專利名稱：在廢鋼基礎上二次鋼生產所用的方法和設備的制作方法
在廢鋼基礎上二次鋼生產所用的方法和設備
本發(fā)明涉及一種方法和一種設備，用于在廢鋼基礎上的二次鋼生 產，其中，廢鋼經過一個裝料裝置加入到一個廢鋼預熱器中，在此被
加以預熱，隨后被送入到一個熔化設備中并被熔化；離開熔化設備的 過程氣體用于廢鋼預熱，并在一個后燃燒裝置中和一個相連的除塵設 備中清除有其害物質和粉塵，作為冷卻過的凈化了的廢氣從除塵設備 中排出。
依此種方法，廢鋼經過一個裝料裝置加入到一個預熱器中，該預 熱器通常是直接利用來自于熔化設備例如電弧爐的熱廢氣加載的。廢 氣首先由預熱器吸入，并加熱廢鋼。然后廢氣冷卻。經過預熱的廢鋼 (視所用方法而定約為600~800'C )然后被轉送到熔煉設備中，并利 用電能將之熔化。為此也可補充使用古生物能源栽體(天然氣、煤和 石油)。通常使用工業(yè)性氧氣(>95.0體積％02)作為氧化劑。作為 填料主要使用礦物性產品(白堊，白云巖)，以用于造渣。
由工藝決定地，在熔化過程中產生的廢氣(過程氣體)的各項參 數(shù)(溫度、成份、氧含量、粉塵量、總量)都有很大波動。此外，熔 化過程是不連續(xù)的，而是分批進向的(批料作業(yè))。
根據(jù)其質量、種類和來源之不同，廢鋼含有不同雜質。這些主要 為碳氫化合物的雜質(油，脂，冷卻潤滑劑，涂附物，等等)的成份 和量是各種各樣的。
因此，由于變化不定的廢氣值中引起波動甚大的預熱器工作參 數(shù)。這一情況導致附著在廢鋼上的雜質的不確定的和不穩(wěn)定的氧化條 件。因此，這易于形成非所希望的廢氣成份(CO，未燃燒的碳氫化
合物，芳香物質，氯化物，…)。這些廢氣成份主要是附著在廢鋼上 的雜質在汽化和/或(部分)氧化時產生的。
因此，為了遵守法律上的有關規(guī)定，必須進行復雜的廢氣后處 理，以消除和分離未燃燒的碳氫化合物和二惡英(Dioxinene )/呋喃。 為此，廢氣從預熱器中出來之后在一個后燃燒室中加熱到T>850X:， 在停留一個t>2秒的時間之后再迅速冷卻到大約200C (急冷)。這 樣就抑制了二惡英/呋喃(PCDD/F)的新形成(De-Novo-合成)。然
后，在下一個工藝步驟中，通過噴入例如褐煤-焦煤粉(飛流吸收作
用(Flugsstromabsorption))對殘余的PCDD/F進行分離。被噴入 的焦煤粉然后同其余的粉塵一起在一除塵設備中加以分離。
這種處理過程固然能確保PCDD/F的排放限值保持在0.01ng TE/Nm3，但是需要很高的附加投資(燃燒器的一次能源用量，急冷 用的冷卻水，急冷用的廢水處理系統(tǒng)，料倉，焦煤粉所用的計量技術 和輸送技術，等等)。此外，當過濾的粉塵中的碳含量超過所允許的 限值時，則在存放之前還須對過濾粉塵進行一次熱后處理。
上述投資總量會大大超過以采用廢鋼預加熱系統(tǒng)所期待獲得的 收益(電能的節(jié)省，生產率的提高)。此外，附加的裝置也會造成附 加的設備故障。
為了減小上述缺點中的某些缺點，WO 03/068995 Al中提出了一 種熔化設備，用于連續(xù)的鋼生產，為此使用了金屬爐料。這些爐料例 如廢鋼、吸收鐵等，在一個設計成豎井形式的熔化容器的上部被預 熱，然后在其下部以古生物燃料被熔化。所獲得的熔融體連續(xù)地被送 入到一個相鄰布置的由電弧爐構成的處理容器中，并在此利用電能將 之調節(jié)符合要求的鋼質量。為了后燃燒，在不同層面上，將后燃燒氣 體從外面和從里面通過一個伸入到爐料豎堆中心的內豎井送入到爐 料豎堆中，通過該爐料豎堆，在減小含鐵爐料的氧化的情況下達到上 升過程氣體的一種分級式后燃燒。
