Combustión de CO y combustibles en gases de salida de hornos de acerería.

Un procedimiento para tratar una corriente de gas de salida de un horno de acerería,

que comprende: (A) proporcionar una corriente de gas de salida (52) que tiene una temperatura inferior a 1093,3ºC obteniendo gas de salida (10) de la atmósfera por encima de la superficie de acero fundido (22) en un horno (20), gas de salida obtenido que contiene monóxido de carbono en una cantidad mayor que 500 ppm, admitiendo aire en el mencionado gas de salida obtenido (10) y enfriando el mencionado gas de salida obtenido en la cuantía necesaria para que esté a una temperatura inferior a 1093,3ºC; caracterizado por:

(B) mezclar combustible (204) y oxígeno y quemar con una porción del oxígeno de la mezcla con el mencionado combustible en una cámara (54) formando una corriente de oxígeno caliente (56) que sale de la salida de la mencionada cámara (54) que contiene oxígeno, siendo el tiempo de permanencia en combustión en la mencionada cámara (54) lo suficientemente largo para que la mencionada corriente de oxígeno caliente tenga una temperatura superior a la temperatura de la corriente de gas de salida a la que se añade en la etapa (C) y el mencionado tiempo de residencia lo suficientemente corto para que la mencionada corriente de oxígeno caliente contenga productos de la mencionada combustión, incluidos radicales seleccionados entre el grupo constituido por radicales que corresponden a las fórmulas O, H, OH, C2H, CH2, CjH2j+1, o CjH2j-1, siendo j

1-4, y mezclas de dos o más de los mencionados radicales.

(C) suministrar la corriente de oxígeno caliente (56) formada en la etapa (B) a la corriente de gas de salida (52) proporcionada en la etapa (A) para elevar la temperatura del gas de salida de la mencionada corriente proporcionada a una temperatura superior a 593,3ºC que sea más alta que la temperatura del gas de salida a la que se añade la mencionada corriente de oxígeno caliente, añadiéndose la corriente de oxígeno caliente (56) a una velocidad suficiente para convertir en dióxido de carbono el monóxido de carbono del gas de salida a la que se añade, con lo que se rebaja el contenido de monóxido de carbono del mencionado gas de salida.

Combustión de CO y combustibles en gases de salida de hornos de acereria.

Campo de la inveneian La invención se refiere al tratamiento de corrientes de gas de salida producidos por hornos de acero.

Anteeedentes de la inveneian Durante la producción de acero en un horno de arco electrico (EAF) se produce dentro del recipiente del EAF un volumen grande de gas de salida que contiene concentraciones elevadas de gases combustibles tales como mon6xido de carbono (CO) e hidr6geno (H2) . Este gas de salida puede alcanzar una temperatura de 1.648, 9°C o mas y concentraciones pico de CO y H2 en el gas de salida de hasta 60% y 35%, respectivamente. Para reducir el consumo de energia electrica es necesario recuperar tanto como sea posible la energia termica contenida en el gas de salida contenida dentro del recipiente del EAF.

Una manera es recuperar el calor quimico de combustión del CO y H2 usando lanzas de oxigeno para quemar los combustibles en el interior del recipiente. Otra manera de recuperación de la energia de la corriente de gas de salida es usar el calor de la corriente para precalentar la chatarra que se va a suministrar al EAF. En un ejemplo, el gas de salida del EAF se dirige a un conducto en el que la chatarra se mueve en contracorriente de la dirección en que fluye el gas de salida, y el gas de salida caliente precalienta la chatarra por transferencia de calor directa. Se inyecta aire en el conducto de precalentamiento de la chatarra para proporcionar oxigeno para la combustión de CO y H2. El conducto puede tener quemadores auxiliares instalados para aumentar el calentamiento de la chatarra a la temperatura de precalentamiento deseada.

Si no se precalienta la chatarra, una vez que el gas de salida sale del recipiente del EAF, se puede recuperar o no recuperar la energia remanente contenida en el CO y el H2 no quemados y en los otros combustibles. Para un funcionamiento seguro del horno y por razones ambientales, los combustibles gaseosos que quedan en el gas de salida se queman a niveles suficientemente completos de manera que el gas de salida asi tratado se pueda luego purificar mas corriente abajo en el conducto y descargar a la atm6sfera. Por ejemplo, los combustibles a alta temperatura tales como CO y H2 en el gas de salida se queman tipicamente con aire introducido desde un "hueco de aire" en un conducto de gas agotado enfriado con agua que conecta con el "cuarto orificio" del horno de EAF (denominado aqui "conducto agotado de EAF") . Corriente abajo del conducto agotado del EAF, tambien puede funcionar como camara de poscombustión un "caj6n de despojo" para una combustión adicional de CO y H2. El aire de combustión para el caj6n de despojo se puede introducir corriente arriba del caj6n o en el caj6n mediante lanzas. Parte de la corriente de gas que sale del caj6n de despojo puede reciclarse al recipiente de EAF si el operador desea recuperar la energia del gas refinado para fusión.

