CN109971905A - 一种利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原的***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金炼铁技术领域，尤其涉及一种利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原的***及方法。***中包括有主烟道、预反应器和熔融还原炉；主烟道上设有带有烟气成分检测器的分流阀，烟气成分检测器检测通过分流阀的烟气中CO的浓度值来决定导通方向，预反应器伸入熔融还原炉内，预反应器底部设有混合进料喷嘴，预反应器将第一次预热及预还原后的烟气与矿、煤粉混合通过混合进料喷嘴送入熔融还原炉中进行第二次还原反应。该方法充分利用了钢铁企业的废气资源，极大的提高了副产价值且减少了天然气的消耗，降低成本，提高燃烧效率和热能利用率，减少二次燃烧的时间，使反应炉更快进入生产状态，减少粉尘和和煤气洗涤负担，提高余热回收率。

Description

一种利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原的***及方法
技术领域
本发明涉及冶金炼铁技术领域，尤其涉及一种利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原的***及方法。
背景技术
HIsmelt技术流程中可直接使用矿粉和煤粉冶炼，在熔融还原炉顶部，喷入的1200℃热风与自身煤气进行CO和H2的二次氧化燃烧放热反应产生热能，铁水熔池中反应产生的CO、煤中挥发***解产生的H2和喷吹物料载体的N2形成混合煤气，强烈逸出的上升煤气又使高温液态渣、铁形成了混合“涌泉”，同时熔融还原炉下部氧化放热反应所产生的热能，通过传导和辐射提高了渣、铁混合“涌泉”的温度，被加热后的渣、铁混合“涌泉”回落到铁水熔池下部提供反应对热能的需求，连续喷入铁水熔池中的矿、煤粉和熔剂维持了反应连续。
HIsmelt技术是一种创新的工艺技术，在生产过程中显现出多方面优势的同时，仍有很多限制性环节。尤其是矿粉的循环加热和预还原***，矿粉预热器原设计是直接使用融熔还原炉煤气，但目前仍是使用空气和天然气，经预热的矿粉可达到800℃，铁氧化物预还原度在10％～15％，天然气消耗量大，成本较高，效率较低。此外，在融熔还原炉上部喷吹的富氧煤气氧化燃烧反应亦消耗较大，成本高，燃烧物理热利用率低等问题。
炼钢流程中产生的副产煤气中，有相当一部分由于其中还原成分浓度较低难以回收而被放散处理，被称为转炉废气，该转炉废气温度在1600℃左右，其中的还原成分CO浓度在20％～40％范围内，有非常大的资源化回收利用价值。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原的***及方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原***，该***包括有主烟道、预反应器和熔融还原炉；
所述主烟道上设有分流阀，所述分流阀带有烟气成分检测器；所述主烟道连接有第一分支烟道和第二分支烟道，所述主烟道通过所述分流阀连接所述第一分支烟道和第二分支烟道，第一分支烟道将高温烟气回收余热、除尘除杂干燥后储存至煤气柜，供用户使用；
所述分流阀根据烟气成分检测器检测通过所述分流阀的烟气中CO的浓度值来决定导通方向，实现主烟道与第一分支烟道的导通或所述主烟道与第二分支烟道的导通；
所述第二分支烟道将高温烟气送入预反应器中，所述预反应器伸入所述熔融还原炉内，所述预反应器底部设有混合进料喷嘴；所述预反应器将预反应后的烟气与矿、煤粉混合通过混合进料喷嘴送入所述熔融还原炉中，所述熔融还原炉产生的高温烟气进入到余热回收***对烟气余热进行回收。
