CN113930576A - 一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***及工艺，属于转炉烟气处理技术领域。本发明的装置包括冷却烟道、集合沉降室、第一蒸发器、高温除尘器、第二蒸发器和汽包，沿烟气流动方向冷却烟道、集合沉降室、第一蒸发器、高温除尘器和第二蒸发器依次设置，所述第一蒸发器、第二蒸发器和冷却烟道均分别与汽包相连；通过烟气道内除尘设备与余热回收设备的合理布置，并且施以合理的处理工艺，在进行高效余热回收的同时，对烟气进行有效净化。

Description

一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***及工艺

技术领域

本发明涉及转炉烟气处理技术领域，更具体地说，涉及一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***及工艺。

背景技术

转炉炼钢是目前国内外各大钢铁厂炼钢生产的主要手段，在我国钢铁生产中占着越来越大的比重。转炉冶炼过程中，会产生大量的高温余热烟气，这是重要的二次能源。在不影响转炉煤气质量的情况下，最大限度的实现烟气余热的回收，能有效降低炼钢工序生产成本，进一步实现转炉“负能”炼钢。同时，能极大地降低钢厂污染物排放量，实现清洁生产。因此，“转炉煤气深度余热利用工艺”已成为现代转炉炼钢的重要课题。

在转炉吹炼过程中，有大量的高温炉气从炉口涌出，炉气中可燃气体CO含量很高，在炉口遇空气少部分燃烧后温度可达1450～1600℃以上，炉气的主要成分是CO和少量的CO2、O2、N2等，并含有大量的灰尘(灰尘含量为Fe2O3、CaO、MgO、ZnO、SiO2等)。转炉烟气首先通过活动和固定烟罩后进入气化冷却烟道，将高温烟气冷却至～900℃以下，接着，进入烟气除尘净化和煤气回收工序。

目前，国内外转炉炼钢烟气除尘净化和煤气回收工艺采用的主要方法分为两种方式：湿法除尘工艺即OG法和干法除尘工艺即LT法。

传统OG法的流程为烟气首先进入一级水溢流固定文氏管，经脱水器后，再进入二级可调文氏管，然后经90°弯头脱水器和塔式脱水器进入风机***送至用户或放散塔。

随着对环保、节能减排要求的提高，新OG法得到了广泛的使用。新OG法是在原OG法的基础上进行改进后的一种湿式除尘方式：喷淋塔+环缝装置+脱水塔，现已发展到***即“一塔一文”***。新OG法较老OG法除尘效果高，耗水量下降。但由于它仍然沿用大量浊环水循环洗涤含尘煤气的净化方式，耗水量和耗电量仍然较高。

LT法：该除尘方式不用大量浊环水洗涤煤气，采用蒸发冷却器+静电除尘器+煤气冷却器的“干式”***。具有净化效率高、能耗低、干粉尘经压块后直接供转炉利用等特点，广泛较应用，但是该种除尘方式对烟气温度具有较高的要求，烟气温度过高将导致除尘设备使用寿命的降低。

上述可以看出，转炉高温烟气经过汽化烟道冷却，温度降至～900℃左右后，无论是OG法还是LT法，这两种煤气净化处理工艺均存在～900℃烟气温度的余热没有得到回收的问题，而是通过喷水降温或蒸发冷却，造成大量热量浪费的同时带来水资源和能源的高消耗，并且粉尘排放也很难达到行业要求，严重制约了炼钢转炉工序节能降耗水平的提高，所以研究转炉烟气余热深度回收利用十分必要。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中转炉高温烟气烟气净化以及余热回收难以兼顾的技术问题，提供了一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***及工艺，所述装置通过除尘设备与余热回收设备的合理布置，该处理工艺在解决高效余热回收技术问题的同时，也解决烟气有效净化的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，包括冷却烟道、集合沉降室、第一蒸发器、高温除尘器、第二蒸发器和汽包，沿烟气流动方向冷却烟道、集合沉降室、第一蒸发器、高温除尘器和第二蒸发器依次设置，所述第一蒸发器、第二蒸发器和冷却烟道均分别与汽包相连；通过在烟道进口后设置冷却烟道，使得带有粉尘的烟气先进行初步的冷却，而后设置的集合沉降室可以对烟气中的粉尘进行初步的沉降；而后通过第一蒸发器对烟气进行换热，使得烟气温度下降，进而降低烟气中的高温、高粘度粉尘对后续高温除尘器除尘效果产生的影响，可保证高温除尘器对烟气进行有效除尘；通过上述步骤对烟气中粉尘的有效去除，使得最后第二蒸发器对烟气中的余热进行高效回收；最终使得排出烟气温度降至50～100℃，同时，转炉煤气中粉尘含量满足要求。

