專利名稱：Co和煉鋼爐廢氣中可燃物的燃燒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對煉鋼爐產(chǎn)生的廢氣流的處理。
背景技術(shù)：
在電弧爐(EAF)煉鋼過程中，EAF爐腔內(nèi)部產(chǎn)生大量高溫廢氣，其中含有高濃度的 可燃?xì)怏w，例如一氧化碳(CO)和氫氣(H2)。這種高溫廢氣達(dá)到了 3000F或更高的溫度，CO 和H2的峰值濃度可分別高達(dá)60%和35%。為了降低電能消耗，EAF廢氣中所含的熱能需要 被在EAF爐腔內(nèi)部盡可能地回收。一種方法是在爐腔內(nèi)部使用噴槍燃燒可燃物來回收CO和H2燃燒的化學(xué)熱。另一 種方法是回收廢氣流的能量，使用氣流的熱量預(yù)熱將要被加入EAF的廢鋼。在一個(gè)實(shí)施例 中，EAF廢氣被排入管道中，在該管道中廢鋼與廢氣流動(dòng)方向相反方向運(yùn)動(dòng)，通過直接換熱， 所述熱廢氣將廢鋼預(yù)熱?？諝獗粐娚溥M(jìn)所述廢鋼預(yù)熱管道中，以提供用于CO和H2燃燒的 氧氣。所述管道可具有安裝的輔助燃燒器，用于增加廢鋼的熱量至所需的預(yù)熱溫度。如果未使用廢鋼預(yù)熱，那么一旦所述廢氣離開EAF爐腔，未燃燒的C0、H2和其他可 燃物所含的殘留能量可被或可不被回收。為了爐子的穩(wěn)定運(yùn)行和環(huán)境因素，廢氣中殘留的 氣體可燃物被燃燒至充分完全的級別，以使因此處理的廢氣可進(jìn)一步在下游煙罩中清洗， 并排放到大氣中。例如，廢氣中的高溫可燃物如CO和H2,通常被由“空氣隙”引入的空氣燃 燒，所述空氣隙位于連接EAF爐的“第四孔”的水冷排氣管(在此稱為“EAF排氣管”)上。 EAF排氣管的下游，“沉降箱”也可用作附加CO和H2燃燒的二次燃室。沉降箱的燃燒空氣 由所述箱的上游引入，或通過噴槍引入所述箱中?；谌廴谀康模绻僮髡呦胍厥諒U氣 能量，沉降箱中排出的部分廢氣流可被循環(huán)返回至EAF爐腔。盡管上述努力，廢氣中少量CO的存在(被稱為“CO滑脫(CO slip)”)仍然是許 多EAF操作者的業(yè)務(wù)問題。這是因?yàn)樵贓AF加熱循環(huán)過程中，廢氣成分、體積和溫度會(huì)有很 大變化。這些廢氣性質(zhì)的變化由于空氣滲入量的變化和所加入的廢鋼成分的改變而更為復(fù) 雜。因此，在整個(gè)EAF加熱循環(huán)過程中，使袋式除塵器中CO的排放得到有效控制對爐子操 作者來說是個(gè)挑戰(zhàn)。如果CO排放超過規(guī)定限制，EAF操作者將面對沉重的經(jīng)濟(jì)處罰。為了避免超過CO和其他可燃物的排放限制，一些EAF操作者可選擇保守操作，以 滿足排放限制，但是代價(jià)為爐子的能源效率。例如，為了徹底將CO燃燒，操作者可將爐子或 排氣管壓力設(shè)低，導(dǎo)致過量空氣滲入。這些過量的空氣增加了廢氣的總量和廢氣伴隨的熱 量損失，因此降低了爐子的熱效率。在其他的情況下，EAF爐的生產(chǎn)能力基本上被通過下游 管道或沉降箱的從而徹底燃燒C0、H2和其他可燃物能力而限制。如果使用廢鋼預(yù)熱，EAF操 作者也可能面對煙道中含有逃逸氣味和限制不期望副產(chǎn)品產(chǎn)生的問題，例如二惡英。前述問題也適用于其他煉鋼設(shè)備，例如堿性氧氣轉(zhuǎn)爐(BOF)，鋼包精煉爐和氬_氧 脫碳爐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面，一種處理煉鋼爐廢氣流的方法包括(A)通過從爐中融熔鋼表面之上的氣氛中獲得廢氣，提供溫度低于2000F的廢氣 流，其中獲得的廢氣含有含量高于500ppm的一氧化碳，使空氣進(jìn)入所述獲得的廢氣，并冷 卻所述獲得的廢氣到所需的程度，從而使其溫度低于2000F ；(B)混合燃料和氧氣，并在腔室中使混合物中的部分氧氣與所述燃料燃燒，從而形 成熱氧氣流，該熱氧氣流由所述含有氧氣的腔室的出口排出，其中在所述腔室中所述燃燒 的停留時(shí)間足夠長，以使所述熱氧氣流具有高于在步驟(C)其所加入的廢氣流的溫度，并 且所述燃燒的停留時(shí)間足夠短，以使得所述熱氧氣流含有包括如下自由基的所述燃燒的產(chǎn) 品，該自由基選自由對應(yīng)于通式0，H，OH, C2H, CH2, CjH2J+1或CjH2^的自由基構(gòu)成的組，以及 這些自由基的兩種或多種的混合物，其中j為1-4 ；(C)將步驟(B)形成的熱氧氣流加入到步驟(A)提供的廢氣流中，以將所述提供的 流中的廢氣的溫度升高至高于1100F，該溫度高于其中被加入熱氧化劑流的廢氣的溫度，其 中熱氧氣流的加入速率足以將其所加入的廢氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?