹入到風口7中。

優(yōu)選地，緊挨著在簡單的粉塵噴槍16之前在用“A”表示的部位處，給替代還原劑和運輸氣體輸送燃料氣體。然而也可能的是，燃料氣體事先已經(jīng)包含在輸送系統(tǒng)中，并且替代還原劑已經(jīng)在遠離圖1b所示的部位的上游由已經(jīng)部分或完全包含燃料氣體的運輸氣體輸送。

圖1c示出了另一優(yōu)選實施方式，在該實施方式中僅設(shè)有單一的粉塵噴槍16，而省去了受引導地吹入氧氣。在此，可以通過熱風的相應(yīng)積聚經(jīng)由風環(huán)8輸送氧氣或者在沒有單獨的積聚的情況下從熱風中提取氧氣，以執(zhí)行替代還原劑的氣化反應(yīng)。

圖2示出了吹入設(shè)備200的替代實施方式。

與根據(jù)圖1a的吹入設(shè)備不同，圖2示出了沒有單獨的壓力閘的吹入設(shè)備200。然而這種單獨的壓力閘也可以設(shè)置在根據(jù)圖2的實施方式中。在吹入設(shè)備200中，特別地可設(shè)置兩個單獨的吹入容器3，其中，也可以設(shè)有多于兩個的吹入容器3。與圖1a的實施方式類似地，替代還原劑和運輸氣體從吹入容器3分別經(jīng)由流化容器4到達管路系統(tǒng)中。

吹入設(shè)備200例如包括兩個收集運輸管路9。原則上也可設(shè)置僅一個唯一的收集運輸管路9或者也可以設(shè)置多于兩個的收集運輸管路9。替代還原劑連同運輸氣體經(jīng)由收集運輸管路9從流化容器4到達靜態(tài)分配器10，在該靜態(tài)分配器中其被分配至多個單獨運輸管路5。然后，單獨運輸管路5分別通至噴槍6，其中，噴槍在吹入設(shè)備200中也可如結(jié)合圖1所描述的那樣構(gòu)造和變型。

優(yōu)選地，單獨運輸管路5分別包括節(jié)流件20，以便能可靠地調(diào)節(jié)待吹入的替代還原劑的分布。替代地和附加地，單獨運輸管路5也可配備有調(diào)節(jié)閥。

特別優(yōu)選地，在單獨運輸管路5的用“A”表示的部位處給運輸氣體添加燃料氣體。但是原則上也可能的是，在該部位的上游、即例如在收集運輸管路9的區(qū)域中或直接給吹入容器3輸送燃料氣體。然而，出于安全性技術(shù)的原因優(yōu)選的是，盡可能在下游地給運輸氣體輸送燃料氣體。特別地，這樣可使吹入設(shè)備的爆炸危險保持非常小。

圖3示出了吹入設(shè)備300的另一優(yōu)選實施方式，其中，根據(jù)圖3的吹入設(shè)備300在兩個目前所描述的實施方式的吹入容器3的部位處具有三個中間輸送容器11。

替代還原劑和運輸氣體從中間輸送容器11經(jīng)由收集運輸管路9到達分配容器12。從分配容器12經(jīng)由流化容器4，替代還原劑可與上面所描述的實施方式類似地隨運輸氣體經(jīng)由單獨運輸管路5被引導至噴槍6以吹入到風口7中。代替噴槍6也可在該實施方式中使用用于將替代還原劑吹入到風口7中的其他機構(gòu)。

從分配容器12可經(jīng)由置于過濾器13之后的氣體調(diào)節(jié)閥14將過量的氣體輸出到環(huán)境。此外，吹入設(shè)備300的第三優(yōu)選實施方式還包含幾個閥，特別是關(guān)閉閥1和粉塵調(diào)節(jié)閥15，以便能可靠地控制替代還原劑和運輸氣體的流動。鑒于完整性需提及的是，這種閥、特別是粉塵調(diào)節(jié)閥15可以設(shè)置在單獨運輸管路5上并且也可以設(shè)置在一條或多條收集運輸管路9上。在本發(fā)明的上下文中沒有對閥、容器和類似部件的布置和構(gòu)造以及氣體輸送系統(tǒng)的構(gòu)造提出特殊的要求，而是其由吹入設(shè)備的專業(yè)設(shè)計所實現(xiàn)，如其原則上已知的那樣。

在圖3所示的實施方式中，特別優(yōu)選地在單獨運輸管路5的用“A”表示的部位處給運輸氣體輸送燃料氣體。然而與之前所描述的根據(jù)圖1和圖2的實施方式類似地，也可以在其他部位處將燃料氣體輸入到系統(tǒng)中。示例性地，在圖3中也用“A”標出了可在此處將燃料氣體輸送給系統(tǒng)的不同部位。

之前所描述的實施方式示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在設(shè)備技術(shù)上可如何實現(xiàn)的三個示例性方案。然而，本發(fā)明不局限于吹入設(shè)備的這些特定構(gòu)造，而是也可用在其他種類的裝置中。

特別地，一個(或多個)噴槍的構(gòu)造方式可針對每一噴入設(shè)備單獨地進行選擇和組合，其中，結(jié)合圖1示出的示例性實施方式當然也可用在根據(jù)圖2和圖3的實施方式中并且可任意地組合。

通過以上描述的吹入設(shè)備可良好地應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法。以這種方式，通過將與在現(xiàn)有技術(shù)的方法中可實現(xiàn)的相比更大量的替代還原劑吹入到高爐或反應(yīng)器中，在高爐工藝中或者在氣化反應(yīng)器中可以實現(xiàn)明顯地節(jié)約燃燒成本，因為氣化反應(yīng)根據(jù)本發(fā)明可更快地進行和更早地開始。