專利名稱：用于在鐵水制造過程中使用顯熱產(chǎn)生能量的裝置以及使用該裝置產(chǎn)生能量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生能量的裝置以及一種使用該裝置產(chǎn)生能 量的方法，更具體而言，涉及一種用于在鐵水制造過程中使用廢氣的
顯熱(sensible heat)產(chǎn)生能量的裝置以及一種使用該裝置產(chǎn)生能量 的方法。
背景技術(shù)：
目前，已對可以取代高爐法的熔融還原法進行了研究。在熔融還 原法中，原煤直接用作燃料和還原劑，鐵礦石直接用作鐵源，由此在 還原反應(yīng)器中還原鐵礦石并且在熔化-氣化爐中制成鐵水。
氧氣被注入熔化-氣化爐，然后在其中燃燒煤填充床(coal-packed bed)。氧氣被轉(zhuǎn)化為還原氣體并從熔化-氣化爐中排出。從熔化-氣化 爐排出的還原氣體被傳送到還原反應(yīng)器。鐵礦石在還原反應(yīng)器中被還 原氣體還原。在還原鐵礦石之后，還原氣體作為廢氣從還原反應(yīng)器中 排出。
通過噴水將包含在廢氣中的粉塵收集起來，并且廢氣被部分重整 (reform)，然后再次用作還原氣體。由于廢氣的溫度高，廢氣具有 大量在循環(huán)過程中損失掉的顯熱
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
提供了一種用于在鐵水制造過程中使用廢氣的顯熱產(chǎn)生能量且能 夠循環(huán)利用能量的裝置。另外，提供了一種用于在鐵水制造過程中使 用廢氣的顯熱產(chǎn)生能量且能夠循環(huán)利用能量的方法。 技術(shù)方案
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的一種用于產(chǎn)生能量的方法包括i) 提供從用于制造鐵水的裝置中排出的廢氣，該用于制造鐵水的裝置包括提供由鐵礦石還原而成的還原鐵的還原反應(yīng)器，和將還原鐵熔化 以制造鐵水的熔化-氣化爐；ii)通過使冷卻水與廢氣接觸，將冷卻水 轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽；以及iii)通過將高壓蒸汽供給到至少一個蒸汽渦 輪機且使蒸汽渦輪機轉(zhuǎn)動，由蒸汽渦輪機產(chǎn)生能量。
在還原反應(yīng)器中將鐵礦石還原之后，廢氣可以排出，其中在提供 廢氣的情形下，還原反應(yīng)器為填充床還原反應(yīng)器或流化床還原反應(yīng)器。 在提供廢氣的情形下，廢氣可以從熔化-氣化爐排出。用于制造鐵水的 裝置還可以包括還原鐵供給箱，其將在還原反應(yīng)器中還原的還原鐵供 給到熔化-氣化爐。該還原鐵供給箱可以連接到還原反應(yīng)器和熔化-氣
化爐。在提供廢氣的情形下，廢氣可以從還原鐵供給箱中排出。
在將冷卻水轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽的過程中，在廢氣接觸冷卻水之后，
廢氣的溫度在從2001C到2501C的范圍內(nèi)。在將冷卻水轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽 的過程中，冷卻水可以間接地與廢氣接觸。在產(chǎn)生能量的過程中，被 供給到蒸汽渦輪機的高壓蒸汽的壓力可以等于或大于40bar.g。
一種根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于產(chǎn)生能量的方法，還可以 包括i)提供從被高壓蒸汽轉(zhuǎn)動的蒸汽渦輪機中排出的低壓蒸汽；ii) 通過冷卻低壓蒸汽來提供冷卻水；以及iii )將冷卻水供給到廢氣。 在產(chǎn)生能量的過程中產(chǎn)生的能量可以用于將冷卻水供給到廢氣。
一種根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于產(chǎn)生能量的方法，還可以 包括i)將生產(chǎn)用水供給到與冷卻水接觸過的廢氣；H)使用生產(chǎn)用 水，通過噴水來收集廢氣中的粉塵；以及iii)將已通過噴水完成了 粉塵收集的生產(chǎn)用水抽回。在產(chǎn)生能量的過程中產(chǎn)生的能量可以用于 將生產(chǎn)用水供給到廢氣。
一種根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于產(chǎn)生能量的方法還可以包 括壓縮與冷卻水接觸過的廢氣。在產(chǎn)生能量的過程中產(chǎn)生的能量可 以用于壓縮廢氣。
