SE534329C2

SE534329C2 - Procedure for heating blast furnace heater

Info

Publication number: SE534329C2
Application number: SE0950900A
Authority: SE
Inventors: Mats Gartz; Tomas Ekman; Andy Cameron
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2011-07-12
Also published as: SE0950900A1; UA105547C2

Description

534 329 Det är vidare känt att syrgasberika förbränningsluften som används i brännare i värmeapparaterna. De anrikningsnivåer som krävs för att reducera eller eliminera behovet av ytter- ligare, högvärdiga bränslen är normalt sådana att de resulte- ett slutligt omkring 28-30%. rar i syrgasinnehåll i förbränningsluften av Sådana metoder kan i vissa fall ge upphov till tillräckligt höga toppflamtemperaturer för att skada det eldfasta materia- let i värmeapparaten, och det kan vara nödvändigt att exem- pelvis tillföra en överskottsmängd luft för att undertrycka flamtemperaturen. 534 329 It is further known to oxygen enrich the combustion air used in burners in the heaters. The enrichment levels required to reduce or eliminate the need for additional, high-quality fuels are normally such that they result in a final result of around 28-30%. Such oxygen can in some cases give rise to sufficiently high peak flame temperatures to damage the refractory material in the heater, and it may be necessary to supply, for example, an excess amount of air to suppress the flame temperature.

Det är dessutom känt att förvärma. bränslet och luften som matas till brännarna i värmeapparaterna med hjälp av värme- återvinningsenheter.It is also known to preheat. the fuel and air supplied to the burners in the heaters by means of heat recovery units.

Alla de ovan beskrivna metoderna medför ökad komplexitet hos processen, och kräver dyrbar utrustning.All the methods described above increase the complexity of the process, and require expensive equipment.

Masugnen själv är en mycket effektiv nmtströmsreaktor, som har utvecklats under många år. Den närmar sig de termodyna- miska gränserna beträffande verkningsgrad, och det är därför svårt att minska energikonsumtionen i förhållande till de mest energisnåla anläggningarna som är i drift idag. Dessutom är masugnen och dess tillhörande utrustning, såsom värmeappa- rater, de största energiförbrukarna i ett integrerat järn- och stålverk. Vidare är den energi som förbrukas vid järn- framställning den dominerande faktorn som påverkar kolför- brukningen i den integrerade ståltillverkningsprocessen, och därmed utsläppen av koldioxid. Därför skulle det vara önsk- värt att öka den termiska verkningsgraden hos masugnsvärmeap- parater. 10 15 20 25 30 534 329 Med hjälp av så kallade “carbon capture”-tekniker är det möjligt att separera koldioxid från masugnens rökgaser, för att minska utsläppen. Sådan separation är emellertid relativt dyr. Därför skulle det vara önskvärt att utforma en masugns- värmeapparat som tillåter billigare koldioxidavskiljning.The blast furnace itself is a very efficient nominal current reactor, which has been developed for many years. It is approaching the thermodynamic limits in terms of efficiency, and it is therefore difficult to reduce energy consumption in relation to the most energy-efficient plants in operation today. In addition, the blast furnace and its associated equipment, such as heaters, are the largest energy consumers in an integrated iron and steel plant. Furthermore, the energy consumed in iron production is the dominant factor that affects coal consumption in the integrated steelmaking process, and thus carbon dioxide emissions. Therefore, it would be desirable to increase the thermal efficiency of blast furnace heaters. 10 15 20 25 30 534 329 With the help of so-called “carbon capture” techniques, it is possible to separate carbon dioxide from the blast furnace's flue gases, in order to reduce emissions. However, such separation is relatively expensive. Therefore, it would be desirable to design a blast furnace heater that allows cheaper carbon dioxide capture.

Förutom det ovan nämnda problemet med höga topptemperaturer hos flamman, kommer låga flamtemperaturer eller liten till- förd värme att leda till långa värmningscykler, vilket inte är önskvärt. Med andra ord behöver flamtemperaturen modere- IaS.In addition to the above-mentioned problem of high peak temperatures of the flame, low flame temperatures or little added heat will lead to long heating cycles, which is not desirable. In other words, the flame temperature needs moderate IaS.

Föreliggande uppfinning löser de ovan beskrivna problemen.The present invention solves the problems described above.

Sålunda hänför sig uppfinningen till ett förfarande för att värma en masugnsvärmeapparat genom att förbränna ett bränsle med ett LHV-värde (eng. Lower Heating Value) av 9 MJ/Nm3 eller lägre i en förbränningszon, anordnad i en förbrännings- kammare i värmeapparaten, och bringa förbränningsgaserna att strömma genom och därmed värma eldfast material i värmeappa- raten, och utmärks av att bränslet förbränns med ett oxida- tionsmedel som innefattar åtminstone 85% syre, och av att förbränningsgaserna bringas att recirkuleras in j. förbrän- ningszonen och därmed spä ut blandningen av bränsle och oxi- dationsmedel däri tillräckligt för att förbränningen skall bli flamlös.Thus, the invention relates to a method of heating a blast furnace heater by burning a fuel having a LHV (Lower Heating Value) of 9 MJ / Nm 3 or less in a combustion zone, arranged in a combustion chamber in the heater, and cause the combustion gases to flow through and thereby heat refractory material in the heater, and is characterized in that the fuel is combusted with an oxidizing agent comprising at least 85% oxygen, and in that the combustion gases are caused to be recycled into the combustion zone and thus dilute the mixture of fuel and oxidizing agent therein is sufficient for the combustion to become flameless.

I det följande kommer uppfinningen att beskrivas i detalj, med hänvisning till exemplifierande utföringsformer av upp- finningen och till de bifogade ritningarna, i vilka: 15 20 25 534 329 Figur 1. är en förenklad illustration av en nwsugn och tre värmeapparater i ett konventionellt järnverk; Figur 2 är en tvärsnittsvy illustrerande en konventionell modern värmeapparat med extern förbränningskammare; Figur 3 är en tvärsnittsvy av en värmeapparat med ytterligare lansar i enlighet med föreliggande uppfinning; Figur 4 är en detaljvy i tvärsnitt av en värmeapparat med en oxyfuelbrännare i enlighet med föreliggande uppfinning; Figur 5 är en tvärsnittsvy av en värmeapparat med àtercirku- lering av förbränningsgas i enlighet med föreliggande uppfin- ning; och Figur 6 är en detaljvy i tvärsnitt av en värmeapparat med en ejektorlans i enlighet med föreliggande uppfinning.In the following, the invention will be described in detail, with reference to exemplary embodiments of the invention and to the accompanying drawings, in which: Figure 534 is a simplified illustration of a new oven and three heaters in a conventional ironworks. ; Figure 2 is a cross-sectional view illustrating a conventional modern heater with an external combustion chamber; Figure 3 is a cross-sectional view of a heater with additional lances in accordance with the present invention; Figure 4 is a detail cross-sectional view of a heater with an oxyfuel burner in accordance with the present invention; Figure 5 is a cross-sectional view of a heating gas recirculation gas heater in accordance with the present invention; and Figure 6 is a detailed cross-sectional view of a heater with an ejector lance in accordance with the present invention.

Figur 1 illustrerar den principiella dispositionen för en masugn 120 och tre värmeapparater 100 i ett järnverk. Vid drift av masugnen 120 framställs masugnstoppgas, som matas, med hjälp av en regleranordning 110 för bränsletillförsel, till var och en av värmeapparaterna 100 för att användas som bränsle för att värma värmeapparaten 100 ifråga. Toppgasen förbränns med ett oxidationsmedel i form av luft, som till- förs med hjälp av en regleranordning 130 för lufttillförsel.Figure 1 illustrates the basic outline of a blast furnace 120 and three heaters 100 in an ironworks. In operation of the blast furnace 120, blast furnace stop gas, which is fed, by means of a fuel supply control device 110, is produced to each of the heaters 100 to be used as fuel to heat the heater 100 in question. The top gas is combusted with an oxidizing agent in the form of air, which is supplied by means of a control device 130 for air supply.

