Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ОТХОДЯЩИХ КОНВЕРТЕРНЫХ ГАЗОВ

Устройство относится к использованию энергии (физической и химической теплоты) отходящего от кислородного сталеплавильного конвертера технологического газа - конвертерного газа (КГ) и может быть использованной в черной и цветной металлургии.

Известно устройство [1], в котором в процессе выплавки стали в конвертере производится продувка жидкой ванны кислородом, в результате чего углерод из чугуна и лома окисляется и удаляется в виде газообразного оксида и диоксида углерода через горловину конвертера и поступает в газоход. По мере движения газы отдают свою теплоту котлу-утилизатору (КУ) или охладителю конвертерных газов (ОКГ), затем поступают в систему газоочистки, после которой с помощью дымососа выбрасываются через дымовую трубу. На выходном конце трубы имеется специальная камера, в которой отходящие конвертерные газы сжигаются, чтобы исключить попадание оксида в атмосферу. В РФ в настоящее время уходящий конвертерный газ (состав 85-90% СО, 8-14% CO₂, 0,5-2,5% N₂, 1,5-3,5% О₂) практически не используется ни на одном из металлургических комбинатов. Это происходит из-за резко выраженной цикличности его выхода по ходу плавки стали в конвертере. Кроме этого по ходу плавки также изменяется соотношение газов, т.к. содержание диоксида углерода колеблется в пределах от 5-18%. Температура конвертерного газа после КУ составляет 300-400°С. В 350 - т конвертере плавка длится 48-53 минуты, средний выход конвертерного газа за плавку составляет 256000 м3. Конвертерный цех из трех конвертеров производит более 7 млрд. м3 конвертерного газа в год.

Для использования химической теплоты отходящих конвертерных газов предложено собирать конвертерные газы от трех конвертеров в газгольдер (ГКГ), причем конвертерный газ перед газгольдером сжимается в компрессоре, а после газгольдера - подается в нагревательные печи, где используется как топливо для нагрева металла [2].

Однако устройство имеет следующие недостатки:

- непостоянство химического состава конвертерного газа даже после газгольдера и, следовательно, изменение теплоты сгорания данного газа, используемого в качестве топлива в нагревательных печах;

- невысокая теплота сгорания, что снижает калориметрическую температуру сжигания данного газа в нагревательных печах и существенно уменьшает эффективность работы данных агрегатов: увеличивается длительность нагрева, снижается производительность, ухудшаются условия теплопередачи в рабочем пространстве печи;

- переменная теплота сгорания приводит к снижению качества работы систем автоматического регулирования температуры в зонах печи и систем автоматического регулирования соотношения топливо-воздух;

- практически не используется физическое тепло конвертерного газа.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, заключается в повышении эффективности использования химической и физической теплоты отходящего конвертерного газа.

Технический эффект, заключающийся в паровой конверсии из природного газа синтез-газа, имеющего более высокую теплоту сгорания и использующегося, в свою очередь, для сжигания в газовой турбине и получения электроэнергии, достигается тем, что известное устройство для утилизации теплоты отходящих конвертерных газов, содержащее охладитель конвертерных газов, систему газоочистки, компрессоры для сжатия конвертерного газа, газгольдер конвертерного газа, рекуператор, установленный в газоходе кислородного конвертера для подогрева природного газа, переключающие и отсечные клапаны и систему автоматизированного управления процессами в устройстве, согласно изобретению, снабжено смесителем пара и природного газа, подогревателем парогазовой смеси, камерой дожигания, реактором паровой конверсии, газовой турбиной, включающей компрессор, камеру сгорания, рекуператор для подогрева воздуха и электрический генератор, причем смеситель пара и природного газа соединен с подогревателем парогазовой смеси, а подогреватель парогазовой смеси с реактором паровой конверсии трубопроводами парогазовой смеси, газгольдер соединен с камерой дожигания трубопроводом конвертерных газов, а реактор паровой конверсии соединен трубопроводом синтез-газа с газовой турбиной.