按這種已知的方法，為了熔化廢鋼只能使用一次能源。熔化階段 的加熱為了減小鐵氧化必須按次化學計算法以0.5~0，9范圍內的空氣 系數(shù)予以實現(xiàn)。因此，廢氣在從原來的熔化階段出來時，仍然含有大 量可燃燒的成份(尤其是CO， H2和CHU)。由此造成的結果首先是
所使用的能源栽體的利用很差。因此必須采取有力措施以改進能源利 用，從而提高經濟效益。為此，設定將后燃燒空氣送入到熔化區(qū)上 方的豎井中(統(tǒng)一的后燃燒)。這種工藝方法固然能改進能源利用情 況，但是由于種種原因，恐怕不能完全轉化豎井本身中的未燃燒物 質。此外，為了避免一個附加的后燃燒階段，廢氣必須以一個在豎井 出口以大于800'C的溫度排出。
本發(fā)明的任務是提供一種方法和一種設備，借以可靠地克服或至 少減少上面述及的，在僅使用一次能源的條件下實行預熱和熔化的缺
點。
所提出的任務從方法上說是利用權利要求1中所述特征和從設
備上說是利用權利要求14中所述特征如此加以解決的就預熱系統(tǒng) 的氣體供送而言，使預熱和熔化在能源上、流動技術上 (str6mungstechnisch )和空間位置上實行分開；使后燃燒和預熱在 能源上、流動技術上和空間位置上實行分開。
相對于一種常規(guī)的廢氣處理其設備部分的順序是
后燃燒一冷卻一有害物質分離一除塵
本發(fā)明提出的系統(tǒng)原則上固然由相同的設備部分組成，但有新的 順序
有害物質分離一后燃燒一冷卻-除塵
依本發(fā)明，從熔化階段產生的稱之為過程氣體的廢氣不直接用于 廢鋼的預熱，也就是說，預熱不是直接通過熔化階段產生的過程氣體 進行的，而是經過另一種氣態(tài)預熱介質例如空氣、富氧的空氣或惰性 氣體。
過程氣體在摻入燃燒氧氣的條件下直接輸送給后燃燒。依此，通 過使用合適的測量裝置和調節(jié)裝置，便可保證所有可燃燒的組份實現(xiàn) 一種受控制的和完全的轉化。另外還有一種可能性，就是將部分的過 程氣體量不經過進一步后處理就直接地再送回熔化階段。
由后燃燒產生的高溫熱廢氣然后在一個換熱器中用于預熱介質 的預熱并在此加以冷卻。
由于使用了換熱器而不用急冷，所以依本發(fā)明可實現(xiàn)各處理階段 的熱上的、能源上的和空間位置上的分開熔化一預熱和后燃燒一預 熱。
就處理過程而言還獲得一種附加的自由度，因為在預熱階段的入 口，可調節(jié)高溫熱空氣溫度。這一點可以通過后燃燒階段中空氣系數(shù) 的改變，通過空氣量的改變或者通過這兩種措施的組合予以實現(xiàn)。此 外，熔化階段的加熱可以與后燃燒或廢鋼預熱無關地控制。
通過換熱器中的廢氣所產生的高溫熱預熱介質然后按順流或按 逆流被導引通過一預熱器。由于無論其量還是其溫度和氧含量都可保 持穩(wěn)定，所以在預熱階段就能調定出穩(wěn)定的和不變的作業(yè)條件。這 樣，廢鋼預熱溫度在裝料之前也可保持穩(wěn)定。
由于預熱階段內穩(wěn)定的作業(yè)條件(足夠高的熱空氣溫度，穩(wěn)定的
Or含量或明顯的氧剩余量)，所以各種非所希望的雜質都可完全被 氧化而轉變成氣相。有了高的氧剩余量，就不會發(fā)生低溫炭化/焦化 反應，從而就能有效地防止對PCDD/F的某些原始物質的形成。那些 易揮發(fā)的物質可隨預熱介質一起從預熱器中被排出。