一種根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于產(chǎn)生能量的方法還可以包 括i)提供低壓蒸汽，該低壓蒸汽從被高壓蒸汽轉(zhuǎn)動的蒸汽渦輪機中 排出；ii)通過冷卻低壓蒸汽來提供冷卻水；iii)將冷卻水分流；iv) 將分流的冷卻水加熱，使其轉(zhuǎn)化為過剩高壓蒸汽；以及v)將過剩高 壓蒸汽供給到蒸汽渦輪機。 一種根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于產(chǎn)生能量的方法還包括儲存高壓蒸汽。所述至少 一個蒸汽渦輪機可以包 括多個在產(chǎn)生能量的過程中以并聯(lián)方式彼此連接的蒸汽渦輪機。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的一種用于產(chǎn)生能量的裝置包括i) 冷卻水儲存箱，其供給冷卻水；ii)蒸汽發(fā)生器，其通過使冷卻水與 從用于制造鐵水的裝置中排出的廢氣接觸，將冷卻水轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽， 該用于制造鐵水的裝置包括提供由鐵礦石還原而成的還原鐵的還原 反應(yīng)器和將還原鐵熔化以制成鐵水的熔化-氣化爐；以及iii)至少一 個蒸汽渦輪機，其連接到蒸汽發(fā)生器，該蒸汽渦輪機被從蒸汽發(fā)生器 供給的高壓蒸汽轉(zhuǎn)動從而產(chǎn)生能量。
蒸汽發(fā)生器可以包括多個有冷卻水流經(jīng)的管，廢氣可以接觸所述 多個管的外表面。在還原反應(yīng)器中還原鐵礦石之后，廢氣可以排出。 用于制造鐵水的裝置還可以包括有廢氣流經(jīng)的廢氣線。廢氣線可以連 接到還原反應(yīng)器。還原反應(yīng)器可以是流化床還原反應(yīng)器或填充床還原 反應(yīng)器。蒸汽發(fā)生器可以連接到廢氣線。
用于制造鐵水的裝置還可以包括安裝在從廢氣線分流的廢氣供給 線中的氣體壓縮機，蒸汽渦輪機可以連接到氣體壓縮機從而向氣體壓 縮機供給動力。廢氣可以從熔化-氣化爐中排出，并且用于制造鐵水的 裝置還包括有廢氣流經(jīng)的還原氣體供給線。還原氣體供給線可以連接 到熔化-氣化爐。蒸汽發(fā)生器可以連接到還原氣體供給線。
用于制造鐵水的裝置還可以包括i)還原鐵供給箱，其將還原反 應(yīng)器連接到熔化-氣化爐，并將在還原反應(yīng)器中被還原的還原鐵供給到 熔化-氣化爐；以及ii)廢氣排出線，其將廢氣從還原鐵供給箱中排 出。蒸汽發(fā)生器可以連接到廢氣排出線。在接觸冷卻水之后，廢氣的 溫度可以在2201C到250X:的范圍內(nèi)。被供給到蒸汽渦輪機的高壓蒸汽 的壓力可以等于或大于40bar. g。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于產(chǎn)生能量的裝置還可以包括 i)冷凝器，其將從蒸汽渦輪機中排出的低壓蒸汽冷卻，從而將低壓蒸 汽轉(zhuǎn)化為冷卻水；以及ii )連接到冷凝器的冷卻水循環(huán)泵，其將冷卻 水供給到蒸汽發(fā)生器。蒸汽渦輪機可以連接到冷卻水循環(huán)泵從而給該 冷卻水循環(huán)泵傳送動力。
用于制造鐵水的裝置還包括i)濕式除塵器，其通過噴水來收集包含在廢氣中的粉塵；ii)連接到濕式除塵器的生產(chǎn)用水儲存箱，其 將生產(chǎn)用水供給到濕式除塵器，并將已通過噴水完成了粉塵收集的生 產(chǎn)用水抽回；以及iii)連接到生產(chǎn)用水儲存箱和濕式除塵器的生產(chǎn) 用水循環(huán)泵，該生產(chǎn)用水循環(huán)泵使生產(chǎn)用水在生產(chǎn)用水儲存箱和濕式 除塵器之間循環(huán)。蒸汽渦輪機可以連接到生產(chǎn)用水循環(huán)泵從而給生產(chǎn) 用水循環(huán)泵傳送動力。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于產(chǎn)生能量的裝置還可以包括過 剩蒸汽發(fā)生器，其對從被供給到蒸汽發(fā)生器的冷卻水分流的冷卻水進 行加熱從而將分支而出的冷卻水轉(zhuǎn)化為過剩高壓蒸汽，并將該過剩高 壓蒸汽供給到蒸汽渦輪機。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于產(chǎn)生能 量的裝置還可以包括蒸汽儲存箱，其將蒸汽發(fā)生器連接到蒸汽渦輪機， 并儲存從蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的高壓蒸汽。所述至少一個蒸汽渦輪機可以 包括多個以并聯(lián)方式彼此連接的蒸汽渦輪機。
有益效果
通過在鐵水制造過程中使用廢氣的顯熱來產(chǎn)生能量，可以提高能 量利用率。另外，通過在鐵水制造過程中使用冷卻的廢氣來降低還原 氣體的溫度，可以提高還原氣體的還原能力。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的用于產(chǎn)生能量的裝置的示意 性視圖。
圖2是圖1的蒸汽發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意性立體圖。
圖3是連接到圖1的用于產(chǎn)生能量的裝置的一個用于制造鐵水的 裝置的示意性視圖。
