【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及将热能(热量)输入到流体中的系统和方法。特别是，本专利技术涉及与在高温和极高温下进行的钢铁生产相关耗热工业过程中优化能源效率和减少温室气体及颗粒排放的工具和过程。
技术介绍
1、工业界和政府一直在努力寻找实现大幅减少温室气体(ghg)排放的技术。钢铁生产等重工业过程在实现企业、政府和国际组织设定的低排放目标方面发挥着关键作用。这些过程的电气化视为减少排放的解决方案。电气化的障碍之一是实现钢铁生产所需的高温。举例来说，钢铁熔融和成型的核心过程需要非常高的温度，例如约850-1600摄氏度(℃)。这就对能源和所用的技术提出了严格的要求。特别是，虽然电力已经用于一些高温过程(例如在熔融钢的电弧炉中)，但在大多数情况下，还不具备这样做的技术和经济条件。
2、出于加热的目的，提出了许多旋转的解决方案。由此，美国专利11,098,725b2(sanger等人)公开了一种水动力加热器泵设备，该设备可操作地选择性生成加热流体流和/或加压流体流。所提到的水动力加热器泵经设计用于并入汽车冷却系统，以提供热量加热汽车乘客舱，并提供其他功能，例如窗户除冰和发动机冷却。所披露的设备还可以提供用于冷却发动机的加压流体流。所披露的技术基于摩擦力；而且，由于待加热的流体是液体，因此所提出的设计并不适合涉及气体空气动力学极端湍流的条件。
3、美国专利7,614,367b1(frick)公开了通过将旋转动能转化为热量，对流体进行无焰加热、浓缩或蒸发的系统和方法。经配置用于流体加热时，该系统可以包括旋转动能发生器、旋转加热
4、此外，已知一些旋转涡轮机型设备(turbomachine-type device)实施烃(蒸汽)裂解过程，旨在使乙烯和丙烯等目标产物的产量最大化。
5、因此，仍然需要更新与设计和制造高效加热系统相关的
，特别是适合高温和极高温相关应用的加热系统相关的
，以应对与以高效和环境友好的方式提高流体物质温度相关的挑战。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是，解决或至少减轻相关技术的局限性和缺点所引起的至少一些问题。通过本文所述的生成加热流体介质的方法、本文所限定的旋转装置以及相关用途的各种实施方案来实现一个或多个目的。
2、在一个方面，钢铁生产方法包括通过至少一个集成于钢铁生产设施中的旋转装置生成加热流体介质。
3、根据实施方案，包括通过至少一个集成于钢铁生产设施中的旋转装置生成加热流体介质钢铁生产方法提高能源效率或减少温室气体和颗粒排放，或两者兼而有之。
4、在实施方案中，钢铁生产方法包括通过至少一个集成于钢铁生产设施中的旋转装置生成加热流体介质，至少一个旋转装置包括：具有至少一个入口和至少一个出口的壳体，包括至少一排转子叶片的转子，该转子叶片设置在安装于转子轴上的转子毂的圆周上，以及多个固定翼片，所述固定翼片设置成至少在至少一排转子叶片上游的组件，其中，当沿着壳体内在入口与出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别穿过固定翼片和至少一排转子叶片时，通过发生一系列能量转换，将一定量的热能传递给所述流体介质流，从而生成加热流体介质流；该方法还包括：将一定量的输入能量传导到至少一个集成于耗热过程设施中的旋转装置中，输入能量包括电能；将至少一个旋转装置生成的加热流体介质流供应到钢铁生产设施中；以及运行所述至少一个旋转装置和所述钢铁生产设施，以便在基本上等于或高于约500摄氏度(℃)的温度下进行钢铁生产。
5、在另一方面，提供了在钢铁生产过程中将热能输入到流体介质中的方法。
6、在实施方案中，该方法包括将热能输入到在钢铁生产设施中与生产钢铁相关的一个或多个过程中，该方法包括通过至少一个集成于钢铁生产设施中的旋转装置生成加热流体介质，至少一个旋转装置包括具有至少一个入口和至少一个出口的壳体，包括至少一排转子叶片的转子，该转子叶片设置在安装于转子轴上的转子毂的圆周上，以及多个设置成至少在至少一排转子叶片上游的组件的固定翼片，该方法还包括将至少一个旋转装置集成于钢铁生产设施中，该设施配置用于在基本上等于或高于约500摄氏度(℃)的温度下进行与钢铁生产相关的一个或多个过程；将一定量的输入能量传导到至少一个集成于钢铁生产设施中的旋转装置中，输入能量包括电能，以及运行至少一个集成于钢铁生产设施中的旋转装置，以便当沿着壳体内在入口与出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别穿过固定翼片和至少一排转子叶片时，通过发生一系列能量转换，将一定量的热能传递给所述流体介质流，从而生成加热流体介质流。
