空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置及其方法
【专利摘要】本发明提供了一种空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置，包括变压吸附装置（5），与所述变压吸附装置（5）连接的第一热风炉（8）和第二热风炉（12），设置在所述变压吸附装置（5）前端管道上的空气过滤器（15）和空缩机（16），并联在所述变压吸附装置（5）和所述空缩机（16）之间的空气换热器（29），及煤气热管换热器（31）。本发明还提供了一种空气变压吸附富氧提高热风炉风温的方法。本发明提供的一种空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置及其方法，利用变压吸附得到的富氧空气与掺混有转炉煤气的高炉煤气高效燃烧，提高热风炉的风温，降低了燃料的消耗，减少了烟气生成量，提高了热风炉的热效率。
【专利说明】空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于炼铁热风炉节能【技术领域】，特别涉及ー种空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置及其方法。
【背景技术】
[0002]资源、能源与环境问题已经成为制约其快速发展的瓶颈。节能降耗、減少排放是企业科学技术进步和可持续发展的必然选择。通常用空气含氧量高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧；变压吸附是根据混合物中不同的吸附质在吸附剂上的吸附量不同、以及同一吸附质在吸附剂上的吸附量随着吸附质的分压不同而变化的原理而设计的物质分离过程。综合应用富氧燃烧、变压吸附等技术可实现钢铁生产过程中的节能减排。
[0003]热风炉是高炉的附属设备，其产生的高温热风供高炉使用，高炉煤气和转炉煤气均为钢铁企业的副产煤气，充分利用副产煤气资源是进ー步降低钢铁生产能耗的重要途径。而使用単一的高炉煤气无法实现高风温，必须采用高温预热空气和煤气的方法。利用高炉煤气掺烧转炉煤气可提高理论燃烧温度，提高风温。同时，但为了降低生产成本，需要降低转炉煤气的掺烧比例，在此情况下，要得到较高的风温比较困难。`
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高热风炉风温、降低燃料消耗的空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置及其方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供了一种空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置，包括用于变压吸附空气提取氧气的变压吸附装置，与所述变压吸附装置连接的第一热风炉和第二热风炉，设置在所述变压吸附装置前的管道上用于对空气进行过滤和压缩的空气过滤器和空缩机，与所述第一热风炉和第二热风炉及所述空气过滤器连接的鼓风机，并联在所述变压吸附装置和所述空缩机之间的空气换热器，及一端连接所述空气换热器、另一端连接所述第一热风炉和所述第二热风炉、用于对混合煤气预热的煤气热管换热器。
[0006]进ー步地，所述变压吸附装置包括第一吸附罐、第二吸附罐、及与所述第一吸附罐和所述第二吸附罐管道连接的真空泵。
[0007]进ー步地，所述煤气热管换热器连接有用于将高炉煤气和转炉煤气按比例混合成所述混合煤气的煤气输配器。
[0008]本发明还提供了一种空气变压吸附富氧提高热风炉风温的方法，包括如下步骤:
[0009]I)来自所述鼓风机的一部分空气，经过滤和压缩后、再经所述空气换热器与来自所述第一热风炉和所述第二热风炉的高温烟气换热干燥、最后经所述变压吸附装置升压吸附和抽空过程提取氧气，所述氧气与来自所述鼓风机的另一部分空气混合得到富氧空气，所述富氧空气进入所述第一热风炉和所述第二热风炉；
[0010]2)高炉煤气与转炉煤气的混合煤气经过所述煤气热管换热器，与来自所述第一热风炉和所述第二热风炉的高温烟气换热得到高温混合煤气，所述高温混合煤气进入所述第一热风炉和所述第二热风炉燃烧；
[0011]3)在所述第一热风炉或所述第二热风炉的燃烧期，所述富氧空气的一部分与所述高温混合煤气在所述第一热风炉或所述第二热风炉内混合燃烧，产生的高温烟气在所述第二热风炉或所述第一热风炉的送风期将所述富氧空气的另一部分加热成高温富氧空气，所述高温富氧空气从所述第二热风炉或所述第一热风炉送风到高炉供高炉使用。