Varje värmeapparat 100 innefattar eldfast material i form av keramiska tegelstenar eller liknande, vilka först värms och sedan används för att värma förbränningsluft som matas in i mâSllgnen .Each heater 100 comprises refractory material in the form of ceramic bricks or the like, which are first heated and then used to heat combustion air fed into the target.

När värmeapparaten 100 drivs i ett läge i vilket det eldfasta materialet värms (”on gas”-läge), förbränns toppgasen i vär- meapparaten 100 med oxidationsmedlet, och förbränningsgaserna matas till en anordning 150 för rökgasbehandling, vilken 15 20 25 30 534 329 möjligen innefattar ett konventionellt koldioxidavskiljnings- steg.When the heater 100 is operated in a position in which the refractory material is heated ("on gas" position), the top gas in the heater 100 is burned with the oxidizing agent, and the combustion gases are fed to a device 150 for flue gas treatment, which possibly includes a conventional carbon dioxide separation step.

När den drivs i ett läge i vilket förbränningsluft värms (”on blast”-läge) leds luft genom det eldfasta materialet i mot- satt riktning, och sedan vidare till masugnen 120.When it is operated in a position in which combustion air is heated (“on blast” mode), air is led through the refractory material in the opposite direction, and then on to the blast furnace 120.

Värmeapparaterna 100 drivs cykliskt, så att åtminstone en värmeapparat hela tiden drivs “on blast” och resterande vär- meapparater drivs “on gas”.The heaters 100 are operated cyclically, so that at least one heater is constantly operated “on blast” and the remaining heaters are operated “on gas”.

Figur 2 är en tvärsnittsvy tagen genom en konventionell, modern värmeapparat 100. Värmeapparaten 100 innefattar en extern förbränningskammare 101, eldfast material 102 och en dom 103. Vid drift ”on gas” är det kritiskt viktigt att tem- peraturen i domen 103 inte blir för hög, eftersom det då finns risk för skador på värmeapparaten 100. Det bör inses att det även finns värmeapparater med interna förbränninge- kammare, och att föreliggande uppfinning är lika tillämpbar vid driften av sådana värmeapparater.Figure 2 is a cross-sectional view taken through a conventional, modern heater 100. The heater 100 includes an external combustion chamber 101, refractory material 102 and a mandrel 103. When operating on gas, it is critically important that the temperature in the mandrel 103 does not become too high, as there is then a risk of damage to the heater 100. It should be understood that there are also heaters with internal combustion chambers, and that the present invention is equally applicable to the operation of such heaters.

Vid drift “on gas” matas toppgas och luft in i en förbrän- ningszon i. förbränningskammaren 101, i. vilken förbränningen sker, via en luftbrännare 108. Brännaren 108 innefattar ett bränsleinlopp 105 och ett luftinlopp 104. De heta förbrän- ningsgaserna strömmas sedan upp genom kammaren 101, förbi domen 103 och ned genom det eldfasta materialet 102, varige- nom det senare värms. När de träder ut genom porten 106 är temperaturen hos förbränningsgaserna konventionellt ungefär 200-350°C.In "on gas" operation, top gas and air are fed into a combustion zone i. The combustion chamber 101, i. In which the combustion takes place, via an air burner 108. The burner 108 comprises a fuel inlet 105 and an air inlet 104. The hot combustion gases are then flowed up through the chamber 101, past the mandrel 103 and down through the refractory material 102, whereby the latter is heated. As they exit through port 106, the temperature of the combustion gases is conventionally about 200-350 ° C.

När det eldfasta materialet har nått en förutbestämd tempera- tur växlas driften om till ”on blast”-drift. Därmed förs luft 10 15 20 25 30 534 329 in genom porten 106, rialet 102, strömmar genom det heta, eldfasta mate- via domen 103 och förbränningskammaren 101, och ut genonn en, utgàngsport 107. Vid denna punkt har förbrän- ningsluften en typisk temperatur av 1100-1200°C.When the refractory material has reached a predetermined temperature, the operation is switched to “on blast” operation. Thus, air 10 15 20 25 30 534 329 is introduced through the port 106, the material 102, flows through the hot, refractory material via the mandrel 103 and the combustion chamber 101, and out through one, exit port 107. At this point, the combustion air has a typical temperature of 1100-1200 ° C.

I föreliggande uppfinnings sammanhang är det föredraget att värma värmeapparaten med toppgas från en masugn, såsom be- skrivs ovan. Det är vidare föredraget att använda toppgas från en masugn till vilken förbränningsluft tillförs från värmeapparaten. Detta tillåter att värmeapparaten anordnas i närheten av masugnen, vilket är energieffektivt och leder till låga totala utsläpp från anläggningen.In the context of the present invention, it is preferred to heat the heater with top gas from a blast furnace, as described above. It is further preferred to use top gas from a blast furnace to which combustion air is supplied from the heater. This allows the heater to be located near the blast furnace, which is energy efficient and leads to low total emissions from the plant.

Det bör emellertid inses att föreliggande uppfinning kan tillämpas med samma framgång på värmeapparater som värms med andra làgvärdiga bränslen. Som exempel presenteras typiska kemiska sammansättningar (procentvärden) och LHV-värden (eng.It should be understood, however, that the present invention can be applied with the same success to heaters heated with other inferior fuels. As an example, typical chemical compositions (percentage values) and LHV values (eng.

Lower Heating Values), i tabellerna 1 respektive 2, för topp- gas från en masugn och avgaser från en konverter.Lower Heating Values), in Tables 1 and 2, respectively, for peak gas from a blast furnace and exhaust gases from a converter.

Tabell 1 N2 Og H2 CO C02 CH4 CmHn H20 Toppgas 52,5 0,55 2,3 23,5 20 - - 1,15 Avgas 17,2 0,1 2,5 64,5 15,6 - - 0,1 Tabell 2 LHv (MJ/Nnë) LHV (MJ/kg) Toppgas 3,2 2,4 Avgas 6,3 8,4 Enligt föreliggande uppfinning värms värmeapparaten med ett gasformigt bränsle vars LHV-värde inte är högre än 9 MJ/Nmä Användning av ett sàdant lågvärdigt bränsle maximerar de W ü 20 25 30 534 329 möjliga kostnadsfördelarna med föreliggande uppfinning.Table 1 N2 And H2 CO CO 2 CH4 CmHn H 2 O Top gas 52.5 0.55 2.3 23.5 20 - - 1.15 Exhaust gas 17.2 0.1 2.5 64.5 15.6 - - 0.1 Table 2 LHv (MJ / Nnë) LHV (MJ / kg) Top gas 3.2 2.4 Exhaust gas 6.3 8.4 According to the present invention, the heater is heated with a gaseous fuel whose LHV value is not higher than 9 MJ / Nmä Use of such a low-value fuel maximizes the possible cost benefits of the present invention.

Bränslet kan innefatta en viss tillsats av ett annat, mer högvärdigt bränsle, så länge som LHV-värdet av blandningen är samma som eller lägre än 9 MJ/Nm3. För att minimera kostna- derna och utsläppen är det emellertid föredraget att inte tillsätta några högvärdiga bränslen före förbränning.The fuel may include some addition of another, higher quality fuel, as long as the LHV value of the mixture is equal to or lower than 9 MJ / Nm3. However, in order to minimize costs and emissions, it is preferable not to add any high-quality fuels before incineration.