根据本发明，该***还包括转炉烟罩和高温旋风除尘器，高温旋风除尘器的上部连接所述主烟道；
所述转炉烟罩罩设于转炉顶部，转炉顶部排出的转炉废气由转炉烟罩收集并通过汽化降温烟道通入高温旋风除尘器中，高温旋风除尘器降低废气中的烟尘量后，送入所述主烟道中，并由所述的烟气成分检测器对通过分流阀的烟气中CO浓度进行检测。
根据本发明，所述余热回收***包括：对流换热器、蓄热器和煤气柜；
高温烟气进入对流换热器，通过换热回收高温烟气的一部分热能，将对流换热器中的过热水蒸汽储存至蓄热器中，从对流换热器出来的烟气变为低温烟气，经除杂干燥处理后，存储至煤气柜中供使用。
根据本发明，所述余热回收***还包括余热锅炉和蒸汽冷凝发电机组，余热锅炉与蓄热器串联连接，余热锅炉的一侧还与蒸汽冷凝发电机组连接，蓄热器和余热锅炉内的水蒸汽通入蒸汽冷凝发电机组进行蒸汽发电。
根据本发明，所述余热回收***还包括布袋除尘器、压缩机，从对流换热器出来的烟气经过布袋除尘器进行除尘后，进入除杂干燥器进行除杂干燥，压缩机的一端连接有除杂干燥器，另一端与煤气柜连接，经除杂干燥器除杂净化干燥后的低温烟气先由压缩机压缩，后通入煤气柜储存。
根据本发明，所述对流换热器连接有冷水塔，通过冷水塔向对流换热器提供冷水，以与高温烟气热交换吸收其的物理显热。
根据本发明，所述蒸汽冷凝发电机组发电后产生的冷却水返回至对流换热器中，以吸收高温烟气的物理显热，或者通入冷水塔对烟气进行湿法除尘处理。
本发明还提供了一种利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原的方法，该方法包括：
收集来自转炉排出的转炉废气，经除尘处理后，对烟气中CO浓度进行实时检测：
当检测到烟气中CO体积浓度超过40％时，将烟气直接进行余热回收、除尘除杂干燥后储存至煤气柜供用户使用；
当检测到烟气中CO体积浓度不超过40％时，将烟气通入矿、煤粉中，对矿、煤粉进行第一次预热及预还原，将完成第一次预热及预还原的烟气及矿、煤粉混合物通入到熔融还原炉中进行第二次还原反应；
从所述熔融还原炉中出来的烟气经过余热回收、除杂干燥后储存到储气柜中供用户使用。
(三)有益效果
本发明的方法具有以下优点：
1)充分利用了钢铁企业的废气资源，极大的提高了副产价值；
2)改造成本低，符合国家政策，投资少；
3)提高反应效率，降低生产成本；
4)易操作，生产指标好，处理量大，运行可靠；
5)充分利用转炉废气的物理显热及化学潜热，大大减少天然气的消耗，降低成本，提高燃烧效率和热能利用率，减少二次燃烧的时间，使反应炉更快进入生产状态，减少粉尘和和煤气洗涤负担，提高余热回收率。
附图说明
图1为本发明一种利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原的方法流程图；
图2为本发明一种利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原的装置示意图。
【附图标记说明】
1：转炉；2：转炉烟罩；3：汽化降温管道；4：高温旋风除尘；5：烟气成分检测器；6：矿粉预热预还原***；7：混合进料喷嘴；8：熔融还原炉；9：对流换热器；10：蓄热器；11：余热锅炉；12：蒸汽冷凝发电机组；13：布袋除尘；14：除杂干燥器；15：压缩机；16：煤气柜；A：主烟道；B：分流阀；A1：第一分支烟道；A2：第二分支烟道；01：余热回收***。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明的目的是提供一种利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原的方法，该发明的整体思路为：
