用于在材料的热处理中降低炉子的废气中的氧化氮的排放量的方法和根据此方法运行的炉子的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在材料的热处理中降低在炉子的废气中的氧化氮的排放量的方法和根据该方法运行的炉子。在用于在至少间接存在氧和氮的材料的热处理中，特别是在电弧炉中熔化含铁的原材料时，降低在炉子的废气（OG）中的氧化氮的排放量的方法中，和在根据该方法运行的炉子中，向废气（OG）供给起还原作用的和/或在竞争反应中与氧反应的试剂（A）。
【专利说明】用于在材料的热处理中降低炉子的废气中的氧化氮的排放量的方法和根据此方法运行的炉子
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在至少间接存在氧和氮的材料的热处理中，特别是在电弧炉中熔化含铁的原材料时，降低在炉子的废气中的氧化氮的排放量的方法。此外本发明还涉及一种以该方法运行的炉子。
【背景技术】
[0002]在至少间接存在氧和氮的材料的热处理中，例如在电弧炉中熔化废钢、DRI(Direct Reduced Iron直接还原铁)或HBI (Hot Briquetted Iron热压铁块)时，在温度超过1000°C时形成氧化氮N0X。因此这种所谓的热氧化氮NOx的产生既可以直接地在炉容器中自身进行，当由炉容器排出的废气在高温下混合周围空气时，也可以在废气中发生，这正如是例如在电弧炉中的情况。换句话说:在热处理中至少间接地、即至少在废气中在高温下存在氧和氮，以使产生热的氧化氮NOx并且到达周围环境中。这些氧化氮NOx是对环境有害和有毒的气体，这些气体不但直接危及健康，而且此外作为引起温室效应气体导致地球温室效应，这样出于环境保护的原因，应尽量避免在技术过程中产生的氧化氮的排放。
【发明内容】
[0003]因此本发明的目的在于，提出一种用于降低在废气中的氧化氮的排放量的方法，该废气是在过程中产生的，在该过程中至少间接地存在氧和氮的材料在炉子中在高温下被热处理。此外本发明的目的在于提出一种以该方法运行的炉子。
[0004]关于该方法上述目的通过一种具有权利要求1的特征的方法来实现。在该方法中向废气供给至少一种起还原作用的和/或至少一种在竞争反应中与氧气反应的试剂。在这两种情况下在废气中一起运送的、或者在废气中在高温下直接在炉子后由供给空气或者氧气而产生的氧化物要么被还原要么通过在竞争反应中分解氧气使化学平衡移向不利于氧化氮的产生。通过这种试剂的配量，该试剂涉及一种材料或者不同材料的混合料，因此使氧化物的排放量明显减少。
[0005]该方法特别适用于废气的处理，该废气是在废金属熔化中在电弧炉中产生的。基本上该方法还适用于其他金属的或非金属的材料在其中经受超过500°C温度的热处理过程中的废气处理。这些是，例如在炼钢时得到使用的炉子，例如LD转炉、钢包精炼炉、冷铸模、再加热炉或高炉。同样该方法可应用于废气的处理，该废气在烧结炉中、在轧钢机中在钢锭的再加热中产生或者在所谓的钟罩式退火炉中产生，在该钟罩式退火炉中例如生产陶瓷材料。同样该方法可应用于水泥工业、燃煤电厂、化工厂和石油及天然气工业。
[0006]对此补充地，该试剂也可附加地直接导入炉子的炉容器中。
[0007]优选地，将来自C、Na、Mg、Al、S1、Ca、T1、Cr、Mn、N1、Cu、Zn 和 Pb 的组中的至少一种元素以单质的形式或以与该组的另一种元素化合的形式作为试剂供给。
[0008]对此可替代地或是补充地，也可供给氢气H2、一氧化碳CO、甲烷CH4或尿素CO (NH) 2或这些气体的混合气。这些元素或气体作为用于一氧化氮NO和一氧化二氮N2O的还原剂而起作用，这是因为一氧化氮NO和一氧化二氮N2O与该元素或气体中的一种的还原反应的吉布斯自由能在特别是在1000与2000°C之间的相关温度范围中是负的，其中该还原反应也是在没有催化剂的情况下发生的。在图1和图2中示例性地描述了在温度T下的用于所选取的还原反应的以KJ/molN()或KJ/mol.为单位的吉布斯自由能g (吉布斯能或自由洽)。
[0009]此外元素C、Na、Mg、Al、S1、Ca、T1、Cr、Mn、N1、Cu、Zn和Pb在与氧的竞争反应中被氧化，并以这种方式使化学平衡向不利于氧化氮NOx形成地移动。同样为了与氧气的竞争反应，吉布斯自由能在1000与2000°C之间的有利温度范围中是负的，这正如在图3中可以得出。