，從而降低?述廢氣中一氧化碳的含量。在前述方法的一個(gè)優(yōu)選方面，將例如廢金屬的金屬加入到前述爐子中的至少一個(gè) 中，在所述金屬加入至該爐子前，其與由所述爐子獲得的所述廢氣接觸直接換熱，從而加熱 該金屬和冷卻所述廢氣。在前述方法的另一優(yōu)選方面，所述廢金屬含有有機(jī)物，由于與所述獲得的廢氣流 的所述換熱，該有機(jī)物揮發(fā)進(jìn)入所述獲得的廢氣中，并且所述熱氧氣流與所述冷卻的廢氣 流一起以足夠的流量混合，以使所述有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退魵?。本發(fā)明涉及噴射高動(dòng)量熱氧氣流或氣流股以消滅低濃度級別的廢氣可燃物，特別 是廢氣溫度已經(jīng)低于廢氣可燃物的自發(fā)點(diǎn)火溫度的情況。由于噴射的氧氣是熱的且噴射動(dòng) 量高，該熱氧氣將與廢氣快速混合，因此提高了熱氧氣流中的自由基消滅廢氣中可燃物的 能力，即使廢氣溫度低于可燃物的點(diǎn)火溫度。這些高動(dòng)量熱氧氣流股通過在此記載的熱氧 氣發(fā)生器制得。


圖1是圖示典型煉鋼爐系統(tǒng)的流程圖，本發(fā)明可在該系統(tǒng)中實(shí)施。圖2是本發(fā)明使用的熱氧氣發(fā)生器的示意圖。圖3是本發(fā)明使用的熱氧氣發(fā)生器的截面圖。圖4是本發(fā)明另一實(shí)施方式的一部分的流程圖。圖5是本發(fā)明又一實(shí)施方式的流程圖。圖6是本發(fā)明另一實(shí)施方式的流程圖。發(fā)明詳述盡管以下對本發(fā)明的描述參照了附圖，但是不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明被限定為附圖所示的 實(shí)施方式。圖1圖示了本發(fā)明控制煉鋼爐CO排放的幾種不同可能的應(yīng)用。為了控制CO排放， 這些應(yīng)用中的任何一個(gè)或多個(gè)可被分別地或作為一個(gè)整體系統(tǒng)實(shí)施。
參見附圖1，廢氣10從電弧爐(“EAF”)20中產(chǎn)生，該電弧爐具有在融熔鋼22上面 的電極24。盡管圖示了 3根電極24，但也可以使用其他數(shù)目的電極，并且可使用交流電或 直流電運(yùn)行該EAF。廢氣流10經(jīng)出口(有時(shí)稱為“第四孔”)25流進(jìn)一個(gè)管道(或風(fēng)道)26 中，然后流經(jīng)空氣隙27，所述空氣隙27為管道26上的開口，周圍大氣中的空氣可通過空氣 隙27進(jìn)入到管道26內(nèi)。優(yōu)選通過空氣隙27和/或裝有廢氣的管道上的其他入口，使空氣 進(jìn)入廢氣流中。借助或不借助風(fēng)扇或葉輪使空氣進(jìn)入廢氣中，優(yōu)選不借助?？諝庀?7下游的廢氣流進(jìn)入沉降箱50。在沉降箱50內(nèi)，廢氣中較大的顆粒物質(zhì) 從廢氣中分離。氣流52為從沉降箱50中排出的廢氣流。如果安裝有噴吹燃燒氧化劑的噴 槍和/或燃燒器(未示出)，該沉降箱50可被用作廢氣中可燃物燃燒的燃燒室。如本發(fā)明所述，當(dāng)向廢氣中加入熱氧氣流時(shí)，廢氣溫度優(yōu)選為2000F或更低。如果 形成的廢氣已經(jīng)為2000F或更低溫度，那么該廢氣無需冷卻。如果廢氣溫度超過2000F，那 么必須冷卻該廢氣。通常，從例如EAF的煉鋼爐氣氛中回收的廢氣溫度高于2000F。通過空 氣隙27和任何其他空氣入口使空氣進(jìn)入廢氣流來冷卻該廢氣。如有必要，可通過流經(jīng)管道 提供額外的冷卻，在該管道中廢氣流經(jīng)水套或其他等同裝置，其中廢氣中的熱量通過管道 壁并離開管道壁。也可通過管道向大氣環(huán)境的輻射和/或?qū)α骼鋮s提供廢氣的冷卻。熱氧氣流56加入到氣流52中從而形成氣流53，其中熱氧氣流56通過本發(fā)明所述 的熱氧氣發(fā)生器54制備得到。