利用转炉产生的高温(1400℃～1600℃)烟气经过汽化降温及高温旋风除尘后，CO浓度小于40％的烟气通入到矿粉预反应器中对矿、煤粉进行第一次预热及预还原，后通过混合进料喷嘴进入到熔融还原炉中对矿粉进行第二预热及预还原，从熔融还原炉中出来的烟气经过余热回收、除杂干燥处理后，储存到煤气柜中供用户使用。其中，转炉炼钢废气代替原有的富氧天然气喷吹矿粉进行预热预还原，减少天然气消耗、降低成本、提高燃烧效率和热能利用率，减少二次燃烧，且使还原炉更快进入生产状态，减少粉尘和和煤气洗涤负担，提高余热回收率。
图1、2分别为本发明提供的利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原***的工艺流程图及该***的组成、连接关系示意图。
本实施例包括一种利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原***，该***包括：
转炉1、转炉烟罩2、汽化降温烟道3、高温旋风除尘器4、分流阀B、分流阀B上安装的烟气成分检测器5、预反应器6、熔融还原炉8、对流换热器9、蓄热器10、余热锅炉11、蒸汽冷凝发电机组12、余热回收***01，烟气净化***01中包括有布袋除尘13，除杂干燥器14、压缩机15，储气柜16。
转炉1顶部设置有转炉烟罩2，转炉烟罩2可以对转炉1所产生的高温(1400℃-1600℃)转炉废气进行收集，转炉废气中CO含量为20％-40％，CO2含量为20％-30％，N2含量为30％-60％，收集到的高温废气首先通过汽化降温烟道3进行降温，降温的转炉废气温度降低至900-1100℃，再进入高温旋风除尘器4中进行高温除尘，经过除尘后的转炉废气的烟尘量由30～100g/Nm3降低至5～10g/Nm3，然后烟气从高温旋风除尘器4的顶部被引入到主烟道A中，在该主烟道A上设有分流阀B，分流阀B上带有烟气成分检测器5，该烟气成分检测器5对经过分流阀B的烟气进行CO浓度的实时检测。
当烟气中CO高于40％时，分流阀B导通主烟道A与第一分支烟道A1，第一分支烟道A1将高温烟气简单除尘除杂干燥后储存至煤气柜，供用户使用；
当烟气中CO低于40％时，分流阀B导通主烟道A与第二分支烟道A2，第二分支烟道A2连接预反应器6，预反应器6中放有待还原的矿、煤粉，烟气被引流至预反应器6中后，烟气对矿、煤粉进行第一次预热及预还原，在预反应器6中，矿粉预热温度达到800-900℃，预还原度15-20％，烟气温度降低至750-900℃。
预反应器6伸入到熔融还原炉8内，预反应器6底部设有混合进料喷嘴7，结束第一次预热及预还原后，预反应器6将反应后的烟气与矿、煤粉混合并通过混合进料喷嘴7送入到熔融还原炉8中进行第二次预处理，预还原度达到30-40％，还原反应结束后反应烟气从熔融还原炉8的出气口排出，经烟道引入至对流换热器9中，并对对流换热器9中的冷水循环放热回收高温烟气的一部分热能，对流换热器9中得到的过热水蒸气被储存到蓄热器10中，蓄热器10与余热锅炉11串联连接，被预热的水进入余热锅炉11内，从对流换热器9出来的高温烟气通入余热锅炉11再次回收部分热能，余热锅炉11的依次与蒸汽冷凝发电机组12连接，蓄热器10稳定了蒸汽冷凝发电机组12的正常供气压力，热蒸汽通入蒸汽冷凝发电机组12进行发电，***平均产蒸汽140-200t/h，余热锅炉出口温度在130-160℃范围内，工作压力为4-6MPa。
对流换热器9中循环放热后烟气经过降温后通过除尘器13(如湿法除尘、干法除尘或布袋除尘等装置或设备)进行除尘处理，本发明中选用布袋除尘，烟气经过布袋除尘器13除尘处理后，烟尘量降至30mg/Nm3以下，除尘后的烟气被通入至除杂干燥器14中摒除去有害杂质和多余水分，通过深度净化除杂和干燥后的烟气由压缩机15压缩至储气柜16中储存起来，供其他资源化利用。