Enligt föreliggande uppfinning används ett sådant làgvärdigt bränsle för att värma värmeapparaten genom att förbränna det, inte med luft eller något syreberikad luft, utan med ett oxidationsmedel som innefattar åtminstone 85 viktprocent, hellre 95 viktprocent syre, där oxidationsmedlet helst är industriellt ren syrgas som har ett syreinnehåll av väsentli- gen 100%.According to the present invention, such a low-grade fuel is used to heat the heater by burning it, not with air or any oxygen-enriched air, but with an oxidizing agent comprising at least 85% by weight, more preferably 95% by weight of oxygen, the oxidizing agent preferably being industrially pure oxygen having a oxygen content of essentially 100%.

Detta ökar bränsleeffektiviteten, eftersom kväveballasten som är närvarande i luften inte behöver värmas. Genom att minska kväveballasten i förbränningsprodukterna, kan dessutom de erfordrade flamtemperaturerna nås utan behov av att komplet- tera det làgvärdiga bränslet med bränslen med högt energiin- nehàll. De minskade energibehoven kommer att möjliggöra ett ökat effektuttag och/eller leda till minskade behov av ex- ternt tillförd gas, vilket sålunda förbättrar bränsleekono- min.This increases fuel efficiency, as the nitrogen ballast present in the air does not need to be heated. In addition, by reducing the nitrogen ballast in the combustion products, the required flame temperatures can be achieved without the need to supplement the low-grade fuel with fuels with a high energy content. The reduced energy needs will enable increased power consumption and / or lead to reduced needs for externally supplied gas, which thus improves fuel economy.

Användningen av ett oxidationsmedel med så högt syreinnehàl- ler kommer normalt att leda till topptemperaturer som är höga nog att skada domen och det eldfasta materialet i värmeappa- râten.The use of an oxidizing agent with such a high oxygen content will normally lead to peak temperatures that are high enough to damage the dome and the refractory material in the heater.

Föreliggande uppfinnare har emellertid upptäckt att det är möjligt att använda denna typ av oxidationsmedel under förut- sättning att förbränningsgaserna i värmeapparaten recirkule- 10 20 25 30 534 329 ras iii i förbränningszonen i. sådan utsträckning att bland- ningen av bränsle och oxidationsmedel däri blir tillräckligt utspädd för att förbränningen i förbränningszonen skall vara av den typ som normalt hänvisas till som "flamlös”. betecknar en ”flamlös” förbränning ett flamlös oxidationsläge Häri som åstadkoms genom att oxidationsmedel och gasformigt bräns- le späs ut kraftigt med àtercirkulerade avgaser innan huvud- delen av' förbränningsprocessen sker j. förbränningszonen. På detta sätt åstadkoms en förbränning utan synlig flamma, med andra ord en flamma som är osynlig eller nästan osynlig för det mänskliga ögat. Ett annat sätt att uttrycka detta är att förbränningsreaktanterna är såpass utspädda att förbränningen är en förbränning av ”volymtyp”, utan en stabil flamma.However, the present inventors have discovered that it is possible to use this type of oxidizing agent provided that the combustion gases in the heater are recirculated iii in the combustion zone i. To such an extent that the mixture of fuel and oxidizing agent therein becomes sufficient. diluted so that the combustion in the combustion zone is of the type normally referred to as "flameless". In this way a combustion is effected without visible flame, in other words a flame which is invisible or almost invisible to the human eye. Another way of expressing this is that the combustion reactants are so diluted that the combustion is a "volume type" combustion, without a stable flame.

Att ”förbränningsgaser recirkuleras in i. förbränningszonen” hänför sig häri till att förbränningsgaser som är belägna utanför förbränningszonen återcirkuleras tillbaka in i_ för- bränningszonen. Sådana förbränningsgaser kan ursprungligen ha varit belägna inne i själva förbränningskammaren, men utanför den del av förbränningskammaren som upptas av den zon i vil- ken förbränningen huvudsakligen sker (”förbrännings2onen"). I detta fall recirkuleras sålunda förbränningsgaserna i själva verket inom förbränningskammaren. Alternativt kan sådana förbränningsgaser átercirkuleras från en plats utanför för- bränningskammaren, tillbaka till förbränningszonen.The fact that “combustion gases are recirculated into the combustion zone” refers here to the fact that combustion gases located outside the combustion zone are recirculated back into the combustion zone. Such combustion gases may have originally been located inside the combustion chamber itself, but outside the part of the combustion chamber which is occupied by the zone in which the combustion mainly takes place (the "combustion zone"). such combustion gases are recirculated from a location outside the combustion chamber, back to the combustion zone.

Såsom kommer att beskrivas mer i detalj nedan, kan utspäd- ningen av reaktanterna åstadkommas antingen genom att skapa kraftig turbulens inuti förbränningskammaren, med hjälp av höghastighetslansning av oxidationsmedel, möjligen med hjälp av ett stegvis förbränningsschema, och/eller genom recirkula- tion av rökgaser från värmeapparaten tillbaka in i förbrän- ningszonen.As will be described in more detail below, the dilution of the reactants can be achieved either by creating strong turbulence inside the combustion chamber, by means of high velocity launching of oxidizing agents, possibly by means of a stepwise combustion scheme, and / or by recirculation of flue gases from the heater back into the combustion zone.

W ﬁ 20 25 534 329 Det har, genom att använda sådan flamlös förbränning med ett oxidationsmedel med mycket höga andelar syre, befunnits vara möjligt att åstadkomma tillräckligt låga topptemperaturer hos flamman för att värmeapparaten inte skall skadas. Dessutom är det möjligt att uppnå tillräckligt höga flamtemperaturer.W ﬁ 20 25 534 329 By using such flameless combustion with an oxidizing agent with very high proportions of oxygen, it has been found possible to achieve sufficiently low peak temperatures of the flame so that the heater is not damaged. In addition, it is possible to achieve sufficiently high flame temperatures.

När ett oxidationsmedel med hög syrehalt används för att förbränna lågvärdiga bränslen, såsom toppgas från en masugn, blir dessutom C02-innehållet i förbränningsgaserna väsentli- gen högre jämfört med när luft eller lätt syreberikad luft används som oxidationsmedlet. Eftersom konventionella koldi- oxidavskiljningstekniker tenderar att vara väsentligen billi- gare per enhet avskiljd C02 när den behandlade gasen innehål- ler en hög andel koldioxid, leder detta till väsentliga kost- nadsbesparingar ett när sådant koldioxidavskiljningssteg används för att behandla förbränningsgaserna från värmeappa- raten.In addition, when a high oxygen oxidant is used to burn low quality fuels, such as top gas from a blast furnace, the CO 2 content of the combustion gases is significantly higher compared to when air or slightly oxygen-enriched air is used as the oxidant. Since conventional carbon dioxide capture techniques tend to be significantly cheaper per unit of CO2 separated when the treated gas contains a high proportion of carbon dioxide, this leads to significant cost savings when such a carbon dioxide separation step is used to treat the combustion gases from the heater.

