用于预测熔融气化炉的压强急剧下降的方法和用于控制制铁工艺中的压强的方法

摘要

提供了一种用于预测熔融气化炉的压强急剧下降的方法和一种用于控制使用非焦煤和精细铁矿石的制铁工艺中的压强的方法，其能够先预测熔融气化炉的压强急剧下降，从而稳定保持熔融气化炉的操作。用于预测制铁工艺中的熔融气化炉的压强急剧下降的方法包括：当回收和存储熔融气化炉中产生的过剩气体的气体存储罐的内部压强急剧下降时，预测熔融气化炉的内部压强急剧下降。在制铁工艺中，检测用于回收熔融气化炉中排出的过剩气体的气体存储罐的压强急剧下降，预测熔融气化炉的急剧压强下降以先调整提供到还原炉中的气体(还原气体)的流量，从而稳定地保持熔融气化炉的内部压强。

说明书

技术领域

本公开涉及一种用于预测熔融气化炉的压强急剧下降的方法和一种用于控制制铁工艺中的压强的方法，其预测熔融气化炉的压强急剧下降以控制熔融气化炉内的压强，更具体地讲，涉及一种用于预测熔融气化炉的压强急剧下降的方法和一种用于控制使用非焦煤和精细铁矿石的制铁工艺中的压强的方法，其通过过剩气体回收罐的压强的急剧下降来预测熔融气化炉的压强的急剧下降，并且当回收罐的压强急剧下降时，控制提供给还原炉和熔融气化炉的气体(还原气体)的供给量，以持续并稳定地保持熔融气化炉的压强。

背景技术

通常已知作为制铁工艺的高炉工艺需要诸如制焦设备的原料预处理设备。因此，为了建造这样的辅助设备，预期需要很大的花费。

此外，为了建造用于处理在制焦设备的操作过程中产生的环境污染物的环境污染防止设施，高炉工艺需要很大的花费。

因此，人们已经知道使用非焦煤和精细铁矿石的制铁工艺。即，该制铁工艺直接使用非焦煤作为燃料和还原剂，并直接使用占世界矿石产量超过大约80％的量的精细铁矿石作为铁原料来生产铁水。作为该制铁工艺，FINEX工艺众所周知。

典型的FINEX工艺的基本设备包括：流化床还原炉，包括多级流化床炉和还原炉；熔融气化炉，在其中形成压紧的煤床。

当在室温连续装入到顶反应器(流化床还原炉)中的矿石按次序通过流化床炉和还原炉时，该矿石与从熔融气化炉中提供的高温还原气体接触。所以，矿石转变为具有上升的温度和90％或更大的还原度的高温还原精细铁矿，同时，该还原精细铁矿被连续装入到形成有压紧的煤床的熔融气化炉中，以熔化在压紧的煤床中，从而转变为生铁。此后，从熔融气化炉排出生铁。

此外，通过熔融气化炉的上部将块煤连续提供到熔融气化炉中，以在熔融气化炉内形成具有预定高度的压紧的煤床。当通过设置在压紧的煤床的外壁的下端的多个风口将氧气喷入到压紧的煤床中时，压紧的煤床内的煤燃烧而产生燃烧气体。当产生的燃烧气体上升同时该气体通过压紧的煤床时，燃烧气体转变为高温还原气流。此后，转变为还原气流的燃烧气体循环并被提供到流化床炉和还原炉中。

由熔融气化炉提供到流化床炉和还原炉的高温还原气体是通过非焦煤的燃烧和气化产生的。根据煤的成分和操作条件，还原气体的产量急剧波动。

例如，在极端情况下，高温还原气体的产量的波动范围达到从大约20％至大约50％。此外，在短时间段内可能发生极大的波动。

因此，气体流量的波动引起循环并被提供到流化床还原炉、还原炉和熔融气化炉中的高温还原气体的量急剧增大或减小。气体流量的急剧波动(即，气体流量的急剧减小)会导致在流化床还原炉和还原炉内的矿石流化床的坍塌。

此外，能够均匀地保持熔融气化炉的内部压强的循环气体量的急剧减小或压强的急剧下降导致严重的操作限制，例如，熔融气化炉的不稳定操作。

难以预测熔融气化炉的压强急剧下降。例如，尽管将熔融气化炉的内部压强表示为如图2所示的数值，但是难以预测何时熔融气化炉的内部压强急剧下降。此外，尚未提出用于预测熔融气化炉的压强的方法。