[0012]进ー步地，所述第一热风炉或所述第二热风炉的燃烧期与送风期交替进行，即所述第一热风炉处于燃烧期，则所述第二热风炉处于送风期，所述第一热风炉处于送风期，则所述第二热风炉处于燃烧期。
[0013]进ー步地，所述高温烟气从所述第一热风炉和所述第二热风炉排出后，经过所述煤气热管换热器预热所述混合煤气，再经过所述空气换热器干燥所述压缩后的空气。
[0014]进ー步地，所述变压吸附装置的变压吸附和抽空过程是所述变压吸附装置中的第一吸附罐和第二吸附罐的升压吸附和抽空周期性交替进行的过程。
[0015]进ー步地，所述富氧空气中氧气的体积百分比为23%~33%。
[0016]进ー步地，所述高炉煤气与转炉煤气的混合煤气中转炉煤气的体积百分比为5% ~10% o
[0017]本发明提供的空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置及其方法，具有如下优点:
[0018]1、可在不预热助燃空气的情况下提高理论燃烧温度，提高风温
[0019]在燃料结构不变情况下，仅预热掺混有转炉煤气的高炉煤气并采用富氧空气促使混合煤气燃烧，实现了高风温，与不采用富氧空气燃烧的情况相比，可提高风温50~100。。。
[0020]2、减少烟气生成量，提高热风炉热效率
[0021]由于助燃空气是富氧空气，故能減少等量煤气燃烧所需的助燃空气的量，并且由于是富氧燃烧，能够使煤气燃烧充分，減少烟气的生成量，从而減少了相同排烟温度的情况下烟气带出的热量，提高了热风炉的热效率。
[0022]3、富氧热风，降低焦炭消耗
[0023]由于变压吸附得到的富氧空气既为热风炉中的煤气燃烧提供助燃空气，同时又经过热风炉加热后为高炉提供高温的富氧热风，故在所需氧耗相同情况下，能大大减少高炉炼铁所需的热风，从而降低了高炉炼铁中焦炭的消耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例提供的空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置的结构示意图。`
[0025]图2为本发明实施例提供的空气变压吸附富氧提高热风炉风温的方法的流程图。【具体实施方式】
[0026]參见图1，本发明实施例提供的一种空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置，包括用于变压吸附空气提取氧气的变压吸附装置5，与变压吸附装置5连接的第一热风炉8和第二热风炉12，设置在变压吸附装置5前端管道上用于对空气进行过滤和压缩的空气过滤器15和空缩机16，与第一热风炉8和第二热风炉12及空气过滤器15连接的鼓风机1，并联在变压吸附装置5和空缩机16之间的空气换热器29，及一端连接空气换热器29、另一端连接第一热风炉8和第二热风炉12、用于对煤气预热的煤气热管换热器31。
[0027]其中，变压吸附装置5包括第一吸附罐2、第二吸附罐26、及与第一吸附罐2和第二吸附罐26管道连接的真空泵30。
[0028]其中，煤气热管换热器31连接有用于将高炉煤气和转炉煤气按比例混合成混合煤气的煤气输配器32。
[0029]參见图2，本发明实施例提供的一种空气变压吸附富氧提高热风炉风温的方法，包括如下步骤:
[0030]I)来自鼓风机I的一部分空气，经过滤和压缩后、再经空气换热器29与来自第一热风炉8和第二热风炉12的高温烟气换热干燥、最后经变压吸附装置5升压吸附和抽空过程提取氧气，提取的氧气与来自鼓风机I的另一部分空气混合得到富氧空气，富氧空气进入第一热风炉8和第二热风炉12 ;其中，富氧空气中氧气`体积百分比为23%~33%。
[0031]2)高炉煤气与转炉煤气经煤气输配器32掺混后的混合煤气经过煤气热管换热器31，与来自第一热风炉8和第二热风炉12的高温烟气换热得到高温混合煤气，高温混合煤气进入第一热风炉8和第二热风炉12燃烧；其中，高炉煤气与转炉煤气的混合煤气中转炉煤气的体积百分比为5%~10%。高炉煤气掺混转炉煤气，并在煤气热管换热器31中经高温烟气预热升温，得到的高温混合煤气燃烧，不仅能够充分利用钢铁冶炼中的副产煤气资源降低钢铁生产的能耗，同时还能够利用高炉煤气掺烧转炉煤气提高热风炉的理论燃烧温度，提高热风炉的风温。
