Устройство для подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации

Техническое решение относится к технологии восстановления металла посредством нагрева смеси, содержащей оксид металла и углеродистый восстановитель с последующим, охлаждением и отделением товарного металла от шлака с получением передельного гранулированного чугуна. Может быть использовано для производства в печи с вращающимся подом. Техническими результатами являются стабилизация технологических параметров процесса восстановления, повышение эффективности реакции восстановления. Технические результаты достигаются тем, что в технологической линии для производства металлизированного продукта, включающей участок подготовки угля, участок подготовки железо-углеродсодержащих брикетов, снабженный дозирующими устройствами, смесителем сырьевых материалов, прессом, сушильной установкой, печь металлизации с вращающимся подом с устройствами загрузки и выгрузки компонентов спекания, участок разделения продуктов металлизации, участок подготовки и подачи в печь теплоносителя, снабженный не менее чем двумя угольными газификаторами, каждый из которых соединен линией подачи газообразного топлива с форсунками печи металлизации, линию отвода отработанных газов, в которой установлен рекуператор тепла, участок подготовки и подачи в печь теплоносителя снабжен угольными газификаторами, которые обеспечивают одновременное получение нижнего горячего и верхнего холодного газов, линия подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации дополнительно снабжена оборудованием очистки газообразных продуктов от каждого газификатора, включающим циклон очистки горячего нижнего газа из газификатора и электрофильтр очистки холодного верхнего газа из газификатора, коллектором нижних и верхних газов низкого давления, устройством повышения давления газа и линией газа повышенного давления. При этом, устройство повышения давления газа может быть снабжено не менее чем одним вентилятором, линия подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации может дополнительно содержать воздушный охладитель, установленный после циклона очистки горячего нижнего газа из газификатора, скруббер-смеситель холодного верхнего газа из электрофильтра с горячим нижним газом из воздушного охладителя и дополнительно может содержать электрофильтр, установленный после скруббера-смесителя холодного верхнего газа из электрофильтра с горячим нижним газом из воздушного охладителя. Использование данной технологической линии с оборудованием очистки газообразных продуктов от газификаторов позволит стабилизировать технологический процесс, повысить его эффективность, повысить выход товарного продукта и его качество, улучшить экологическую обстановку в производственной зоне. 4 з.п. ф-лы, 4 илл.

Предлагаемое решение относится к технологии восстановления металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель и может быть использовано в производстве металлизированного продукта, например железа, в печи с подвижным подом.

В технологии прямого восстановления металла из железо-углеродсодержащего материала, содержащего оксид металла и восстановитель, важное значение имеет выбор углеродистого восстановителя и вида топлива для нагрева обрабатываемого железо-углеродсодержащего материала. Восстановитель должен обеспечивать эффективное взаимодействие с оксидом металла в течение всего времени обработки и по всему объему загруженного на под печи материала. В то же время углеродистый материал должен быть недефицитным и недорогим. Подаваемый через форсунки в печь топливный реагент должен обеспечивать эффективное взаимодействие реакционных компонентов и необходимые условия для получения качественного продукта.

Предпочтительно применение менее дорогостоящих видов сырья и энергоносителей, применение технологий подготовки сырьевых материалов к использованию в процессе, не требующих значительных энергетических затрат и специального дорогостоящего оборудования, максимально эффективное использование энергетической составляющей процесса.

Известен «Способ получения расплавленного железа» (патент РФ 2293121, C21B 13/14, 2007 г., [1])), на первой стадии которого реализуется технология прямого восстановления металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель в печи с подвижным подом. Способ на первой стадии включает введение смеси исходных материалов, содержащих материал на основе оксида железа и углеродсодержащий восстановитель в нагревательную восстановительную печь с целью восстановления оксида железа в смеси исходных материалов с помощью углеродсодержащего восстановителя до твердого восстановленного железа.

Процесс реализуется на приведенной в описании технологической линии, включающей участок подготовки железосодержащего материала, снабженный сушилкой, мельницей и линиями транспортировки материала, участок подготовки углеродсодержащего материала, снабженный дробилкой и линиями транспортировки материала, участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, снабженный смесителем сырьевых железо-углеродсодержащих компонентов, связующего и вспомогательных материалов, агломерационной установкой, сушильной установкой и линиями транспортировки, связывающими его с участками подготовки сырьевых материалов и с печью с вращающимся подом, снабженной устройствами загрузки и выгрузки, форсунками для подачи топлива, соединенной линией подачи топлива с участком подготовки и подачи теплоносителя и через устройство для отвода отработанных газов с газоочистной установкой. В линии отвода отработанных газов печи перед газоочистной установкой установлены бойлер для извлечения тепла отходящих газов и рекуператор тепла, в виде воздушного теплообменника, соединенный линией подачи горячего воздуха с сушильной установкой.