7、在实施方案中，该方法包括运行至少一个可操作地连接于钢铁生产设施内的至少一个熔炉的旋转装置。在实施方案中，至少一个熔炉配置为用于炼钢。在实施方案中，熔炉配置为在钢铁生产设施中使钢铁前驱体材料反应并形成钢铁。在实施方案中，该方法包括运行至少一个可操作地连接于至少一个熔炉的旋转装置，该熔炉配置为用于将铁矿石还原成铁，从而产生熔融铁的高炉。在高炉中还原铁矿石可以使用焦炭作为还原剂。
8、在一些配置中，至少一个旋转装置可以可操作地连接于至少一个配置为碱性氧气炉的熔炉，该碱性氧气炉用于使熔融铁富氧，从而生产低碳钢。在实施方案中，该方法包括运行至少一个可操作地连接于至少一个过程单元的旋转装置，该过程单元配置为用于直接还原铁矿石以产生直接还原铁(dri,也称为"海绵铁")的熔炉、窑炉或反应器。在dri生产过程中，铁矿石在不熔融的情况下还原成铁。基于气体的dri过程发生在配置为熔炉、窑炉或流化床型反应器的过程单元中，其中，铁矿石与氢气、天然气或焦炭气等热还原性气体反应。焦炭气是炼焦过程的副产品，也称为焦化设备尾气或焦炉煤气(cog)。在dri过程之后是生产钢铁的适当熔融程序(例如电弧熔融)。
9、在实施方案中，该方法包括运行至少一个可操作地连接于至少一个烧结设备和/或球团设备(plant)的旋转装置，该烧结设备和/或球团设备配置为将铁矿石烧结成铁矿石烧结矿和/或球团矿。在实施方案中，该方法包括运行至少一个可操作地连接于至少一个熔炉或焦化设备的旋转装置，该熔炉或焦化设备配置为在钢铁生产设施中将煤炼成焦炭。在实施方案中，该方法包括运行至少一个可操作地连接于至少一个后处理单元的旋转装置，该后处理单元配置为经由热处理、渗碳、铸造和/或轧制中的任一种对钢铁产品进行后处理。在实施方案中，该方法包括运行至少一个可操作地连接于至少一个反应器或一系列反应器的旋转装置，该反应器配置用于在钢铁生产中进行吸热反应，特别是用于对在钢铁生产中生成的尾气进行吸热反应。上述实施方案的任何组合都是可以设想的。
10、如本文所用，"熔炉"是指产生或添加热量作为燃烧过程中的一部分的装置。熔炉可以是高炉、冲天本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钢铁生产方法，所述方法包括通过至少一个集成于钢铁生产设施中的旋转装置生成加热流体介质，所述至少一个旋转装置包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述钢铁生产设施中，所述至少一个旋转装置连接于至少一个配置用于炼钢的熔炉。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，在所述钢铁生产设施中，所述至少一个旋转装置连接于至少一个配置为使钢铁前驱体材料反应以生产钢铁的熔炉。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，在所述钢铁生产设施中，所述至少一个旋转装置连接于至少一个熔炉，所述熔炉配置为将铁矿石还原成铁以生产熔融铁的高炉。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述钢铁生产设施中，所述至少一个旋转装置还连接于至少一个过程单元，所述过程单元配置为将铁矿石直接还原为直接还原铁(DRI)的熔炉、窑炉或反应器。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，在所述钢铁生产设施中，所述至少一个旋转装置还连接于和/或集成于以下中的任一种：(i)烧结设备/球团设备，配置为将铁矿石烧结成铁矿石烧结矿/球团矿；(ii)焦化设备，配
7.根据任一前述权利要求所述的方法，包括通过所述旋转装置生成加热到基本上等于或高于约500摄氏度(℃)的温度，优选加热到基本上等于或高于约1200℃的温度，还优选加热到基本上等于或高于约1700℃的温度的流体介质。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，包括调节通过所述旋转装置传播的流体介质流的速度和/或压力，以产生生成所述加热流体介质流的条件。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，通过至少一个旋转装置生成所述加热流体介质，所述旋转装置包括两排或更多排沿着所述转子轴顺序设置的转子叶片。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，通过至少一个旋转装置生成所述加热流体介质，所述旋转装置还包括设置在所述至少一排转子叶片下游的扩散器区域，所述方法包括运行所述至少一个集成于所述钢铁生产设施中的旋转装置，从而当沿着在所述壳体内在所述入口与所述出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别依次穿过所述固定翼片、所述转子叶片和所述扩散器区域时，通过发生一系列能量转换，将一定量的热能传递给所述流体介质流，从而生成加热流体介质流。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述旋转装置中，所述扩散器区域配置有或未配置有固定扩散器翼片。