圖4是連接到圖1的用于產(chǎn)生能量的裝置的另一個用于制造鐵水 的裝置的示意性視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的用于產(chǎn)生能量的裝置的示意 性視圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員容易地實施本發(fā)明，下文將參 照附圖詳細闡釋本發(fā)明的示例性實施方案。然而，本發(fā)明可以以不同 的形式實現(xiàn)，并不局限于下文所闡釋的實施方案。另外，在本說明書 和附圖中，相同的參考數(shù)字表示相同的元件。
本文使用的包括技術(shù)術(shù)語和科學術(shù)語的所有術(shù)語的含義，與本發(fā) 明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的含義相同。還應(yīng)理解，在常用字
致，而不應(yīng)以理想化或過于正式的方式來解釋，除非本文明確這樣定 義。
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的用于產(chǎn)生能量
的裝置100。圖1中被虛線圍繞的區(qū)域示出了連接到用于產(chǎn)生能量的 裝置100的用于制造鐵水的裝置800和900 (示于圖3和4)。
如圖1所示，用于產(chǎn)生能量的裝置100包括蒸汽發(fā)生器10、 12和 14，冷卻水儲存箱20，以及蒸汽渦輪機30。另外，用于產(chǎn)生能量的裝 置IOO還包括冷凝器40，冷卻水循環(huán)泵50,蒸汽儲存箱60,燃燒器 70，以及動力傳輸器82、 84和86。
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的用于產(chǎn)生能量 的裝置100。圖1的用于產(chǎn)生能量的裝置100的結(jié)構(gòu)僅為了說明本發(fā) 明，本發(fā)明并不局限于此。因此，用于產(chǎn)生能量的裝置100的結(jié)構(gòu)可 以改變?yōu)槠渌问健?br> 如圖1所示，用于產(chǎn)生能量的裝置100包括蒸汽發(fā)生器10、 12和 14，冷卻水儲存箱20，以及蒸汽渦輪機30。另外，用于產(chǎn)生能量的裝 置100還包括冷凝器40,冷卻水循環(huán)泵50，蒸汽儲存箱60，燃燒器 70，以及動力傳輸器82、 84和86。
如圖l所示，蒸汽發(fā)生器IO、 12和14包括第一、第二和第三蒸 汽發(fā)生器IO、 12和14。蒸汽發(fā)生器10、 12和14使冷卻水與從用于 制造鐵水的裝置800和900(示于圖3和4 )中排出的廢氣進行熱交換。 因此，冷卻水被高溫廢氣的顯熱轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽。下文將參照圖2對 蒸汽發(fā)生器IO、 12和14的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行詳細闡釋。
如閨1所示，上述高壓蒸汽儲存在連接到蒸汽發(fā)生器10、 12和 14的蒸汽儲存箱60中。蒸汽儲存箱60將蒸汽發(fā)生器10、 12和14連接至蒸汽渦輪機30。盡管在圖1中畫出了蒸汽儲存箱60，但其可以省 略。
從蒸汽儲存箱60排出的高壓蒸汽被供給到蒸汽渦輪機30。被供 給到蒸汽渦輪機30的高壓蒸汽的壓力等于或大于40bar. g。因此，蒸 汽渦輪機30可以被高壓蒸汽驅(qū)動從而以預(yù)定速度運轉(zhuǎn)，并且蒸汽渦輪 機30的運轉(zhuǎn)效率可以被優(yōu)化。
蒸汽渦輪機30被向它供給的高壓蒸汽轉(zhuǎn)動從而產(chǎn)生能量。被供給 到蒸汽渦輪機30的高壓蒸汽使蒸汽渦輪機30轉(zhuǎn)動，同時膨脹、冷卻、 并作為低壓蒸汽排出到外部?？赡芡ㄟ^蒸汽渦輪機30的轉(zhuǎn)動動力來壓 縮氣體、操作泵、以及發(fā)電。這在下文將作詳細闡釋。
第一，如圖l所示，蒸汽渦輪機30通過動力傳輸器82連接到冷 卻水循環(huán)泵50。因此，蒸汽渦輪機30將動力傳輸?shù)嚼鋮s水循環(huán)泵50。 也即，冷卻水循環(huán)泵與轉(zhuǎn)動的蒸汽渦輪機30 —起轉(zhuǎn)動從而使冷卻水循 環(huán)。動力傳輸器82也叫做耦合器。由于動力傳輸器82可以包括減速 齒輪等，所以冷卻水循環(huán)泵50可以以低于蒸汽渦輪機30轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)動。由于蒸汽渦輪機30、動力傳輸器82、以及冷卻水循環(huán)泵50的 連接結(jié)構(gòu)很容易被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所以省略對其詳細說明。