含有害物質的廢氣然后被引導通過一個吸收器。在此吸收器中， 氣相有害物質被轉移到一種多微孔的疏松固態(tài)物體上，從而被收集于 此。適合于用作吸收體的，特別是以褐煤為基礎的活性焦炭(平爐焦 炭(HOK))或專用的吸收劑混合物。HOK對于有機物質和堿的極
良好的分離性能從不同用途(尤其是垃圾焚燒設備一煙氣凈化)都是 大家熟知的。載有害物質的吸收體要么完全從工藝過程中被排除，但 也可部分地回收到熔化階段。
經過凈化處理的預熱介質，如果它含有氧的話，可用于過程氣體 的后燃燒。視過程氣體的參數(shù)而定，于此可能需要一種輔助燃燒。
廢鋼在預熱器的出口處是"清潔的，，，也就是說，全部附著的碳 氫化合物都已轉化成氣相。這樣，在熔化階段的出口處，過程氣體的 粉塵負荷比正常已知的處理過程明顯地減小了。此外，與一種常規(guī)的 處理過程相比，還可以放棄 一 種二次性除塵或空間除塵 (Raumentstaubuiig)，這是因為所有的設備部分都是可以氣密地設計 的。這樣可以明顯減少待處理的廢氣量，從而可減小各設備部分的結 構尺寸。因此，通過本發(fā)明提出的工藝過程階段熔化一預熱一后燃燒 在能源上的分開，本工藝方法可實現(xiàn)一種高度的工藝過程靈活性，與 此同時還可獲得高的能源效率。
依本發(fā)明還可補充地在高溫熱空氣回路中安裝附加的旁通管 路，借以改進總過程中的溫度控制
*在廢鋼預熱器的出口處，向以加栽有有害物質的熱空氣摻入 冷空氣，以調節(jié)其進入吸收裝置中的入口溫度。
*在換熱器之前，將已凈化處理的熱空氣直接導回到新鮮空氣 流中，借以調節(jié)后燃燒裝置中的溫度。
*將一部分高溫熱空氣作為氧化劑用于熔化設備?？芍苯訉⒅?送入熔化區(qū)。
*將一部分高溫熱空氣作為氧化劑用于后燃燒。這樣，廢氣溫200580041578.0
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度可以在低的剩余熱值或小的過程氣體量(小的熔化功率)的情況下 被提高或被保持穩(wěn)定。這種連接對于從冷態(tài)出發(fā)的處理過程的啟動也 是有利的，以迅速達到生產溫度。
按本發(fā)明提出的一個實施變型方案，作為用于廢鋼的預熱介質也 可以使用一種其它的或另一種介質(例如一種惰性氣體)。其中，對 過程氣體的后燃燒所需的后燃燒空氣于是在第二個換熱器中進行加
熱。這另一種預熱介質于是在設備部分之間的一個閉合的回路中換 熱器一廢鋼預熱器一吸收裝置中被引導。于此，基本上實現(xiàn)燃燒階段 與預熱階段的分開，其中在預熱器的出口處可達到較高的廢鋼溫度。 不過，這由于隨著氣體溫度的上升廢鋼的氧化傾向亦逐漸增大在與含 氧氣體接觸時會受到工藝上和經濟上的限制。
下面將參照示意圖中所示的流程圖對本發(fā)明的基本原理的其它 細節(jié)做詳細說明。在圖中僅包含過程步驟和物料流，這些對于了解本 發(fā)明是必要的。因此，略去了例如大多數(shù)的冷卻水流，粗粉塵分離器， 火花分離器以及空間除塵裝置。
附圖表示


圖1按現(xiàn)有技術的配有廢鋼預熱的一種熔化過程的典型預熱處 理和廢氣處理的簡化示意圖2按本發(fā)明的配有廢鋼預熱系統(tǒng)的熔化過程的開式預熱處理
和廢氣處理的簡化示意圖3圖2所示基本流程圖的一個通過旁通管路加以擴展的預熱
處理和廢氣處理的局部分解圖4預熱處理和廢氣處理的可選的示意圖，配有預熱介質的閉 合回路和分開的后燃燒空氣預熱系統(tǒng)。