优选地，所述冷却烟道包括下降冷却烟道，所述下降冷却烟道的底端与集合沉降室相连。

或，所述冷却烟道包括上升冷却烟道和下降冷却烟道，上升冷却烟道的顶端与下降冷却烟道的顶端相连。

优选地，所述集合沉降室可以为“V”型结构过渡段，其内部空间允许烟气以较低的流速通过，灰尘自然沉降，达到粗除尘的效果；所述集合沉降室设置防爆型壁面振打装置，达到除灰作用。

优选地，所述冷却烟道的冷却管长度方向与冷却烟道长度方向相同，该冷却烟道处的烟气温度较高，烟气中的粉尘温度也较高，其粘度较高，容易在冷却烟道中冷却管外表面粘附导致冷却管换热效果的下降，通过将冷却管以上述方向设置，其与烟气流动方向大致相同，可以避免部分高粘度粉尘被冷却管粘附，使得粘附在冷却管上的粉尘在重力作用下，也可以顺利落下。

优选地，所述第一蒸发器为对流换热式换热器，其中第一蒸发器中的对流换热管排布方式为顺排式布置；所述第一蒸发器中的对流换热管通过采用顺排式的排布方式，可以降低烟气流动截面上第一蒸发器中的对流换热管与高粘度粉尘的接触面积，进而避免高粘度粉尘粘附沉积在第一蒸发器中的对流换热管上，对烟气进行有效地降温以及余热回收；

或/进一步地，所述第二蒸发器为对流换热式换热器，其中第二蒸发器中的对流换热管排布方式为错排式布置；所述第二蒸发器通过采用错排式的排布方式，由于此时高温除尘器对烟气中的粉尘进行除尘，此时错排式的排布方式可以增加蒸发器换热管外烟气的扰动，提高设备换热系数，使得第二蒸发器对烟气余热进行进一步强化回收。

优选地，所述第一蒸发器中的对流换热管上设置有直翅片，所述直翅片的方向与烟气流向同向，通过所述翅片的上述设置，不仅有效提高第一蒸发器对烟气中热量的换热效率，另外可以在一定程度上可以避免烟气中的杂质粉尘堆积在对流换热管上。

优选地，所述高温除尘器内设置有滤芯，所述滤芯上设置有金属质滤材，所述金属质滤材耐高温性能较好，高温除尘效果较好，可以适应高温气固分离的工况条件，转炉煤气经过处理后，含尘量可以满足行业转炉煤气的净化要求。

优选地，所述第二蒸发器与烟道出口之间的烟气道上设置有水预热器，所述水预热器一端连接至冷却水源，另一端连接至汽包，通过水预热器的设置，可以对第二蒸发器处理后的余热进行进一步回收，同时可以对进入汽包中的水源进行预热。

优选地，高温除尘器和第二蒸发器之间的烟气道上设置有自锁式卸爆门，可以保证烟气道的安全性。

优选地，所述集合沉降室上设置有壁面振打器；和/或第一蒸发器上设置有第一氮气除灰器；和/或第二蒸发器上设置有第二氮气除灰器；和/或水预热器上设置有水预热器清灰器，上述第一氮气除灰器、第二氮气除灰器以及水预热器清灰器可以为氮气除灰器，清灰介质为氮气，有利于保持较好地换热效果。