[0010]此外在一个优选的设计方案中，当向该废气供给附加的具有催化作用的固体材料，特别是灰尘、沙子、钾K、钠Na、铁Fe、钙Ca或一氧化钙CaO时，该反应被催化加速。
[0011]在本发明的另一个有利的设计方案中，测量废气中氧化物的含量，并且接着根据该废气的含量在废气的流动方向上，看特别是在取样位置之后来配量试剂。
[0012]对此可替代地或是补充地，也可测量废气中氢气H2、一氧化碳CO、甲烷CH4或尿素CO(NH)2的含量，当废气中的该含量低于预定值或氧化氮的含量高于对于每一种氧化氮的预定值时，则根据该废气的含量在废气的流动方向上看特别是在取样位置之后尤其会配量试剂。
[0013]在本发明的另一个设计方案中，此外当温度超过预定值、优选的是500°C、特别是1000°C时，则才会进行试剂的配量，因为接着反应动力会加速并且反应会以特别高的速度发生。
[0014]关于炉子，该目的根据本发明通过具有权利要求10的特征的炉子来实现。该炉子的有利的设计方案在排在该权利要求后面的从属权利要求中给出。此外关于该炉子的权利要求的优点按意义地与分别对应的方法权利要求所给出的优点相对应。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]本发明的其他说明可参考附图。其示出:
[0016]图1和图2分别是图表，在该图表中描述用于根据本发明所使用的试剂在温度T下与氧化氮反应的吉布斯自由能g，
[0017]图3是一个图表，在该图表中描述用于根据本发明所使用的试剂在温度T下与氧反应的吉布斯自由能g，
[0018]图4是根据本发明的炉子的示意图。
【具体实施方式】
[0019]根据图4，用于材料的热处理的炉子例如涉及电弧炉，其包括炉容器2，在该容器中含铁的原材料，例如废钢、DRI或HBI，通过在电极4和废钢之间燃烧的电弧来熔化，其中通过熔融物6形成熔渣层8。借助矛杆10在炉容器2中加入用于熔化过程的添加剂，例如氧0或碳C。
[0020]在熔化中产生的废气OG通过连接在炉子容器2上的废气管12导出，并且为了除尘而导入在该图中没有示出的旋涡除尘器中。废气管12包括套管14，该套管在保留环形间隙15下通向主管16中。通过环形间隙15吸入外界空气A，该外界空气导入用于燃尽在废气OG中一同运送的的材料。
[0021]在高温下由于存在氮N和氧0，不但在炉子容器2中自身而且在废气管12中产生氧化氮N0X，该氧化氮在没有其他减少氧化氮的措施情况下到达大气中。
[0022]取样系统18连接在废气管12上,通过该取样系统在至少一个取样点将气体样品SG从废气OG中取出，并且将其输送到分析装置20，在该分析装置中根据氧化氮NOx和/或氢气H2、一氧化碳CO、甲烷CH4或尿素CO(NH)2的含量分析气体样品SG。此外利用温度测量装置22在取样的位置测量废气OG的温度T。由分析装置20确定的测量值M和由温度测量装置22确定的温度T被传送到控制装置24处，在该控制装置中根据测量值M和温度T生成用于配量装置26的控制信号SI，该配量装置通过进料管28连接在废气管12上。利用通向废气管12的进料管28向废气OG供给起还原作用的或在竞争反应中反应的试剂R。
[0023]因此由配量装置26在每个单位时间向废气OG供给的量取决于在废气OG中在采样点存在的上述的材料的浓度。特别是当温度T超过一个预定值、特别是500°C时，并且附加地在废气OG中的NOx含量超过预定值或者是在废气OG中的甲烷CH4或一氧化碳CO或氢气H2或尿素CO(NH)2的含量低于或不超过预定值时，才会产生配量起还原作用的或在竞争反应中反应的试剂R的控制信号SI。换句话说:当温度T低于预定值时，在该方法使用中不会进行试剂R的配量。
[0024]在该示例中在废气OG的流动方向上看,取样点处于该点之前,进料管28在该电通入废气管12。原则上，一个反向的布置也是可以考虑的，则在该布置中控制试剂R的供给，以使得例如氧化氮NOx的含量在取样点的区域中是最小的。
[0025]在根据本发明设计的措施中向废气OG供给起还原作用的和/或在竞争反应中与氧气反应的试剂R，除了该措施之外，这样的试剂R也可通过通入炉容器2的另一个进料管30直接导入炉容器2中。为此由控制装置24产生控制信号S2，利用该控制装置控制通过另一个进料管30连接在炉子容器2上的另一个配量装置32。特别是当在废气OG中的温度T超过预定值，并且附加地在废气OG中的NOx的含量超过预定值或者在废气OG中的甲烷CH4或一氧化碳CO或氢气H2或尿素CO(NH)2的含量低于预定值时，则在这种情况下起还原作用的或在竞争反应中反应的试剂R才会优选地导入到炉容器。