爐子20中形成的廢氣10也可通過上升進(jìn)入頂蓋30并進(jìn)入頂蓋管道31被回收。 在該實(shí)施方式中，空氣從周圍大氣中抽至管道31中。熱氧氣流33加入到氣流31中從而形 成氣流34，其中熱氧氣流33通過本發(fā)明所述的熱氧氣發(fā)生器32制備得到。按照本發(fā)明處理進(jìn)行有利地處理的廢氣流也可來自于鋼廠的其他來源，例如鋼包 精煉爐和/或氬_氧脫碳精煉爐。氣流42表示任一種這種廢氣流，其也可為合并兩個(gè)或多 個(gè)鋼包精煉爐的、兩個(gè)或多個(gè)氬-氧脫碳精煉爐的或同時(shí)兩種爐型的廢氣流形成的氣流。 熱氧氣流48，加入到氣流42中從而形成氣流49，其中熱氧氣流48通過本發(fā)明所述的熱氧 氣發(fā)生器46制備得到。如前所述，可使用這些熱氧氣發(fā)生器和氣流中的任何一種，或者可使用其中的幾 種以處理幾種不同廢氣流的CO含量。此外，可使用第二(或額外的)熱氧氣發(fā)生器將熱氧 氣流加入到廢氣流，該位置在已加入熱氧氣流位置的下游。例如，熱氧氣發(fā)生器35的熱氧 氣流36可加入，即使在上游已經(jīng)加入了例如氣流33和/或48的熱氧氣流。加入的例如氣 流36的熱氧氣流可在另一熱氧氣流加入位置的下游連續(xù)加入，或可作為熱氧氣的后備源 被間歇開啟和關(guān)閉，其中在熱循環(huán)的特定時(shí)間階段，CO濃度被評估為超過其正常水平時(shí)，為 了提供充足的CO消除而需要。在圖1所述的實(shí)施方式中，氣流34和49結(jié)合形成氣流38， 熱氧氣流36可選的連續(xù)或間歇加入其中，形成氣流39。向一個(gè)或多個(gè)廢氣流中加入熱氧氣而形成的氣流，例如圖1情況中的氣流39和 53，可被合并形成氣流58，氣流58進(jìn)入袋式除塵器60，通過細(xì)小顆粒物的去除凈化廢氣。 如果需要，例如39和53的氣流可分別加入到袋式除塵器60，或加入到不同的袋式除塵器。 袋式除塵器60排出的氣流64通過風(fēng)扇抽出，例如引風(fēng)機(jī)80，凈化的廢氣經(jīng)排氣管100頂部 的開口 120排入大氣中。風(fēng)機(jī)80，如果具有的話，也可有助于將廢氣流根據(jù)可能的情況吸入 至管道26，和/或頂蓋30和/或氣流42中，如圖1所示。
參照圖2和3描述熱氧氣流的形成，例如由相應(yīng)的熱氧氣發(fā)生器形成的氣流56、 33,48和/或36，以使用熱氧氣發(fā)生器54作為示例。向熱氧氣發(fā)生器54提供氧化劑氣流 202，其氧氣濃度至少為30體積百分比，優(yōu)選為85體積百分比，熱氧氣發(fā)生器54優(yōu)選為腔 室或管道，其通過發(fā)生器54上合適的開口，與管道連接，該管道裝有向其中加入熱氧氣的 廢氣流。最優(yōu)選氧化劑202為氧氣濃度99. 5體積百分比或更高的工業(yè)純氧。加入熱氧氣 發(fā)生器的氧化劑202具有初速度，其通常在50-300英尺每秒(fps)的范圍內(nèi)，且通常小于 200fpso燃料氣流204經(jīng)適合的燃料噴嘴提供到熱氧氣發(fā)生器54，所述燃料噴嘴可為任何 適合的通常用于燃料噴射的噴嘴。該燃料可為任何適合的可燃物流體，其示例包括天然氣、 甲烷、丙烷、氫氣、煉廠燃料氣、垃圾填埋場廢氣、合成氣、一氧化碳和焦?fàn)t煤氣。加入熱氧氣 發(fā)生器54中的燃料中存在氫氣是有利的，明顯有助于CO向CO2的轉(zhuǎn)化，因?yàn)樾纬蔁嵫鯕饬?的燃燒促進(jìn)了熱氧氣流中(非離子型)OH和0自由基的形成。優(yōu)選該燃料為氣體燃料。也 可使用例如2號燃油的液體燃料，盡管與氣體燃料相比，液體燃料與氧氣燃燒將更難保持 良好的混合和安全可靠的燃燒。向熱氧氣發(fā)生器54提供的燃料204在此與氧化劑燃燒，從而產(chǎn)生熱量和燃燒反應(yīng)產(chǎn) 物，例如二氧化碳和水蒸氣。優(yōu)選氧氣濃度不高于大約35%的氧化劑與該燃料燃燒。如果在熱 氧氣發(fā)生器中，高于大約35%的氧氣與該燃料燃燒，那么應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，例如使用耐?材料結(jié)構(gòu)和/或使用散熱功能，例如水冷壁，防止剩余氧氣的溫度增加至不希望的水平。