此外，尚未提出用于预测熔融气化炉的压强急剧下降的方法和用于稳定地控制熔融气化炉的内部压强的方法。

发明内容

技术问题

本发明的一方面提供一种用于预测使用非焦煤和精细铁矿石的制铁工艺中的熔融气化炉的压强急剧下降的方法，所述方法可确认用于回收从熔融气化炉中排出的过剩气体的气体存储罐的压强急剧下降，从而预测熔融气化炉的压强急剧下降。

本发明的另一方面提供一种用于控制使用非焦煤和精细铁矿石的制铁工艺中的压强的方法，所述方法可预测熔融气化炉的压强急剧下降，因此，在熔融气化炉的压强急剧下降之前调节影响熔融气化炉的压强和提供到还原炉中的气体(还原气体)的供给量，以稳定地实现熔融气化炉的压强控制和操作。

技术方案

根据本发明的一方面提供了一种用于预测制铁工艺中的熔融气化炉的压强急剧下降的方法，所述制铁工艺用流化床炉、还原炉和熔融气化炉来制造铁水，所述方法包括：当回收和存储熔融气化炉中产生的过剩气体的气体存储罐的内部压强急剧下降时，预测熔融气化炉的内部压强急剧下降。

根据本发明的另一方面提供了一种用于预测制铁工艺中的熔融气化炉的压强急剧下降的方法，所述制铁工艺用流化床炉、还原炉和熔融气化炉来制造铁水，所述方法包括：当回收和存储熔融气化炉中产生的过剩气体的气体存储罐的内部压强低于设定压强时，预测熔融气化炉的内部压强急剧下降。

根据本发明的又一方面提供了一种用于预测制铁工艺中的熔融气化炉的压强急剧下降的方法，所述制铁工艺用流化床炉、还原炉和熔融气化炉来制造铁水，所述方法包括：实时测量回收和存储熔融气化炉中产生的过剩气体的气体存储罐的内部压强；当气体存储罐的内部压强低于设定压强时，预测熔融气化炉的内部压强急剧下降。

根据本发明的又一方面提供了一种用于控制制铁工艺中的熔融气化炉的压强的方法，所述制铁工艺用流化床炉、还原炉和熔融气化炉来制造铁水，所述方法包括：当回收和存储熔融气化炉中产生的过剩气体的气体存储罐的内部压强急剧下降时，预测熔融气化炉的内部压强急剧下降并调整提供到熔融气化炉和还原炉中的至少一个的还原气体的量，以控制熔融气化炉的内部压强。

根据本发明的又一方面提供了用于控制制铁工艺中的熔融气化炉的压强的方法，所述制铁工艺用流化床炉、还原炉和熔融气化炉来制造铁水，所述方法包括：当回收和存储熔融气化炉中产生的过剩气体的气体存储罐的内部压强低于设定压强时，预测熔融气化炉的内部压强急剧下降并调整提供到熔融气化炉和还原炉中的至少一个的还原气体的量，以控制熔融气化炉的内部压强。

根据本发明的又一方面提供了用于控制制铁工艺中的熔融气化炉的压强的方法，所述制铁工艺用流化床炉、还原炉和熔融气化炉来制造铁水，所述方法包括：实时测量回收和存储熔融气化炉中产生的过剩气体的气体存储罐的内部压强；当气体存储罐的压强低于设定压强时，预测熔融气化炉的内部压强急剧下降；调整提供到熔融气化炉和还原炉中的至少一个的还原气体的量，以控制熔融气化炉的内部压强。

在附图和下面的描述中阐述了一个或多个实施例的细节。从说明书和附图，以及从权利要求中，其它特点将是清楚的。

有益效果

根据用于预测制铁工艺中的熔融气化炉的压强急剧下降的方法，能够确认用于回收从熔融气化炉中排出的过剩气体的气体存储罐的压强急剧下降，从而预测熔融气化炉的压强急剧下降。