12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中通过调节传导到所述至少一个集成于所述钢铁生产设施中的旋转装置中的输入能量的量，控制添加到通过所述旋转装置传播的所述流体介质流中的热能的量。
13.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括在所述至少一个旋转装置的下游设置额外的加热装置，并将一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入通过所述额外的加热装置传播的流体介质流中，由此通过放热反应将一定量的热能添加到所述流体介质流中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入预热到预定温度的所述流体介质流中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入预热到基本上等于或高于约1700℃的温度的所述流体介质流中。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的方法，其中，在所述旋转装置中实施将所述流体介质流预热到所述预定温度。
17.根据任一前述权利要求所述的方法，包括通过至少两个集成于所述钢铁生产设施中的旋转装置生成所述加热流体介质，其中，所述至少两个旋转装置并联或串联连接。
18.根据权利要求17所述的方法，包括通过至少两个顺序连接的旋转装置生成所述加热流体介质，其中，所述流体介质流在序列中的至少第一旋转装置中预热到预定温度，并且其中，通过将额外量的热能输入到通过第二旋转装置传播的所述预热流体介质流中，在所述序列中的至少第二旋转装置中进一步加热所述流体介质流。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，在序列中的至少第一旋转装置中，将所述流体介质流预热到基本上等于或高于约1700℃的温度。
20.根据权利要求18或19中任一项所述的方法，其中，通过将所述一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入通过序列中的至少第二旋转装置传播的流体介质流中，将额外量的热能添加到所述流体介质流中。<...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种钢铁生产方法，所述方法包括通过至少一个集成于钢铁生产设施中的旋转装置生成加热流体介质，所述至少一个旋转装置包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述钢铁生产设施中，所述至少一个旋转装置连接于至少一个配置用于炼钢的熔炉。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，在所述钢铁生产设施中，所述至少一个旋转装置连接于至少一个配置为使钢铁前驱体材料反应以生产钢铁的熔炉。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，在所述钢铁生产设施中，所述至少一个旋转装置连接于至少一个熔炉，所述熔炉配置为将铁矿石还原成铁以生产熔融铁的高炉。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述钢铁生产设施中，所述至少一个旋转装置还连接于至少一个过程单元，所述过程单元配置为将铁矿石直接还原为直接还原铁(dri)的熔炉、窑炉或反应器。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，在所述钢铁生产设施中，所述至少一个旋转装置还连接于和/或集成于以下中的任一种：(i)烧结设备/球团设备，配置为将铁矿石烧结成铁矿石烧结矿/球团矿；(ii)焦化设备，配置为将煤炼成焦炭；(iii)后处理单元，配置为经由热处理、渗碳、铸造和/或轧制中的任一种对钢铁产品进行后处理；(iv)一个反应器或一系列反应器，配置用于钢铁生产中生成的尾气的吸热反应；或(vi)其任意组合。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，包括通过所述旋转装置生成加热到基本上等于或高于约500摄氏度(℃)的温度，优选加热到基本上等于或高于约1200℃的温度，还优选加热到基本上等于或高于约1700℃的温度的流体介质。