CN114480778A - 基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，解决现有取样过程存在的取样头破损、堵塞等问题，技术方案包括高温转炉烟气经烟气取样口从转炉汽化冷却烟道引出，进入样气预处理单元冷却、净化等预处理后，送入烟气分析的质谱仪或红外分析仪进行烟气组成分析，所述高温转炉烟气在样气预处理单元内与固体颗粒介质填充床逆向直接接触换热，并在固体颗粒介质填充床的固体颗粒介质层过滤、拦截作用下，将高温转炉烟气所携带的绝大部分的烟尘颗粒物捕集下来。本发明方法***免维护、结构紧凑、冷却效率高，可实现取样过程的连续稳定运行。

Description

基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法

技术领域

本发明属于烟气分析检测及冶金能源环保领域，具体的说是涉及一种基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法。

背景技术

转炉炉气分析动态控制技术的应用，可提高转炉冶炼的终点命中率、降低冶炼成本、提高钢水质量、提高转炉煤气回收率、减少出钢时温度和成分的波动、提高合金收得率等，具有广阔的应用前景。

转炉炼钢控制技术最重要的是对冶炼过程和吹炼终点温度、成分的准确控制。伴随现代转炉炼钢技术的发展，转炉冶炼过程及终点控制技术大致经历了人工经验、静态模型、动态模型三个发展阶段。动态控制技术是实现全自动化炼钢的基础，可以精确控制动态吹氧量和动态冷却剂加入量，减少补吹次数，提高终点命中率，为实现直接出钢创造了条件。目前国内外转炉采用的炼钢动态控制检测技术主要有烟气分析和副枪二种控制方式(或同时采用)，均在生产实践中得到有效应用。

副枪动态控制技术的应用显著提高了转炉终点命中率，但该技术也存在诸多不足：

(1)在75％左右吹炼时间内(“TSC”测定前)，炉内反应状况(熔池成分、温度、脱碳速率等)不明；

(2)由于炉料质量、成分、冷却能力等方面的误差(尤其是废钢)，相当数量炉次“TSC”测定结果偏离目标，此情况下多采取“过吹”去碳保终点温度的策略，造成钢水[O]和炉渣Fe_tO含量较高；

(3)副枪设备维护量大，投运率不高，约85％左右。检测探头费用较高，增加生产成本；

(4)“TSC”测定时需降低供氧强度，吹炼结束后“TSO”测定需1min左右时间，等待试样化学分析结果则需更多时间，增加了转炉冶炼周期。

为了克服副枪动态控制技术存在的不足，通过对转炉烟气进行分析，根据转炉烟气组成的变化进行转炉冶炼过程及终点控制成为智能化炼钢控制的一个重要发展方向。近十几年来，在此领域，国内外许多相关机构开展了大量的研究和工业化尝试。

(一)国外转炉烟气***在自动化炼钢中应用现状

(1)加拿大Dofasco

加拿大Dofasco公司隶属于阿赛洛-米塔尔集团，年产450万t左右板材，包括汽车板、镀锡板、管线钢板等，其320tKOBM复吹转炉原装备有副枪动态控制***。鉴于副枪控制***在设备故障率(约20％)、控制精度(补吹和过吹比率)、测头成本、操作环境(人工更换副枪测头)等方面问题，该厂2005年开始研究开发炉气分析吹炼控制***(离线运行)，2006年3月开始工业试验，5月份投入在线实际生产运行，2007年7月将副枪拆除，由炉气分析控制***对转炉吹炼进行控制。

Dofasco公司转炉炉气分析吹炼控制***在硬件配置方面具有2个特点：①炉气采样点不在转炉烟罩上方附近“热端”，而是放在炉气冷却、除尘后“冷端”，因而显著降低了采样头价格和维护成本。炉气由炉口运行至取样点时间为7s，Dofasco公司认为其对控制影响很小；②炉气分析没有采用质谱仪，而是采用了较低价格的远红外气体分析仪，Dofasco公司认为其对炉气CO、CO₂、O分析能够满足吹炼控制精度的要求。

在控制模型方面，Dofasco公司不再主要依据碳的质量平衡计算在线钢液[C]、温度等，而是将数学模型重点放在吹炼后期，由该时间段炉气成分变化预测钢液[C]、温度等，对吹炼终点进行控制。控制模型中设置了专门模块，计算吸入的空气量和其对炉气CO、CO₂含量的影响，显著提高了***控制精度。