根据用于控制熔融气化炉的压强的方法，能够在熔融气化炉的压强急剧下降之前调节影响熔融气化炉的压强的气体(还原气体)的供给量，以稳定地实现熔融气化炉的压强操作。

因此，根据本发明，可稳定地保持对使用非焦煤和精细铁矿石来制造铁水的制铁工艺中的熔融气化炉的操作，从而提高了操作生产率。

附图说明

图1是根据本发明的使用非焦煤和精细铁矿石的制铁工艺的过剩气体循环系统的流程图。

图2是示出随着操作时间熔融气化炉内的压强的曲线图。

图3是示出熔融气化炉的压强急剧下降和缓冲罐的压强急剧下降之间关系的曲线图。

具体实施方式

现在将对本公开的实施例做出详细的说明，附图中示出了本公开的示例。

在下面的图1至图3中，与制铁工艺有关的组件的标号以100系列示出，与根据本发明的过剩气体回收系统相关的组件的标号以10系列示出。气体循环线和过剩气体线是气体循环系统中的主要线路，它们的首字母用字母“G”来示出，数字用于区别它们。

图1是在FINEX工艺中的过剩气体循环系统的流程图，所述FINEX工艺是通过直接使用非焦煤和精细铁矿石来生产铁水的典型工艺。

在描述用于预测熔融气化炉的压强急剧下降的方法和用于控制压强的方法之前，将描述与熔融气化炉中的急剧压强下降的预测有关的过剩气体回收系统。

参照图1，制铁工艺中的过剩气体回收系统包括：流化床还原炉130，包括多级流化床炉110和还原炉120；熔融气化炉140，在其中形成压紧的煤床。当在室温连续装入到顶反应器中的矿石按次序通过流化床炉110和还原炉120时，该矿石与从熔融气化炉140中提供的高温还原气体接触。所以，矿石转变为具有上升的温度和90％或更大的还原度的高温还原精细铁矿，同时，该还原精细铁矿被连续装入到形成有压紧的煤床的熔融气化炉140中，以熔化在压紧的煤床中，从而得到铁水。

此外，通过熔融气化炉的上部将块煤连续提供到熔融气化炉140中，以在熔融气化炉内形成具有预定高度的压紧的煤床。当通过设置在压紧的煤床的外壁的下端的多个风口将氧气喷入到压紧的煤床中时，压紧的煤床内的煤燃烧而产生燃烧气体。当产生的燃烧气体上升同时该气体通过压紧的煤床时，燃烧气体转变为高温还原气流。此后，转变为还原气流的燃烧气体从熔融气化炉140中排出，使得燃烧气体被提供给流化床炉110和还原炉120中。

即，从熔融气化炉140的排气线142排出的还原气体通过旋流器(cyclone)150，并且通过熔融气化炉侧气体循环线G3(在下文中，称作“循环线G3”)将还原气体提供给熔融气化炉，通过还原炉侧气体循环线G1(在下文中，称作“循环线G1”)将还原气体提供给还原炉，通过流化床炉侧气体循环线G2(在下文中，称作“循环线G2”)将还原气体提供给流化床炉。

如上所述，提供给流化床炉(G2线)、还原炉(G1线)和熔融气化炉(G3线)的高温还原气体的量(供气量)在短时间段内发生极大波动。

还原气体的量的急剧减小或增大引起在流化床炉110和还原炉120内的矿石流化床的临时坍塌，或者难以均匀地保持熔融气化炉140的内部压强。因此，需要根据还原气体的回收确保流化床的稳定和保持熔融气化炉140的稳定操作。

在这种情况下，通过压强控制阀154将从熔融气化炉140中排出的部分过剩气体排出到熔融气化炉侧过剩气体线Ge1(在下文中，称为“过剩气体线Ge1”)中，以控制在流化床炉110和还原炉120中循环的还原气体的急剧波动。

即，将根据压强和流量的波动而增加的过剩量排出到过剩气体线Ge1中，并且在均匀的压强和流量下将还原气体提供给流化床炉110和还原炉120。在这样的情况下，在实际操作过程中，用于还原铁矿石的还原气体不会被稳定地提供。

从而，如图1所示，从流化床炉110排出的部分过剩气体通过从流化床炉侧过剩气体线Ge2(在下文中，称为“过剩气体线Ge2”)分出的气体循环线G4运动到压缩机160中。运动到压缩机160中的部分过剩气体被压缩并且运动到CO₂去除器166中。通过CO₂去除器166将还原过程不需要的CO₂气体去除，剩余气体被循环并被提供到熔融气化炉140的排气线142中。