Для осуществления процесса во вращающуюся печь подают очищенный от пыли отработанный горячий газ из плавильной печи со второй стадии данной технологии - получения расплавленного железа и топливо в виде природного газа или порошкообразного угля.

Основные недостатки известного решения заключаются в следующем.

Подача во вращающуюся печь отработанного горячего газа из плавильной печи со второй стадии процесса требует дополнительных затрат на обеспылевание газа, а учитывая, что очищаемый газ имеет высокую температуру, такая очистка весьма затратна и малоэффективна, как технологически, так и в плане срока службы очистного оборудования. При недостаточно высокой степени очистки от пыли возможно ее накопление во вращающейся печи, что приведет к нарушениям стабильной непрерывной работы оборудования.

Подача во вращающуюся печь топлива в виде природного газа или порошкообразного угля повышает затраты на реализацию технологии, как по стоимости реагентов, так и по оборудованию.

Известна технологическая линия для производства металлизированного продукта, включающая участок дробления угля, участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, снабженный смесителем сырьевых железо-углеродсодержащих компонентов, агломерационной установкой, сушильной установкой, участок подготовки и подачи теплоносителя, печь металлизации с вращающимся подом, снабженная устройствами загрузки и выгрузки, форсунками для подачи топлива, соединенная линиями транспортировки с участком подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, участком подготовки и подачи теплоносителя и через устройство для отвода отработанных газов с газоочистной установкой, причем в линии отвода отработанных газов перед газоочистной установкой установлен рекуператор тепла в виде воздушного теплообменника, соединенный линией подачи горячего воздуха с сушильной установкой, в которой участок подготовки и подачи топлива снабжен не менее чем двумя угольными газификаторами, каждый из которых соединен линиями транспортировки с участком дробления угля и линией подачи газообразного топлива с форсунками печи металлизации, с которой также соединен рекуператор тепла линией подачи горячего воздуха. При этом участок дробления угля снабжен не менее чем двумя дробилками (патент РФ на ПМ 87166, C21B 13/14, C21B 13/08, 2009 г., [2]).

По назначению, по технической сущности, по наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

Основной недостаток известного решения - подача газа напрямую из угольных газификаторов через форсунки в рабочее пространство печи. Такая схема не может обеспечить стабильную работу форсунок и процесса восстановления, так как газификаторы работают под низким давлением (100-200 мм водяного столба), а поступающее газообразное топливо имеет нестабильный состав. Кроме того, смолистые соединения, пылевидные частицы, содержащиеся в газообразном продукте, выходящем из угольного газификатора, высаживаются на стенках газотопливных магистралей и на соплах форсунок, нарушая тем самым стабильную подачу газообразного топлива в печь, снижается срок службы газоподающего оборудования.

Задачей предлагаемого решения является безопасная долговременная и стабильная работа газовой системы нагрева печи металлизации, повышение коэффициента полезного использования участка газификации и печи.

Техническими результатами являются: стабильный процесс получения металлизированного продукта восстановлением низкокалорийным газом, полученным газификацией угля с высоким коэффициентом полезного использования участка газификации и печи металлизации.

Технические результаты достигаются тем, что в устройстве подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации, содержащем не менее двух угольных газификаторов, каждый из которых соединен посредством линии подачи газообразного топлива с форсунками печи металлизации, угольные газификаторы выполнены с возможностью обеспечения одновременного получение газообразного топлива в горячем виде внизу и в холодном - вверху, при этом устройство снабжено установленными в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации оборудованием очистки продуктов от каждого газификатора, содержащим циклон очистки горячего газа из газификатора и электрофильтр очистки холодного газа из газификатора, коллектором горячих и холодных газов низкого давления, устройством повышения давления газа и линией газа повышенного давления.

При этом устройство повышения давления газа может быть снабжено не менее чем одним вентилятором, линия подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации может дополнительно содержать воздушный охладитель, установленный после циклона очистки горячего газа из газификатора, устройство может быть снабжено скруббером-смесителем холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, установленным в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации, устройство может быть снабжено электрофильтром, установленным после скруббера-смесителя холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, установленным в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации.

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.

Предлагаемое решение и решение по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:

- устройство подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации, содержащее:

- - не менее двух угольных газификаторов;

- - - каждый газификатор соединен линией подачи газообразного топлива с форсунками печи металлизации.

Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:

- угольные газификаторы выполнены возможностью обеспечения одновременного получение газообразного топлива в горячем виде внизу и в холодном - вверху;

- устройство снабжено установленными в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации оборудованием очистки продуктов от каждого газификатора, содержащим:

- - циклон очистки горячего газа из газификатора;

- - электрофильтр очистки холодного газа из газификатора;

- устройство также снабжено:

- - коллектором горячих и холодных газов низкого давления;

- - устройством повышения давления газа;

- - линией газа повышенного давления.

При этом устройство повышения давления газа может быть снабжено не менее чем одним вентилятором, линия подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации может дополнительно содержать воздушный охладитель, установленный после циклона очистки горячего газа из газификатора, устройство может быть снабжено скруббером-смесителем холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, установленным в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации, устройство может быть снабжено электрофильтром, установленным после скруббера-смесителя холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, установленного в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации.

Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих техническое решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».

Техническая сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.

Процесс восстановления металла из оксида в печи с вращающимся подом с использованием скомпонованных в виде железо-углеродсодержащих брикетов является динамичным и характеризуется необходимостью поддержания определенных соотношений оксид металла - восстановитель и температур в рабочих зонах печи в достаточно узких интервалах. Обеспечение оптимальных условий такого процесса достаточно сложная задача и в предлагаемом решении достигается во-первых, использованием газификаторов, конструкция которых позволяет получать два газа, холодный верхний и горячий нижний, во вторых - подготовкой газообразного топлива, подаваемого к форсункам печи. Раздельное получение газов позволяет максимально полно газифицировать уголь, получать качественный газ заданного состава и более эффективно организовать очистку газов.

Подготовка газообразного топлива заключается в том, что получаемый в газификаторах газ проходит очистку: в циклоне горячий газ очищается от пыли и частично охлаждается, в электрофильтре очистки холодного верхнего газа очищается от смолы и пыли. Каждый агрегат, установленный дополнительно к основной схеме очистки самостоятельно увеличивает степень очистки газа: в воздушном охладителе газ охлаждается и дополнительно очищается от пыли и смол, скруббере-смесителе газ охлаждается водой и очищается пыли от фенолов, после скруббера-смесителя в электрофильтре газ очищается от легких масел и пыли. Дополнительно устанавливаемое оборудование для очистки и кондиционирования газа повышает его потребительские свойства. В коллекторе газов низкого давления происходит смешивание и усреднение газов газификаторов, что повышает стабильность состава.

Предлагаемое устройство подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации, в составе технологической линии для производства металлизированного продукта, (Фиг.1), включающей участок подготовки материалов 1 (уголь, железо-углеродсодержащие брикеты), соединенный линией транспортировки 2 подготовленных железо-углеродсодержащих брикетов с печью металлизации 3 с вращающимся подом, снабженной форсунками 4 для подачи газообразного топлива, содержит линию транспортировки 5 подготовленного угля к угольным газификаторам 6, каждый из которых обеспечивает одновременное получение газообразного топлива в горячем виде внизу и в холодном - вверху. Каждый угольный газификатор 6 соединен газоходом 7 с циклоном 8 очистки горячего газа. Каждый угольный газификатор 6 соединен газоходом 9 с электрофильтром 10 очистки холодного газа. Электрофильтры 10 соединены газоходами 11 с коллектором газов низкого давления 12. Циклоны 8 соединены газоходами 13 с коллектором газов низкого давления 12. Коллектор газов низкого давления 12 соединен газоходами коллектора газов низкого давления 14 с вентиляторами повышения давления газа 15. Вентиляторы повышения давления газа 15 соединены газоходами 16 с линией газа повышенного давления 17. Линия газа повышенного давления 17 проходит через рекуператор тепла 18, через который проходит поток отходящих технологических газов по линии 19 из печи металлизации 3 и который соединен с дымовой трубой 20. Газ повышенного давления, нагреваясь в рекуператоре тепла 18, по газоходу 21 поступает на форсунки 4 печи металлизации 3.

Предлагаемое устройство подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации, в составе технологической линии для производства металлизированного продукта работает следующим образом.