如圖1所示，冷卻水循環(huán)泵50接收從冷卻水儲存箱20供給的冷 卻水，并將冷卻水傳輸?shù)秸羝l(fā)生器10、 12和14。因此，由蒸汽渦 輪機30產(chǎn)生的能量可以用在向廢氣供給冷卻水的冷卻水循環(huán)泵50中， 從而可以在蒸汽發(fā)生器10、 12和14中連續(xù)不斷地產(chǎn)生高壓蒸汽。
同時，冷卻水循環(huán)泵50連接到與動力傳輸器82所連接到的軸不 同的另一軸。冷卻水循環(huán)泵50和電動機90通過動力傳輸器88彼此連 接。因此，即使在蒸汽渦輪機30不運轉(zhuǎn)的時候，電動機90被獨立的 電力驅(qū)動而轉(zhuǎn)動，從而能夠操作冷卻水循環(huán)泵50。例如，在蒸汽渦輪 機30被驅(qū)動之前，冷卻水循環(huán)泵50可以被電動機90操作。由此，可 以使冷卻水連續(xù)不斷地循環(huán)。
第二，如圖1所示，蒸汽渦輪機30通過動力傳輸器84操作氣體 壓縮機855。由于動力傳輸器84包括減速齒輪等，所以氣體壓縮機855 的轉(zhuǎn)速可以很好地受到控制。由于蒸汽渦輪機30、動力傳輸器84以 及氣體壓縮機855的連接結(jié)構(gòu)很容易被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所以省略對其詳細說明。氣體壓縮機855通過轉(zhuǎn)動動力將進入的氣體壓縮為 高壓氣體。因此，氣體可以在其壓力升高后排出到外部。在這種情況 下，該高壓氣體被供給到氣體重整器880 (示于圖3和4)，由此使氣 體的重整效率最大化。
第三，如圖l所示，蒸汽渦輪機30可以將動力傳輸?shù)缴a(chǎn)用水循 環(huán)泵895 (示于圖3和4 )。蒸汽渦輪機30通過動力傳輸器86連接到 生產(chǎn)用水循環(huán)泵895。由于生產(chǎn)用水循環(huán)泵895包括減速齒輪等，生 產(chǎn)用水循環(huán)泵895可以以所需轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。由于蒸汽渦輪機30、動力傳 輸器86、以及生產(chǎn)用水循環(huán)泵895的連接結(jié)構(gòu)很容易被本領(lǐng)域技術(shù)人 員理解，所以省略對其詳細說明。這里，生產(chǎn)用水循環(huán)泵895使生產(chǎn) 用水循環(huán)，由此通過噴水來收集包含在從用于制造鐵水的裝置800和 900中排出的廢氣中的粉塵。從而，被包括在用于制造鐵水的裝置800 和900中的生產(chǎn)用水循環(huán)泵895可以被蒸汽渦輪機30操作，由此能量 可以再循環(huán)。
如圖1所示，從蒸汽渦輪機30中排出的低壓蒸汽在冷凝器40中 冷卻從而轉(zhuǎn)化為冷卻水。其他冷卻水流經(jīng)冷凝器40中的多個管，并且 低壓蒸汽接觸所述多個管的外表面。因此，低壓蒸汽中的熱被帶走， 該低壓蒸氣被轉(zhuǎn)化為冷卻水。在將冷卻水儲存在冷卻水儲存箱20中之 后，冷卻水被供給到冷卻水循環(huán)泵50,從而在用于產(chǎn)生能量的裝置100 中循環(huán)。
同時，如果高壓蒸汽的量不足，那么可以通過根據(jù)需要生產(chǎn)高壓 蒸汽使其增加。也即，如圖1所示，從供給到蒸汽發(fā)生器10、 12和 14的冷卻水分流的冷卻水被供給到過剩蒸汽發(fā)生器16。氧氣和燃料被 供給到燃燒器70,從而用高溫燃燒氣體對過剩蒸汽發(fā)生器16進行加 熱。因此，流經(jīng)過剩蒸汽發(fā)生器16的冷卻水受熱而轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽。 在由過剩蒸汽發(fā)生器16產(chǎn)生的過剩高壓蒸汽儲存到蒸汽儲存箱60中 后，該過剩高壓蒸汽被供給到蒸汽渦輪機30。因此，如果高壓蒸汽的 量不足，那么可以很容易地將其增加。圖1的第一蒸汽發(fā)生器10的內(nèi) 部結(jié)構(gòu)將參照圖2詳細闡釋。
圖2示意性地示出了圖1的第一蒸汽發(fā)生器10。第一蒸汽發(fā)生器 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被放大示于圖2的放大圓中。第一蒸汽發(fā)生器10的結(jié)構(gòu)可以同樣適用于第二和第三蒸汽發(fā)生器12和14 (示于圖1)的結(jié)構(gòu)。另 外，圖2的第一蒸汽發(fā)生器10的結(jié)構(gòu)僅為了說明本發(fā)明，本發(fā)明并不 局限于此。因此第一蒸汽發(fā)生器10的結(jié)構(gòu)可以以其他形式進行修改。
如圖2所示，第一蒸汽發(fā)生器10包括外殼101和多個管1033。 在冷卻水進入入口管1031后，冷卻水流經(jīng)多個管1033，同時被分流 到它們中。如圖2的放大圓中所示，冷卻水流經(jīng)多個管1033,同時被 廢氣加熱，從而轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽。高壓蒸汽通過與所述多個管1033連 接在一起的出口管1035排出到外部。