然而，由于在流化床炉110和还原炉120中循环的还原气体的不足够仍然存在，所以如果需要的话，添加这样的方法，所述方法是不将过剩气体线Ge1的过剩气体完全排出而是将其回收并储存，以使用储存过剩气体。

图1中未解释的标号152和162(它还可应用于图2和图3)分别表示用于降低过剩气体线Ge1和Ge2的过剩气体的温度的冷却设备。此外，未解释的标号154表示压强控制阀，未解释的标号164表示流量控制阀。

参照图1，设置了与过剩气体线Ge1相连的过剩气体回收线10。过剩气体回收线10循环并将过剩气体提供到熔融气化炉140的排气线142。将气体存储罐(即，接收并存储过剩气体的缓冲罐20)设置在过剩气体回收线10中，以避免如上所述的还原气体的缺乏。

优选地，压缩机30设置在缓冲罐20的下游侧的过剩气体回收线10中。压缩机30将低压过剩气体转变为高压过剩气体，以将来自缓冲罐的高压过剩气体提供到熔融气化炉140中。

由于缓冲罐20通过过剩气体线Ge1来接收并存储低压过剩气体，所以可使用低压小容量缓冲罐。

在过剩气体回收线10中，高压气体反向提供线40设置在压缩机30的下游侧与缓冲罐20之间。高压气体反向提供线40将高压气体反向提供给缓冲罐20，以持续控制缓冲罐20的气体排出量。控制阀42设置在高压气体反向提供线40中。

如上所述，过剩气体回收线10连接到从过剩气体线Ge2分出的气体循环线G4，并连接到熔融气化炉140的排气线142。将回收的过剩气体存储在缓冲罐20中并将其在压缩机160中压缩。压缩的高压过剩气体通过排气线142和旋流器150，被循环并被提供到熔融气化炉(G3线)、流化床炉(G2线)和还原炉(G1线)。

因此，防止了流化床炉110和还原炉120中的流化床的坍塌，并且使熔融气化炉140内的压强保持均匀。

如图1所述，用于控制高压气体的循环的至少一个控制阀14设置在过剩气体回收线10的下游侧中。控制阀12设置在过剩气体回收线10的上游侧中。

在下文中，将基于上述的制铁工艺的过剩气体循环系统来描述根据本发明的用于预测在使用非焦煤和精细铁矿石的制铁工艺中的熔融气化炉140的压强急剧下降的方法。

如图1所述，在用于预测熔融气化炉140的压强急剧下降的方法中，当设置在从回收熔融气化炉140中产生的过剩气体的过剩气体线Ge1分出的过剩气体回收线10中的缓冲罐20的内部压强急剧下降时(例如，缓冲罐20的内部压强低于设定压强)，预测了熔融气化炉140的内部压强将急剧下降。

由于以下原因，熔融气化炉140的内部压强急剧下降与缓冲罐20的内部压强有关。

例如，图2是示出熔融气化炉140的急剧压强下降的曲线图，图3是示出熔融气化炉的急剧压强下降和缓冲罐的急剧压强下降之间关系的曲线图。

图2和图3的曲线是基于在由本申请的申请人来构建、商业化和操作的制铁工艺中得到的数据，例如，在FINEX工艺的实际操作过程中得到的数据。

如图2所示，熔融气化炉的内部压强对气体流量的波动有影响。尽管通过图1的过剩气体循环系统，气体流量或压强被均匀地保持，如图2所示，但是会发生急剧压强下降(图2的点‘P’)。

当将缓冲罐20的内部压强与图2曲线中的最小压强值的点‘P’(即，内部压强急剧下降的点)相联系时，可得到图3的曲线。

例如，如图3所示，熔融气化炉的内部压强急剧下降在点‘P1’处开始，缓冲罐20的内部压强急剧下降在预定的时间段‘T’(例如，基于图3的曲线大约半小时)之前的点‘P2’处开始。

在点‘P1’处，熔融气化炉的内部压强是正常的，缓冲罐的内部压强从大约2.0巴急剧下降到大约1.3巴。

可以知道，熔融气化炉的内部压强的最小值与缓冲罐的内部压强的最小值几乎同时出现。

因此，如图3所示，在缓冲罐20的气体容纳压强为2.0巴的情况下，当缓冲罐20的气体容纳压强从大约1.1巴下降到大约1.3巴时，认为缓冲罐20的内部压强急剧下降。因此，可预测熔融气化炉的内部压强将急剧下降。