Figur 3 visar en föredragen utföringsform av uppfinningen. En värmeapparat 300, som liknar den konventionella värmeappara- ten 200 som visas i figur 2, re 301, innefattar en förbränningskamma- eldfast material 302, en dom 303, ett inlopp 304 som används för förbränningsluft när värmeapparaten drivs på konventionellt sätt med luftförbränning, ett annat inlopp 305 som används för làgvärdigt bränsle såsom toppgas, 306, 207. Istället för att för- bränna det lågvärdiga bränslet med luft är flera lansar 310, 311, och portar 307 som liknar portarna 206, 312 införda i förbränningskammare, och används för att införa det ovan definierade oxidationsmedlet med hög andel syre in i förbränningszonen. Oxidationsmedlet kan tillhanda- hållas genom lokal syreproduktion eller genom externt till- handahållet oxidationsmedel. 10 20 25 30 534 329 10 I alla häri beskrivna utföringsformer balanseras den totala mängden oxidationsmedel per tidsenhet mot mängden tillhanda- hållet làgvärdigt bränsle, så att de önskade stökiometriska förbränningsbetingelserna skapas.Figure 3 shows a preferred embodiment of the invention. A heater 300, similar to the conventional heater 200 shown in Figure 2, re 301, includes a combustion chamber refractory material 302, a mandrel 303, an inlet 304 used for combustion air when the heater is operated in a conventional manner with air combustion, a other inlet 305 used for low fuel such as top gas, 306, 207. Instead of burning the low fuel with air, several lances 310, 311, and ports 307 similar to the ports 206, 312 are inserted into the combustion chamber, and are used to introduce the high oxygen content oxidant defined above into the combustion zone. The oxidizing agent can be provided by local oxygen production or by an externally provided oxidizing agent. In all embodiments described herein, the total amount of oxidizing agent per unit time is balanced against the amount of low fuel provided, so that the desired stoichiometric combustion conditions are created.

Det är föredraget att varje lans 310, 311, 312 tillför oxida- tionsmedel till förbränningszonen med hög hastighet, helst åtminstone 200 m/s, hellre åtminstone ljudhastigheten. Sådan höghastighetslansning leder till kraftig turbulens i förbrän- ningskammaren, vilket i sin tur drar in förbränningsgaser in i förbränningszonen och därmed spär ut flamman så att flamlös förbränning åstadkoms.It is preferred that each lance 310, 311, 312 supply oxidizing agent to the combustion zone at high speed, preferably at least 200 m / s, more preferably at least the speed of sound. Such high-speed launching leads to strong turbulence in the combustion chamber, which in turn draws combustion gases into the combustion zone and thereby shuts out the flame so that flameless combustion is achieved.

I enlighet med en föredragen utföringsfonn är en lans 310 anordnad med sin mynning i omedelbar närhet till bränslein- loppets 305 mynning. I enlighet med en annan föredragen utfö- ringsform är en lans 311 anordnad vid en position på avstånd från bränsleinloppets 305 mynning. Beroende på geometrin hos förbränningskammaren 301 kan ett av dessa arrangemang, eller en kombination av båda, åstadkomma den bästa recirkulationen av förbränningsgaser in i förbränningszonen. En kompletteran- de lans 312, anordnad längre nedströms i förhållande till den 311, för att åstadkomma en stegvis förbränningsprocess, varigenom andra lansen eller de andra lansarna 310, kan användas den totala flamvolymen kan göras ännu större. Fler än en lans 311, 312 kan na- turligtvis anordnas för att komplettera varandra. Ifall oxi- av var och en av de beskrivna typerna 310, dationsmedlen lansas i omedelbar närhet till bränsleinloppet 305 är det föredraget att också lansa oxidationsmedel längre nedströms, för att skapa en stegvis förbränningsprocess. 10 15 20 25 30 534 329 ll Figur 4 är en översiktlig illustration av en annan föredragen utföringsform, i vilken en masugnsvärmeapparat 400 innefattar en förbränningskammare 401, 406. eldfast material 402 och en port Làgvärdigt bränsle tillförs via en tillförselledning 411, en tillförselanordning 412 och ett inlopp 413. Oxidationsmedel tillförs via en tillförselledning 414, en tillförselanordning 415 och en lans innefattande en mynning 416. Lansen är anord- nad så att dess mynning 416 är anordnad i omedelbar närhet till bränsleinloppet 413. Lansen löper helst koaxiellt med bränsleinloppet 413, såsom visas i figur 6. Med ett sådant arrangemang bredvid bränsleinloppet 413, speciellt ett koaxi- ellt sådant arrangemang, och när oxidationsmedlet lansas med de ovan beskrivna höga hastigheterna, dras bränslet effektivt in i förbränningszonen med hjälp av ejektorverkan från oxida- tionsmedlet med den höga hastigheten. Resultatet blir att kraftig recirkulation av förbränningsprodukterna àstadkoms i förbränningskammaren 401, speciellt recirkulerande förbrän- ningsgaser in i förbränningszonen, vilket expanderar flam- bredvid bränsleinloppet 413 är det föredraget att samtidigt använda fronten. När en sådan höghastighetslans anordnas en sekundär oxidationsmedelslans 312, som levererar en del av den totala mängden levererat syre vid ett annat ställe i förbränningskammaren 401, nedströms om bränsleinloppet 413, vilket skapar en stegvis förbränning av det lâgvärdiga bräns- let och därmed underlättar uppnåendet av flamlös förbränning.In accordance with a preferred embodiment, a lance 310 is provided with its mouth in the immediate vicinity of the mouth of the fuel inlet 305. In accordance with another preferred embodiment, a lance 311 is provided at a position remote from the mouth of the fuel inlet 305. Depending on the geometry of the combustion chamber 301, one of these arrangements, or a combination of both, can provide the best recirculation of combustion gases into the combustion zone. A complementary lance 312, arranged further downstream of the 311, to provide a stepwise combustion process, whereby the second lance or lances 310 can be used, the total flame volume can be made even larger. More than one lance 311, 312 can of course be arranged to complement each other. If any of the described types 310, the oxidants are launched in the immediate vicinity of the fuel inlet 305, it is preferred to also launch oxidants further downstream, to create a stepwise combustion process. Figure 4 is a schematic illustration of another preferred embodiment, in which a blast furnace heater 400 includes a combustion chamber 401, 406. refractory material 402 and a port Low quality fuel is supplied via a supply line 411, a supply device 412 and an inlet 413. Oxidizing agent is supplied via a supply line 414, a supply device 415 and a lance comprising an orifice 416. The lance is arranged so that its orifice 416 is arranged in close proximity to the fuel inlet 413. The lance preferably runs coaxially with the fuel inlet 413, such as shown in Figure 6. With such an arrangement next to the fuel inlet 413, especially a coaxial such arrangement, and when the oxidizing agent is launched at the high speeds described above, the fuel is efficiently drawn into the combustion zone by means of ejector action from the oxidizing agent at the high speed . The result is that strong recirculation of the combustion products is achieved in the combustion chamber 401, especially recirculating combustion gases into the combustion zone, which expands flame next to the fuel inlet 413, it is preferable to use the front at the same time. When such a high velocity lance is provided, a secondary oxidant lance 312, which delivers a portion of the total amount of oxygen delivered at another location in the combustion chamber 401, downstream of the fuel inlet 413, creates a stepwise combustion of the low value fuel and thus facilitates achievement of flammability. combustion.

I enlighet med en mycket föredragen utföringsform ersätts en befintlig, konventionell luftbrännare, som tidigare använts för att värma den befintliga värmeapparaten 400, i ett inle- dande steg med en oxyfuelbrännare 410 innefattande ovan be- skrivna bränsleinlopp 413 och en oxidationsmedelslans. En 10 20 25 30 534 329 12 "oxyfuel”-brännare hänför sig häri till en brännare som drivs med ett bränsle och ett oxidationsmedel, vari oxidationsmed- let innefattar en stor andel syre, helst åtminstone 85% syre, hellre åtminstone 95% syre.In accordance with a highly preferred embodiment, an existing conventional air burner previously used to heat the existing heater 400 is replaced in an initial step with an oxyfuel burner 410 including the fuel inlet 413 described above and an oxidant lance. An "oxyfuel" burner herein refers to a burner powered by a fuel and an oxidizing agent, wherein the oxidizing agent comprises a large proportion of oxygen, preferably at least 85% oxygen, more preferably at least 95% oxygen.

Enligt en alternativ, föredragen utföringsform kompletteras i ett inledande steg den ovan beskrivna befintliga luftbränna- ren med en eller flera höghastighetsoxidationsmedelslansar såsom beskrivits ovan, och lufttillförseln upphör.In an alternative, preferred embodiment, in an initial step, the existing air burner described above is supplemented with one or more high speed oxidant lances as described above, and the air supply ceases.