廢氣接觸所述多個管1033的外表面，從而將其顯熱傳遞到所述多 個管1033。也即，廢氣間接地接觸冷卻水。如果廢氣和冷卻水直接彼 此接觸，那么即使可以更好地進行熱交換，也會使廢氣中的粉塵包含 在冷卻水中。因此，使冷卻水的冷卻效率降低。由于第一蒸汽發(fā)生器 10包括多個管1033，所以廢氣和多個管1033之間的接觸面積被最大 化。因此，可以將廢氣的顯熱有效地傳遞到流經(jīng)多個管1033的冷卻水。
同時，廢氣通過廢氣入口 1051進入第一蒸汽發(fā)生器10。廢氣在 第一蒸汽發(fā)生器10中冷卻，同時加熱多個管1033。冷卻的廢氣通過 廢氣出口 1055排出到外部。
如圖2所示，在第一蒸汽發(fā)生器10中，廢氣的進/出方向與冷卻 水的進/出方向相反。也即，第一蒸汽發(fā)生器10是逆流式的。然而， 蒸汽發(fā)生器IO也可以設(shè)計為并流式的，也即，廢氣的進/出方向與冷 卻水的進/出方向相同。
圖3示意性地示出了連接到圖1的用于產(chǎn)生能量的裝置100的一 個用于制造鐵水的裝置800。
如圖3所示，用于制造鐵水的裝置800包括流化床還原反應(yīng)器820、 用于制造壓緊鐵(compacted iron)的裝置830、熔化-氣化爐810、 以及還原氣體供給線840。另外，用于制造鐵水800的裝置還包括高 溫壓力均衡裝置812和細還原鐵(fine reduced iron)儲存箱816。 必要時，用于制造鐵水的裝置800可以包括其他裝置。
如圖3所示，流化床還原反應(yīng)器820包括第一、第二、第三和第 四流化床還原反應(yīng)器824、 825、 826和827。第一、第二、第三和第 四流化床還原反應(yīng)器824、 825、 826和827依次互相連接。來自熔化-氣化爐810的還原氣體通過還原氣體供給線840供給到流化床還原反 應(yīng)器820，由此，流化床還原反應(yīng)器820將鐵礦石還原以提供還原鐵。 第一流化床還原反應(yīng)器824通過還原氣體對所供給的鐵礦石進行預(yù) 熱。第二和第三流化床還原反應(yīng)器825和826對已預(yù)熱的鐵礦石進行 預(yù)還原。另外，第四流化床還原反應(yīng)器827最終將預(yù)還原的鐵礦石還 原以制造細4失礦石。
流化床還原反應(yīng)器820將細還原鐵傳輸?shù)接糜谥圃靿壕o鐵的裝置 830。用于制造壓緊鐵的裝置830將細還原鐵壓緊。如果細還原鐵直接 裝入熔化-氣化爐810，那么細還原鐵會被熔化-氣化爐810中的還原 氣體吹散到外部。另外，如果細還原鐵直接裝入熔化-氣化爐810，那 么熔化-氣化爐810的內(nèi)部空間滲透性會下降。由此，在細還原鐵被用 于制造壓緊鐵的裝置830制成壓緊鐵后，被供給到熔化-氣化爐810。
如圖3所示，用于制造壓緊鐵的裝置830包括儲存箱831、 一對 滾筒833、壓碎機835、以及壓緊鐵儲存箱837。儲存箱831臨時儲存 細還原鐵。細還原鐵從儲存箱831排出，以被這對滾筒833制成條形 壓緊鐵。壓碎機835將壓緊鐵壓碎以被制成合適的大小。被壓碎的壓 緊鐵被儲存在壓緊鐵儲存箱837中。
高溫壓力均衡裝置812將用于制造壓緊鐵的裝置830連接到還原 鐵供給箱816。高溫壓力均衡裝置812控制用于制造壓緊鐵的裝置830 和還原鐵供給箱816之間的壓力，從而將壓緊鐵從用于制造壓緊鐵的 裝置830強行送到還原鐵供給箱816。還原鐵供給箱816儲存壓緊鐵 并將其供給到熔化-氣化爐810。
壓緊鐵被裝入熔化-氣化爐810并在其中熔化。集中碳質(zhì)材料 (lumped carbonaceous material )被裝入溶化-氣化爐810并在其中 形成煤填充床。這里，集中碳質(zhì)材料可以是例如塊煤(lumped coal) 或煤磚(coal briquette )。氧氣被注入熔化-氣化爐810,由此將煤 填充床燃燒，并通過煤填充床的燃燒熱來熔化壓緊鐵。壓緊鐵被熔化 從而制成鐵水，并且排出到外部。
從煤填充床產(chǎn)生的還原氣體通過還原氣體供給線840供給到流化 床還原反應(yīng)器820和還原鐵供給箱816。由此，被供給到還原鐵供給 箱816的壓緊鐵可再次被還原。同時，雖然圖3中沒有示出，但是粗鐵礦石(coarse iron ore )--例如顆l立尺寸等于或大于8mm的4失礦
石——也可被供給到還原鐵供給箱816。
如圖3所示，從第一流化床還原反應(yīng)器824放泄的廢氣通過廢氣 線850排出到外部。雖然第一蒸汽發(fā)生器IO和第一濕式除塵器891安 裝在廢氣線850中并連接到廢氣線，但是它們可以不安裝在廢氣線850 本身中，而是可以僅連接到廢氣線。
廢氣在流經(jīng)第一蒸汽發(fā)生器10 (參見圖1)時被冷卻。也即，雖 然從第一流化床還原反應(yīng)器824排出的廢氣的溫度在4001C到450X:的 范圍內(nèi)，但是在流經(jīng)第一蒸汽發(fā)生器10時接觸冷卻水之后，溫度變?yōu)?200匸到2501C的范圍。如果廢氣的溫度低于200X:，那么包含在廢氣
