Способ получения электрической энергии и жидкого чугуна из кусковой железной руды и твердого топлива и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способам производства электрической энергии одновременно с производством жидкого чугуна из кусковой железной руды и твердого топлива. Цель изобретения - повышение экономичности процесса получения электрического тока путем согласования его выработки с потребностью при эксплуатации. Способ включает предварительное восстановление железной руды в шахтной печи под избыточным давлением и последующее расплавление, причем в зоне газификации для плавления используются носители углерода с различным содержанием С фикс /около 50% и около 70%/ и подводятся газы, содержащие кислород, возникающий газ-восстановитель направляется в зону прямого восстановления и превращенный там газ-восстановитель как колошниковый газ подводится к генераторной установке, имеющей, по меньшей мере, одну турбину. Загрузка носителей углерода в зону газификации для плавления варьируется в зависимости от расхода газа генераторной установкой таким образом, что при повышенном расходе газа увеличиваются летучие составные части загрузки и снижается использование С фикс, а при меньшем расходе газа поступают наоборот, при этом количество и состав произведенного чугуна в основном поддерживаются постоянным. Устройство содержит газификатор и комбинированную силовую установку с газовыми и паровыми турбинами, камерой сгорания, соединенной с отводом колошникового газа от шахтной печи и теплообменником паротурбинной установки, который в свою очередь, соединен с отводом газа от газовой турбины. Устройство снабжено минимум двумя емкостями для угля, причем одна емкость для угля наполнена углем с большой долей С фикс, другая - углем с небольшой долей С фикс, а отвод колошникового газа из шахтной печи соединен трубопроводом с топочной камерой сгорания паротурбинной установки, а газификатор для плавления в нижней части зоны газификации для плавления оснащен подводящим трубопроводом для подвода азота или бедной кислородом смеси азота и кислорода. 2 с.п. ф-лы, 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

SU» 15 0048 (51)5 С 21 В 13/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К IlATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4203757/27-02 (22) 24.11.87 (31) A 3145/86 (32) 25,11.86 (33) AT (46) 30.08.90. Бюл. У 32 (71) Фоест-Альпине АГ (АТ) (72) Людвиг фон Богданди (ПЕ), Вернер Кеплингер, Курт Штифт (АТ), Геро Папст и Рольф Хаук (DE) (53) 669.181(088.8) (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ И ЖИДКОГО ЧУГУНА ИЗ КУСКОВОЙ

ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ И ТВЕРДОГО ТОПЛИВА И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к способам производства электрической энергии одновременно с производством жидкого чугуна из кусковой железной руды и твердого топлива. Цель изобретения— повышение экономичности процесса получения электрического тока путем согласования его выработки с потребностью при эксплуатации. Способ включает предварительное восстановление железной руды в шахтной печи под избыточным давлением и последующее расплавление, причем в зоне газификации для плавления используются носители углерода с различным содержанием

С« (около 50 и около 70X) и подводятся газы, содержащие кислород, воз— никающий газ-восстановитель направляется в зону прямого восстановления и превращенный там газ-восстановитель

Изобретение относится к способам получения электрической энергии наряду с производством жидкого чугуна из

2 как колошниковый газ подводится к генераторной установке, имеющей по меньшей мере одну турбину. Загрузка носителей углерода в зону газификации для плавления варьируется в зависимости от расхода газа генераторной уста-. новки таким образом, что при повышенном расходе газа увеличиваются летучие составные части загрузки и снижается использование С+ц„ а при меньМКС 1 шем расходе газа поступают наоборот, при этом количество и состав произведенного чугуна в основном подцерживаются постоянным. Устройство содержит газификатор и комбинированную силовую установку с газовыми и паровыми турбинами, камерой сгорания, соединенной с отводом колошникового газа от шахтной печи и теплообменником паротурбинной установки, который в свою очередь С соединен с отводом газа от газовой турбины. Устройство снабжено минимум двумя емкостями для угля, причем од- р ы на емкость для угля наполнена углем с д большой долей C+, другая — углем с небольшой долей С,с, а отвод кблош- ер никового газа из шахтной печи соединен трубопроводом с топочной камерой сгорания паротурбинной установки, газификатор для плавления в нижней части зоны газификации для плавления оснащен подводящим трубопроводом для подвода азота или бедной кислородом смеси азота и кислорода. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил. . В кусковой железной руды и твердого топлива.