Såsom beskrivits ovan ger sådan höghastighetslansning upphov 401, vilket leder till en flamlös förbränning och sålunda till- till kraftig turbulens inuti förbränningskammaren 301, räckligt låga topptemperaturer hos flamman.As described above, such high velocity launching gives rise to 401, which leads to a flameless combustion and thus to strong turbulence inside the combustion chamber 301, sufficiently low peak temperatures of the flame.

Massflödet per tidsenhet av förbränningsgaserna kommer emel- lertid att vara lägre när ett oxidationsmedel med högt syre- innehåll används, jämfört med när luft används som, oxida- tionsmedel. Detta leder till lägre konvektiv värmeöverföring till det eldfasta materialet, och därmed till längre uppvärm- ningscykler. När en befintlig värmeapparat konverteras till drift med ett oxidationsmedel med högt syreinnehàll är det därför föredraget att recirkulera rökgaserna från värmeappa- raten in i förbränningszonen, såsom beskrivs nedan i anslut- ning till figurerna 5 och 6.However, the mass flow per unit time of the combustion gases will be lower when an oxidizing agent with a high oxygen content is used, compared with when air is used as the oxidizing agent. This leads to lower convective heat transfer to the refractory material, and thus to longer heating cycles. Therefore, when converting an existing heater to operation with a high oxygen content oxidant, it is preferable to recycle the flue gases from the heater into the combustion zone, as described below in connection with Figures 5 and 6.

Figur 5 är sålunda en översiktlig illustration av en värmeap- parat 500 i enlighet med en annan föredragen utföringsform, innefattande en förbränningskammare 501, eldfast material 502 och en dom 503.Figure 5 is thus a schematic illustration of a heater 500 in accordance with another preferred embodiment, comprising a combustion chamber 501, refractory material 502 and a mandrel 503.

Vid drift “on as” lämnar förbrännin s aserna värmeapparaten 9 9 500 genom en port 506. En del av förbränningsgaserna återcir- 20 25 30 534 329 13 kuleras emellertid tillbaka till förbränningszonen i förbrän- ningskammaren 501 via en recirkulationsanordning 511. Recir- kulationsanordningen 511 kan innefatta en framdrivningsanord- ning, såsom en fläkt, för att mata de recirkulerade förbrän- ningsgaserna till förbränningskammaren 501.In "on as" operation, the combustion gases leave the heater 9,500 through a port 506. However, some of the combustion gases are recirculated back to the combustion zone in the combustion chamber 501 via a recirculation device 511. The recirculation device 511 may include a propulsion device, such as a fan, for supplying the recycled combustion gases to the combustion chamber 501.

Recirkulationsanordningen 511 är också anordnad att blanda den recirkulerade förbränningsgasen med ett oxidationsmedel med högt syreinnehåll, med en sammansättning i enlighet med det ovan beskrivna, vilken tillförs via en tillförselledning 512. Blandningen kan ske med hjälp av konventionella diffusö- rer.The recirculation device 511 is also arranged to mix the recycled combustion gas with an oxidizing agent with a high oxygen content, with a composition in accordance with the above described, which is supplied via a supply line 512. The mixing can take place by means of conventional diffusers.

Blandningen av recirkulerad förbränningsgas och oxida- tionsmedel tillförs sedan till förbränningskammaren 501 via ett inlopp 513. Ett lågvärdigt bränsle, såsom toppgas, till- förs, via en tillförselledning 514, 515 och ett inlopp 516. let en tillförselanordning I förbränningszonen förbränns bräns- sålunda med oxidationsmedlet i närvaro av de förbrän- ningsgaser som har recirkulerats in i förbränningszonen efter det att de redan har passerat värmeapparaten 500. På detta sätt späds flamman i förbränningskammaren 501 ut.The mixture of recycled combustion gas and oxidizing agent is then supplied to the combustion chamber 501 via an inlet 513. A low value fuel, such as top gas, is supplied via a supply line 514, 515 and an inlet 516. A supply device in the combustion zone is burned with fuel. the oxidizing agent in the presence of the combustion gases which have been recirculated into the combustion zone after they have already passed the heater 500. In this way, the flame in the combustion chamber 501 is diluted.

Det har upptäckts att det, med hjälp av sådan recirkulation av rökgaserna, är möjligt att uppnå konvektiva värmeöverfö- ringstakter som är tillräckligt höga för att kunna upprätt- hålla värmningscykeltiden för en befintlig värmeapparat för vilken ett förfarande enligt föreliggande uppfinning tilläm- pas. Detta uppnås genom att recirkulera en tillräcklig mängd förbränningsgaser för att upprätthålla massflödet av gas, eller det termiska energiflödet, per tidsenhet genom värmeap- paraten 500, vid en nivå som är åtminstone densamma som mass- flödet av gas, eller termiskt energiflöde, per tidsenhet som användes när den befintliga värmeapparaten drevs med hjälp av ett oxidationsmedel med lågt syreinnehåll och utan recirkula- 10 15 20 534 329 14 tion, före konvertering till drift i enlighet med föreliggan- de uppfinning.It has been discovered that, by means of such recirculation of the flue gases, it is possible to achieve convective heat transfer rates which are high enough to be able to maintain the heating cycle time of an existing heater to which a method according to the present invention is applied. This is achieved by recirculating a sufficient amount of combustion gases to maintain the mass flow of gas, or the thermal energy flow, per unit time through the heater 500, at a level at least equal to the mass flow of gas, or thermal energy flow, per unit time which was used when the existing heater was operated by means of a low oxygen oxidant and without recirculation, prior to conversion to operation in accordance with the present invention.

Detta inbegriper att mängden recirkulerade förbränningsgaser balanseras mot den tillförda mängden lågvärdigt bränsle och oxidationsmedel per tidsenhet. Tabell 3 illustrerar ett exem- pel på en sådan balans, i vilken ett första driftssätt be- skrivs, i vilket toppgas från en masugn, vilken toppgas beri- kats med koksugnsgas, förbränns med luft, utan recirkulation, och jämförs med ett motsvarade, andra driftssätt, i vilket industriellt rent syre används som oxidationsmedlet och en viss recirkulation införs i enlighet med föreliggande uppfin- ning. Sàsom kan ses från tabell 3 upprätthålls flamtemperatu- ren och massflödet av gas genom det eldfasta materialet 502 genom värmeapparaten 500 vid väsentligen samma nivå när upp- finningens förfarande tillämpas, samtidigt som förbrännings- värmen minskar.This means that the amount of recycled combustion gases is balanced against the supplied amount of low-value fuel and oxidant per unit time. Table 3 illustrates an example of such a balance, in which a first mode of operation is described, in which top gas from a blast furnace, which top gas is enriched with coke oven gas, is burned with air, without recirculation, and is compared with a corresponding, second mode of operation, in which industrially pure oxygen is used as the oxidizing agent and a certain recirculation is introduced in accordance with the present invention. As can be seen from Table 3, the flame temperature and the mass flow of gas through the refractory material 502 through the heater 500 are maintained at substantially the same level when the process of the invention is applied, while the heat of combustion is reduced.