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，包括调节通过所述旋转装置传播的流体介质流的速度和/或压力，以产生生成所述加热流体介质流的条件。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，通过至少一个旋转装置生成所述加热流体介质，所述旋转装置包括两排或更多排沿着所述转子轴顺序设置的转子叶片。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，通过至少一个旋转装置生成所述加热流体介质，所述旋转装置还包括设置在所述至少一排转子叶片下游的扩散器区域，所述方法包括运行所述至少一个集成于所述钢铁生产设施中的旋转装置，从而当沿着在所述壳体内在所述入口与所述出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别依次穿过所述固定翼片、所述转子叶片和所述扩散器区域时，通过发生一系列能量转换，将一定量的热能传递给所述流体介质流，从而生成加热流体介质流。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述旋转装置中，所述扩散器区域配置有或未配置有固定扩散器翼片。
12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中通过调节传导到所述至少一个集成于所述钢铁生产设施中的旋转装置中的输入能量的量，控制添加到通过所述旋转装置传播的所述流体介质流中的热能的量。
13.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括在所述至少一个旋转装置的下游设置额外的加热装置，并将一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入通过所述额外的加热装置传播的流体介质流中，由此通过放热反应将一定量的热能添加到所述流体介质流中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入预热到预定温度的所述流体介质流中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入预热到基本上等于或高于约1700℃的温度的所述流体介质流中。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的方法，其中，在所述旋转装置中实施将所述流体介质流预热到所述预定温度。
17.根据任一前述权利要求所述的方法，包括通过至少两个集成于所述钢铁生产设施中的旋转装置生成所述加热流体介质，其中，所述至少两个旋转装置并联或串联连接。
18.根据权利要求17所述的方法，包括通过至少两个顺序连接的旋转装置生成所述加热流体介质，其中，所述流体介质流在序列中的至少第一旋转装置中预热到预定温度，并且其中，通过将额外量的热能输入到通过第二旋转装置传播的所述预热流体介质流中，在所述序列中的至少第二旋转装置中进一步加热所述流体介质流。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，在序列中的至少第一旋转装置中，将所述流体介质流预热到基本上等于或高于约1700℃的温度。
20.根据权利要求18或19中任一项所述的方法，其中，通过将所述一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入通过序列中的至少第二旋转装置传播的流体介质流中，将额外量的热能添加到所述流体介质流中。
21.根据任一前述权利要求所述的方法，包括将所述一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入与所述钢铁生产相关的一个或多个过程中。
22.根据任一前述权利要求所述的方法，其中通过所述至少一个旋转装置生成的所述加热流体介质选自进料气、循环气、补充气和过程流体。
23.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，进入所述旋转装置的所述流体介质基本上是气态介质。
24.根据任一前述权利要求所述的方法，包括在所述旋转装置中生成所述加热流体介质。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，在所述旋转装置中生成的所述加热流体介质包括以下中的任一种：空气、蒸汽(h2o)、氮气(n2)、氢气(h2)、二氧化碳(co2)、一氧化碳(co)、甲烷(ch4)，或其任...
【专利技术属性】
技术研发人员：韦利·马蒂·普罗拉，T·欧尼，
申请(专利权)人：酷布鲁克公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。