熱氧氣發(fā)生器54中產(chǎn)生的燃燒反應(yīng)產(chǎn)物可與一些氧化劑202中剩余的氧氣混合， 因此向剩余的氧氣提供熱量，并使其升溫。優(yōu)選地，以高速度向熱氧氣發(fā)生器54供應(yīng)燃料， 通常高于200fps，且通常在500-1500fps的范圍內(nèi)。所述高速度旨在將氧化劑帶入至燃燒 反應(yīng)產(chǎn)物中，因此促進(jìn)腔室中燃料的燃燒。通常氧化劑供給管道內(nèi)剩余氧化劑的溫度升高至少大約500F，并優(yōu)選至少大約 IOOOF0優(yōu)選剩余氧氣的溫度不超過大約3000F，避免供應(yīng)管道和噴嘴的過熱問題。當(dāng)熱氧氣發(fā)生器54內(nèi)剩余氧氣溫度的升高，達(dá)到進(jìn)入廢氣的任何給定的氧氣噴 射速度所需的氧氣供應(yīng)壓力降低。例如，在室溫下噴射氧氣，為了以SOOfps的速度向廢氣 噴射氧氣，所需的壓力超過7磅/平方英寸表壓(psig)。當(dāng)氧氣溫度升高，所需壓力急劇降 低。在1500F的溫度下，所需壓力為1. 65psig,在3000F的溫度下，所需壓力僅為0. 91psig。 當(dāng)溫度超過3000F，將沒有更多的額外好處，因此為不超過35%的氧氣與燃料燃燒提供了 另一因素。因此，以這種方式的熱氧氣的產(chǎn)生可提供朝向廢氣的高速度的熱氧氣流56，而無 需高供應(yīng)壓力，因而降低或消除了在將氧氣通入廢氣之前壓縮氧氣的需求，否則如果氧氣 源壓力不高的話其將是必須的。熱氧氣發(fā)生器54中發(fā)生的燃燒將被以這樣的方式實(shí)施，其可以使得從發(fā)生器54 排出的熱氧氣流56含有一種或多種自由基，該自由基選自由對應(yīng)于通式0，H，OH, C2H, CH2, CjH2jtl或CjH2^的自由基構(gòu)成的組，以及這些自由基的兩種或多種的混合物，其中j為1-4。 這可通過如下方式實(shí)現(xiàn)，即通過使還原劑(燃料與氧氣)在熱氧氣發(fā)生器中的停留時(shí)間足 夠長，以使燃料和氧氣的燃燒反應(yīng)在熱氧氣發(fā)生器中發(fā)生，產(chǎn)生溫度高于廢氣溫度的氣流， 其中該氣流加入到廢氣中，并同時(shí)使所述停留時(shí)間足夠短，以使得存在上述自由基中的至 少一部分。反過來，該停留時(shí)間由發(fā)生器54內(nèi)空間的體積，燃料氣流204和氧化劑氣流202加入發(fā)生器54的速度，和從發(fā)生器54排出熱氧氣流56的退出口的尺寸所決定。優(yōu)選的停 留時(shí)間為大約1-2毫秒。參見附圖3，其圖示了熱氧氣發(fā)生器54 (或發(fā)生器32、34和46)的截面。燃料204 從直徑為“X”的口 205射出。氧氣流202在口 205的前部流動(dòng)，并與燃料燃燒。產(chǎn)生的熱 氧氣流56經(jīng)口 201從發(fā)生器54中排出，口 201的直徑為“Y”?？?205與口 201間的距離為 “Z”。通常，結(jié)合熱氧氣發(fā)生器的尺寸、燃料和氧氣向該發(fā)生器的加入速率和退出口的尺寸 來提供停留時(shí)間，在該停留時(shí)間下可產(chǎn)生具有所需溫度的熱氧氣流和所需含量的燃燒自由 基，以便降低向其中加入熱氧氣流的廢氣流中的CO含量，其包括如下X 0. 3-1. OmmY 1. 5-2. 65mmΖ: 1.0-3. 5 英寸燃料(天然氣)向發(fā)生器的加入速率2-14scth氧氣向發(fā)生器的加入速率16-72scfh發(fā)生器內(nèi)的壓力15· 1-67. 8psia熱氧氣流56優(yōu)選含有至少75% (體積)的02。該氣流的典型成分為大約80% O2, 12% H20,6% CO2，一些高活性自由基，例如(非離子型)0H，0和H，和前述的自由基，它們對 于激活和氧化CO成CO2特別有效。熱氧氣流56經(jīng)口 201排出，并以高速度和高動(dòng)量加入 至廢氣中，這將導(dǎo)致熱氣體和廢氣的加速混合。以這種方式獲得的熱氧氣流56 (以及氣流33，36和/或48，和實(shí)施發(fā)明所產(chǎn)生和 使用的其他氣流)，通常具有至少1600F的溫度，并優(yōu)選至少2000F。通常熱氧氣流的速度 將在500-4500英尺每秒(fps)的范圍內(nèi)，優(yōu)選在800到2000或2500fps，并將超過初始速 度至少300fps。