本发明的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理工艺，该工艺所使用的综合处理装置为上述的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，具体处理工艺为：先通过冷却烟道对烟气进行处理，使烟气温度不高于700℃；然后烟气经过集合沉降室进行净化；集合沉降室净化后的烟气流经第一蒸发器进行换热，换热后使烟气温度不高于500℃；第一蒸发器换热后的烟气经过高温除尘器进行净化，高温除尘器净化后的烟气流经第二蒸发器进行换热，换热后使烟气温度不高于300℃。

本发明所述一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***及工艺，可以实现以下技术效果：

(1)可将转炉出口1450℃～1600℃烟气降至50～100℃，实现全过程余热回收，转炉烟气余热产汽量较大，吨钢产汽达到100～130kg；

(2)相比较于采用OG法与LT法可以有效降低水耗，免去污水污泥的处理装置与处理费用；

(3)转炉烟气降温产汽的同时，出口放散的烟气排放粉尘浓度，达到国家排放指标要求；回收的转炉煤气含尘量满足行业要求。

附图说明

图1为本发明的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***的整体结构示意图；

图2为本发明的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***中冷却烟道截面示意图；

图3为本发明的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***中汽包连接示意图；

图4为本发明的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***中第一蒸发器中对流换热管排布方式；

图5为本发明的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***中第二蒸发器中对流换热管排布方式；

图6位为本发明的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***中第一蒸发器中对流换热管具体结构示意图。

示意图中的标号说明：

101、转炉；

201、汽包；210、冷却烟道；211、上升冷却烟道；212、下降冷却烟道；220、第一蒸发器；221、第一氮气除灰器；230、第二蒸发器；231、第二氮气除灰器；240、水预热器；241、水预热器清灰器；

310、集合沉降室；311、壁面振打器；320、高温除尘器；321、高温除尘进口段；322、高温除尘出口段；323、自锁式卸爆门；

404、烟道出口。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴；除此之外，本发明的各个实施例之间并不是相互独立的，而是可以进行组合的。

本发明的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，包括冷却烟道210、集合沉降室310、第一蒸发器220、高温除尘器320、第二蒸发器230和汽包201，沿烟气流动方向冷却烟道210、集合沉降室310、第一蒸发器220、高温除尘器320和第二蒸发器230依次设置，所述第一蒸发器220、第二蒸发器230和冷却烟道210均分别与汽包201相连。

如图3所示，所述第一蒸发器220、第二蒸发器230和冷却烟道210均分别与汽包201相连，其共同组成锅炉汽水循环***，第一蒸发器220、第二蒸发器230和冷却烟道210中用于换热的水吸收烟气的热量而在管内形成汽水混合物，通过汽水循环方式，将产生的饱和蒸汽通过汽包分离后输出，进而实现余热回收。

在一种实施例中，所述烟道进口包括包括上升冷却烟道211和下降冷却烟道212，上升冷却烟道211的顶端与下降冷却烟道212的顶端相连，所述下降冷却烟道212的底端与集合沉降室310相连。但是需要说明的是，在一些使用场景中，有的转炉车间的转炉101上方自带有一个冷却烟道，即可以理解为上文中的上升冷却烟道211，因此在另一种实施例中，该实施例的转炉烟气净化及余热回收综合处理装置中仅包括下降冷却烟道212，即所述冷却烟道210包括下降冷却烟道212。

另外，如图2所示，所述冷却烟道210的冷却管长度方向与冷却烟道210长度方向相同，该因为冷却烟道210处的烟气温度较高，烟气中的粉尘温度也较高，其粘度较高，容易在冷却烟道210中冷却管外表面粘附导致冷却管换热效果的下降，通过将冷却管以上述方向设置，其与烟气流动方向大致相同，可以避免部分高粘度粉尘被冷却管粘附，使得粘附在冷却管上的粉尘在重力作用下，也可以顺利落下。

下降冷却烟道212竖直布置，烟气下行，可避免炉渣堆积。下降冷却烟道212作为余热锅炉蒸发装置，与所述汽包201组成汽水循环***，即可实现强制循环，该烟道吸热发生饱和蒸汽后经汽包201分离后输出。转炉烟气经过下降冷却烟道212后，温度降至～700℃。