尽管难以预测在任何时候熔融气化炉的内部压强急剧下降，但是本发明可使用现有设备容易地实现。所以，可防止因熔融气化炉内的急剧压强下降导致的不稳定操作。

参照图1，当缓冲罐20的压强测量设备(即，压强传感器)设置在一点并且该压强传感器与设备控制器60相连时，可实时检测缓冲罐20的内部压强。

例如，当显示器(未示出)(例如，监视器)连接到控制器60时，操作员可以实时监测缓冲罐20的内部压强。

缓冲罐20的设定压强为参考压强。当缓冲罐20的设定压强下降到参考压强之下时，可预测熔融气化炉的内部压强将急剧下降。根据图3，参考压强可以是缓冲罐20的气体容纳压强的大约65％。

例如，如图1和图3所示，在缓冲罐20的气体容纳压强为2巴的情况下，当缓冲罐的内部压强低于熔融气化炉的内部压强急剧下降开始的点‘P1’处的大约1.3巴(或1.1巴)时，其被设定为设定压强。因此，当缓冲罐的内部压强低于设定压强时，预测熔融气化炉的内部压强将急剧下降。当然，如上所述，这基于在实际操作过程中得到的数据。

在缓冲罐20(即，气体存储罐)的设定压强高于缓冲罐的气体容纳压强的大约65％时，即使在进行正常的操作，也会错误地预测熔融气化炉的内部压强将急剧下降。因此，优选地，基于图3的曲线中的数据来设定设定压强。

当预测熔融气化炉的内部压强将急剧下降时，可控制熔融气化炉的内部压强。

例如，如图1所示，当存储回收的过剩气体的缓冲罐20的内部压强低于设定压强时，预测熔融气化炉的内部压强将急剧下降。因此，先调节提供到熔融气化炉140和还原炉120中的至少一个或者提供到熔融气化炉140和还原炉120两者中的还原气体的量来控制熔融气化炉140的内部压强。

如图1所示，连接到压强传感器(即，缓冲罐20的内部压强测量单元50)的控制器60与设置在气体循环线G3和G1上的控制阀70和72相连，气体循环线G3和G1与熔融气化炉140的排气线142相连以将还原气体提供给熔融气化炉140和还原炉120。

使用压强测量单元50(即，压强传感器)实时检测缓冲罐20的内部压强，将测得的压强值传递给控制器60。当缓冲罐的内部压强如图2中的点‘P’异常下降时，通过控制器60可将压强显示在曲线图中。操作员可确定熔融气化炉的内部压强将急剧下降。

与缓冲罐的压强测量单元50相连的控制器60将上述的设定压强与实时测量的缓冲罐的内部压强进行比较。因此，当控制器60确定因缓冲罐的异常急剧压强下降导致缓冲罐的内部压强低于设定压强时，控制器60确定熔融气化炉的内部压强将急剧下降。

控制器60能够控制设置在气体循环线G1上或与气体循环线G1相连的控制阀70的操作，以调节提供到至少熔融气化炉140的还原炉120和还原炉120的还原气体的量，从而防止熔融气化炉140的内部压强急剧下降。

例如，如果在提供到还原炉120的还原气体的量正常的情况下还原气体的量为大约45,000Nm³/h，则控制器60将还原气体的供给量减小到大约29,000Nm³/h，以防止熔融气化炉140的内部压强急剧下降。

尽管已经参照本发明的一定量的示出性实施例描述了实施例，但是本领域技术人员应该理解，可设计许多其它修改例和实施例，它们将落入本公开的原理的精神和范围内。更具体地讲，在本公开、附图和权利要求范围内的目标组合布置的组成部分和/或布置中的各种变型例和修改例是可能的。除了在组成部分和/或布置中的变型例和修改例，对本领域技术人员来说，可选的使用也将是清楚的。

产业上的可利用性

在用于预测熔融气化炉的压强急剧下降的方法和用于控制使用非焦煤和精细铁矿石的制铁工艺中的熔融气化炉的压强的方法中，使用现有的制铁设备可容易地预测熔融气化炉的内部压强急剧下降以稳定地保持熔融气化炉的内部压强。

因此，可稳定地操作熔融气化炉，从而提高了使用非焦煤和精细铁矿石来制造铁水的制铁工艺的生产率。