在優(yōu)選實(shí)施方式中，該速度為1馬赫。US專利No. 5266024的說明書中進(jìn)一步描述了高動(dòng)量熱氧氣流的形成，該專利的 內(nèi)容在此以引用方式并入。高速度熱氧氣流被認(rèn)為是以速度梯度或流體剪切，及湍流射流混合的方式通過射 流邊界進(jìn)入其被加入的廢氣。合并廢氣和熱氧氣流形成的氣體氣流，該混合物中包括熱氧 氣和廢氣的反應(yīng)產(chǎn)物，具有至少1000F的溫度，優(yōu)選至少1250F，盡管當(dāng)該混合物的溫度在 1400F以上時(shí)可被認(rèn)識到具有優(yōu)點(diǎn)。在熱氧氣流的每個(gè)應(yīng)用中，例如將熱氧氣流56加入至廢氣流52，氣流56以高動(dòng)量 加入至煉鋼爐廢氣中。通過增加熱氧氣和廢氣的親密混合，提高了所期望的熱氧氣與廢氣 的反應(yīng)?？赏ㄟ^將熱氧氣分為多個(gè)氣流并將這些氣流加入至廢氣，或者通過與廢氣垂直或 逆流方向加入熱氧氣來促進(jìn)該親密混合。優(yōu)選地，通過在例如運(yùn)輸廢氣流52的管道的管道 內(nèi)提供物理結(jié)構(gòu)，來促進(jìn)該親密混合，這將促進(jìn)熱氧氣和廢氣的接觸。這些結(jié)構(gòu)的示例包括 氣體必須流經(jīng)的絲網(wǎng)或擋板。在熱氧氣將廢氣中的CO燃燒成為CO2的過程中，熱氧氣和廢 氣混合。產(chǎn)生的氣體混合物，例如氣流53，包含熱氧氣和廢氣間這些反應(yīng)的產(chǎn)物。安裝熱氧氣發(fā)生器的優(yōu)選位置為這樣的位置，其可以使得當(dāng)廢氣溫度太低，對于 單獨(dú)噴吹空氣而不能有效消除廢氣中足夠量的CO時(shí)，將熱氧氣流加入至該廢氣中。例如， 熱氧氣發(fā)生器在這種情況下可被有效的使用，其將熱氧氣加入的區(qū)域，該區(qū)域中的廢氣溫 度至多1800F，例如1000F-1800F，優(yōu)選1100F-1600F，或甚至至多1500F或甚至1400F。即使在這種溫度下，CO的消除仍可發(fā)生，從而將廢氣中的CO濃度降低至小于500ppm，甚至 IOOppm或更低。在噴吹熱氧氣流后，結(jié)合氣流優(yōu)選具有1350-1450F的溫度。熱氧氣流的典 型噴吹速度為500-3500fps，優(yōu)選為1000-2800fps。圖4、5和6圖示了本發(fā)明的實(shí)施方式，其中在加入材料加入至煉鋼爐之前，通過爐 子的廢氣預(yù)熱煉鋼爐的加入材料，例如廢金屬。圖4、5或6中的附圖標(biāo)記也出現(xiàn)在圖1中， 且具有與圖1中相同的含義。如圖4所示，EAF廢氣10流經(jīng)第四孔25，隨后流經(jīng)管道26，然后經(jīng)過空氣隙27。 在空氣隙之后，廢氣流分裂為兩股氣流436和438。氣流436進(jìn)入預(yù)熱器440，例如所謂的 料斗預(yù)熱器，而氣流438由預(yù)熱器440旁邊通過。向預(yù)熱器440中周期性加入加入材料，例 如廢鋼料442，當(dāng)熱廢氣流436流經(jīng)廢鋼料時(shí)將其預(yù)熱。由于熱量傳遞到爐料442，廢氣被 冷卻，該廢氣作為氣流437流出預(yù)熱器440。加熱的爐料442加入至EAF20。安裝熱氧氣發(fā)生器450，以將熱氧氣流452加入至預(yù)熱器440下游的氣流437中， 其按照本發(fā)明所述的關(guān)于發(fā)生器54的方式配置和操作。熱氧氣流452中所含的熱氧氣與 氣流437快速混合，消除氣流437中的CO。產(chǎn)生的氣流439與氣流438結(jié)合形成氣流454， 氣流454依次可選地與EAF頂蓋30排出的氣流31結(jié)合，形成氣流58。如本發(fā)明所述，廢氣 流454和58可由下游的污染控制設(shè)備處理。圖5圖示了另一實(shí)施方式，其使用了根據(jù)本發(fā)明所述形成的熱氧氣流，以控制連 續(xù)工作的預(yù)熱器的氣體排放，該預(yù)熱器用于預(yù)熱例如廢金屬的加入材料。在這種情況下，廢 鋼爐料535通過加料器540連續(xù)加入經(jīng)過預(yù)熱器530，預(yù)熱器530可為例如管道的密閉空 間，其裝備有加入材料的輸送帶。