С участка подготовки материалов 1 по линии транспортировки 2 в печь металлизации 3 с вращающимся подом поступают предварительно подготовленные железо-углеродсодержащих брикеты (перед загрузкой осуществляется термообработка брикетов горячим воздухом, поступающим из рекуператора тепла 18, выполненного в виде воздушного теплообменника), а по линии транспортировки 5 подготовленного угля к угольным газификаторам 6, каждый из которых обеспечивает одновременное получение газообразного топлива в горячем виде внизу и в холодном - вверху. Полученный в каждом газификаторе 6 горячий газ по газоходу 7 поступает на очистку в циклон 8, где очищается от пыли, частично охлаждается и по газоходу 13 поступает в коллектор газа низкого давления 12. Полученный в каждом газификаторе 6 холодный газ по газоходу 9 поступает в электрофильтр 10, где очищается от смолы, пыли и очищенный газ из электрофильтра 10 по газоходу 11 поступает в коллектор газов низкого давления 12. В коллекторе 12 холодный и горячий газы смешиваются и усредняются, а затем по газоходу коллектора низкого давления 14 смешанный газ поступает в вентилятор 15. Вентилятор 15 повышает давление газа и по газоходу повышенного давления 16 подает его в линию газа повышенного давления 17. По линии повышенного давления 17 газ поступает в рекуператор тепла 18, где нагревается до заданной температуры и по газоходу 21 подается в форсунки 4 кольцевой печи металлизации 3. В рекуператоре тепла 18 нагревается воздух и по воздухопроводу 22 поступает в форсунки 4 кольцевой печи металлизации 3. При нагреве брикетов в печи металлизации 3 от сжигания газа происходит восстановление железа. Затем металлизированный продукт выгружают с пода печи 3 при помощи разгрузочного устройства. Горячий отработанный газ из печи 3 через устройство вывода газов по линии отвода отработанных газов 19 поступает в рекуператор тепла 18, где охлаждаясь, нагревает газ и воздух для форсунок 4 и воздух для сушильной установки брикетов. После рекуператора тепла 18 отработанный и охлажденный газ печи поступает в дымовую трубу 20.

Предлагаемое устройство подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации (Фиг.2), при необходимости, может дополнительно содержать воздушный охладитель газов 23, который охлаждает и дополнительно очищает горячий газ от пыли и смолистых веществ. Воздушный охладитель газов 23 установлен после циклона 8 очистки горячего газа из газификатора и соединен с ним газоходом 26.

Устройство также может дополнительно содержать скруббер-смеситель 24 холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, который смешивает, охлаждает и дополнительно очищает газ от пыли и фенольных веществ. Скруббер-смеситель 24 соединен с воздушным охладителем газов 23 и с электрофильтром 10.

Устройство также может дополнительно содержать электрофильтр 25, установленный после скруббера-смесителя 24 холодного газа из электрофильтра 10 с горячим газом из воздушного охладителя 23.

После прохождения дополнительных устройств и дополнительной обработки газовый поток по газоходу 13а поступает в коллектор газов низкого давления 12, а затем по газоходу коллектора низкого давления 14 смешанный газ поступает в вентилятор 15. Вентилятор 15 повышает давление газа и по газоходу повышенного давления 16 подает его в линию газа повышенного давления 17. По линии 17 газ поступает в рекуператор тепла 18, где нагревается до заданной температуры и по газоходу 21 поступает в форсунки 4 кольцевой печи металлизации 3. В рекуператоре тепла 18 также нагревается воздух и по воздухопроводу 22 поступает в форсунки 4 кольцевой печи металлизации 3.

Использование предлагаемого устройства подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации, в которой линия подачи газообразного топлива от угольных газификаторов к форсункам печи с вращающимся подом дополнительно снабжена оборудованием очистки газообразных продуктов от каждого газификатора, позволяет стабилизировать технологический процесс прямого восстановления металла из оксида, повысить выход товарного продукта и его качество.

ИНФОРМАЦИЯ

1. Патент РФ 2293121, C21B 13/14, 2007 г.

2. Патент РФ на ПМ 87166, C21B 13/14, C21B 13/08, 2009 г.

1. Устройство подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации, содержащее не менее двух угольных газификаторов, каждый из которых соединен посредством линии подачи газообразного топлива с форсунками печи металлизации, отличающееся тем, что угольные газификаторы выполнены с возможностью обеспечения одновременного получения газообразного топлива в горячем виде внизу и в холодном - вверху, при этом устройство снабжено установленными в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации оборудованием очистки газообразных продуктов от каждого газификатора, содержащим циклон очистки горячего газа из газификатора и электрофильтр очистки холодного газа из газификатора, коллектором горячих и холодных газов низкого давления, устройством повышения давления газа и линией газа повышенного давления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство повышения давления газа снабжено не менее чем одним вентилятором.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линия подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации дополнительно содержит воздушный охладитель, установленный после циклона очистки горячего газа из газификатора.

4. Устройство по одному из пп.1 или 3, отличающееся тем, что оно снабжено скруббером-смесителем холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, установленным в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации.

5. Устройство по одному из пп.1, 3 или 4, отличающееся тем, что оно снабжено электрофильтром, установленным после скруббера-смесителя холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, установленным в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации.