CN102808053A - 一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高炉炼铁工艺技术领域，提供了一种与高炉炼铁冶炼过程相适应的富氧干气供应装置。本发明的富氧干气供应装置，其特征在于：所述的高炉鼓风机连接预冷器，预冷器连接空冷器，空冷器连接PSA制氧单元，PSA制氧单元连接预冷器，预冷器连接热风炉。该装置充分利用现有高炉炼铁冶炼工艺中的设备，将经过高炉鼓风机出口增压的空气，经变压吸附来直接制备富氧干气，改变了现有技术中需要外置添加富氧来制取富氧干气的方式，具备设备投资低、运行能耗低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及高炉炼铁工艺技术领域，具体涉及一种将压缩空气直接制成可用于高炉炼铁的富氧干气的供应装置。
背景技术
在高炉炼铁工艺中，富氧鼓风技术和脱湿鼓风技术为较为广泛应用的强化冶炼技术。其中，富氧鼓风主要是在鼓风时加入工业氧来提高鼓风中的含氧量，使气体中的富氧含量≥21%，提高冶炼强度和炉缸风口带燃烧温度，从而提高高炉产量和降低焦比。而脱湿鼓风则是通过去除高炉鼓风中的水分，使进入高炉的助燃空气的湿度降低到最佳操作所要求的数值并保持稳定，从而起到提高干风温度、稳定炉况、增加煤粉喷吹量、降低焦比的作用。
目前，富氧鼓风技术中常见富氧加入方法主要是在高炉鼓风机前设置独立的PSA或VPSA制氧装置，并将所制富氧在高炉鼓风机前加入进口风管中，或者，将独立的PSA或VPSA制氧装置所制富氧经氧压机加压后在高炉鼓风机与放风阀之间的冷风管上加入。
CN03117856.1发明名称为“高炉炼铁富氧喷煤的供氧流程”的中国发明专利公开了一种采用PSA（变压吸附）或VPSA（真空变压吸附）吸附法和常压输出氧气的压缩膨胀深冷法及膜分离法空分装置为高炉炼铁富氧喷煤工艺提供富氧的供氧流程。该技术方案主要是：供氧时加在高炉鼓风机吸入口前与空气一同被高炉鼓风机吸入混合成高炉富氧喷煤炼铁工艺所需的富氧送入高炉，或经加压后送入高炉鼓风机出口的空气管内与鼓风机加压后的空气混合均匀后送入高炉。该供氧流程仍存在以下缺点：由于在制备富氧过程中采用空压机或真空机组，富氧制备能耗较大，且如采用高炉鼓风机后加富氧的方式，则还需增加氧压机升压，能耗及投资还需进一步提高，且整套装置系统运行能耗高、设备占地面积大，投资大。
而就脱湿鼓风而言，当前则主要采用鼓风机吸入侧冷却脱湿的方法，该脱湿方法需增加冷冻机组，投资高，且运行能耗较高。
CN200910103264.9，发明名称为“一种高炉鼓风机机后脱湿装置”的中国发明专利公开了一种高炉鼓风机机后脱湿装置，其技术方案主要是：通过将脱湿装置后置于高炉鼓风机出口，对高炉鼓风机出口的高温高压的空气依次进行预冷、脱湿和回热。但该技术方案没有充分利用高炉鼓风机，仍然不能将空气直接制成可用于高炉炼铁的富氧干气，而是需要通过外置添加富氧的方式来满足可用于高炉炼铁的富氧干气的要求。
CN98228550.7，名称为“一种玻璃球窑富氧燃烧装置”的实用新型专利公开了一种玻璃球窑富氧燃烧装置，由鼓风机、富氧发生器、水环式真空泵、气水分离器、脱湿箱、气水分离箱、增压风机、换向装置、预热器、喷嘴、空气净化器、风管软连接、排水斗组成，利用膜法富氧技术，提供28～35%O2含量的富氧空气，与天然气混合燃烧。该技术方案仅仅适用于特定的玻璃球窑，采用膜法富氧技术，通过鼓风机送入空气，同时需要结合水环式真空泵提供膜法制富氧的足够压差，以及通过增压风机对所制富氧增压以满足后续要求的压力。因此，该富氧燃烧装置仍然存在动力设备投资大、能耗高的缺点，且不适用于高炉炼铁。
因此，综合考虑整个高炉炼铁富氧鼓风供气流程，并从降低富氧制备能耗及脱湿能耗的角度出发，有必要建立新的结合脱湿效能的高炉炼铁富氧干气供应工艺，以充分利用现有高炉炼铁工艺中已有装置，在保证富氧含量的前提下，减少投资和运行成本，节约能源消耗。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的缺点，提供了一种与高炉炼铁强化冶炼过程相适应的富氧干气供应装置。该装置充分利用现有高炉炼铁冶炼工艺中的设备，将经过高炉鼓风机增压后的空气，经PSA制氧单元来直接制备富氧干气，改变了现有技术中需要外置添加富氧来制取富氧干气，具备设备投资低、运行能耗低的特点。
为解决以上技术问题，本发明所提供的技术方案如下：
一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，包括高炉鼓风机、预冷器、空冷器、PSA制氧单元和热风炉，其特征在于：所述的高炉鼓风机连接预冷器，预冷器连接空冷器，空冷器连接PSA制氧单元，PSA制氧单元连接预冷器，预冷器连接热风炉；经高炉鼓风机增压后的空气经预冷器、空冷器冷却降温，再进入PSA制氧单元得到富氧干气，所得富氧干气回到预冷器进行升温，然后进入热风炉加热后送往高炉用作助燃。
所述的经高炉鼓风机增压后的空气经预冷器、空冷器冷却降温，降温后的气体在气水分离器中脱出气体中的水分，再进入PSA制氧单元得到富氧干气。
所述的一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，其特征在于：所述的高炉鼓风机出口空气的表压压力为0.25～0.75MPa。其优选的表压压力为0.35～0.58Mpa。高炉鼓风机的出口压力需满足高炉炉顶压力、炉内料柱阻力损失、预冷器阻力损失、冷却器阻力损失、气水分离器阻力损失、变压吸附工序压力要求、送风系统阻力损失的要求；同时，能使进入PSA制氧单元前的空气湿度达到5～10g/m3，与现有工艺相比有很大的提高。
所述的PSA制氧单元，采用多个吸附塔并联，吸附塔内自下而上依次装填有脱水吸附剂和制氧分子筛，以吸附脱除微量水和氮气。
所述的吸附塔，每个吸附塔操作步骤依次包括吸附、均压降压、顺放、逆放、冲洗、均压升压、产品气升压。多个吸附塔交错吸附和再生，从而使空气得以脱湿并制备得富氧干气。所制得的富氧干气与外部添加富氧的方式相比，其含氧量得到大幅度的提高，并且便于调节、稳定性高。
所述的进入PSA制氧单元前的空气温度为85℃以下，其目的在于在空冷的条件下，尽可能的降低水的饱和蒸气压，提高水蒸汽的冷凝量，有利于提高脱湿深度。
所述的富氧干气的露点温度在-10℃以下、含氧量大于21%、湿度小于2 g/m3。
本发明的有益效果在于：
1、本发明装置采用PSA制氧单元放置于高炉鼓风机的出口端之后，充分利用了高炉鼓风机所提供的出口空气的较高压力，直接将空气变压吸附制富氧，使后续制富氧的过程简化，无需添加如空压机或真空机组等动力设备，与目前常用的独立设置PSA或VPSA制富氧装置相比，优化了设备投资，大幅降低了富氧制备过程的能耗，极为有效地降低了富氧干气的制备能耗，提高了高炉炼铁装置的经济性，具备低设备投资、低运行能耗的特点。
2、本发明经高炉鼓风机增压后的空气，经过预冷器、空冷器冷却后，再进入PSA制富氧，所得的富氧干气回到预冷器进行升温，然后进入热风炉。这里的预冷器和空冷器发挥了以下的作用：（1）高炉鼓风机出口的空气先经预冷器进行降温，再进入空冷器进行再次降温，以满足PSA的工艺要求；（2）预冷器将PSA制得的富氧干气作为冷却介质，对富氧干气进行升温，有效地利用了鼓风机出口气体的热量，从而达到了节能的目的。
3、本发明采用采用预冷器连接空冷器，并于空冷器后设置气水分离器的方法，很好地利用了高炉鼓风机所提供的出口空气的较高压力和温度，使空气脱湿处理无需添加冷冻机组，优化了设备投资，大幅降低了空气脱湿处理的能耗，从而极为有效地降低了富氧干气的制备能耗，进一步提高了高炉炼铁装置的经济性，并以此形成结合脱湿效能的高炉炼铁富氧干气供应工艺。
4、本发明控制高炉鼓风机出口空气压力为0.25～0.75MPa，使高炉鼓风机的出口压力满足高炉炉顶压力、炉内料柱阻力损失、预冷器阻力损失、冷却器阻力损失、气水分离器阻力损失、变压吸附工序压力要求、送风系统阻力损失的要求，能有效地将能耗降到最低；同时，经高炉鼓风机增压脱湿后的空气湿度达到5～10g/m3，与现有工艺相比有很大的提高。