圖1示出配有廢鋼預熱系統(tǒng)的熔化過程的一個典型的廢氣凈化 處理的簡化基本流程圖。經過一個裝料裝置1將廢鋼10送往廢鋼預 熱器2,并在此以熔化設備3的過程氣體19將之加熱。熱的廢鋼IO 然后到達熔化設備3中，在這里，廢鋼在添加氧2t0和填料l3的情況 下以古生物能源14和/或電能26加以熔化，并作為熔液11和爐渣12 而離開熔化設備3。
在從廢鋼預熱器2出來之后，過程氣體l9被送往廢氣處理系統(tǒng) 30，在此系統(tǒng)中該過程氣體首先利用古生物能源W在添加氧20的情
況下加以后燃燒。在后燃燒裝置4中產生的廢氣19，然后在一個冷卻 裝置9中利用水17加以冷卻，在一個吸收裝置7中通過在一種吸收 劑15上的積聚而清除有害物質，最后在一個除塵設備8中同粉塵16 相分離。
圖2中示出本發(fā)明提出的廢氣處理系統(tǒng)40的一個簡化示意圖，
置。;這里，廢鋼10也丄經過一個裝料裝』'i而i皮送往廢鋼預熱器2
的，而且在該預熱器中不再是直接利用熔化設備3的過程氣體19加 熱，而是間接利用高溫熱空氣18，加熱，這種熱空氣在一換熱器5中 是由空氣18以過程氣體19加熱。如圖l所示，熱的廢鋼10然后到 達熔化設備3中，于此，熱的廢鋼在添加填料和或許以有害物質加荷 的吸收劑、氧和或許回送的過程氣體19的情況下，只能利用古生物 能源熔化成熔液11和爐渣12。
在從廢鋼預熱器2出來之后，過程氣體l9被送往本發(fā)明提出的 廢氣處理系統(tǒng)40，在此廢氣處理系統(tǒng)中，該過程氣體同樣首先利用 古生物能源14，在添加氧20和從吸收裝置7出來的凈化過的熱空氣 18，，的條件下，在后燃燒裝置4中加以后燃燒。在這里獲得的廢氣19， 然后達到換熱器5，在此加熱新鮮空氣19，然后在后燃燒裝置8中被 清除粉塵16。
用于預熱空氣18的開式回路的走向如下在換熱器5中加熱為 高溫熱空氣18，的空氣18被送入到廢鋼預熱器2中，并作為以有害物 質加載的熱空氣18，而離開廢鋼預熱器，該熱空氣在吸收裝置7中通 過所加入的吸收劑15而被清除其有害物質，然后在后燃燒裝置4中 用作為過程氣體19所需的氧化劑。熱空氣18"的進一步處理是同作 為廢氣19，的過程氣體19一起實現(xiàn)的，如前所述。
圖3中以局部示意圖示出圖2所示的廢氣處理系統(tǒng)40，通過廢鋼 預熱器2以及通過一些旁通管路22、 23、 24、 25加以擴展，旁通管 路可用于改進空氣回路中溫度的調節(jié)。在如此擴展的廢氣處理系統(tǒng) 40，中
*通過旁通管路22將新鮮空氣18在以有害物質加載的熱空氣 18"被導入后燃燒裝置4中之前摻入其中；
*通過旁通管路23,將已清除了有害物質的熱空氣18"摻入到
新鮮空氣18中；
*通過旁通管路24,將在換熱器5中所產生的高溫熱空氣18， 直接送往熔化設備3;
通過旁通管路25，將在換熱器5中所產生的高溫熱空氣18， 直接送往后燃燒裝置4。
通過上述旁通管路22、 23、 24、 25,便可簡單地對有害物質分離 的溫度調節(jié)、空氣加熱的溫度調節(jié)、熔化和后燃燒的溫度調節(jié)，都能 起到一種附加的影響。
在圖4中示出本發(fā)明提出的一種廢氣處理系統(tǒng)40，中預熱處理和 廢氣處理的另一個示意圖，配有一個用于預熱介質的閉合回路和分開 的后燃燒空氣的預熱裝置。在這一用途例子情況下作為預熱介質，使 用了一種在換熱器5中加熱成高溫熱氣體21，的惰性氣體21，該惰性
氣體在廢鋼預熱之后和隨后的有害物質分離之后，在閉合回路中被送 回到換熱器5。按這種方式也可以這么做將一部分無有害物質的熱 氣體21"在其重新加熱之前在回路中送回給以有害物質加載的熱氣 體21"(見圖4中虛線所示)。