Dofasco的KOBM转炉炉气分析动态控制与原副枪动态控制的投运率、命中率如表1、控制精度如表2。

表1新、旧***作业率、后吹率等的比较

表2超低碳钢终点碳、氧、温度控制精度比较

(2)意大利ILVA Taranto公司

意大利ILVA Taranto公司采用的转炉炉气分析吹炼控制***与Dofasco公司炉气分析控制***相比，采集的信息量更多，除炉气成分、流量之外，还包括转炉炉口热辐射、炉口和烟道内炉气温度等，其控制模型也不仅对吹炼过程钢水[C]、温度进行计算预报，还能给出吹炼过程废钢熔化率、渣料熔化、炉渣SiO₂、FeO含量等变化。表3为ILVA Taranto公司副枪“TSC”、“TSO”测定结果与炉气分析控制***预测结果的比较，可以看到，两者测定结果相差很小。

表3 ILVA Taranto公司副枪“TSC”、“TSO”测定结果与炉气分析***预测结果比较(平均值)

(3)日本NKK公司

1990年日本NKK公司报道了其福山钢铁厂250t转炉利用炉气分析进行吹炼控制的技术。

该厂采用质谱仪对吹炼过程炉气进行快速准确分析，根据炉气中CO、CO₂、O₂成分和炉气流量等变化，对熔池[C]、[O]、温度、喷溅等进行预测，并将其与副枪动态控制***结合，取得了很好控制效果。但是，在其后相当长时间内，由于控制精度较副枪***低，该项技术推广应用得较慢，即便是后来配备炉气分析控制***的钢厂(包括许多国内钢厂)，大多是将其与副枪动态控制***配合，转炉吹炼控制以副枪***为主，炉气分析***的预测结果作为参考，在实际生产中发挥的作用不不大。

(4)美国热电赛默飞

赛默飞转炉烟气分析采取的是热端取样，其动态控制***分为三部分，分别为取样***、预处理***、分析仪表。

取样***主要包含两个热端取样探头、高压反吹***及冷却水控制***。预处理***(样气处理柜)主要包含二级过滤***、切换箱、取样泵、温度监测、流量监测等部件。分析***主要为质谱仪，可同时分析CO，CO₂，N₂，O₂，H₂，Ar。

取样器采用不锈钢管取样的结构，内用陶瓷取样管，使带粉尘的高温烟气不容易在陶瓷管内壁上冷凝结垢，取样口不易堵塞。取样管后接一级过滤装置，可对烟气进行初级过滤。取样***采用双探头模式，一个探头工作，另一个探头做备用或反吹清扫，可自动切换或同时打开。

预处理***(样气处理柜)主要包含二级过滤***、切换箱、取样泵、温度监测、流量监测等部件。主要对样气进行二级过滤，除水。经过二级过滤后，样气粉尘≤1μm，流量在100-200ml/min。

控制***以SIEMENS－PLC为核心，所需信号为兑铁信号、吹炼开始信号、吹炼结束信号。

分析***主要为质谱仪，型号为Prima Pro，可同时分析CO，CO₂，N₂，O₂，H₂，Ar。响应时间与精度见表4。

表4 Prima Pro质谱仪分析精度

(5)德国ABB

ABB公司开发的转炉烟气分析***包括取样***、预处理***和分析***，其样气处理流程如下：

取样探头→一级过滤(陶瓷滤芯)→伴热管线→冷凝器+抽气***(如需要)→阻水过滤器等→分析仪器。

①取样***。取样探头型号为Probe tube 60/R/S水冷探头，建议工艺温度＜1400℃。

取样探头后接一级过滤单元，滤芯为多孔结构陶瓷滤芯，可承受最大粉尘含量为2000g/m³，过滤精度为0.3μm，过滤率为99.98％，自动反吹。但该套***常规只配备一个取样探头，单探头可靠性还需进一步探究。

②预处理***。预处理***主要由冷凝器、抽气单元、阻水过滤器等组成。冷凝器的主要作用是恒定露点输出避免水气的交叉干扰，进气要求温度小于140℃，露点最高可稳定在70℃，其中蠕动泵管每5-6个月应更换，需人工清洁冷凝器散热片。阻水过滤器可阻止冷凝物进入分析仪器，同时集成精细过滤(0.2μm)，维护量少，仅需反向吹扫即可重复使用。

③分析***。每台分析仪表最多可装两个模块。选用Uras26型NDIR红外分析(非分散性红外)模块，可同时测量CO，CO₂，SO₂，CH₄，NO，N₂O中的四个组分。