En los documentos WO-A-96/06954, EP-A-0693561 y US 5904895 se describen procedimientos para realizar la poscombustión en un horno de arco electrico.

A pesar de los anteriores esfuerzos, la presencia de pequefas cantidades de CO en el gas de salida (denominado de CO que se ha colado) es un aspecto operativo para muchos operadores de EAF. Esto es debido a que durante el ciclo termico del EAF hay variaciones grandes de la composición, el volumen y la temperatura del gas de salida. Estas variaciones de las propiedades del gas de salida se complican mas por la cantidad variable de la cuantia de la infiltración de aire y la composición cambiante de la chatarra que se suministra. Asi, el mantenimiento de las emisiones de CO del caj6n de despojo bajo control durante todo el ciclo termico de EAF representa retos para los operadores del horno. Los operadores de EAF se enfrentan a sanciones financieras fuertes si exceden los limites de las emulsiones de CO segun la reglamentación vigente.

Con el fin de evitar emisiones excesivas de CO y otros combustibles, algunos operadores de EAF pueden hacer funcionar sus hornos conservadoramente con el fin de cumplir con los limites de emisión, pero a expensas de la eficiencia energetica del horno. Por ejemplo, un operador puede fijar bajas las presiones del horno o del conducto de gas exhausto para inducir una cantidad excesiva de infiltración de aire para completar la combustión de CO. Esta cantidad de aire en exceso puede aumentar el volumen total de gas y la perdida de gas de tiro asociada con el gas de salida, disminuyendo asi la eficiencia termica del horno. En otros casos, la capacidad de producción de un horno de EAF se puede limitar sustancialmente por la capacidad de los conductos corriente abajo o el caj6n de despojo para completar la combustión de CO, H2 y otros combustibles. Si se usa chatarra precalentada, los operadores de EAF pueden enfrentarse tambien a la cuestión de que tenga olores que se difunden y limitar la formación de subproductos no deseados tales como dioxinas en los conductos de gas de salida.

Las reservas anteriores son aplicables tambien a otros aparatos usados en la fabricación de acero, tales como hornos basicos de oxigeno (BOF) , hornos de afino en cuchara y hornos de decarburación con oxigeno-arg6n.

Breve sumario de la inveneian En un aspecto de la invención, un procedimiento para tratar una corriente de gas de salida de un horno de acero comprende:

(A) proporcionar una corriente de gas de salida que tiene una temperatura inferior a 1093, 3°C obteniendo gas de salida de la atm6sfera por encima de la superficie de acero fundido en un horno cuyo gas de salida contiene mon6xido de carbono en una cantidad mayor que 500 ppm, admitiendo aire en el mencionado gas de salida obtenido y enfriando el mencionado gas de salida obtenido en la cuantia necesario para que su temperatura sea inferior a 1093, 3°C;

(B) mezclar combustible y oxigeno y quemar con una porción de oxigeno de la mezcla con el mencionado combustible en una camara, formando una corriente de oxigeno caliente que sale de la salida de la mencionada camara que contiene oxigeno, siendo el tiempo de permanencia en combustión en la mencionada camara lo suficientemente largo para que la mencionada corriente de oxigeno caliente tenga una temperatura superior a la temperatura de la corriente de gas de salida a la que se afade en la etapa (C) y el tiempo de residencia en combustión lo suficientemente corto para que la mencionada corriente de oxigeno caliente contenga productos de la mencionada combustión, que incluyen radicales seleccionados entre el grupo constituido por radicales que corresponden a las fórmulas O, H, OH, C2H, CH2, CjH2j+1, o CjH2j-1, siendo j 1-4, y mezclas de dos o mas de los mencionados radicales.

(C) suministrar la corriente de oxigeno caliente formada en la etapa (B) a la corriente de gas de salida proporcionada en la etapa (A) para elevar la temperatura del gas de salida de la mencionada corriente proporcionada a una temperatura superior a 593, 3°C, que sea mas alta que la temperatura del gas de salida a la que se afade la mencionada corriente de oxigeno caliente, afadiendose la corriente de oxigeno caliente a una velocidad suficiente para convertir en di6xido de carbono el mon6xido de carbono del gas de salida al que se afade, con lo que se rebaja el contenido de mon6xido de carbono del mencionado gas de salida.