而后设置的集合沉降室310可以对烟气中的粉尘进行初步的沉降，并且集合沉降室310的粉尘去除效果受烟气温度影响较小，并且具有一定的初步除尘效果，尤其针对大、重颗粒的粉尘去除效果尤为明显，本实施例中所述集合沉降室310可以为集合沉降室，为“V”型结构过渡段，其内部空间允许烟气以较低的流速通过，灰尘自然沉降，达到粗除尘的效果；所述集合沉降室设置壁面振打器311，其可以为防爆型壁面振打装置，可以对集合沉降室达到除灰作用。

而后通过第一蒸发器220对烟气进行换热，使得烟气温度下降，进而避免烟气中的高温引起的高粘度粉尘对至后续高温除尘器320的除尘效果产生影响，可保证高温除尘器320对烟气进行有效除尘。

需要说明的是，如图4所示，本实施例中所述第一蒸发器220为对流换热式换热器，其中第一蒸发器220中的对流换热管排布方式为顺排式布置；所述第一蒸发器220中的对流换热管通过采用顺排式的排布方式，可以降低烟气流动截面上第一蒸发器220中的对流换热管与高粘度粉尘的接触面积，进而避免高粘度粉尘粘附沉积至第一蒸发器220中的对流换热管上，对烟气进行有效地降温以及余热回收。

另外，如图6所示，所述第一蒸发器220中的对流换热管上设置有直翅片，所述直翅片的方向与烟气流向同向，通过所述翅片的上述设置，不仅有效提高第一蒸发器220对烟气中热量的换热效率，另外可以在一定程度上可以避免烟气中的杂质粉尘堆积在对流换热管上。经过第一蒸发器220换热后，烟气温度降至～500℃。

另外，所述高温除尘器320内设置有滤芯，所述滤芯上设置有金属质滤材，所述金属质滤材耐高温性能较好，高温除尘效果较好，可以适应高温500～600℃气固分离的工况条件，转炉煤气经过处理后，含尘量可以满足行业转炉煤气的净化要求。

通过上述步骤对烟气中粉尘的有效去除，使得最后第二蒸发器230对烟气中的余热进行高效回收；所述第二蒸发器230可以为扩面管翅片管换热管，具体形式可以采用比如螺旋翅片管结构；经过第二蒸发器230的换热，最终烟气温度可降至～300℃。

需要说明的是，第一蒸发器220及第二蒸发器230，与汽包201通过上升管与下降管组成锅炉汽水循环***，蒸发器吸热发生饱和蒸汽后经汽包201分离后输出。

高温除尘器320和第二蒸发器230之间的烟气道上设置有自锁式卸爆门323，以便转炉煤气***发生燃爆的情况下，快速泄放压力，保护设备的安全，可以保证烟气道的安全性。

需要说明的是，如图5所示，本实施例中，所述第二蒸发器230为对流换热式换热器，其中第二蒸发器230中的对流换热管排布方式为错排式布置；所述第二蒸发器230通过采用错排式的排布方式，由于此时高温除尘器320对烟气中的粉尘进行除尘，此时错排式的排布方式可以增加增加蒸发器换热管外烟气的扰动，提高设备换热系数，，使得第二蒸发器230对烟气余热进行进一步强化回收。

另外所述第二蒸发器230与烟道出口404之间的烟气道上设置有水预热器240，所述水预热器240一端连接至冷却水源，另一端连接至汽包201，通过水预热器240的设置，可以对第二蒸发器230处理后的余热进行进一步回收，同时可以对进入汽包201中的水源进行预热。

最终通过上述处理，最终使得排出烟气温度转炉煤气温度降至50～100℃，同时，转炉煤气中粉尘含量满足要求。

另外，第一蒸发器220上设置有第一氮气除灰器221；和/或第二蒸发器230上设置有第二氮气除灰器231；和/或水预热器240上设置有水预热器清灰器241，上述第一氮气除灰器221、第二氮气除灰器231以及水预热器清灰器241可以为氮气除灰器，有利于保持较好地换热效果。