1590048

Цель изобретения — повышение экономичности процесса получения электрического тока путем согласования его выработки с потребностью при эксплуатации.

На чертеже схематически изображено устройство для осуществления способа.

Устройство содержит шахтную печь 1, в которую сверху через подводящий тру0 бопровод 2 загружают кусковую железную руду через систему шлюзов (не показано) .вместе с необожженными добавками, подводимыми через подводящий трубопровод 3. Шахтная печь 1 связана 15

,с газификатором 4 для плавлен:ля, в котором из угля и газа, содержащего кислород, производятся газ-во=становитель, подводимый к шахтной печи через подводящий трубопровод 5, причем в последнем предусмотрено устро:лство очистки газа и устройство 6 охлажде-. ния газа.

Газификатор 4 для плавления имеет подвод 7 для твердых кусковых носите- 25 лей углерода, трубопроводы 8 и 9 для газов, содержащих кислород, и подводы

10 и 11 для жидких или газообразных при комнатной температуре носителей углерода, как углеводороды, а также для обожженных добавок. В газифика.торе 4 для плавления под зоной газификации для плавления собирается расплавленный чугун и расплавленные шлаки, которые выпускаются каждые раздельно через собственные выпускные отверстия 12 и 13.

Подвод 7 для твердых кусковых носителей углерода питается из минимум двух емкостей для запаса угля, выполненных как угольные бункеры 14 и 15, причем один угольный бункер наполнен углем с большой долей C+« а другой— углем с большой С „ и с боя.шой долей летучих составных частей.

Кусковая руда, восстановленная в шахтной печи 1 в зоне прямого восстановления в губчатое железо, вместе с добавками, сгоревшими в зоне прямого восстановления, подводится к связыва- 50 ющему шахтную печь с. газификатором для плавления трубопроводу 16, например с помощью разгрузочного шнека (не показан). На верхней части шахтной печи 1 находится отводящий трубопровод 17 для колошникового газа, образующегося в зоне прямого восстановления.

Этот колошниковый газ после прохождения устройства 18 очистки и охлаждения газа, предусмотренного в отводящем трубопроводе 17 попадает к компрессоу 19, а затем направляется в топочную камеру 20 газотрубинной установки. Затем в топочную камеру подводится через воздухоподводящий трубопровод 21 сжатый с помощью компрессора 22 воздух для горения.

Отработанный газ, -выходящий из газовой турбины 23, вращающей генератор

24, отводится через утилизационный котел 25, образующий теплообменник, служащий для производства пара. Пар, образованный в утилизационном котле 25, отрабатывается в паровой турбине 26, которая также служит для вращения генератора 27. Для образования замкнутого термодинамического цикла отработан-. ный пар конденсируется в подключенном конденсаторе 28, и конденсат через конденсатный насос 29 подводится к резервуару 30 питательной воды с дегазатором, из которого питательная вода снова с помощью питательного насоса 31 отбирается и подводится к утилизационному котлу 25. Направленные в газификатор для плавления газы, содержащие кислород, в зависимости от желаемого регулируемом регулировочными клапанами 33 соотношении смеси, причем ветвь трубопровода 9, ответвляющаяся от трубопровода 34, подводящего кислород, и снабженная регулировочными клапанами 35, впадает с газификатор для плавления над коксовой постелью. От трубопровода 36 для подвода азота ответвляется ветвь трубопровода 37, также оснащенная регулировочным клапаном 38, которая впадает в воздухоподводящий трубопровод 21 компрессора 22 для воздуха для горения газотурбинной установки.

Между компрессором 19 колошниково го газа и топочной камерой 20 газотурбинной установки ответвляется оснащенная регулировочным клапаном 39 в ветвь трубопровода 40 с помощью которой частичное количество колошникового газа может подзодигься к топочной камере 41 утилизационного котла 25 патурбинной установки.

Изобретение не ограничено примером осуществления, изображенном на чертеже, а может модифицироваться, 1

Например, всюду, где предусмотрено охлаждение газа, можно предпринимать

5 159 это охлаждение с помощью теплообмен-ников, в которых образуется пар для паротурбинной установки.

Предлагаемый способ подробнее объясняется на двух примерах, из которых первый наглядно показывает способ при большом расходе газа генераторной установкой, а второй — при небольшом расходе газа генераторной установкой.