中的焦油將凝結(jié)為固態(tài)，從而妨礙廢氣的熱傳遞。另外，如果廢氣的
溫度高于250匸，那么廢氣與還原氣體混合，繼而還原氣體的溫度會 上升太高，從而鐵礦石會粘在流化床還原反應(yīng)器820的內(nèi)側(cè)。因此， 廢氣的溫度被控制在上述范圍內(nèi)。
接下來，如圖3所示，廢氣被從第一濕式除塵器891噴出的生產(chǎn) 用水再次冷卻。收集包含在廢氣中的微粒且通過噴水完成粉塵收集的 生產(chǎn)用水回到生產(chǎn)用水儲存箱897。包含在生產(chǎn)用水中的微粒作為與 水混合的泥渣從生產(chǎn)用水儲存箱897排出到外部并被去除。已去除泥 渣的生產(chǎn)用水通過生產(chǎn)用水循環(huán)泵895再次被供給到第一濕式除塵器 891。生產(chǎn)用水循環(huán)泵895連接到生產(chǎn)用水儲存箱897和第一濕式除塵 器891,從而使生產(chǎn)用水在它們之間循環(huán)。
被第一濕式除塵器891冷卻的廢氣被部分地放泄到外部，其余廢 氣與通過廢氣供給線857從熔化-氣化爐810排出的還原氣體混合。焦 油去除器853、氣體壓縮機855、以及氣體重整器880安裝在從廢氣線 850分支出的廢氣供給線857中。焦油去除器853去除包含在廢氣中 的焦油，空氣壓縮機855使廢氣的壓力升高。氣體重整器880從廢氣 中去除對還原氣體的還原能力有負面影響的成分，例如二氧化碳。
如圖3所示，第二蒸汽發(fā)生器12安裝在還原氣體供給線840中， 并連接到還原氣體供給線840。第二蒸汽發(fā)生器12使用從熔化-氣化 爐810排出的廢氣的顯熱將冷卻水轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽。因此，可以降低 流經(jīng)還原氣體供給線840的廢氣溫度。被供給到流化床還原反應(yīng)器820的還原氣體的溫度高，溫度在大約900匸到950"C的范圍內(nèi)。然而，廢 氣的溫度被第二蒸汽發(fā)生器12降低，由此還原氣體的溫度變?yōu)閺?00 1C到800t:的范圍內(nèi)。
同時，如圖3所示，廢氣通過廢氣排出線854從還原鐵供給箱816 排出。第三蒸汽發(fā)生器14安裝在廢氣排出線854中，并且連接到廢氣 排出線854。廢氣被第三蒸汽發(fā)生器14冷卻從而具有從500X:到600 X:范圍內(nèi)的溫度。冷卻的廢氣被第二濕式除塵器893用水凈化。包含 在廢氣中的微粒被生產(chǎn)用水收集，生產(chǎn)用水從第二濕式除塵器893噴 出，繼而作為泥渣從生產(chǎn)用水儲存箱897排出到外部。通過水凈化作 用處理的廢氣被供給到廢氣供給線850,并且被排出到外部或被用作 還原氣體。
如上所述，生產(chǎn)用水循環(huán)泵895和氣體壓縮機855可以被使用廢 氣的顯熱從蒸汽發(fā)生器10、 12和14產(chǎn)生的高壓蒸汽操作。因此，可 以使用于制造鐵水的裝置800的能量使用量最小化。
圖4示意性地示出了連接到圖1的用于產(chǎn)生能量的裝置的另一個 用于制造鐵水的裝置900。由于圖4的用于制造鐵水的裝置900的結(jié) 構(gòu)與圖3的用于制造鐵水的裝置800的結(jié)構(gòu)相似，所以相同的元件以 相同的參考數(shù)字表示，并且省略對其詳細說明。
如圖4所示，在使用填充床還原反應(yīng)器922制成還原鐵之后，還 原鐵被裝入熔化-氣化爐810中，并被制成鐵水。集中碳質(zhì)材料被裝入 熔化-氣化爐810中，在其中形成煤填充床，并且還原氣體被從中排出。 還原氣體通過還原氣體供給線840供給到填充床還原反應(yīng)器922，由 此將鐵礦石轉(zhuǎn)化為還原鐵。
廢氣通過廢氣線950從填充床還原反應(yīng)器922中排出。第一蒸汽 發(fā)生器IO安裝在廢氣線950中。第一蒸汽發(fā)生器IO通過吸收廢氣的 顯熱產(chǎn)生高壓蒸汽。另外，可以使用從熔化-氣化爐810排出的廢氣的 顯熱在第二蒸汽發(fā)生器12中產(chǎn)生高壓蒸汽。因此，另一個用于制造鐵 水的裝置900連接到圖1的用于產(chǎn)生能量的裝置100，由此減少能量 的使用量。
圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的用于產(chǎn)生能量 的裝置200。由于圖5的用于產(chǎn)生能量的裝置200的結(jié)構(gòu)與圖1的用于產(chǎn)生能量的裝置100的結(jié)構(gòu)相同，所以相同的參考數(shù)字表示相同的 元件，并且省略對其詳細說明。另外，圖5的用于產(chǎn)生能量的裝置200 可以用于分別連接到圖3和4的用于制造鐵水的裝置100和200。
如圖5所示，用于產(chǎn)生能量的裝置200包括以并聯(lián)方式彼此連接 的多個蒸汽渦輪機32、 34和36。這里，多個蒸汽渦輪機32、 34和36 包括第一、第二和第三蒸汽渦輪機32、 34和36。因此，蒸汽渦輪機 32、 34和36是小型的，由此使能量的產(chǎn)生最大化。