【权利要求】
1.一种用于在至少间接存在氧和氮的材料的热处理中，特别是在电弧炉中熔化含铁的原材料时，降低在炉子的废气(OG)中的氧化氮的排放量的方法，在所述方法中向所述废气(OG)供给至少一种起还原作用的和/或至少一种在竞争反应中与氧反应的试剂(R)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，附加地将所述试剂(R)直接导入所述炉子的炉容器(2)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将来自C、Na、Mg、Al、S1、Ca、T1、Cr、Mn、N1、Cu、Zn和Pb的组中的至少一种元素以单质的形式或以与所述组的另一种元素化合的形式作为所述试剂(R)来供给。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，将来自氢气H2、一氧化碳CO、甲烷CH4或尿素CO(NH)2的组中的至少一种气体作为所述试剂(R)来供给。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，附加地供给使所述还原反应或所述竞争反应加速的起催化作用的固体材料。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在至少一个取样点测量在所述废气(OG)中的氧化氮的含量和/或氢气H2、一氧化碳CO、甲烧CH4或尿素CO(NH)2的含量,并且根据所述含量给所述废气(OG)配量所述试剂(R)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，仅仅当在所述废气(OG)中的氧化氮的所述含量和/或氢气H2、一氧化碳CO、甲烧CH4或尿素CO(NH)2的所述含量超过或低于预定值时,才会配量所述试剂(R)。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在取样的位置测量所述废气(OG)的温度(T)，当所述温度超过预定的值时，才会实现对所述试剂(R)的配量。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，在所述废气(OG)的流动方向上看，在所述取样点之后进行所述配量。
10.一种用于材料的热处理的炉子，特别是电弧炉，具有连接在炉容器(2)上的废气管(12)以及通入所述废气管(12)的进料管(28)，所述进料管用于根据权利要求1至4中任一项供给至少一种起还原作用的和/或至少一种在竞争反应中与氧反应的所述试剂(R)。
11.根据权利要求10所述的炉子，具有通入所述炉容器(2)的、用于供给所述试剂(R)的另一个进料管(30)。
12.根据权利要求10或11所述的炉子，具有连接在所述废气管(12)上的、用于将气体样品(SG)供给到分析装置(20)处的取样系统(18)，所述分析装置用于测量氧化氮NOx的含量和/或氢气H2、一氧化碳CO、甲烷CH4或尿素CO(NH)2的含量并且将描述所述含量的测量值(M)传送到用于生成控制信号(SI，S2)的控制装置(24)处，所述控制信号用于通过所述进料管(28)连接在所述废气管(12)上的配量装置(26)以及必要时用于通过另一个所述进料管(30)连接在所述炉容器(2)上的另一个配量装置(32)，所述另一个配量装置用于根据所述测量值(M)来配量所述试剂(R)。
13.根据权利要求12所述的炉子，具有温度测量装置(22)，所述温度测量装置用于在取样的位置测量温度(T)并将所述温度(T)传送到所述控制装置(24)处，在所述控制装置中根据所述温度(T)和所述测量值(M)确定用于所述配量装置(26)和必要时存在的所述另一个配量装置(32)的所述控制信号(S1，S2)，其中当所述温度(T)超过预定值时，才会产生促使配量所述试剂(R)的控制信号(SI，S2)。
14.根据权利要求12或13所述的炉子，其中所述进料管(28)在所述废气(OG)的流动方向上看在取 样点之后通入所述废气管(12)。
【文档编号】B01D53/56GK103702743SQ201280019785
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年4月3日 优先权日:2011年4月27日
【发明者】维克托·尤阿迪·里索纳尔塔, 马库斯·阿贝尔, 米歇尔·海因, 亚历山大·米勒, 穆罕默德·法提赫·格克斯 申请人:西门子公司