Пример 1. В шахтную печь 1 на каждую тонну производимого чугуна загружают 1550 кг железной руды с

66,51 Fe и 3,2Х жильной породы (кислой)., а также 50 кг СаО в форме не .. обожженной извести и впрыскивают

300 л Н О. Подвод воды в шахтную печь необходим, так как в противном случае колошниковый газ получался бы со слишком высокой, температурой, непреемлемой для последующей очистки газа.

Газификатор для плавления загружается 1500 кг угля на 1 т чугуна с малой долей С,1,ц„ . Доля С „„ составляет

501, доля летучих составных частей —

35Х; остаток представляет собой золу.

Далее в газификатор для плавления подаются 710 м (нормальные условия) кислорода на каждую тонну чугуна в плоскости вдувания немного вышее, уровня шлаковой ванны через подвод.

Из шахтной печи 1 выгружаются

1100 кг губчатого железа и добавок на каждую тонну чугуна и загружаются в газификатор для плавления через трубопровод 16. В пределах зоны газификации для плавления из угля образуются 750 кг кокса на 1 т чугуна. Получают чугун с температурой 1450 С, имеющий следующий химический состав, Х:

С 3,78; Si 0,60; Мп 0,42; Р 0,060

S 0,045.

На каждую тонну чугуна из золы, принесенной с углем, жильной породы руды и загруженных добавок образуются

325 кг шлаков.

Газ-восстановитель, образующийся в газификаторе для плавления, покидает этот газификатор с температурой

1000 С и после очистки и охлаждения направляется с температурой 850 С в зону прямого восстановления шахтной печи. Его получают в количестве

3445 м на 1 т (нормальные условия) чугуна со следующим химическим составом, Х: СО 60,4; СО 3,0; Н 31,6;

N2 5,0; + Н, S (примерно 1300 ч. на

1 млн).

0048 б

Колошниковый газ, выходящий иэ шахтной печи 1, после охлаждения впрь снутой водой имеет температуру 400 С

Получают 3270 м газа на (нормальные ! условия) чугуна со следующим химическим составом, Х: СО 47,6; СО 19,2;

Н, 27 9; N," 5,3 Н Б (примерно 80 ч. на 1 млн) .

Его теплота сгорания составляет

9023 кДж/мз (нормальные условия).

Пример 2. В шахтную печь t на каждую тонну производимого чугуна загружают 1550 кг железной руды с

66,5Х Fe и 3,21 жильной породы (кислой), а также 100 кг добавок (CaO в форме необожженной извести и SiO ).

В гаэификатор для плавления загружают 1000 кг угля на каждую тонну чугуна с большой долей С+и„ причем доля

Сфи.. угля соста яет 70Х. До летучйх составных частей — 20X; остаток представляет собой золу. В ваэификатор для плавления подают далее 660 м

25 (нормальные условия) кислорода на

1 т чугуна, а именно 510 м (нормальные условия) в нижней зоне коксовой постели через трубопровод 8 и 150 М (нормальные условия) выше коксовой

30 постели через трубопровод 9.

В шахтной печи 1 на 1 т чугуна выгружают 1150 кг губчатого железа и добавок и загружают через трубопровод

16 в газификатор для плавления. В пределах зоны газификации для плавления из угля образуются 700 кг кокса на 1 т чугуна. Чугун получают с температурой 1450 С и со следующим химическим составом, Х: С 3,85; Si 0,58;

Мп 0,45; P 0,70; S 0,50.

На каждую тонну чугуна из золы, принесенной с углем, жильной породы руды и загруженных добавок образуются

250 кг шлаков.=

Образующийся в газификаторе для плавления неочищенный газ отводится температурой 1000 С и после очйщения о и охлаждения подводится с температурой 850 С в зону прямого восстановления. Получают 2267 мз газа .на 1 т (нормальные условия) чугуна. Его химический состав следующий, Х: CO 70,8;

С0> 1,9р Н 18,2; N2 9,1 + Н Я (примерно 1300 ч. на 1 млн.) ..

Колошниковый газ, получающийся в

55 о шахтной печи, имеет температуру 360 С

Получают 2092 м газа на 1 т (нормаль ные условия) чугуна. Его химический состав следующий, Х: СО 51,7; СО

1590048

27,0; Н, 11,5; N, 9,8 + Н, $ (примерно

80 ч. на 1 млн) . Теплота сгорания газа составляет 7775 кДж/м (нормальные условия).

