Способ интеграции доменной печи и устройства разделения газов воздуха

013661 Настоящее изобретение относится к способу интеграции по меньшей мере одной доменной печи и по меньшей мере одной установки разделения газов воздуха, причем в соответствии с этим способом n доменных печей и по меньшей мере одна установка разделения газов воздуха запитываются сжатым воздухом при помощи по меньшей мере n+1 компрессоров, где n1 и предпочтительным образом n1. Доменная печь представляет собой весьма широко распространенную технологическую установку,предназначенную для производства чугуна, в состав которого, главным образом, входит железо (от 92 до 95 вес.%), а также углерод (от 3 до 5 вес.%) и другие химические элементы, содержащиеся в чугуне в небольших количествах, например кремний, марганец, фосфор, сера и т.д. Затем чугун превращают в сталь в кислородных конвертерах путем вдувания кислорода в чугун,находящийся в расплавленном жидком состоянии, что позволяет обеспечить окисление различных химических элементов, в частности углерода. Полученная таким образом сталь затем будет очищена и доведена до желаемого сорта или типа(введение кремния, марганца и т.п.) перед тем, как быть отлитой в слитки, в слябы, в блюмы или в круглые заготовки. Доменная печь загружается в основном железной рудой (составляющей обычно от 1,3 т до 1,6 т/т производимого чугуна) в агломерированной форме или в форме окатышей, загружаемой при помощи засыпного аппарата доменной печи, а также коксом (в количестве от 250 кг до 500 кг/т производимого чугуна), также загружаемым при помощи засыпного аппарата доменной печи, распыленным углем, вдуваемым через фурмы, причем количество этого вдуваемого угля может изменяться в диапазоне от 0 до 250 кг/т производимого чугуна, или же любым другим топливом, таким, например, как природный газ,мазут, коксовый газ, пластические материалы и воздух, который еще называют дутьем, причем расход этого воздуха может изменяться в диапазоне от 800 до 1200 нм 3/т производимого чугуна, и этот воздух может быть обогащен или не обогащен кислородом, причем это обогащение кислородом может изменяться в диапазоне примерно от 0 до 15 об.% или в диапазоне от 0 до 150 нм 3 кислорода на тонну производимого чугуна. При помощи такой доменной печи производят, главным образом, чугун, но также и шлак (от 200 до 400 кг/т производимого чугуна), который впоследствии может быть использован в различных вариантах применения, и газы, содержащие, в частности, азот (от 40 до 60 об.%), оксид углерода СО (от 20 до 25 об.%), диоксид углерода СО 2 (от 20 до 25 об.%) и водород (от 1 до 7 об.%). Также могут присутствовать и различные другие элементы, содержание которых не превышает 1%. Газ или смесь газов, выделяемых в доменных печах, обычно улавливаются и используются вследствие их тепловой ценности либо для осуществления непосредственного теплообмена для понижения температуры этих газов и соответствующего повышения температуры жидкости или газа, с которыми осуществляется этот теплообмен, либо путем сжигания, например, окиси углерода СО с кислородом для производства дополнительной тепловой энергии. Дутье в доменной печи, обогащенное или не обогащенное кислородом, подается в основание доменной печи на уровне фурм, которые распределены по всей окружности этой доменной печи. Это дутье осуществляется под давлением, которое может иметь величину в диапазоне от 1105 Па до 7105 Па, для преодоления потерь напора в доменной печи, а также давления, имеющегося на коломнике доменной печи. При этом необходимый расход воздуха является весьма высоким и может иметь величину в диапазоне от 5000 нм 3/ч для совсем небольших доменных печей (например, для доменных печей, которые на сегодняшний день можно встретить, в частности, в Китае) до 50000 нм 3/ч для очень больших промышленных доменных печей. Для того чтобы довести воздух из окружающей атмосферы до необходимого давления, используют воздушные компрессоры или весьма мощные "вентиляторы", причем одни или несколько таких вентиляторов связаны с одной доменной печью. На промышленном предприятии, производящем чугун, в распоряжении которого имеется более одной доменной печи, обычно предусматривают для n доменных печей по меньшей мере n+1 вентиляторов