5、本发明采用PSA的多个吸附塔并联，多个吸附塔交错吸附和再生，能很好地脱去空气中的水分和氮气，满足制取较高浓度的富氧干气的要求。所制得的富氧干气与外部添加富氧的方式相比，其含氧量得到大幅度的提高，并且便于调节、稳定性高。
6、本发明进入PSA制氧单元前的空气温度控制在85℃以下，其目的在于在空冷的条件下，尽可能的降低水的饱和蒸气压，提高水蒸汽的冷凝量，有利于提高脱湿深度。
附图说明
图1是根据本发明内容所实施的高炉炼铁的富氧干气供应装置结构图。
图2是本发明实施例2的高炉炼铁的富氧干气供应装置结构图。
具体实施方式
实施例1
一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，包括高炉鼓风机、预冷器、空冷器、PSA制氧单元和热风炉，其特征在于：所述的高炉鼓风机连接预冷器，预冷器连接空冷器，空冷器连接PSA制氧单元，PSA制氧单元连接预冷器，预冷器连接热风炉；经高炉鼓风机增压后的空气经预冷器、空冷器冷却降温，再进入PSA制氧单元得到富氧干气，所得富氧干气回到预冷器进行升温，然后进入热风炉送往高炉用作助燃。
所述的高炉鼓风机出口空气的表压压力为0.25MPa。
所述的PSA制氧单元，采用多个吸附塔并联，吸附塔内自下而上依次装填有脱水吸附剂和制氧分子筛，以吸附脱除微量水和氮气。
所述的吸附塔，每个吸附塔操作步骤依次包括吸附、均压降压、顺放、逆放、冲洗、均压升压、产品气升压。
所述的进入PSA制氧单元前的空气温度为85℃以下。
进入PSA制氧单元前的空气湿度为5～10g/m3。
所述的富氧干气的露点温度在-10℃以下，含富氧大于21%，湿度小于2g/m3。本发明充分利用高炉最重要的动力设备——高炉鼓风机，不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力，无须以添加富氧的方式作为高炉炼铁的富氧干气。
实施例2
同样道理，如实施例1。
一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，包括高炉鼓风机、预冷器、空冷器、PSA制氧单元和热风炉，其特征在于：所述的高炉鼓风机预冷器，预冷器连接空冷器，空冷器连接PSA制氧单元，PSA制氧单元连接预冷器，预冷器连接热风炉；所述的高炉鼓风机出口空气的表压压力为0.35Mpa，所述的进入PSA制氧单元前的空气温度为85℃，湿度为10g/m3，得到露点温度为-10℃，含富氧23%，湿度为1.92 g/m3的富氧干气，所得富氧干气回到预冷器进行升温，然后进入热风炉送往高炉用作助燃。
所述的经高炉鼓风机增压后的空气经空冷器、预冷器冷却降温，降温后的气体在气水分离器中脱出气体中的水分，再进入PSA制氧单元得到富氧干气。
实施例3
同样道理，如前述。
一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，包括高炉鼓风机、冷却器、气水分离器、PSA制氧单元和热风炉，其特征在于：所述的高炉鼓风机连接预冷器，预冷器连接空冷器，空冷器连接PSA制氧单元，PSA制氧单元连接预冷器，预冷器连接热风炉；所述的高炉鼓风机出口空气的表压压力0.45Mpa，所述的进入PSA制氧单元前的空气温度为75℃，湿度为8g/m3，得到露点温度为-20℃，含富氧22%，湿度为0.76 g/m3的富氧干气，所得富氧干气回到预冷器进行升温，然后进入热风炉送往高炉用作助燃。
实施例4
同样道理，如前述。
一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，包括高炉鼓风机、冷却器、气水分离器、PSA制氧单元和热风炉，其特征在于：所述的高炉鼓风机连接预冷器，预冷器连接空冷器，空冷器连接PSA制氧单元，PSA制氧单元连接预冷器，预冷器连接热风炉；所述的高炉鼓风机出口空气的表压压力0.58Mpa，所述的进入PSA制氧单元前的空气温度为65℃，湿度为6g/m3，得到露点温度为-30℃，含富氧23%，湿度为0.28 g/m3的富氧干气，所得富氧干气回到预冷器进行升温，然后进入热风炉送往高炉用作助燃。