В соответствии с примерами 1 и 2 колошниковый газ вследствие восстанавливающих условий, в каких он возникает, получают практически свсбодным от окислов азота, имеются лишь небольшие 1О содержания серы, поэтому он может использоваться в качестве очень чистого горючего газа.

Для уменьшения образования окислов азота при сгорании колошникс вого. газа 15 часть воздуха для горения заменяется бедным кислородом или свободным ст кислорода газом, каким Он пс>лучается после установки 32, разлаган>щей воздухр и который подводится с помощью 20 подводящего трубопровода 37 °

Путем направления азота в зону газификации для плавления направляется смесь из кислорода и 5 — 21K азота 25 (или с любыми изменяющимися содержаниями азота). Все теплосодержание использованного угля распределяется на возникшее большее количествс> газа, благодаря чему температура газа на 30 уровне максимального выделения тепла снижается. Тепло, которое, например, при загрузке угля с большой долей

С,>,„„ в соответствии с примером 2 при водит к повьппенным нежелательным тем- 35 пературам, может переноситься в более высокие зоны посредством газа, разреженного азотом, благодаря чему происходит снижение уровня температуры в зоне газификации для плавления (изоб- 10 ражено сплошной линией в температурной характеристике, представленной на чертеже), через высоту зоны газификации для плавления (в противоположносгь изображенной штриховой линией темпера-45 турной характеристике, которая устанавливается при работе в соответствии с примером 1). Благодаря снижению уровня температуры не происходит нежелательное связывание энергии, напри. мер, посредством повышенного восста-. г новления кремния. Повьш>еннь>е содержания чугуна в чугуне хотя и обеспечили бы повьппенную порцию скрапа в конвер— торном сталеплавильном заводе, но и большие количества шлака и вызвали бы связанные с этим потери железа и тепла. Следовательно, благодаря подводy

I азфта удается удерживать постоянным содержание кремния в чугуне. Далее этим путем разрежается также отведенный из зоны прямого. восстановления колошниковый газ и снижается его теплота сгорания.

Повышение уровня температуры в верхней части зоны газификации для плавления для достижения выходной температуры газа-восстановителя, соответствующей примеру 1, в случае направления азота через подводящий трубопро>вод 8 предпочтительно может достигаться, как показано в примере 2, посредством того, что количество кислорода, необходимое в зоне газификации для плавления, разделяется на два частичных объема так, что кислород или газ, содержащий кислород, подводится к зоне газификации для плавления через два подводящих трубопровода 8 и 9, выполненных как фурменные пояса, из которых один (подводящий трубопровод

8) размещен непосредственно над. уровнем шлакового расплава, а другой (подводящий трубопровод 9) размещен в подсводном пространстве зоны газификации для плавления почти над коксовой постелью. Через нижний подводящий трубопровод 8 кроме кислорода подводится также азот. Кислород, подводимый через нижний подводящий трубопровод 8, служит для газификации угля, а кислород, подводимый через верхний подводящий трубопровод 9, служит для повышения температуры в верхней части зоны газификации для плавления.

Повышение температуры может также быть необходимым для крекинга высоких соединений углеводорода, происходящих из летучих составных частей используемого угля и могущих доставлять трудности технологического рода.

Благодаря распределению подачи кис-лорода в зоне газификации для плавления между нижним и верхним подводящими трубопроводами 8 и 9 и изменению количества азота, поступающего через нижний подводящий трубопровод 8, можно регулировать профиль температуры в зоне газификации для плавления в зависимости от потребности.

Газ-восстановитель, покидающий зону газификации для плавления с температурой примерно 1000 С, очищается известным способом и охлаждается до температуры восстановления. В соответствии с примерами 1 и 2 он направляется. полностью через зону прямого

1590048

10

Формула изобретения

1. Способ получения электрической энергии и жидкого чугуна из кусковой железной руды и твердого топлива, включающий прямое восстановление железной руды до губчатого железа в зоне под избыточным давлением, подвод в зону газификации для выплавления чугуна углеродсодержащего топлива и кис.лородсодержащего газа, отвод из зоны газификации восстановительного газа в зону прямого восстановления, отвод из зоны прямого восстановления колошвосстановления, Так как полученное губчатое железо в нормальных условиях восстановления уже имеет степень металлизации до 951, то и при повышен5 нои подаче газа не происходит изменения качества губчатого железа. Лишь колошниковый газ, отведенный из зоны прямого восстановления, становится более высококачественным, так как он меньше расходуется при восстановительной работе.