En un aspecto preferente del procedimiento anterior, se suministra un metal tal como metal de chatarra a uno de los hornos antes mencionados y, antes de suministrar el mencionado metal al horno, se pone en contacto de manera que haya transferencia directa de calor con el mencionado gas de salida obtenido del mencionado horno para calentar el metal y enfriar el mencionado gas de salida obtenido.

En otro aspecto preferente del procedimiento anterior, el mencionado metal de chatarra contiene material organico que se volatiliza pasando al gas de salida obtenido por la mencionada transferencia de calor con la mencionada corriente de gas de salida obtenido, y la mencionada corriente de oxigeno caliente se mezcla junto con la mencionada corriente de gas de salida enfriada a una velocidad suficiente para convertir el mencionado material organico en di6xido de carbono y agua.

Esta invención implica inyectar una corriente o unas corrientes de oxigeno de alto impulso para destruir niveles de baja concentración de combustibles del gas de salida, en particular cuando la temperatura del gas de salida esta ya por debajo de la temperatura de ignición espontanea de los combustibles del gas de salida. Debido a que el oxigeno inyectado esta caliente y el impulso del chorro es alto, el oxigeno caliente... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para tratar una corriente de gas de salida de un horno de acereria, que comprende:

(A) proporcionar una corriente de gas de salida (52) que tiene una temperatura inferior a 1093, 3°C obteniendo gas de salida (10) de la atm6sfera por encima de la superficie de acero fundido (22) en un horno (20) , gas de salida obtenido que contiene mon6xido de carbono en una cantidad mayor que 500 ppm, admitiendo aire en el mencionado gas de salida obtenido (10) y enfriando el mencionado gas de salida obtenido en la cuantia necesaria para que este a una temperatura inferior a 1093, 3°C; caracterizado por:

(B) mezclar combustible (204) y oxigeno y quemar con una porción del oxigeno de la mezcla con el mencionado combustible en una camara (54) formando una corriente de oxigeno caliente (56) que sale de la salida de la mencionada camara (54) que contiene oxigeno, siendo el tiempo de permanencia en combustión en la mencionada camara (54) lo suficientemente largo para que la mencionada corriente de oxigeno caliente tenga una temperatura superior a la temperatura de la corriente de gas de salida a la que se afade en la etapa

(C) y el mencionado tiempo de residencia lo suficientemente corto para que la mencionada corriente de oxigeno caliente contenga productos de la mencionada combustión, incluidos radicales seleccionados entre el grupo constituido por radicales que corresponden a las fórmulas O, H, OH, C2H, CH2, CjH2j+1, o CjH2j-1, siendo j 1-4, y mezclas de dos o mas de los mencionados radicales.

(C) suministrar la corriente de oxigeno caliente (56) formada en la etapa (B) a la corriente de gas de salida (52)

proporcionada en la etapa (A) para elevar la temperatura del gas de salida de la mencionada corriente proporcionada a una temperatura superior a 593, 3°C que sea mas alta que la temperatura del gas de salida a la que se afade la mencionada corriente de oxigeno caliente, afadiendose la corriente de oxigeno caliente (56) a una velocidad suficiente para convertir en di6xido de carbono el mon6xido de carbono del gas de salida a la que se afade, con lo que se rebaja el contenido de mon6xido de carbono del mencionado gas de salida.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que ademas comprende calentar material de suministro (442, 535) por transferencia directa de calor del mencionado gas de salida obtenido (436) , antes de suministrar la mencionada corriente de oxigeno caliente (56) a la mencionada corriente de gas de salida, y suministrar el mencionado material de suministro calentado al mencionado acero fundido.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la corriente de gas de salida

(52) a la que se suministra la mencionada corriente de oxidante caliente (56) tiene una temperatura de hasta 982, 2°C.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la corriente de oxigeno caliente (56) formada en la etapa (B) se suministra a la corriente de salida (52) en la etapa (C) a una velocidad de como minimo 152, 4 m/s.

5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la corriente de oxigeno caliente (56) formada en la etapa (B) se suministra a la corriente de salida (52) en la etapa (C) a una velocidad de 340, 3 m/s.

6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que en la etapa (C) el contenido de mon6xido de carbono del mencionado gas de salida se rebaja a menos de 500 ppm.

7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el mencionado material de suministro comprende materia organica, y el gas de salida al que se suministra la mencionada corriente de oxigeno caliente (56) contiene emisiones organicas gaseosas formadas por el mencionado calentamiento del mencionado material de suministro, y la mencionada corriente de oxigeno caliente suministrada al mencionado gas de salida convierte las mencionadas emisiones organicas gaseosas en productos que comprenden di6xido de carbono y agua.