廢氣流10以爐料535逆流方向流經(jīng)預(yù)熱器530，其中通過 廢氣10的熱量傳遞來加熱爐料材料，同時(shí)廢氣10被冷卻。空氣可經(jīng)預(yù)熱器和/或廢氣流 入預(yù)熱器經(jīng)過的通道上設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)開口或通風(fēng)口 527進(jìn)入。預(yù)熱后，廢鋼爐料落入 EAF20的融熔鋼22內(nèi)用于煉鋼。熱氧氣發(fā)生器550，按照本發(fā)明所述的關(guān)于發(fā)生器54的方 式配置和操作，其安裝在接近廢鋼加料器540的端頭的位置，并產(chǎn)生在預(yù)熱器530內(nèi)加入至 廢氣流10的熱氧氣流552。氣流552所含的熱氧氣與氣流10快速混合，消除廢氣中的CO。 產(chǎn)生的氣流554流經(jīng)預(yù)熱器530，并可選的與例如EAF頂蓋30排出的氣流31結(jié)合形成氣流 58，氣流58可根據(jù)本發(fā)明所述被進(jìn)一步處理。圖6圖示了本發(fā)明的另一應(yīng)用，即，應(yīng)用于具有豎井部分642和煙罩部分646的豎 爐620，豎井642位于該爐的上部以從爐子中收集廢氣，煙罩部分646位于豎井部分642之 上，接收豎井部分642的廢氣。在該實(shí)施例中，例如廢金屬的加入材料經(jīng)爐門647被加入至 煙罩和豎井部分中。通過平板640和644 (通常被稱為“梳狀擋板”)，加入的廢鋼641 (如圖 5中加入材料535相同，以黑實(shí)點(diǎn)表示)被保持住，平板640和644具有開孔，廢氣可通過該 開孔流動(dòng)。廢氣10流經(jīng)加入的廢鋼641，且當(dāng)流經(jīng)廢鋼的時(shí)將加入的廢鋼預(yù)熱。然后使預(yù) 熱的廢鋼從豎井部分642加入至爐子620的融熔鋼22中。通過向加入的廢鋼641的熱交 換，廢氣10被冷卻。熱氧氣發(fā)生器654中排出的熱氧氣流656在煙罩部分646的頂部被噴 入并與廢氣流10混合，其中熱氧氣發(fā)生器654按照本發(fā)明所述的關(guān)于發(fā)生器54的方式配 置和操作。也可安裝熱氧氣發(fā)生器650，在廢氣10離開煙罩部分646后將熱氧氣流652加 入至廢氣。經(jīng)豎井部分642和/或煙罩部分646和/或連接平板640或644的這些部分的 任意處的開口可使空氣進(jìn)入廢氣中。
在這些實(shí)施方式中的任意一個(gè)中，或任何其他實(shí)施方式中，煉鋼容器的廢氣被用 于預(yù)熱該容器的加入材料，該加入材料可含有有機(jī)物，例如殘留物或廢料。當(dāng)加入材料上或 內(nèi)部存在有機(jī)物時(shí)，如本發(fā)明所述，加入材料的預(yù)熱可產(chǎn)生氣體排放，這表示加入材料上或 內(nèi)部的有機(jī)物的氣體狀態(tài)，或?qū)⑺鲇袡C(jī)物暴露于使加入材料與廢氣傳熱接觸或其混合物 所遇到的溫度時(shí)，而形成的氣體有機(jī)副產(chǎn)品。這些氣體排放可能含有這樣的化學(xué)組分，其能 引起難聞的氣味，或如果這些組分含有如二惡英成分的有害物質(zhì)或如果暴露在通常的預(yù)熱 條件下該組分可形成有害物質(zhì)，其可能是有害的。無論向廢氣預(yù)熱加入材料的裝置內(nèi)的廢氣流，還是向該裝置的下游加入熱氧氣流 都具有額外的益處，即通過將化學(xué)(有機(jī))組分轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，而將其去除或甚至完 全消除，其中熱氧氣體按本發(fā)明所述方式形成。為了達(dá)到更滿意的CO向二氧化碳的轉(zhuǎn)化，以及由廢氣預(yù)熱的加入材料進(jìn)入廢氣 的潛在的有害化學(xué)物質(zhì)的去除或消除，以下三個(gè)準(zhǔn)則十分重要(1)實(shí)現(xiàn)熱氧氣流和廢氣 的良好混合；(2)由熱氧氣流和廢氣形成的混合物的溫度處于合適的范圍內(nèi)；(3)混合具有 充足的完成CO燃燒為CO2的停留時(shí)間。本發(fā)明所述條件內(nèi)的操作滿足這些準(zhǔn)則。與傳統(tǒng)的冷的或室溫的氧氣噴槍，或當(dāng)廢氣排出爐子時(shí)在廢氣管道安裝和使用二 次燃燒燃燒器相比較，本發(fā)明所述的熱氧氣流的使用具有如下優(yōu)點(diǎn)-當(dāng)本地廢氣溫度過低而不能有效消除CO時(shí)，熱氧氣流為廢氣提供了必要的熱