[0032]3)在第一热风炉8或第二热风炉12的燃烧期，富氧空气的一部分与高温混合煤气在第一热风炉8或第二热风炉12内混合燃烧，产生的高温烟气在第二热风炉12或第一热风炉8的送风期将富氧空气的另一部分加热成高温富氧空气，高温富氧空气从第二热风炉12或第一热风炉8送风到高炉供高炉使用。由于是氧含量能达到23%~33%的富氧空气參与燃烧，不仅能够减少助燃空气的消耗量，并且能使混合煤气更充分燃烧减少烟气的生成量，降低煤气消耗，同时还能够提高热风炉内燃烧的强度和温度，能够进ー步提高热风炉的风温。又由于从第二热风炉12和第一热风炉8送风到高炉供高炉使用的是高温的富氧空气，故在所需氧耗相同情况下，能大大減少高炉炼铁所需的热风，从而降低了高炉炼铁中焦炭的消耗，节约了资源。`
[0033]其中，第一热风炉8或第二热风炉12的燃烧期与送风期交替进行，即当第一热风炉8处于燃烧期，则第二热风炉12处于送风期，当第一热风炉8处于送风期，则第二热风炉12处于燃烧期。
[0034]其中，高温烟气从第一热风炉8和第二热风炉12排出后，经过煤气热管换热器31预热混合煤气，再经过空气换热器29干燥经压缩后的空气。充分利用热风炉产生的高温烟气，做到了节约资源，节能降耗。
[0035]其中，变压吸附装置5的变压吸附和抽空过程是第一吸附罐2和第二吸附罐26的升压吸附和抽空周期性交替进行的过程。
[0036]本发明实施例提供的空气变压吸附富氧提高热风炉风温的过程具体如下:
[0037]来自鼓风机I的体积百分比15%~35%的空气经过次管道空气调节阀14，进入空气过滤器15过滤，除去其中的杂质，然后由空缩机16压缩为200~400kPa的压缩空气，压缩空气再经空气换热器29与来自第一热风炉8和第二热风炉12的高温烟气换热干燥后进入变压吸附装置5。压缩空气也可以直接经过空气截止阀21进入变压吸附装置5，在变压吸附装置5的第一吸附罐2和第二吸附罐26内周期性地交替进行升压吸附或抽空清洗过程，从压缩空气中提取氧气。
[0038]以第一吸附罐2的吸附和第二吸附罐26的抽空作为ー个周期为例:第一罐前阀22、第一罐后阀3和第二抽空阀24处于开启状态，第一抽空阀23、第二罐前阀27和第二罐后阀25处于关闭状态，进入变压吸附装置5的压缩空气，经第一罐前阀22控制进入第一吸附罐2升压吸附后从第一罐后阀3排出分离出的氧气，同吋，第二吸附罐26内上一周期吸附后产生的氮气经第二抽空阀24由真空泵30抽空排出。
[0039]在下一周期，第一吸附罐2进行抽空过程，而第二吸附罐26进行升压吸附过程。此时，第一罐前阀22、第一罐后阀3和第二抽空阀24处于关闭状态，第一抽空阀23、第二罐前阀27和第二罐后阀25处于开启状态，进入变压吸附装置5的压缩空气，经第二罐前阀27控制进入第二吸附罐26升压吸附后从第二罐后阀25排出分离出的氧气，同时，第一吸附罐2内上一周期吸附后产生的氮气经第一抽空阀23由真空泵30抽空排出。
[0040]高炉煤气与转炉煤气通过煤气输配器32掺混成转炉煤气体积百分比为5%~10%的混合煤气，混合煤气经过煤气热管换热器31，与来自第一热风炉8和第二热风炉12的高温烟气换热得到高温混合煤气，高温混合煤气进入第一热风炉8和第二热风炉12燃烧。
[0041]第一热风炉8和第二热风炉12周期性的处于交替燃烧和送风过程，即当第一热风炉8处于燃烧期，则第二热风炉12处于送风期，当第一热风炉8处于送风期，则第二热风炉12处于燃烧期。
[0042]在第一热风炉8处于燃烧和第二热风炉12处于送风的周期过程中，第一热风炉助燃空气阀6、第一热风炉煤气阀7和第一热风炉烟道阀28开启，第一热风炉冷风阀18关闭；来自鼓风机I的65%~85%的空气经过主管道空气调节阀4后与来自变压吸附装置5的氧气混合成氧气浓度为23%~33%的富氧空气，一部分富氧空气经第一热风炉助燃空气阀6，与经过第一热风炉煤气阀7的高温混合煤气进入第一热风炉8内混合燃烧，燃烧产生的热量传递给第一热风炉8内的格子砖。另一 部分富氧空气经过第二热风炉冷风阀19进入第二热风炉12内，第二热风炉12内的吸收了上一周期燃烧产生的热量的格子砖，将进入第二热风炉12的富氧空气加热为高温富氧空气，高温富氧空气由第二热风炉热风出口 13送到高炉供高炉使用。第一热风炉8排放的高温烟气经第一热风炉烟道阀28后，进入煤气热管换热器31加热混合煤气，再进入空气换热器29加热干燥压缩空气，最后经烟? 17排出。
[0043]在第一热风炉8处于送风和第二热风炉12处于燃烧的周期过程中，第二热风炉助燃空气阀10、第二热风炉煤气阀11和第二热风炉烟道阀20开启，第二热风炉冷风阀19关闭；来自鼓风机I的65%~85%的空气经过主管道空气调节阀4后与来自变压吸附装置5的氧气混合成氧气浓度为23%~33%的富氧空气，一部分富氧空气经第二热风炉助燃空气阀10，与经过第二热风炉煤气阀11的高温混合煤气进入第二热风炉12内混合燃烧，燃烧产生的热量传递给第二热风炉12内的格子砖。另一部分富氧空气经过第一热风炉冷风阀18进入第一热风炉8内，第一热风炉8内的吸收了上一周期燃烧产生的热量的格子砖，将进入第一热风炉8的富氧空气加热为高温富氧空气，高温富氧空气由第一热风炉热风出口 9送到高炉供高炉使用。第二热风炉12排放的高温烟气经过第二热风炉烟道阀20后，进入煤气热管换热器31加热混合煤气，再进入空气换热器29加热干燥压缩空气，最后经烟囱17排出。