示例性實施例
將參照下文的示例性實施例對本發(fā)明進行詳細闡釋。該示例性實 例僅為了說明本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于此。
使用與圖1的用于制造鐵水的裝置結(jié)構(gòu)相同的、用于制造鐵水的 裝置來吸收廢氣的顯熱。被吸收的廢氣顯熱用在與圖2的用于產(chǎn)生能 量的裝置結(jié)構(gòu)相同的、用于產(chǎn)生能量的裝置中。在使用該用于產(chǎn)生能 量的裝置之前，用在用于制造鐵水的裝置中的能量的量為每l噸鐵 水4945Mcal/tHm。
測量在用于制造鐵水的裝置中制造鐵水時所獲得的廢氣顯熱。該 顯熱由從熔化-氣化爐、從流化床還原反應(yīng)器、以及從壓緊鐵供給箱中 排出的廢氣測得。從熔化-氣化爐中排出的廢氣的顯熱為每噸鐵水 58Mcal/tHm,從流化床還原反應(yīng)器中排出的廢氣的顯熱為每噸鐵水 111Mcal/tHm。另外，從還原鐵供給箱中排出的廢氣的顯熱為每噸鐵水 22Mcal/tHm。
上述廢氣的顯熱的總量為每噸鐵水291Mcal/tHm。通過吸收來自 該用于產(chǎn)生能量的裝置的上述總顯熱來發(fā)電。結(jié)果，用在用于制造鐵 水的裝置中的能量的量為每噸鐵水4652Mcal/tHm。因此，通過使用該 用于產(chǎn)生能量的裝置，每噸鐵水可以減少293Mcal/tHm的能耗。也即， 通過使用該用于產(chǎn)生能量的裝置，減少了6%的能耗。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生能量的方法，該方法包括提供從用于制造鐵水的裝置中排出的廢氣，所述用于制造鐵水的裝置包括提供由鐵礦石還原而成的還原鐵的還原反應(yīng)器，和將還原鐵熔化以制造鐵水的熔化-氣化爐；通過使冷卻水接觸廢氣，將冷卻水轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽；以及通過將高壓蒸汽供給到至少一個蒸汽渦輪機并使蒸汽渦輪機轉(zhuǎn)動，由蒸汽渦輪機產(chǎn)生能量。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中在還原反應(yīng)器中還原鐵礦石之后，所 述廢氣被排出，并且其中，在提供廢氣的情形下，所述還原反應(yīng)器為 填充床還原反應(yīng)器或流化床還原反應(yīng)器。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中，在提供廢氣的情形下，所述廢氣從 熔化-氣化爐中排出。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中用于制造鐵水的裝置還包括將在還原 反應(yīng)器中還原的還原鐵供給到熔化-氣化爐的還原鐵供給箱，所述還原 鐵供給箱連接到還原反應(yīng)器和熔化-氣化爐，并且其中，在提供廢氣的 情形下，所述廢氣從還原鐵供給箱中排出。
5. 權(quán)利要求1的方法，其中在將冷卻水轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽的過程中， 在所述廢氣接觸冷卻水之后，廢氣的溫度在2001C到250X:的范圍內(nèi)。
6. 權(quán)利要求1的方法，其中在將冷卻水轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽的過程中， 所述冷卻水間接地與廢氣接觸。
7. 權(quán)利要求1的方法，其中在產(chǎn)生能量的過程中，被供給到蒸汽 渦輪機的高壓蒸汽的壓力等于或大于40bar. g。
8. 權(quán)利要求1的方法，還包括提供從被高壓蒸汽轉(zhuǎn)動的蒸汽渦輪機中排出的低壓蒸汽； 通過冷卻低壓蒸汽來提供冷卻水；以及 將冷卻水供給到廢氣，其中在產(chǎn)生能量的過程中產(chǎn)生的能量用于將冷卻水供給到廢氣。
9. 權(quán)利要求1的方法，還包括 將生產(chǎn)用水供給到已與冷卻水接觸過的廢氣； 使用生產(chǎn)用水，通過噴水來從廢氣中收集粉塵；以及當生產(chǎn)用水已通過噴水完成粉塵收集后，抽回生產(chǎn)用水， 其中在產(chǎn)生能量的過程中產(chǎn)生的能量用于將生產(chǎn)用水供給到廢氣。
10. 權(quán)利要求i的方法，還包括壓縮已與冷卻水接觸過的廢氣，并且其中在產(chǎn)生能量的過程中產(chǎn)生的能量用于壓縮廢氣。
11. 權(quán)利要求l的方法，還包括提供低壓蒸汽，所述低壓蒸汽從被高壓蒸汽轉(zhuǎn)動的蒸汽渦輪機中排出；通過冷卻低壓蒸汽來提供冷卻水； 使冷卻水分流；將分流的冷卻水加熱，使其轉(zhuǎn)化為過剩高壓蒸汽；以及 將過剩高壓蒸汽供給到蒸汽渦輪機。
12. 權(quán)利要求1的方法，還包括儲存高壓蒸汽。