因此，對后燃燒所需的空氣18已與預熱介質即高溫氣體21，完全 分離，所以在一個分開的換熱器6中被加熱成熱空氣18，
本發(fā)明提出的方法以及為實施此方法所需的設備，并不局限于在 流程圖中所示的實施例；更確切地說，各個設備部分和連接它們的管 路系統(tǒng)都可按照給定的條件由專業(yè)人員進行不同布置或擴展。但是本 發(fā)明提出的預熱和熔化及后燃燒和預熱在能源上、流動技術上和空間 位置上的分開則無論如何應加以保持的。
附圖標記一覽表
方法階段
1裝料裝置
2廢鋼預熱器
3熔化設備
4后燃燒裝置
5用于預熱的換熱器
6用于后燃燒的換熱器
7用于有害物質分離的吸收裝置
8除塵設備
9冷卻裝置
固態(tài)或液態(tài)物質 10廢鋼 11熔液 12爐渣 13填料
14古生物能源載體 15吸收劑 16粉塵 17水
氣體
18空氣
18，高溫熱空氣
18"熱空氣
19廢氣(過程氣體)
19，廢氣(后燃燒之后)
20氧
21惰性氣體
21，高溫熱惰性氣體
21"熱惰性氣體 其它
22旁通管路l (用于空氣與熱空氣混合)
23旁通管路2 (用于熱空氣與空氣混合)
24旁通管路3 (直接用于熔化的高溫熱空氣)
25旁通管路4 (直接用于后燃燒的高溫熱空氣)
26電能
30按現(xiàn)有技術的廢氣處理系統(tǒng)
40配有開式預熱回路的廢氣處理系統(tǒng)
40，配有閉合預熱回路的廢處理系統(tǒng)
權利要求
1.以廢鋼為基礎的二次鋼生產所用的方法，其中，廢鋼(10)經過裝料裝置(1)而被投入到廢鋼預熱器(2)中，在此受到預熱，隨后被送入到熔化設備(3)中，并被熔化，其中，離開熔化設備(3)的過程氣體(19)用于廢鋼(10)的預熱，并在后燃燒裝置(4)中和相連的除塵設備(8)中被清除有害物質和粉塵(16)，作為冷卻的凈化的廢氣(19’)從除塵設備中被排出，其特征在于在預熱系統(tǒng)的氣體運送方面●預熱和熔化在能源上、流動技術上和空間位置上分開；●后燃燒和預熱在能源上、流動技術上和空間位置上分開。
2. 按權利要求l所述的方法， 其特征在于離開熔化設備的過程氣體(19)被直接送入后燃燒裝置(4), 然后在換熱器(5， 6)中通過使氣體(18， 21)加熱而被冷卻并隨后加以除塵。
3. 按權利要求2所述的方法， 其特征在于在廢鋼預熱器(2)中廢鋼(10)的預熱按流或按逆流利用在換 熱器(5)中由空氣(18)即由富氧的空氣或由惰性氣體(21)所產 生的高溫熱預熱氣體(18，、 21，)加以實現(xiàn)的。
4. 按權利要求3所述的方法， 其特征在于高溫熱預熱氣體(18，、 ！21，)在預熱廢鋼(10)之后作為被冷卻 的熱氣體(18，，、 21")在一吸收裝置(7)中利用一種吸收劑(l5)實現(xiàn)與有害物質分離。
5. 按權利要求4所述的方法， 其特征在于以有害物質加載的吸收劑U5)部分地回到熔化設備(3)中。
6. 按權利要求3、 4或5所述的方法， 其特征在于在使用空氣(18)或使用富氧的空氣來預熱廢鋼(10)的情況下， 熱空氣(18，，)在分離有害物質之后被送往后燃燒裝置(4),并在此 作為氧化劑用于過程氣體(19)的后燃燒。
7. 按權利要求3、 4或5所述的方法， 其特征在于在使用惰性氣體(")的情況下，該惰性氣體在分離有害物質之 后在回路中被送回到換熱器(5)。
8. 按權利要求7所述的方法， 其特征在于一部分惰性氣體(21)在閉合回路中被送回到吸收裝置(7)， 不事先進行換熱。