具体地，对流换热器9连接有冷水塔，冷水塔为对流换热器7提供冷水，以与高温烟气热交换吸收其物理显热。
具体地，蒸汽冷凝发电机组11发电后产生的冷却水返回至对流换热器9中，以吸收高温烟气的物理显热，或者通入冷水塔对烟气进行湿法除尘处理。
下面结合具体的实施方式对本发明的内容进一步说明和补充，具体应用例如下：
实施例1
在生产过程中，转炉废气的温度为1400℃，烟气流量为20万Nm3/h，压力85Kpa，烟气中含20％CO，20％CO2，60％N2，含尘量30g/Nm3，该烟气首先经过汽化降温和高温旋风除尘，循环水量为1300t/h，得到清洗后的烟气含尘量为5g/Nm3，温度为1200℃，将烟气分阀，一部分通入预反应器，预热矿粉到800℃，预还原度为15％，另一部分与矿、煤粉混合喷入融熔还原炉中，反应后产生的烟气温度为1450℃，经烟道通入余热锅炉进行对流换热，蒸汽温度250℃，烟气降温至200℃进入烟气净化回收***。
实施例2
在生产过程中，转炉废气的温度为1450℃，烟气流量为20万Nm3/h，压力85Kpa，烟气中含25％CO，20％CO2，55％N2，含尘量30g/Nm3，该烟气首先经过汽化降温和高温旋风除尘，循环水量为1300t/h，得到清洗后的烟气含尘量为5g/Nm3，温度为1250℃，将烟气分阀，一部分通入预反应器，预热矿粉到850℃，预还原度为18％，另一部分与矿、煤粉混合喷入融熔还原炉中，反应后产生的烟气温度为1460℃，经烟道通入余热锅炉进行对流换热，蒸汽温度250℃，烟气降温至210℃进入烟气净化回收***。
实施例3
在生产过程中，转炉副产烟气的温度为1500℃，烟气流量为20万Nm3/h，压力85Kpa，烟气中含30％CO，20％CO2，50％N2，含尘量30g/Nm3，该烟气首先经过汽化降温和高温旋风除尘，循环水量为1300t/h，得到清洗后的烟气含尘量为5g/Nm3，温度为1300℃，将烟气分阀，一部分通入预反应器，预热矿粉到880℃，预还原度为23％，另一部分与矿、煤粉混合喷入融熔还原炉中，反应后产生的烟气温度为1480℃，经烟道通入余热锅炉进行对流换热，蒸汽温度255℃，烟气降温至230℃进入烟气净化回收***。
实施例4
在生产过程中，转炉副产烟气的温度为1600℃，烟气流量为20万Nm3/h，压力85Kpa，烟气中含35％CO，20％CO2，45％N2，含尘量30g/Nm3，该烟气首先经过汽化降温和高温旋风除尘，循环水量为1300t/h，得到清洗后的烟气含尘量为5g/Nm3，温度为1400℃，将烟气分阀，一部分通入预反应器，预热矿粉到900℃，预还原度为27％，另一部分与矿、煤粉混合喷入融熔还原炉中，反应后产生的烟气温度为1520℃，经烟道通入余热锅炉进行对流换热，蒸汽温度260℃，烟气降温至250℃进入烟气净化回收***。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原***，其特征在于：
该***包括有主烟道(A)、预反应器(6)和熔融还原炉(8)；
所述主烟道(A)上设有分流阀(B)，所述分流阀(B)带有烟气成分检测器(5)；所述主烟道(A)连接有第一分支烟道(A1)和第二分支烟道(A2)，所述主烟道(A)通过所述分流阀(B)连接所述第一分支烟道(A1)和第二分支烟道(A2)，第一分支烟道(A1)将高温烟气回收余热、除尘除杂干燥后储存至煤气柜，供用户使用；
所述分流阀(B)根据烟气成分检测器(5)检测通过所述分流阀(B)的烟气中CO的浓度值来决定导通方向，实现主烟道(A)与第一分支烟道(A1)的导通或所述主烟道(A)与第二分支烟道(A2)的导通；
所述第二分支烟道(A2)将高温烟气送入预反应器(6)中，所述预反应器(6)伸入所述熔融还原炉(8)内，所述预反应器(6)底部设有混合进料喷嘴(7)；所述预反应器(6)将预反应后的烟气与矿、煤粉混合通过混合进料喷嘴(7)送入所述熔融还原炉(8)中，所述熔融还原炉(8)产生的高温烟气进入到余热回收***(01)对烟气余热进行回收。