13. 權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個蒸汽渦輪機包括多個在 產(chǎn)生能量的過程中以并聯(lián)方式彼此連接的蒸汽渦輪機。
14. 用于產(chǎn)生能量的裝置，包括冷卻水儲存箱，其供給冷卻水；蒸汽發(fā)生器，其通過使冷卻水接觸從用于制造鐵水的裝置中排出 的廢氣，將冷卻水轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽，所述用于制造鐵水的裝置包括水的熔化-氣化爐；以及至少一個蒸汽渦輪機，其連接到蒸汽發(fā)生器，所述蒸汽渦輪機被 從蒸汽發(fā)生器供給的高壓蒸汽轉(zhuǎn)動從而產(chǎn)生能量。
15. 權(quán)利要求14的裝置，其中所述蒸汽發(fā)生器包括多個有冷卻水 流經(jīng)的管，并且其中廢氣接觸所述多個管的外表面。
16. 權(quán)利要求14的裝置，其中在還原反應(yīng)器中還原鐵礦石之后， 廢氣被排出，其中用于制造鐵水的裝置還包括有廢氣流經(jīng)的廢氣線，所述廢氣 線連接到還原反應(yīng)器，其中還原反應(yīng)器為流化床還原反應(yīng)器或填充床還原反應(yīng)器，以及 其中蒸汽發(fā)生器連接到廢氣線。
17. 權(quán)利要求16的裝置，其中用于制造鐵水的裝置還包括安裝在 從廢氣線分支而出的廢氣供給線中的氣體壓縮機，以及其中蒸汽渦輪機連接到空氣壓縮機從而向氣體壓縮機供給動力。
18. 權(quán)利要求13的裝置，其中廢氣從熔化-氣化爐中排出， 其中用于制造鐵水的裝置還包括有廢氣流經(jīng)的還原氣體供給線，所述還原氣體供給線連接到熔化-氣化爐，以及 其中蒸汽發(fā)生器連接到還原氣體供給線。
19. 權(quán)利要求14的裝置，其中用于制造鐵水的裝置還包括 將還原反應(yīng)器連接到熔化-氣化爐的還原鐵供給箱，所述還原鐵供給箱將在還原反應(yīng)器中還原的還原鐵供給到熔化-氣化爐；以及 廢氣排出線，其將廢氣從還原鐵供給箱中排出， 其中蒸汽發(fā)生器連接到廢氣排出線。
20. 權(quán)利要求14的裝置，其中在接觸冷卻水之后，廢氣的溫度在 220"C到2501C的范圍內(nèi)。
21. 權(quán)利要求14的裝置，其中被供給到蒸汽渦輪機的高壓蒸汽的 壓力等于或大于40bar. g。
22. 權(quán)利要求14的裝置，還包括冷凝器，其將從蒸汽渦輪機中排出的低壓蒸汽冷卻，從而將低壓蒸汽轉(zhuǎn)化為冷卻水；以及連接到冷凝器的冷卻水循環(huán)泵，其將冷卻水供給到蒸汽發(fā)生器， 其中蒸汽渦輪機連接到冷卻水循環(huán)泵，從而將動力傳遞到冷卻水循環(huán)泵。
23. 權(quán)利要求14的裝置，其中用于制造鐵水的裝置還包括 濕式除塵器，其通過噴水來收集包含在廢氣中的粉塵；生產(chǎn)用水儲存箱，其連接到濕式除塵器以將生產(chǎn)用水供給到濕式 除塵器，并當生產(chǎn)用水已通過噴水完成粉塵收集時將生產(chǎn)用水抽回； 以及生產(chǎn)用水循環(huán)泵，其連接到生產(chǎn)用水儲存箱和濕式除塵器，所述 生產(chǎn)用水循環(huán)泵使生產(chǎn)用水在生產(chǎn)用水儲存箱和濕式除塵器之間循 環(huán)，其中蒸汽渦輪機連接到生產(chǎn)用水循環(huán)泵，從而將動力傳遞到生產(chǎn)用水循環(huán)泵。
24. 權(quán)利要求14的裝置，還包括過剩蒸汽發(fā)生器，其對從被供給 到蒸汽發(fā)生器的冷卻水分流的冷卻水進行加熱從而將分流的冷卻水轉(zhuǎn) 化為過剩高壓蒸汽，并將過剩高壓蒸汽供給到蒸汽渦輪機。
25. 權(quán)利要求14的裝置，還包括蒸汽儲存箱，其將蒸汽發(fā)生器連 接到蒸汽渦輪機，并儲存由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的高壓蒸汽。
26. 權(quán)利要求14的裝置，其中所述至少一個蒸汽渦輪機包括多個 以并聯(lián)方式連接到彼此的蒸汽渦輪機。
全文摘要
提供了一種用于在鐵水制造過程中使用廢氣的顯熱產(chǎn)生能量的裝置以及一種使用該裝置產(chǎn)生能量的方法。該用于產(chǎn)生能量的方法包括i)提供從用于制造鐵水的裝置中排出的廢氣，所述用于制造鐵水的裝置包括提供由鐵礦石還原而成的還原鐵的還原反應(yīng)器，和將還原鐵熔化以制造鐵水的熔化-氣化爐；ii)通過使冷卻水接觸廢氣，將冷卻水轉(zhuǎn)化為高壓蒸汽；以及iii)通過將高壓蒸汽供給到至少一個蒸汽渦輪機并使蒸汽渦輪機轉(zhuǎn)動，由蒸汽渦輪機產(chǎn)生能量。
文檔編號C21B13/06GK101568649SQ200780046568
公開日2009年10月28日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者R·米爾納, 周相勳, 樸珉哲, 申明均, 金常鉉 申請人:Posco公司;西門子Vai金屬技術(shù)兩合公司