Благодаря большему количеству газа и более горячему газу, подведенному в соответствии с изобретением в зону прямого восстановления, стало возможным восстанавливать также малоценные руды и расширять палитру используемых добавочных веществ, связывающих серу.

Наряду с известняком могут использоваться, например, неочищенный доломит, необожженный магнезит, а также сидет. ритовые руды.

Колошниковый газ, подводимый к генераторной установке, содержит мало. 25 серы и окислов азота и разрежен кислородом. Бедный кислородом воздух для горения, приготовленный посредством добавления азота, обеспечивает сгорание колошникового газа с низкими тем- Зо пературами пламени, благодаря чему-не требуются дорогостоящие вторичные мероприятия по удалению окислов азота.

Если для быстрого увеличения подачи газа дополнительно к твердым носителям углерода в зону газификации для плавления подводят жидкие или газообразные углеводороды, то для связывания принесенной таким образом до- 4п полнительно серы в верхнюю часть зоны газификации для плавления подводят мелкозернистые обожженные десульфуризаторы. никового газа к установке для получения электрического тока, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения экономичности процесса получения электрического тока путем согласования его выработки с потребностью при эксплуатации, изменяют в зависимости от потребности в газе установки для получения электрического тока вид топлива в зоне газификации, причем при большой потребности в газе применяют топливо с содержанием С „„с

507., а при меньшей потребности в газе применяют топливо с содержанием С+„.„.70Х, при этом подцерживают количество и состав полученного чугуна постояннымие

2. Способ по п, 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что дополнительно применяют топливо в виде жидких или газообразных углеводородов.

3. Способ по п. 2, о т л и ч а— ю шийся тем, что колошниковый газ сжигают в камере первой ступени генерирования электроэнергии при температуре ниже 1000 С, при этом в камеру сгорания добавляют азот или бедную кислородом смесь азота и кислоро-. да.

4. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что в зону прямого восстановления вводят связующие серу добавки: СаСО, NgC0, и РеСО

5. Способ по пп. 1 — 4, о т л и— ч а ю шийся тем, что при небольшой потребности в газе установки для получения тока при применении угля с содержанием С д,70Х в нижнюю часть зоны газификации вдувают азот.

Ъ

6. Способ по пп. 1 — 5, о тlsr и ч а ю шийся тем, что в нижнюю часть зоны газификации вдувают смесь азота и кислорода со следующим соотношением компонентов, мас.Х:

Азот 5-25

Кислород Остальное

7 ° Устройство для получения элект-. рической энергии и жидкого чугуна из кусковой железной руды и твердого топлива, содержащее шахтную печь прямого восстановления с узлом загрузки кусковой руды, подводом восстановительного газа, отводом колошникового аза, узлом выгрузки губчатого железа, соединенным с плавильным газификатором, имеющим подводы кислородсодержащего газа и топлива, отвод восстановительного газа, соединенный с

1590048

Составитель Л. Панникова

Редактор М. Петрова Техред M.Äèäüïñ Корректор М, Кучерявая

Заказ 2550 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101 шахтной печью, узлы выпуска чугуна и шлака, комбинированную силов по установку с газовыми и паровыми турбинами, камерой сгорания, соединенной с отводом колошникового газа or шахтной печи, теплообменником паротурбинной установки, соединенным с отводом газа от газовой турбины, камеру сгорания паротурбинной установки, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что устройство снабжено двумя емкостями для хранения угля с различным содержанием

С+„„, соединенными с подводом топлива в газификатор, и трубопроводом с регулировочным клапаном, соединенным одним концом с отводом колошникового газа шахтной печи, а другим — с камерой сгорания паротурбинной установки.

8. Устройство по и. 7,. о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено магистралью подвода азота или азотокислородной смеси в нижнюю часть плавильного газификатора.

9. Устройство по пп. 7 и 8, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что оно. снабжено магистралью подвода необожженных добавок в шахтную печь, 10, Устройство по пп. 7 — 9, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено магистралью подвода жидкого или газообразного углеродсодержащего топлива в плавильном газификаторе.