2.根据权利要求1所述的利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原***，其特征在于：
该***还包括转炉烟罩(2)和高温旋风除尘器(4)，高温旋风除尘器(4)的上部连接所述主烟道(A)；
所述转炉烟罩(2)罩设于转炉(1)顶部，转炉(1)顶部排出的转炉废气由转炉烟罩(2)收集并通过汽化降温烟道(3)通入高温旋风除尘器(4)中，高温旋风除尘器(4)降低废气中的烟尘量后，送入所述主烟道(A)中，并由所述的烟气成分检测器(5)对通过分流阀(B)的烟气中CO浓度进行检测。
3.根据权利要求1所述的利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原***，其特征在于：
所述余热回收***(01)包括：对流换热器(9)、蓄热器(10)和煤气柜(16)；
高温烟气进入对流换热器(9)，通过换热回收高温烟气的一部分热能，将对流换热器(9)中的过热水蒸汽储存至蓄热器(10)中，从对流换热器(9)出来的烟气变为低温烟气，经除杂干燥处理后，存储至煤气柜(16)中供使用。
4.根据权利要求3所述的利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原***，其特征在于：
所述余热回收***(01)还包括余热锅炉(11)和蒸汽冷凝发电机组(12)，余热锅炉(11)与蓄热器(10)串联连接，余热锅炉(11)的一侧还与蒸汽冷凝发电机组(12)连接，蓄热器(10)和余热锅炉(11)内的水蒸汽通入蒸汽冷凝发电机组(12)进行蒸汽发电。
5.根据权利要求3或4所述的利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原***，其特征在于：
所述余热回收***(01)还包括布袋除尘器(13)、压缩机(15)，从对流换热器(9)出来的烟气经过布袋除尘器(13)进行除尘后，进入除杂干燥器(14)进行除杂干燥，压缩机(15)的一端连接有除杂干燥器(14)，另一端与煤气柜(16)连接，经除杂干燥器(14)除杂净化干燥后的低温烟气先由压缩机(15)压缩，后通入煤气柜(16)储存。
6.根据权利要求3所述的利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原***，其特征在于：
所述对流换热器(9)连接有冷水塔，通过冷水塔向对流换热器(9)提供冷水，以与高温烟气热交换吸收其的物理显热。
7.根据权利要求4所述的利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原***，其特征在于：
所述蒸汽冷凝发电机组(12)发电后产生的冷却水返回至对流换热器(9)中，以吸收高温烟气的物理显热，或者通入冷水塔对烟气进行湿法除尘处理。
8.一种包括权利要求1-7任一所述的利用钢产废气优化HIsmelt熔融还原的方法，其特征在于，包括：
收集来自转炉排出的转炉废气，经除尘处理后，对烟气中CO浓度进行实时检测：
当检测到烟气中CO体积浓度超过40％时，将烟气直接进行余热回收、除尘除杂干燥后储存至煤气柜供用户使用；
当检测到烟气中CO体积浓度不超过40％时，将烟气通入矿、煤粉中，对矿、煤粉进行第一次预热及预还原，将完成第一次预热及预还原的烟气及矿、煤粉混合物通入到熔融还原炉中进行第二次还原反应；
从所述熔融还原炉中出来的烟气经过余热回收、除杂干燥后储存到储气柜中供用户使用。
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