通过上述本发明的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，实现一种转炉烟气净化及余热回收综合处理工艺，该工艺所使用的综合处理装置为上述的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，具体处理工艺为：先通过冷却烟道210对烟气进行处理，使烟气温度不高于700℃；然后烟气经过集合沉降室310进行净化；集合沉降室310净化后的烟气流经第一蒸发器220进行换热，换热后使烟气温度不高于500℃；第一蒸发器220换热后的烟气经过高温除尘器320进行净化，高温除尘器320净化后的烟气流经第二蒸发器230进行换热，换热后使烟气温度不高于300℃。

而作为一种对比例，该对比例与上述实施例的区别之处在于：该对比例中未设置高温除尘器320，去掉高温除尘器320以后，装置最终排出转炉煤气的粉尘含量无法降低至合格煤气的含尘量要求，另外，第二蒸发器230以及水预热器240会积灰加剧，最终排出的转炉煤气温度会升高(比如200℃以上)，严重时煤气中的粉尘堵塞烟道而使***无法运行。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

Claims (10)

1.一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，其特征在于，包括冷却烟道(210)、集合沉降室(310)、第一蒸发器(220)、高温除尘器(320)、第二蒸发器(230)和汽包(201)，沿烟气流动方向冷却烟道(210)、集合沉降室(310)、第一蒸发器(220)、高温除尘器(320)和第二蒸发器(230)依次设置，所述第一蒸发器(220)、第二蒸发器(230)和冷却烟道(210)均分别与汽包(201)相连。

2.根据权利要求1所述的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，其特征在于，所述冷却烟道(210)包括下降冷却烟道(212)，所述下降冷却烟道(212)的底端与集合沉降室(310)相连；

或

所述冷却烟道(210)包括上升冷却烟道(211)和下降冷却烟道(212)，上升冷却烟道(211)的顶端与下降冷却烟道(212)的顶端相连。

3.根据权利要求2所述的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，其特征在于，所述集合沉降室(310)为为“V”型结构。

4.根据权利要求1所述的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，其特征在于，所述第一蒸发器(220)为对流换热式换热器，其中第一蒸发器(220)中的对流换热管排布方式为顺排式布置；

和/或

所述第二蒸发器(230)为对流换热式换热器，其中第二蒸发器(230)中的对流换热管排布方式为错排式布置。

5.根据权利要求4所述的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，其特征在于，所述第一蒸发器(220)中的对流换热管上设置有直翅片，所述直翅片的方向与烟气流向同向。

6.根据权利要求1所述的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，其特征在于，所述高温除尘器(320)内设置有滤芯，所述滤芯上设置有金属质滤材。

7.根据权利要求1所述的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，其特征在于，所述第二蒸发器(230)与烟道出口(404)之间的烟气道上设置有水预热器(240)，所述水预热器(240)一端连接至冷却水源，另一端连接至汽包(201)。

8.根据权利要求1所述的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，其特征在于，高温除尘器(320)和第二蒸发器(230)之间的烟气道上设置有自锁式卸爆门(323)。

9.根据权利要求1～8任一项所述的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，其特征在于，所述集合沉降室(310)上设置有壁面振打器(311)；

和/或

第一蒸发器(220)上设置有第一氮气除灰器(221)；

和/或

第二蒸发器(230)上设置有第二氮气除灰器(231)；

和/或

水预热器(240)上设置有水预热清灰器(241)。

10.一种转炉烟气净化及余热回收综合处理工艺，其特征在于，该工艺所使用的综合处理装置为权利要求1～9任一项所述的一种转炉烟气净化及余热回收综合处理***，具体处理工艺为：先通过冷却烟道(210)对烟气进行处理，使烟气温度不高于700℃；然后烟气经过集合沉降室(310)进行净化；集合沉降室(310)净化后的烟气流经第一蒸发器(220)进行换热，换热后使烟气温度不高于500℃；第一蒸发器(220)换热后的烟气经过高温除尘器(320)进行净化，高温除尘器(320)净化后的烟气流经第二蒸发器(230)进行换热，换热后使烟气温度不高于300℃。

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