На чертеже приведена общая схема устройства. Данное устройство содержит отводные трубопроводы 1, регулирующие и отсечные клапаны 2, компрессоры 3, общий коллектор 4, газгольдер конвертерного газа 5, газопровод 6 передачи конвертерного газа в камеру дожигания (КД) 7 реактора паровой конверсии (РПК) 8, газопровод 9 передачи синтез-газа в камеру сжигания 10 газовой турбины 11. На валу газовой турбины 11 находятся компрессор 12 воздуха горения и электрический генератор 13. В состав газовой турбины входит рекуператор 14 и трубопровод продуктов сгорания. В состав устройства также входят трубопровод природного газа 15, рекуператор 17, паропровод 18, смеситель пара и природного газа (ПГС) 19, подогреватель парогазовой смеси (ППГС) 20, трубопровод парогазовой смеси 21, газопроводы продуктов сгорания после газовой турбины 22 и после камеры дожигания 23, система автоматического управления АСУ ТП 24.

Устройство для утилизации теплоты отходящих конвертерных газов работает следующим образом. Конвертерный газ, отходящий от кислородного конвертера 25, проходит последовательно охладитель конвертерных газов 26, рекуператор 17, систему газовой очистки 27, отводной канал 28 и поступают в дымовую трубу 29. При работе устройства через трубопровод 1 и регулирующий клапан 2 конвертерный газ поступает на вход компрессора 3, который сжимает конвертерный газ и подает его в коллектор 4, откуда он поступает в газгольдер 5. В газгольдере происходит накопление конвертерного газа и обеспечивается его усреднение по составу, давлению и равномерное Поступление через газопровод 6 в камеру дожигания 7 реактора паровой конверсии 8. В камере дожигания происходит сжигание конвертерного газа. Природный газ поступает по трубопроводу 15 в рекуператор 17, установленный в газоходе конвертера 26, нагревается и передается в смеситель 19, в который также по трубопроводу 18 подается пар, вырабатываемый в охладителе конвертерных газов 26. В смесителе 19 происходит смешение пара с природным газом, и полученная парогазовая смесь поступает в подогреватель 20, где нагревается до более высокой температуры и по трубопроводу 21 подается в реактор паровой конверсии 8, где за счет тепла сжигаемого в камере дожигания 7 конвертерного газа, происходит реакция конверсии природного газа и получается синтез-газ, который по газопроводу 9 подается в камеру сгорания 10, куда поступает также воздух, сжатый в компрессоре 12 и подогретый в рекуператоре 14 за счет тепла отходящих от турбины 11 продуктов сгорания. Синтез-газ сжигается с помощью подогретого компрессорного воздуха в камере сгорания 10, и продукты сгорания подаются в газовую турбину 11, которая вращает генератор 13, ток от которого подается в систему электроснабжения комбината. Для исключения влияния изменения теплоты сгорания конвертерного газа, уменьшений его количества при остановке одного из конвертеров сталеплавильного цеха, для обеспечения бесперебойной высокоэффективной работы ГТУ предусмотрена дополнительная подача природного газа через газопровод 30 в камеру сгорания 10. Управление клапанами 2 и 31, а так же всем устройством и отдельными блоками, осуществляется с помощью АСУ ТП 24.

Достоинства данного устройства:

- повышается эффективность использования конвертерного газа: в процессе утилизации участвует и химическая, и физическая теплота данного технологического газа;

- синтез-газ имеет более высокую теплоту сгорания и более высокую калориметрическую температуру, за счет содержания в своем составе не только оксида углерода, но и водорода;

- синтез-газ практически чистый и не требует за собой установки газовой очистки и поэтому срок службы ГТУ весьма велик;

- синтез-газ имеет постоянный состав, а также постоянную теплоту сгорания и поэтому процесс его сжигания в ГТУ поддается качественному регулированию, что обеспечивает постоянные стандартные параметры работы турбины и получаемого электрического тока;

- использование синтез-газа, полученного за счет утилизации теплоты конвертерного газа, в ГТУ для производства электроэнергии, позволяет заменить природный газ, который в настоящее время применяется в системах получения собственной электроэнергии на металлургических комбинатах, причем сокращение расхода природного газа, при том же объеме производства электроэнергии, составит 18 -22%.

- полученная электроэнергия позволяет обеспечить собственные нужды предприятия и получить дополнительный доход при продаже избыточной электроэнергии.

Литература

1. Квитко М.П., Афанасьев С.Г. Кислородно-конвертерный процесс. - М.: Металлургия, 1974. - 343 с.

2. Султангузин И.А., Ситас В.И. Рациональное построение систем использования отходящих газов сталеплавильных конвертеров. // Промышленная энергетика. 1986. №10. - С.6-8.