и иногда n+2 вентиляторов для того, чтобы обеспечить непрерывное производство чугуна в том случае,когда один из этих вентиляторов, как это иногда бывает, оказывается неисправным (или должен быть остановлен для проведения операций технического обслуживания или по каким-либо другим причинам). Действительно, резервные избыточные вентиляторы (их еще называют дублирующими вентиляторами) по отношению к количеству доменных печей обычно устанавливаются рядом с другими вентиляторами, находящимися в режиме функционирования, и находятся в режиме ожидания, будучи готовыми к запуску таким образом, чтобы обеспечить непрерывность производства чугуна даже в том случае, когда обнаруживается, что давление и/или расход воздуха в том или ином вентиляторе оказывается меньше некоторой предварительно определенной величины, за пределами которой становится необходимым заменять этот вентилятор на один из вентиляторов, находящихся в режиме ожидания. В общем случае для обогащения воздушного дутья кислородом на предприятии по производству чугуна предусматриваются располагающиеся в непосредственной близости от доменных печей или свя-1 013661 занные с ними при помощи системы трубопроводов одна или несколько достаточно мощных технологических установок по производству кислорода, которые обычно представляют собой установки криогенного разделения газов воздуха на составные части, обеспечивающие производство кислорода промышленной чистоты, то есть кислорода, чистота которого обычно превышает 80 об.%, предпочтительным образом превышает 90 об.%, еще более предпочтительным образом превышает 95 об.% и в ряде случаев превышает 99 об.%. Увеличение потребности в кислороде на предприятии по производству чугуна может возникнуть либо в случае увеличения объема производства чугуна в существующих доменных печах, либо в результате дополнительного запуска одной или нескольких новых доменных печей на этом предприятии, либо в результате увеличения удельного расхода кислорода в каждой доменной печи, например, вследствие введения дополнительного количества топлива, такого как уголь, природный газ, мазут, коксовый газ,пластические материалы и т.п. (при этом введение дополнительного количества топлива обычно осуществляется на уровне расположения фурм). Это увеличение потребности в кислороде также может быть следствием использования кислорода для других технических целей, таких, например, как обогащение воздуха, предназначенного для предварительного разогрева каупера (доменного воздухонагревателя). В этом случае увеличение потребности в кислороде может приводить к необходимости создания новой установки по производству кислорода, которая может представлять собой установку криогенного разделения газов воздуха или установку по производству кислорода при помощи так называемого способа VPSA. В том случае, когда имеется необходимость сделать такое капиталовложение и создать новую установку разделения газов воздуха, принимая во внимание высокую стоимость такой установки, может оказаться необходимым или предпочтительным использовать элементы, уже существующие на данном производственном предприятии. Способ в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет решить поставленную таким образом проблему. Этот способ отличается тем, что поскольку каждая доменная печь питается сжатым воздухом при помощи по меньшей мере одного компрессора из по меньшей мере n+1 имеющихся в распоряжении компрессоров, при этом по меньшей мере один из этих компрессоров, который в данном случае не принимает участия в питании доменной печи (и называемый в последующем изложении вторым компрессором), используется для питания сжатым воздухом установки разделения газов воздуха, тогда как с того момента, как один из компрессоров (в последующем изложении называемых первыми компрессорами),обеспечивающих питание сжатым воздухом одной из доменных печей, начинает обеспечивать расход воздуха меньший, чем некоторая предварительно определенная величина Dmin, упомянутый первый компрессор отключается от упомянутой доменной печи и второй компрессор подключается к этой доменной печи и предпочтительным образом отключается от установки разделения газов воздуха. Этот расход воздуха Dmin обычно соответствует минимальному