[0044]本发明实施例提供的空气变压吸附富氧提高热风炉风温的过程中空气參数的控制要求如表I所示。通过表I中空气參数的控制，可有效实现空气变压吸附富氧提高风温和富氧鼓风。
[0045]表I空气參数的控制要求
【权利要求】
1.一种空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置，其特征在于:包括用于变压吸附空气提取氧气的变压吸附装置(5)，与所述变压吸附装置(5)连接的第一热风炉(8)和第二热风炉(12 )，设置在所述变压吸附装置(5 )前端管道上用于对空气进行过滤和压缩的空气过滤器(15)和空缩机(16)，与所述第一热风炉(8)和第二热风炉(12)及所述空气过滤器(15)连接的鼓风机(1)，并联在所述变压吸附装置(5)和所述空缩机(16)之间的空气换热器(29)，及一端连接所述空气换热器(29)、另一端连接所述第一热风炉(8)和所述第二热风炉(12)、用于对混合煤气预热的煤气热管换热器(31)。
2.根据权利要求1所述的空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置，其特征在于:所述变压吸附装置(5)包括第一吸附罐(2)、第二吸附罐(26)、及与所述第一吸附罐(2)和所述第二吸附罐(26)管道连接的真空泵(30)。
3.根据权利要求1所述的空气变压吸附富氧提高热风炉风温的装置，其特征在于:所述煤气热管换热器(31)连接有用于将高炉煤气和转炉煤气按比例混合成所述混合煤气的煤气输配器(32)。
4.一种利用权利要求1所述装置提高热风炉风温的方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)来自所述鼓风机(I)的一部分空气经过滤和压缩后、再经所述空气换热器(29)与来自所述第一热风炉(8)和所述第二热风炉(12)的高温烟气换热干燥、最后经所述变压吸附装置(5)升压吸附和抽空过程提取氧气，所述氧气与来自所述鼓风机(I)的另一部分空气混合得到富氧空气，所述富氧空气进入所述第一热风炉(8)和所述第二热风炉(12)； 2)高炉煤气与转炉煤气的混合煤气经过所述煤气热管换热器(31)，与来自所述第一热风炉(8)和所述第二热风炉(12)的高温烟气换热得到高温混合煤气，所述高温混合煤气进入所述第一热风炉(8)和所述第二热风炉(12)燃烧； 3)在所述第一热风炉(8)或所述第二热风炉(12)的燃烧期，所述富氧空气的一部分与所述高温混合煤气在所述第一热风炉(8)或所述第二热风炉(12)内混合燃烧，产生的高温烟气在所述第二热风炉(12)或所述第一热风炉(8)的送风期将所述富氧空气的另一部分加热成高温富氧空气，所述高温富氧空气从所述第二热风炉(12)或所述第一热风炉(8)送风到闻炉供闻炉使用。
5.根据权利要求4所述的提高热风炉风温的方法，其特征在于:所述第一热风炉(8)或所述第二热风炉(12)的燃烧期与送风期交替进行，即所述第一热风炉(8)处于燃烧期，则所述第二热风炉(12)处于送风期；所述第一热风炉(8)处于送风期，则所述第二热风炉(12)处于燃烧期。
6.根据权利要求4所述的提高热风炉风温的方法，其特征在于:所述高温烟气从所述第一热风炉(8)和所述第二热风炉(12)排出后，经过所述煤气热管换热器(31)预热所述混合煤气，再经过所述空气换热器(29 )干燥所述压缩后的空气。
7.根据权利要求4所述的提高热风炉风温的方法，其特征在于:所述变压吸附装置(5)的变压吸附和抽空过程是所述变压吸附装置(5)中的第一吸附罐(2)和第二吸附罐(26)的升压吸附和抽空周期性交替进行的过程。
8.根据权利要求4所述的提高热风炉风温的方法，其特征在于:所述富氧空气中氧气的体积百分比为23%~33%。
9.根据权利要求4所述的提高热风炉风温的方法，其特征在于:所述高炉煤气与转炉煤气的混合煤气中转炉煤气的体积百分比为5%-10%。
【文档编号】C21B9/00GK103451340SQ201310373869
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】陈冠军, 张卫东, 胡雄光, 蔡景春, 郑敬先 申请人:首钢总公司