So-為了更好的混合，從而將CO消除至更低的濃度級別，本發(fā)明所述的熱氧氣發(fā)生 器以高噴射動(dòng)量傳遞熱氧氣。-熱氧氣的噴射對于整個(gè)氣體在廢氣管道中的停留時(shí)間沒有太大影響，因?yàn)閲娚?的氧氣的體積相對應(yīng)廢氣的體積通常很小(1% "3% vol.)。-熱氧氣發(fā)生器設(shè)計(jì)非常緊湊，當(dāng)管道或安裝空間受到嚴(yán)格限制時(shí)，這就為場地安 裝提供了靈活性。-本發(fā)明所述的熱氧氣發(fā)生器消除CO而無需增加廢氣中的NOx濃度。使用本發(fā)明所述的熱氧氣發(fā)生器和熱氧氣流消除廢氣流中的CO提供了如下工藝 優(yōu)點(diǎn)-增加煉鋼爐的容量(即生產(chǎn)速率)本發(fā)明能使已有爐子的容量被提高，如果該爐子的生產(chǎn)速率被高廢氣CO排放限 制的話。如果EAF爐增加其生產(chǎn)速率，將產(chǎn)生更大量的廢氣。由于這些增加的廢氣量，安裝 在管道上游的空氣基CO燒盡裝置可能不能將CO燃燒至在袋式除塵器滿足排放限制的級 別。增加生產(chǎn)速率其他可能的結(jié)果是EAF管道可能被風(fēng)扇的能力所限制，意味著已有風(fēng)扇 供應(yīng)的用于CO燃燒的空氣具有最大量。在本發(fā)明中，操作者可使已有空氣基CO燒盡系統(tǒng) 以其消除CO的最大能力運(yùn)行。接著可使用安裝于該空氣系統(tǒng)下游的熱氧氣發(fā)生器，最終將 CO燒盡，在該處空氣基系統(tǒng)將不再有效地消除CO。-提高爐子效率(即，生產(chǎn)每噸鋼的電耗)許多爐子操作者以非常保守的方式控制他們的爐子，以努力確保工廠排放的所有 的CO和其他可燃物滿足規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。例如，操作者可能會(huì)增加管道吸氣壓力，使過量 的空氣進(jìn)入管道用于C0、H2和其他可燃物的二次燃燒。通過供應(yīng)高百分比的過量空氣用于二次燃燒，爐子可滿足CO排放標(biāo)準(zhǔn)，但是代價(jià)是其熱效率。這是因?yàn)楦呖諝鉂B入增加了廢 氣體積和其總熱量。在沒有外部廢氣循環(huán)的情況下，這些廢氣中所含的可用熱量成為熱損 失。廢氣量升高也增加了下游廢氣清潔設(shè)備的運(yùn)行成本。_避免監(jiān)管處罰為了滿足具體的CO排放目標(biāo)，本發(fā)明為爐子操作者提供了一種簡單有效的方法。 熱氧氣發(fā)生器成為一個(gè)爐子的確保裝置，其中該爐子的運(yùn)行環(huán)境是動(dòng)態(tài)和短暫性的。使用 本發(fā)明，由于知道在有需求時(shí)無論氣流被連續(xù)加入還是周期性加入，任何向下游管道CO滑 脫都將被熱氧氣流所消除，操作者可更靈活的操作他們的爐子以滿足不斷變化的工藝需 求。
權(quán)利要求
1.一種處理來自煉鋼爐的廢氣流的方法，包括(A)通過從爐中融熔鋼表面之上的氣氛獲得廢氣，提供溫度低于2000F的廢氣流，其中 獲得的廢氣含有其量高于500ppm的一氧化碳，使空氣進(jìn)入所述獲得的廢氣，并冷卻所述獲 得的廢氣到所需的程度從而使其溫度低于2000F ；(B)混合燃料和氧氣，并在腔室中使混合物中的部分氧氣與所述燃料燃燒，從而形成熱 氧氣流，該熱氧氣流由所述含有氧氣的腔室的出口排出，其中在所述腔室中所述燃燒的停 留時(shí)間足夠長，以使所述熱氧氣流具有高于在步驟(C)其所加入的廢氣流的溫度，并且所 述燃燒的停留時(shí)間足夠短，以使得所述熱氧氣流含有包括如下自由基的所述燃燒的產(chǎn)品， 該自由基選自由對應(yīng)于通式0，H，OH, C2H, CH2, CjH2jtl或CjH2^的自由基所構(gòu)成的組，以及這 些自由基的兩種或多種的混合物，其中j為1-4 ；(C)將步驟⑶形成的熱氧氣流加入到步驟㈧提供的廢氣流中，以將所述提供的流中 廢氣的溫度升高至高于1100F，該溫度高于其中被加入熱氧化劑氣流的廢氣的溫度，其中所 述熱氧氣流的加入速率足以將其所加入的廢氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?