расходу, требуемому для того,чтобы доменная печь, с которой этот расход связан, функционировала нормально. Таким образом, используют один из имеющихся в распоряжении вентиляторов или компрессоров(второй компрессор) в том случае, когда другие вентиляторы (первые компрессоры) работают в своем обычном режиме и обеспечивают нормальное питание сжатым воздухом связанных с ними соответствующих доменных печей для того, чтобы обеспечить питание сжатым воздухом установки разделения газов воздуха (обычно с использованием небольшого дополнительного компрессора таким образом, чтобы повысить давление воздуха, подаваемого в установку разделения газов воздуха, вплоть до величины,составляющей по меньшей мере примерно 5105 кПа, и/или чтобы дополнить объем воздуха, подаваемого в упомянутую установку разделения) и в том случае, когда обнаружена проблема на уровне одного из первых компрессоров, обеспечивающих питание данной доменной печи, останавливают тот первый компрессор, в котором появилась упомянутая проблема, и заменяют его на компрессор, обеспечивавший до этого питание сжатым воздухом установки разделения газов воздуха, причем данная установка на протяжении этого времени переходит в режим ожидания вплоть до того момента, когда тот или иной другой вторичный компрессор становится доступным для использования (после ремонта первичного компрессора) с тем, чтобы обеспечить питание сжатым воздухом данной установки разделения газов воздуха. Предпочтительным образом упомянутый дополнительный компрессор, предназначенный для данной установки разделения газов воздуха, предусмотрен таким образом, чтобы обеспечивать подачу по меньшей мере части сжатого воздуха, необходимого для этой установки, и/или обеспечить необходимое избыточное давление воздуха. В рассматриваемом здесь контексте компрессор называют "подключенным" к той или иной доменной печи или к той или иной установке разделения газов воздуха или "связанным" с такой доменной печью или такой установкой в том случае, когда упомянутый компрессор обеспечивает питание сжатым воздухом этой доменной печи или, соответственно, этой установки разделения газов воздуха. Аналогичным образом, компрессор называют "отключенным" от той или иной доменной печи или от той или иной установки разделения газов воздуха в том случае, когда упомянутый компрессор не принимает участия в питании сжатым воздухом этой доменной печи или, соответственно, этой установки разделения газов-2 013661 воздуха. В зависимости от расхода воздуха, необходимого для питания данной доменной печи и для питания установки разделения газов воздуха, и максимального расхода, который может быть выдан данным имеющимся в распоряжении вентилятором (или вторым компрессором), будет необходимо в определенных условиях продолжать поддерживать функционирование установки разделения газов воздуха на протяжении периода ожидания с использованием уменьшенного расхода сжатого воздуха (сокращая при этом расход, необходимый для доменной печи, к которой этот вентилятор в данный момент подключен). Возможны различные варианты реализации предлагаемого изобретения: один или несколько вентиляторов, присутствующих на данном производственном предприятии и предусмотренных для подачи сжатого воздуха или для обеспечения дутья, используемого в доменной печи, в частности вентиляторы,находящиеся в режиме ожидания, могут быть использованы для сжатия по меньшей мере части воздуха,необходимого для производства кислорода при помощи одной или нескольких установок разделения газов воздуха. Характеристики одного или нескольких вентиляторов, изначально предусмотренных для функционирования в рабочих диапазонах, адаптированных к потребностям обеспечения давления и расхода сжатого воздуха, свойственным для данной доменной печи, могут быть адаптированы к потребностям обеспечения давления и расхода сжатого воздуха, свойственным для данной установки по производству кислорода. Сжатый воздух, имеющий абсолютное давление, в любом случае превышающее 2 бар, подаваемый при помощи одного из вентиляторов, изначально предназначенных для той или иной доменной печи,может быть направлен в установку по производству кислорода или в доменную печь. При нормальном функционировании оборудования, то есть в том