Tabell 3 ._ å ä å» ä i 52: ä. 2 B “H3 å 3' _ ~ A \ o u =o 'c m E sv me: .d P 2 É a u c U v > n > o c n å f* w a f: w: :2~ u É a c u u u ﬂ Å\ Q 9 o ~ u ~ -4 & g u n -u å ¿ .n u m n : Q H u @ n =o m å I; 5 5 =o m x A c ~ E B Ü w 5 5 'u u Ü u E 5 g E _ \ fl u u å m Q A 5 m E w M u . 'få 'ä o "' N =ä .-« “=@°š “ä ä: n A a å o m m Q > É ~ 8 > u ~ K0ﬂVIﬂßi°ﬂ6l1t 48502 40408 4045 0 208 1448 1988 0 86567 23 Mid 0 60222 0 8538 194 1372 1939 21345 60991 43 rocirkulation I det “konventionella” driftssättet enligt tabell 3 drivs fyra värmeapparater för att leverera 195000 Nm3/h förbrän- ningsluft vid en temperatur av ll25°C. För att värma denna 10 20 25 30 534 329 15 luftvolym från omgivningstemperatur krävs 308 GJ energi per timme, blast”. under förutsättning att två värmeapparater drivs ”on Den totala verkningsgraden för värmeapparaterna, vilken definieras som (energi i förbrännings- luft)/(förbränningsenergi tillförd till värmeapparaterna), är 308/(2-208) eller omkring 74%. En del av denna ineffektivitet är associerad med det kännbara värmet hos rökgaserna.Table 3 ._ å ä å »ä i 52: ä. 2 B“ H3 å 3 '_ ~ A \ ou = o' cm E sv me: .d P 2 É auc U v> n> ocn å f * waf : w:: 2 ~ u É acuuu ﬂ Å \ Q 9 o ~ u ~ -4 & gun -u å ¿.numn: QH u @ n = om å I; 5 5 = o m x A c ~ E B Ü w 5 5 'u u Ü u E 5 g E _ \ fl u u å m Q A 5 m E w M u. 'få' ä o "'N = ä .-« “= @ ° š“ ä ä: n A a å omm Q> É ~ 8> u ~ K0 ﬂ VI ﬂ ßi ° ﬂ6 l1t 48502 40408 4045 0 208 1448 1988 0 86567 23 Mid 0 60222 0 8538 194 1372 1939 21345 60991 43 rocirculation In the “conventional” mode of operation according to Table 3, four heaters are operated to supply 195000 Nm3 / h of combustion air at a temperature of 1125 ° C. To heat this 10 20 25 30 534 329 158 gJ volume of ambient temperature requires 308 GJ of energy per hour, blast. "Provided that two heaters are operated" on 2-208) or about 74% Some of this inefficiency is associated with the sensible heat of the flue gases.

Recirkulationsanordningen 511 är anordnad att recirkulera tillräckliga mängder förbränningsgaser för att göra förbrän- ningen i förbränningszonen flamlös genom att minska syrekon- centrationen i förbränningskammaren 501.The recirculation device 511 is arranged to recirculate sufficient amounts of combustion gases to render the combustion in the combustion zone flameless by reducing the oxygen concentration in the combustion chamber 501.

För att åstadkomma att förbränningen i förbränningszonen blir flamlös har det upptäckts att en total syreandel, räknat per volym, av inte mer än omkring 12%, helst inte mer än 10%, av den inerta delen av atmosfären i förbränningskammaren 501, bränslekomponenterna i förbränningsgaserna ej medräknade, effektivt ger upphov till en flamlös förbränning. Därför är det föredraget att en tillräckligt stor andel av förbrän- ningsgaserna recirkuleras för att uppnå en kontinuerlig kon- centration av syre i förbränningskammaren 501 som är lika med eller mindre än denna procentandel.In order to cause the combustion in the combustion zone to become flameless, it has been discovered that a total oxygen content, by volume, of not more than about 12%, preferably not more than 10%, of the inert part of the atmosphere in the combustion chamber 501, the fuel components in the combustion gases do not included, effectively gives rise to a flameless combustion. Therefore, it is preferable that a sufficiently large proportion of the combustion gases be recycled to achieve a continuous concentration of oxygen in the combustion chamber 501 which is equal to or less than this percentage.

På grund av att allt oxidationsmedel tillförs till förbrän- 511, möjligen genom en eller flera oxidationsmedelslansar 310, 311, 312, ningskammaren 501 via recirkulationsanordningen och är mängden syre som tillförs per tidsenhet känd.Because all of the oxidizing agent is supplied to the combustor, possibly through one or more oxidant lances 310, 311, 312, the combustion chamber 501 via the recirculation device, the amount of oxygen supplied per unit time is known.

Därmed kan mängden förbränningsgaser som skall recirkuleras per tidsenhet för att uppnå de ovan beskrivna, tillräckligt låga syrgaskoncentrationerna beräknas. 15 20 25 30 534 329 16 I det i tabell 3 visade exemplet är en Ch-koncentration av 1/0,11 - 1 ~ 8,1 För varje volymenhet tillförd topp- 11% önskad, varför, för varje volymenhet Om enheter inert gas krävs. gas tillförs omkring 0,14 volymenheter 02, i form av ett oxidationsmedel bestående av industriellt rent syre, för att uppnå det önskade lambdavärdet av ungefär 1,125. Detta bety- der att ungefär l/0,14 ~ 7,1 enheter bränsle tillförs för varje enhet syre. Eftersom omkring 75 volymprocent av toppga- sen utgörs av inerta gaser, och under bevarande av decimal- noggrannheten från tidigare beräkningssteg, är varje volymen- het O2 i förbränningskammaren 501 redan utspädd med ungefär 7,l*0,75 = 5,4 enheter inert gas enbart genom att tillföra toppgasbränslet. Med andra ord kommer ytterligare 8,1-5,4 = 2,7 enheter inert gas i form av förbränningsgasrecirkulation krävas per enhet 02 som lansas in i förbränningskammaren 501.Thus, the amount of combustion gases to be recycled per unit time to achieve the above-described, sufficiently low oxygen concentrations can be calculated. 15 20 25 30 534 329 16 In the example shown in Table 3, a Ch concentration of 1 / 0.11 - 1 ~ 8.1 For each volume unit added peak- 11% is desired, therefore, for each volume unit If units are inert gas required. gas is supplied to about 0.14 volume units O 2, in the form of an oxidizing agent consisting of industrially pure oxygen, to achieve the desired lambda value of about 1.125. This means that approximately l / 0.14 ~ 7.1 units of fuel are supplied for each unit of oxygen. Since about 75% by volume of the peak gas consists of inert gases, and while preserving the decimal accuracy from previous calculation steps, each volume unit O2 in the combustion chamber 501 is already diluted by about 7.1 * 0.75 = 5.4 units of inert gas only by supplying the top gas fuel. In other words, an additional 8.1-5.4 = 2.7 units of inert gas in the form of combustion gas recirculation will be required per unit 02 launched into the combustion chamber 501.

Detta betyder att åtminstone ungefär 38% av förbränningsga- serna bör recirkuleras för att uppnå en maximal 02- koncentration av 11%.This means that at least about 38% of the combustion gases should be recycled to achieve a maximum O 2 concentration of 11%.

Motsvarande exempel som uppnår 11% 02-koncentration i för- bränningskammaren med hjälp av avgas från en konverter som bränsle, vilken avgas kräver 0,33 volymenheter 02 per volym- enhet avgas och som endast innehåller ungefär 1/3 per volym inertgas, ger upphov till en erforderlig inblandning av åt- minstone 7,l volymenheter förbränningsgaser per volymenhet lansad 02, eller en rökgasrecirkulation av åtminstone ungefär 234%.Corresponding examples which reach 11% O 2 concentration in the combustion chamber by means of exhaust gas from a converter as fuel, which exhaust requires 0.33 volume units 02 per unit volume of exhaust gas and which contain only about 1/3 per volume of inert gas, give rise to to a required admixture of at least 7, 1 unit volume of combustion gases per unit volume launched 02, or a flue gas recirculation of at least approximately 234%.