，從而降低?述廢氣中氧化碳的含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在所述熱氧氣流被加入到所述廢氣流之前，通 過與所述獲得的廢氣直接換熱來加熱加入材料，并將所述加熱的加入材料加入到所述融熔 鋼中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，向其中加入所述熱氧化劑氣流的廢氣流具有至多1800F的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，向其中加入所述熱氧化劑氣流的廢氣流具有至多1500F的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(C)將步驟(B)形成的熱氧氣流以至少500英 尺每秒的速度加入至所述廢氣流中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(C)將步驟(B)形成的熱氧氣流以1馬赫的速 度加入至廢氣流中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(C)中，將所述廢氣中一氧化碳的濃度降低到低 于 500ppmo
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(C)中，將所述廢氣中一氧化碳的濃度降低到低 于 IOOppm0
9.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述加入材料包含有機(jī)物，且向其中加入所述熱氧氣 流的廢氣含有氣態(tài)有機(jī)排放物，該排放物由加熱所述加入材料而形成，并且被加入至所述 廢氣的所述熱氧氣流將所述氣態(tài)有機(jī)排放物轉(zhuǎn)化為包含二氧化碳和水的產(chǎn)物。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中向其加入所述熱氧化劑氣流的廢氣流具有至多1800F 的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中向其加入所述熱氧化劑氣流的廢氣流具有至多1500F 的溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在步驟(C)將步驟(B)形成的熱氧氣流以至少500英 尺每秒的速度加入至廢氣流中。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在步驟(C)將步驟(B)形成的熱氧氣流以1馬赫的速度加入至廢氣流中。
14.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在步驟(C)中，將所述廢氣中一氧化碳的濃度降低到 低于 500ppm。
15.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在步驟(C)中，將所述廢氣中一氧化碳的濃度降低到 低于 lOOppm。
全文摘要
將含有自由基的熱氧氣流加入至煉鋼容器排出的廢氣流中，以將該廢氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。公開一種處理煉鋼爐排出的廢氣流的方法(A)提供溫度低于2000F的廢氣流，通過從爐子中融熔鋼表面之上的氣氛中獲得廢氣，其中獲得的廢氣含有含量高于500ppm的一氧化碳，使空氣進(jìn)入所述獲得的廢氣，并將所述獲得的廢氣冷卻到必須的程度，以使其溫度低于2000F；(B)混合燃料和氧氣，并在腔室中使混合物中的部分氧氣與所述燃料燃燒，從而形成熱氧氣流，該熱氧氣流由所述含有氧氣的腔室的出口排出，其中所述腔室中所述燃燒的停留時(shí)間足夠長，以使得所述熱氧氣流具有高于在步驟(C)其所加入的廢氣流的溫度。(C)加入步驟(B)形成的熱氧氣流。
文檔編號C21C5/52GK102076399SQ200980124136
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者E·J·伊文森, K·T·吳 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司