случае, когда все вентиляторы находятся в своем рабочем состоянии, сжатый воздух, поступающий от вентилятора, находящегося в режиме ожидания (второй компрессор), будет полностью или только частично направлен на вход установки разделения газов воздуха. Зато в случае крайней необходимости, то есть в том случае, когда количество вентиляторов, работающих в нормальном режиме, будет недостаточным для того, чтобы обеспечить подачу дутья в доменные печи, сжатый воздух из этого дополнительного вентилятора может быть снова направлен в доменную печь, причем в этом случае функционирование установки по производству кислорода прекращается или адаптируется к функционированию в урезанном режиме, определяемом в соответствии с желаемым режимом функционирования доменных печей. Можно предусмотреть систему трубопроводов, позволяющую направлять поток сжатого воздуха по одному или по другому назначению (то есть в доменную печь или в установку разделения газов воздуха). Предпочтительным образом будет использоваться система регулирования, предназначенная для оптимизации такой адаптации, тогда как диапазон функционирования одного или нескольких вентиляторов, изначально находившихся в режиме ожидания, будет исследован для того, чтобы обеспечить гибкость адаптации к различным возможным ситуациям. Функционирование установки разделения газов воздуха, производящей кислород, может быть полностью прекращено, если этого требуют фактические запросы на производство чугуна в доменных печах,и выбирается оператором в качестве приоритетного. Предпочтительным образом установка разделения газов воздуха обеспечивает производство кислорода, чистота которого превышает 90 об.% (называемого также кислородом с примесями) и более предпочтительным образом превышает 95 об.% кислорода. Также предпочтительным образом будет предусмотрен дополнительный компрессор, используемый в установке разделения газов воздуха и предназначенный для того, чтобы подавать некоторую часть сжатого воздуха, необходимого для работы установки разделения газов воздуха (если при этом требуется большое количество воздуха, слишком значительное для одного вентилятора). Кроме того, этот дополнительный компрессор может быть использован для обеспечения функционирования установки разделения газов воздуха в том случае, когда данный вентилятор (или второй компрессор) будет использоваться для питания сжатым воздухом доменной печи. Этот дополнительный компрессор также может быть использован в качестве защищающего вентилятора в случае одновременного возникновения двух отказов вентиляторов, причем в этом случае данная установка разделения газов воздуха будет остановлена. Кислород,производимый установкой разделения газов воздуха, может быть предназначен частично для доменных печей или частично для других установок, обычно присутствующих на металлургическом предприятии, например для кислородных конвертеров. Таким образом, часть кислорода, производимого данной установкой разделения газов воздуха, используется по меньшей мере в одном из кислородных конвертеров, присутствующих на производственной площадке интеграции. В соответствии с возможным вариантом реализации установка разделения газов воздуха имеет два режима функционирования, а именно так называемый регулярный эксплуатационный режим и так называемый урезанный эксплуатационный режим. Обычно установка разделения газов воздуха функционирует в регулярном эксплуатационном режиме в том случае, когда она питается сжатым воздухом при помощи второго компрессора, и функцио-3 013661 нирует в своем урезанном эксплуатационном режиме в том случае, когда этот второй компрессор подключен к доменной печи, то есть на протяжении периода ожидания установки разделения газов воздуха. В соответствии с первой формой реализации установка разделения газов воздуха обеспечивает производство кислорода, чистота которого превышает 90 об.% в регулярном эксплуатационном режиме и имеет величину, меньшую или равную 90 об.% в урезанном эксплуатационном режиме. В соответствии с другой формой реализации установка разделения газов воздуха обеспечивает производство кислорода,чистота которого превышает 95 об.% в регулярном эксплуатационном режиме и имеет величину, меньшую или равную 95 об.