I enlighet med en föredragen utföringsform förblandas allt oxidationsmedel med recirkulerade förbränningsgaser innan de träder in i förbränningszonen. Ytterligare oxidationsmedel kan emellertid även tillföras genom en eller flera lansar i förbränningskammaren 501. I detta fall är det den totala 20 25 30 534 329 17 mängden tillfört syre per tidsenhet som måste användas som basis för beräkningen av mängden recirkulerade förbrännings- gaser.In accordance with a preferred embodiment, all oxidizing agents are premixed with recycled combustion gases before entering the combustion zone. However, additional oxidizing agents may also be supplied through one or more lances into the combustion chamber 501. In this case, it is the total amount of oxygen supplied per unit time that must be used as the basis for calculating the amount of recycled combustion gases.

Dessutom, och såsom man kan sluta sig från siffrorna i tabell 3, kan den värme som tillförs genom förbränningen minskas med ungefär 7%, medan massflödeshastigheten av gas och flamtempe- raturen väsentligen kan upprätthållas. Det har upptäckts att genom att driva värmeapparaterna i ett integrerat järn- och stàlverk i enlighet med detta exempel, med flamlös oxyfuel och avskiljning av C02 från rökgasen, är det möjligt att minska utsläppen från anläggningen med ungefär 20%.In addition, and as can be deduced from the figures in Table 3, the heat supplied by the combustion can be reduced by about 7%, while the mass flow rate of gas and the flame temperature can be substantially maintained. It has been discovered that by operating the heaters in an integrated iron and steel plant in accordance with this example, with flameless oxyfuel and separating CO2 from the flue gas, it is possible to reduce emissions from the plant by approximately 20%.

Enligt en föredragen utföringsform recirkuleras tillräckliga mängder förbränningsgaser för att väsentligen kunna upprätt- hålla eller öka massflödet gas per tidsenhet genom det eld- fasta materialet.According to a preferred embodiment, sufficient amounts of combustion gases are recycled to be able to substantially maintain or increase the mass flow of gas per unit time through the refractory material.

I enlighet med en alternativ föredragen utföringsform recir- kuleras tillräckliga mängder förbränningsgaser för att vä- sentligen upprätthálla eller öka den termiska energiomsätt- ningen genom det eldfasta materialet. Detta tar hänsyn till de olika värmekapaciteterna för olika inerta beståndsdelar i förbränningsgaserna. I detta fall är det även föredraget att tillräckliga mängder förbränningsgaser recirkuleras för att flamtemperaturen väsentligen skall kunna upprätthållas eller minskas.In accordance with an alternative preferred embodiment, sufficient amounts of combustion gases are recycled to substantially maintain or increase the thermal energy conversion through the refractory material. This takes into account the different heat capacities of different inert constituents in the combustion gases. In this case, it is also preferred that sufficient amounts of combustion gases be recirculated so that the flame temperature can be substantially maintained or reduced.

Såsom också visas i tabell 3 är C02-innehållet i de rökgaser som ventileras bort från värmeapparaten 500 mycket högre - 43% jämfört med 23% i det konventionella driftsläget. Kostna- derna per viktenhet avskiljd C02 för konventionella koldiox- idavskiljningstekniker minskar väsentligt när C02- 10 15 20 25 30 534 329 18 koncentrationen ökar från låga nivåer upp till en nivå av grovt räknat 50-60%. Över denna nivå medför ökade koncentra- tioner små vinster. Därmed kan kostnaderna för ett koldioxid- avskiljningssteg för att behandla rökgaserna från en värmeap- parat minskas väsentligt per viktenhet separerad CO2 när ett oxidationsmedel med högt syreinnehåll används i enlighet med föreliggande uppfinning.As also shown in Table 3, the CO 2 content of the flue gases vented away from the heater 500 is much higher - 43% compared to 23% in the conventional operating mode. The cost per unit of weight separated CO2 for conventional carbon dioxide separation techniques decreases significantly when the concentration of CO2 increases from low levels up to a level of roughly 50-60%. Above this level, increased concentrations result in small gains. Thus, the cost of a carbon dioxide separation step to treat the flue gases from a heater can be significantly reduced per unit weight of separated CO2 when a high oxygen oxidant is used in accordance with the present invention.

I enlighet med en mycket föredragen utföringsform ersätts en befintlig, konventionell luftbrännare, som tidigare använts för att värma den befintliga värmeapparaten 500, i ett inle- dande steg med ett bränsleinlopp 516 och ett inlopp för re- 513, därefter med det ovan beskrivna oxidationsmedlet med hög cirkulerade förbränningsgaser och bränslet förbränns syrehalt. I detta syfte är det föredraget att oxidationsmed- let tillförs genom förblandning med de recirkulerade förbrän- ningsgaserna. Alternativt är det föredraget att sådan för- blandning kombineras med en eller flera lansar såsom beskri- vits ovan.In accordance with a highly preferred embodiment, an existing conventional air burner, previously used to heat the existing heater 500, is initially replaced with a fuel inlet 516 and a re-inlet for 513, then with the oxidant described above with high circulating combustion gases and the fuel burns oxygen content. For this purpose, it is preferred that the oxidizing agent be supplied by premixing with the recycled combustion gases. Alternatively, it is preferred that such a premix be combined with one or more lances as described above.

Figur 6 är en översiktlig illustration av en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning, vilken visar en masugnsvärmeapparat 600 med en förbränningskammare 601, fast material 602, eld- en port 606, 610, en bränsletillförselledning 616, en ledning för recirkulerade förbränningsgaser recirkulationsanordning 611, en en bränsletillförselanordning 617 och ett bränsleinlopp 618.Figure 6 is a schematic illustration of another preferred embodiment of the present invention, showing a blast furnace heater 600 having a combustion chamber 601, solid material 602, a fire port 606, 610, a fuel supply line 616, a recirculated combustion gas recirculation line 611, a a fuel supply device 617 and a fuel inlet 618.

Oxidationsmedel tillförs, via en oxidationsmedelstillförsel- ledning 613 och en oxidationsmedelstillförselanordning 614, till en oxidationsmedelslans som är anordnad så att lansens mynning 612 för 615 är anordnad i omedelbar närhet till en mynning tillförsel av recirkulerade förbränningsgaser, vilka 20 25 30 534 329 19 tillförs från recirkulationsanordningen 611. Det är föredra- get att oxidationsmedelslansen löper koaxiellt med inloppet 612 för recirkulerad förbränningsgas. Pâ ett sätt som liknar funktionen hos den koaxiella lansmynningen 416, såsom beskri- vits i anslutning till figur 4, kommer ett sådant arrange- mang, där mynningen 615 är anordnad i omedelbar närhet till mynningen 612, speciellt när arrangemanget är koaxiellt, effektivt att dra in de recirkulerade förbränningsgaserna i förbränningszonen genom ejektorverkan från höghastighetsoxi- dationsmedlet, vilket ger upphov till mer omfattande recirku- lation av förbränningsgas i förbränningskammaren 601. Samti- digt föreligger inte något behov av en separat framdrivnings- anordning i recirkulationsanordningen 611, eftersom de recir- kulerade förbränningsgaserna kommer att framdrivas av ejek- torverkan vid mynningen 615.Oxidizing agents are supplied, via an oxidant supply line 613 and an oxidant supply device 614, to an oxidant lance which is arranged so that the orifice 612 for 615 of the lance is arranged in close proximity to an orifice supply of recycled combustion gases, which are supplied from the recirculation device. 611. It is preferred that the oxidant lance run coaxially with the inlet 612 for recycled combustion gas. In a manner similar to the operation of the coaxial lance mouth 416, as described in connection with Figure 4, such an arrangement, where the mouth 615 is arranged in close proximity to the mouth 612, especially when the arrangement is coaxial, will effectively pull into the recirculated combustion gases in the combustion zone by ejector action from the high velocity oxidant, which gives rise to more extensive recirculation of combustion gas in the combustion chamber 601. At the same time, there is no need for a separate propulsion device in the recirculation device 611, the combustion gases will be propelled by the ejector action at the mouth 615.