实施例5
同样道理，如前述。
一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，包括高炉鼓风机、冷却器、气水分离器、PSA制氧单元和热风炉，其特征在于：所述的高炉鼓风机连接预冷器，预冷器连接空冷器，空冷器连接PSA制氧单元，PSA制氧单元连接预冷器，预冷器连接热风炉；所述的高炉鼓风机出口空气的表压压力为0.75Mpa，所述的进入PSA制氧单元前的空气温度为80℃，湿度为5g/m3，得到露点温度为-40℃，含富氧24%，湿度为0.09 g/m3的富氧干气，所得富氧干气回到预冷器进行升温，然后进入热风炉送往高炉用作助燃。
本发明很好地利用了高炉鼓风机所提供的出口空气的较高压力，使后续的空气脱湿处理和变压吸附制富氧过程都无需添加如冷冻机组、空压机、氧压机、真空泵等动力设备，从而与目前常用的独立设置PSA（或VPSA）制富氧装置以及冷却法脱湿装置相比，优化了设备投资，大幅降低了空气脱湿处理及制富氧过程的能耗，极为有效地降低了富氧干气的制备能耗，提高了高炉炼铁装置的经济性，并以此形成可同时满足富氧鼓风和脱湿鼓风要求的，具备低设备投资、低运行能耗特点的富氧干气供应流程。
Claims (8)
1.一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，包括高炉鼓风机、预冷器、空冷器、PSA制氧单元和热风炉，其特征在于：所述的高炉鼓风机连接预冷器，预冷器连接空冷器，空冷器连接PSA制氧单元，PSA制氧单元连接预冷器，预冷器连接热风炉；经高炉鼓风机增压后的空气经预冷器、空冷器冷却降温，再进入PSA制氧单元得到富氧干气，所得富氧干气回到预冷器进行升温，然后进入热风炉加热后送往高炉用作助燃。
2.根据权利要求1所述的一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，其特征在于：所述的经高炉鼓风机增压后的空气经空冷器、预冷器冷却降温，降温后的气体在气水分离器中脱出气体中的水分，再进入PSA制氧单元得到富氧干气。
3. 根据权利要求1或者2所述的一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，其特征在于：所述的高炉鼓风机出口空气的表压压力为0.25～0.75MPa。
4.根据权利要求1或者2所述的一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，其特征在于：所述的PSA制氧单元，采用多个吸附塔并联，所述的吸附塔，每个吸附塔操作步骤依次包括吸附、均压降压、顺放、逆放、冲洗、均压升压、产品气升压。
5.根据权利要求1或者2所述的一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，其特征在于：所述的进入PSA制氧单元前的空气温度为85℃以下。
6.根据权利要求1或者2所述的一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，其特征在于：所述的进入PSA制氧单元前的空气湿度为5～10g/m3。
7.根据权利要求1或者2所述的一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，其特征在于：所述的富氧干气的露点温度在-10℃以下，含氧量大于21%，湿度小于2g/m3。
8.根据权利要求3所述的一种用于高炉炼铁的富氧干气供应装置，其特征在于：所述的高炉鼓风机出口空气的表压压力为0.35～0.58 MPa。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20121205 |