% в урезанном эксплуатационном режиме. Установка разделения газов воздуха также может обеспечивать производство некоторого первого расхода кислорода в регулярном эксплуатационном режиме и производство некоторого второго расхода кислорода, меньшего, чем упомянутый первый расход в урезанном эксплуатационном режиме. Таким образом, установка разделения газов воздуха имеет возможность вырабатывать кислород и, в частности, обеспечивать питание кислородом трубопроводов сжатого воздуха, связанных с доменной печью, даже на протяжении периода ожидания. В соответствии с другим вариантом реализации установка разделения газов воздуха содержит трубопроводы (18, 19) и задвижки (7, 8, 13), позволяющие соединить второй компрессор (16) либо по меньшей мере с одним из трубопроводов (5, 6), обеспечивающих питание доменных печей сжатым воздухом,либо с установкой (20) разделения газов воздуха, либо с ними обеими. Предлагаемое изобретение будет лучше понято из приведенного ниже описания примера его реализации, где даются ссылки на единственный приведенный в приложении чертеж, на котором представлен пример реализации этого изобретения в варианте использования двух доменных печей, одного устройства разделения газов воздуха и трех компрессоров. Доменные печи 1 и 2, соответственно, связаны с компрессорами 3 и 4, соответственно, посредством питающих линий 5 и 6 сжатого воздуха. На питающей линии 5 можно видеть датчик 9 расхода, обеспечивающий измерение минимального расхода сжатого воздуха в линии 5, и датчик 10 расхода, обеспечивающий регулирование расхода сжатого воздуха, поступающего из компрессора 3. Такую же функцию выполняют датчик 11 минимального расхода сжатого воздуха в линии 6 и датчик 12 регулирования расхода сжатого воздуха от компрессора 4. Компрессоры 3 и 4 представляют собой вентиляторы, обычно используемые для питания сжатым воздухом, соответственно, "своих" доменных печей. На данном металлургическом предприятии имеется дополнительный компрессор или вентилятор,предназначенный для компенсации возможных нарушений функционирования компрессоров 3 или 4. Этот дополнительный компрессор 16 связан при помощи питающей линии 19 и клапана 13 с установкой 20 разделения газов воздуха, с одной стороны, и связан при помощи питающей линии 18 с задвижками 7 и 8, которые сами в свою очередь связаны, соответственно, с питающими линиями 5 и 6. На питающей линии 19 можно видеть датчик 17 расхода, обеспечивающий регулирование расхода сжатого воздуха, направляемого в устройство 20 разделения газов воздуха при помощи компрессора 16,в том случае, когда этот компрессор находится в режиме функционирования. Устройство 20 разделения газов воздуха связано, соответственно, при помощи питающих линий 21 и 22 с задвижками 14 и 15, которые обеспечивают питание сжатым воздухом, соответственно, линий 6 и 5. Схематически представленная здесь система действует следующим образом: при нормальном функционировании, то есть в том случае, когда компрессоры 3 и 4 работают нормально, то есть функционируют таким образом, что расход сжатого воздуха, направляемого, соответственно, в доменные печи 1 и 2, превышает некоторое минимальное значение, требуемое для нормального функционирования этих доменных печей и измеряемое, соответственно, при помощи датчиков 9 и 11, задвижки 14 и 15 находятся в открытом положении так же, как и задвижка 13. В этом случае замещающий компрессор 16 обеспечивает при помощи задвижки 13, находящейся в открытом положении, питание сжатым воздухом устройства разделения газов воздуха, которое само в свою очередь обеспечивает подачу произведенного кислорода, соответственно, через задвижки 14 и 15 в питающие линии 6 и 5 обеспечения дутья в доменных печах таким образом, чтобы обеспечить обогащение этого дутья требуемым количеством кислорода. Зато в том случае, когда тот и/или иной из двух датчиков 9 или 11 выявляет нарушение нормального расхода сжатого воздуха в питающих линиях 5 или 6, установленная в питающей линии 19 задвижка 13, которая до этого была открытой, закрывается или частично закрывается, причем в этом случае датчики 9 и/или 11 одновременно обеспечивают управление открытием задвижек 7 и/или 8 (обычно закрытых на протяжении периода нормального функционирования) таким образом, чтобы обеспечить возможность питания сжатым воздухом линий 5 и/или 6 через эти задвижки 7 и 8. В соответствии с выбором, сделанным оператором или автоматически обеспечиваемым данной установкой, задвижки 14 и 15 будут либо полностью закрытыми (предпочтительный режим функционирования), либо частично закрытыми, если устройство 20 разделения газов воздуха имеет возможность про-4 013661 должать функционирование в урезанном режиме. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ интеграции n1 доменных печей и по меньшей мере одной установки разделения газов воздуха, в соответствии с которым n доменных печей и упомянутая установка разделения газов воздуха,обеспечивающая производство кислорода, запитываются сжатым воздухом при помощи по меньшей мере n+1 компрессоров, причем каждая доменная сечь запитывается сжатым воздухом при помощи по меньшей мере одного компрессора по меньшей мере из n+1 компрессоров, имеющихся в распоряжении,и по меньшей мере один из вторых компрессоров, не участвующих в питании той или иной доменной печи, используется для питания сжатым воздухом установки разделения газов воздуха, отличающийся тем, что с того момента, как один из первых компрессоров, питающих ту или иную доменную печь, начинает обеспечивать расход сжатого воздуха меньший, чем предварительно определенный минимальный расход Dmin, упомянутый первый компрессор отключают от упомянутой доменной печи и второй компрессор подключают к этой доменной печи и предпочтительным образом отключают от установки разделения газов воздуха. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что посредством дополнительного компрессора подают сжатый воздух и/или обеспечивают избыточное давление в установке разделения газов воздуха. 3. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что доменные печи питают кислородом при помощи установки разделения газов воздуха. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторую часть кислорода, производимого при помощи установки разделения газов воздуха, используют по меньшей мере в одном кислородном конвертере. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что посредством упомянутой установки разделения газов воздуха обеспечивают производство кислорода, чистота которого превышает 90 об.% и более предпочтительным образом превышает 95 об.% кислорода. 6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что установка разделения газов воздуха имеет два эксплуатационных режима функционирования, а именно регулярный эксплуатационный режим, в котором обеспечивается производство кислорода с чистотой, превышающей 90 об.%, и урезанный эксплуатационный режим, в котором обеспечивается производство кислорода с чистотой, меньшей или равной 90 об.%. 7. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что установка разделения газов воздуха имеет два эксплуатационных режима функционирования, а именно регулярный эксплуатационный режим, в котором обеспечивается производство кислорода с чистотой, превышающей 95 об.%, и урезанный эксплуатационный режим, в котором обеспечивается производство кислорода с чистотой, меньшей или равной 95 об.%. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что установка разделения газов воздуха имеет два эксплуатационных режима функционирования, а именно регулярный эксплуатационный режим, в котором обеспечивается производство некоторого первого расхода кислорода, и урезанный эксплуатационный режим, в котором обеспечивается производство некоторого второго расхода, меньшего, чем упомянутый первый расход кислорода. 9. Установка, предназначенная для осуществления способа по любому из пп.1-8, отличающаяся тем,что эта установка содержит n1 доменных печей (1, 2), одну установку (20) разделения газов воздуха и по меньшей мере n+1 компрессоров (3, 4, 16), причем каждая доменная печь связана по меньшей мере с одним компрессором при помощи системы воздушных питающих трубопроводов (5, 6), при этом эта установка имеет в своем составе трубопроводы (18, 19), позволяющие соединить один из компрессоров,в частности второй компрессор (16), либо с воздушным питающим трубопроводом (5, 6) по меньшей мере одной из доменных печей (1, 2), либо с установкой (20) разделения газов воздуха, либо с ними обеими.