Den i. figur 6 visade utföringsformen kombineras med fördel med en ytterligare oxidationsmedelslans, vilken tillför yt- terligare oxidationsmedel vid ett ställe i förbränningszonen beläget pá avstånd från mynningen 615, varigenom en stegvis förbränning i förbränningszonen uppnås.The embodiment shown in Figure 6 is advantageously combined with an additional oxidant lance, which adds additional oxidant at a location in the combustion zone located at a distance from the orifice 615, whereby a stepwise combustion in the combustion zone is achieved.

Såsom angivits ovan är det vidare föredraget att värmeappara- ten 300, 400, 500, 350, 450, 550, konventionellt i sig, 600 är ansluten till ett respektive steg 650 för koldioxidavskiljning, som kan vara och som separerar koldioxidinnehållet från de förbränningsgaser som ventileras bort från värmeappa- raten innan förbränningsgaserna släpps ut i miljön.As stated above, it is further preferred that the heaters 300, 400, 500, 350, 450, 550, conventionally per se, 600 are connected to a respective stage 650 for carbon dioxide separation, which may be and which separates the carbon dioxide content from the combustion gases being ventilated. away from the heater before the combustion gases are released into the environment.

När driftsåldern för en nasugnsvärmeapparat närmar sig sin förväntade livslängd är det föredraget att tillämpa en av de häri beskrivna utföringsformerna, eller en kombination av flera av dem, på värmeapparaten. 10 15 20 25 30 534 329 20 På detta sätt kan värmeapparatens livslängd förlängas, genom att driva den med lägre flamtemperaturer, med upprätthàllna produktionstakter i termer av förbränningsluft, bättre bräns- leekonomi och lägre utsläpp.As the operating age of a blast furnace heater approaches its expected life, it is preferred to apply one of the embodiments described herein, or a combination of several of them, to the heater. 10 15 20 25 30 534 329 20 In this way, the life of the heater can be extended, by operating it with lower flame temperatures, with maintained production rates in terms of combustion air, better fuel economy and lower emissions.

Ett förfarande enligt föreliggande uppfinning kommer sålunda att tillåta att en masugnsvärmeapparat drivs enbart på ett làgvärdigt bränsle såsom toppgas från en masugn, utan behov av berikning av bränslet med högrevärdiga bränslen, och utan risk för temperaturinducerade skador på värmeapparaten, medan rökgaser produceras som är bättre lämpade för koldioxidav- skiljning. Därutöver tillåter det att värmeapparatens livs- längd förlängs.A method according to the present invention will thus allow a blast furnace heater to be operated only on a low-grade fuel such as top gas from a blast furnace, without the need to enrich the fuel with high-quality fuels, and without risk of temperature-induced damage to the heater, while producing flue gases that are better suited. for carbon capture. In addition, it allows the life of the heater to be extended.

Om tillräcklig recirkulation av förbränningsgaser används är det också möjligt att uppnå samma mängd och kvalitet på för- bränningsluft i en befintlig värmeapparat som konverteras, i enlighet med det ovan beskrivna, för drift med ett oxida- tionsmedel med högt syreinnehåll, och vilken värmeapparat förses med det förbränningsgasrecirkulationsarrangemang som beskrivits ovan i anslutning till figurerna 5 och 6.If sufficient recirculation of combustion gases is used, it is also possible to achieve the same amount and quality of combustion air in an existing heater which is converted, in accordance with the above, for operation with an oxidant with a high oxygen content, and which heater is provided with the combustion gas recirculation arrangement described above in connection with Figures 5 and 6.

Ovan har föredragna utföringsformer beskrivits. Det är emel- lertid uppenbart för fackmannen att de beskrivna utförings- formerna kan modifieras utan att fràngà föreliggande uppfin- nings idé.Preferred embodiments have been described above. However, it will be apparent to those skilled in the art that the described embodiments may be modified without departing from the spirit of the present invention.

Exempelvis kan vilken som helst av metoderna för att skapa recirkulation av förbränningsgaser ovan i som beskrivits anslutning till figurerna 4-6 med fördel kompletteras med en eller flera av de olika oxidationsmedelslansarna som beskri- vits ovan i anslutning till figur 3. 10 15 534 329 21 Dessutom kan metoden med ejektordriven recirkulation av för- bränningsgaser som beskrivits i anslutning till figur 6 med fördel förblandas med en viss mängd oxidationsmedel med högt syreinnehåll på ett sätt som liknar det som beskrivits ovan i anslutning till figur 5.For example, any of the methods for creating recirculation of combustion gases above in connection with Figures 4-6 described above may advantageously be supplemented with one or more of the various oxidant lances described above in connection with Figure 3. 534 329 21 In addition, the method of ejector-driven recirculation of combustion gases described in connection with Figure 6 can advantageously be premixed with a certain amount of high oxygen content oxidant in a manner similar to that described above in connection with Figure 5.

Dessutom kan ejektordrivningen av förblandade eller icke förblandade förbränningsgaser, såsom beskrivits ovan i an- slutning till figur 6, med fördel kombineras med ejektordriv- ning av lågvärdigt bränsle såsom beskrivits ovan i anslutning till figur 4.In addition, the ejector drive of premixed or non-premixed combustion gases, as described above in connection with Figure 6, can be advantageously combined with ejector drive of low quality fuel as described above in connection with Figure 4.

Sålunda skall uppfinningen inte vara begränsad till de be- skrivna utföringsformerna, utan kan varieras inom ramen för de bifogade kraven.Thus, the invention should not be limited to the embodiments described, but may be varied within the scope of the appended claims.

Claims

15 20 25 534 329 22 P A. T E N T K R. Ä. V

Method (300,400,500,600) LHV value for heating a blast furnace heater by burning a fuel with one of 9 MJ / Nm3 or lower arranged in a (Lower Heating Value) in a combustion zone, (301; 40l; 50l; 60l combustion chambers in the heater, and cause the combustion gases to flow through and thereby heat refractory material (302,402,502,602) in the heater, characterized in that the fuel is combusted with an oxidizing agent comprising at least 85% oxygen, and by burning the combustion gases. i. the combustion zone and thereby dilute the mixture of fuel and oxidizing agent therein sufficiently for the combustion to become flameless.

A process according to claim 1, characterized in that the oxidizing agent comprises at least 95% oxygen.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the oxidizing agent is supplied to the combustion zone with (310, 311, 312), combustion gases into the combustion zone so that dilution at high speed through a lance and thereby drawing off the flame is achieved.

4. A method according to claim 3, characterized in that the oxidizing agent is launched at a speed of at least 200 m / s.

5. A method according to claim 4, characterized in that the oxidizing agent is launched at at least the speed of sound.

A method according to claim 5, (416) in the vicinity of a supply inlet for fuel (413), characterized in that the mouth of the lance is made to be arranged in the immediate after such fuel is drawn into the combustion zone through ejector action.

7. A method according to claim 6, characterized in that oxidizing agent is additionally supplied at a location in the combustion chamber (301) (413), the combustion zone. arranged downstream of the inlet for fuel whereby a stepwise combustion is effected in

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel is top gas from a blast furnace.

9. A method according to claim 8, characterized in that the top gas from the blast furnace is taken from a blast furnace which is supplied with hot air from the heater (300,400,500,600).

10. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that an existing air burner in a heating device is initially replaced by an oxyfuel burner which is fed with said oxidizing agent.

11. ll. Method according to any one of claims 1-9, characterized in that an existing air burner in an initial step is supplemented with one or more high-speed oxidant lances which inject said oxidant.

12. Procedure according to any. of the preceding claims, characterized in that the carbon dioxide content of the combustion gases from the heater is separated in a subsequent step (350,450,550,650), which is conventional per se, before the combustion gases are released into the environment.