9. 按權利要求7或8所述的方法， 其特征在于在使用惰性氣體(21)的情況下，對后燃燒所需的空氣(1S)在 安置在惰性氣體(21)用的換熱器(5)后面的另外的換熱器(6)中 進行力口熱。
10. 按權利要求1至6中的一項或多項所述的方法， 其特征在于為了調節(jié)進入吸收裝置(7)的入口溫度，利用旁通管路(22) 向以有害物質加載的熱空氣(18")摻入新鮮空氣(l8)。
11. 按權利要求1至6或10中的一項或多項所述的方法， 其特征在于為了對送往廢鋼預熱器(2)的高溫熱空氣(18，)進行溫度調節(jié)， 在旁通管路(23)中在換熱器(5)之前向新鮮空氣(18)摻入已凈 化的熱空氣(18")。
12. 按權利要求1至6、 10或11中的一項或多項所述的方法， 其特征在于作為附加的氧化劑，在旁通管路(25)中將一部分量的高溫熱空 氣(18，)送往后燃燒裝置(4)。
13. 按權利要求1至12中的一項或多項所述的方法， 其特征在于作為附加的氧化劑，在旁通管路(24)中將一部分量的高溫熱空 氣(18)直接送往熔化裝置(3)。
14. 實施按權利要求1至13之一所述方法所用的設備，用于在 廢鋼基礎上實現(xiàn)二次鋼生產，其中，廢鋼(10)經過裝料裝置(1) 被投入到廢鋼預熱器(2)中，在此被預熱，然后被送入到熔化設備 (3)中加以熔化，其中，離開熔化設備(3)的過程氣體(19)被用 于廢鋼(10)的預熱，并在后燃燒裝置(4)中和相連的除塵設備(8) 中清除其有害物質和粉塵(16)，作為冷卻的凈化的廢氣(19，)從 除塵設備中排出， 其特征在于各設備部分在空間上是彼此分開的，就預熱系統(tǒng)的氣體導向而 言，廢氣處理系統(tǒng)的各部分是按以下順序布置的，即用于有害物質 分離的吸收裝置(7)，后燃燒裝置(4)，用于氣體加熱和過程氣體 冷卻的換熱器(5),除塵設備(8),其中，這些設備部分經過管路 彼此相連，使得 過程氣體(19)在其從熔化設備(3)中出來之后便直接被導 入后燃燒裝置(4)中，從這里被送往換熱器(5)，最后被引入到除 塵設備(8)中；*預熱氣體(18， 21)經過換熱器(5)、廢鋼預熱器(2)和 吸收裝置(7),同樣地被導入到后燃燒裝置(4)中，并在此與過程 氣體(19)相混合。
15.按權利要求14所述的設備，其特征在于為了使后燃燒裝置(4)與廢鋼預熱器(2)相分開，在過程氣體 流(19)中安置了附加的換熱器(6)，用該換熱器只加熱后燃燒所 需的空氣(18);而預熱氣體，例如一種惰性氣體(21)，則在閉合 回路中在斷開后燃燒的情況下被引導通過設備部分即換熱器(5)、 廢鋼預熱器(2)、吸收裝置(7)。
全文摘要
在廢鋼基礎上的二次鋼生產，其中，廢鋼(10)經過一個裝料裝置(1)被投入到一個廢鋼預熱器(2)中，在此被預熱，然后被送入到一個熔化設備(3)中，在此僅用一次能源加以熔化，離開熔化設備(3)的過程氣體(19)不再用于直接預熱廢鋼(10)，而是依本發(fā)明間接地通過加熱一種氣態(tài)預熱介質例如空氣(18)或惰性氣體加以利用，從而實現(xiàn)在能源上、流動技術上和空間布置上，使預熱和熔化分開、后燃燒和預熱分開。
文檔編號F27D17/00GK101103126SQ200580041578
公開日2008年1月9日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權日2004年12月4日
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