(6)英国英格海德

英格海德是质谱分析设备提供商，质谱仪所选型号为HPR-20EGA，可测量相对原子量1-200aum的气体(16种气体)，检测下限为0.1ppm。为保证快速响应，采用旁路抽取***，快速将多余气体排出***，保证响应时间为0.3s。

进样气体温度要求＜200℃，气体流量为1-20ml/min，样气经质谱仪进样***过滤器过滤后粉尘直径≤2um。

(二)国内转炉烟气***在自动化炼钢中应用现状

同国外先进厂家相比,我国转炉动态控制还存在许多不足，特别是许多120t左右的中小转炉没有副枪、不能动态控制，个别转炉采用了炉气分析设备，但运行一段时间后，基本都不能在线投入转炉终点控制。

2004年4月，马钢第一钢轧总厂从奥钢联引进的转炉炉气分析自动化控制***逐步在3座120t转炉投入使用。***包括两部分：

①炉气分析***，包括负责转炉烟气采集处理的LOMAS***和英国VG公司PrimaδB磁扇式转炉炉气在线分析质谱仪；

②转炉二级动态控制模型(DYNACON)，由吹炼自动化模型、静态控制模型和动态控制模型等3个子模型组成,其目的在于命中目标终点碳和目标终点温度。

鞍钢一炼钢在100t转炉安装了烟气分析***，实现了模型控制吹炼全程的目标，包括氧枪枪位、分批次加料、达到吹炼终点自动抬枪等过程操作均由模型控制，取得在±0.02％允许误差范围内,终点碳含量w[C]一拉命中率93％,补吹率仅为1.4％；在±20℃允许误差范围内，终点温度一拉命中率达92.9％，且实现了终点磷含量在±30ppm内，命中率达到83.1％。从取得的试验实绩看烟气分析***运行稳定，可连续再现。***基础级设备包括炉气取样探头、炉气预处理、质谱仪、炉气流量计及附属管路设备、电气仪表、PLC、数据通讯、计算机等。炉气流量计对气体流量进行检测，质谱仪分析炉气成分,所有检测信息通过数据通讯***传输至主控室计算机，过程控制模型进行分析计算，再将判断指令下达到基础级PLC执行。为适应恶劣的转炉冶炼条件,安装2个取样探头，一个工作，另一个反吹清扫或备用。

涟钢的转炉动态炼钢控制***(DYNACON)由一次烟气采集和处理***(LOMAS)、在线分析质谱仪、分析软件等组成。LOMAS***由气体采样探头、气体控制分析处理柜等组成，完成气体取样和预处理；在线分析质谱仪对转炉一次烟气进行快速和高精度的成分分析；动态模型对吹炼后期脱碳速率进行计算，及时预报终点碳和温度，实现自动冶炼。对含碳量为0.04～0.06％的SPHC、管线钢等低碳钢种，碳预报值命中(±0.01％偏差)率达到85％，温度预报值(±20℃偏差)命中率为80％，转炉渣中全铁含量由2006年的平均32％降低到2008年不超过22％，经济效益十分显著。

基于红外烟气分析，河钢集团100t自主开发了铁水碳精准检测、负称重下料***、变枪变压吹氧工艺、新型双渣、动态碱度控制、终点碳分析及高低温切换模型、终点镇静与复吹保证等关键技术，形成了转炉高投入率、高命中率自动炼钢技术。该技术应用使转炉终点控制准确性达到副枪效果。

①基于红外烟气分析，烟气中(CO)达到22～28％，提枪进行双渣操作可大幅提高成功率，目前双渣成功率达到95％以上；

②无人工干预自动化炼钢，自动炼钢比例达到99％以上，超低碳钢直接出钢率92％以上。

(三)炉气分析动态控制的技术优势及存在的问题

(1)炉气分析动态控制技术的主要优点

①用一台质谱仪可以同时分析转炉炉气中CO、CO₂、O₂、H₂、Ar、N₂等多种成分，并易于采用计算机采集。

②通过模型不断地动态校正，可实现连续预报，提高控制精度，减少“补吹”，快速精确地测量转炉炉气中的CO、CO₂和O₂的含量，动态模型预测出钢水中C含量和温度的变化。对这些特性曲线的研究，可为冶炼过程中终点控制提供可靠的指导，从而减少补吹次数，提高终点命中率。

③除预报[C]、T之外，还可以预报[P]以及炉渣成分变化；可减少喷溅，提高耐材寿命。通过检测炉气中的氧含量，反映出转炉内钢水脱碳率，再与氧枪吹入氧量进行比较，利用数学模型预测喷溅的产生。

④可以取代或部分取代副枪，降低生产成本。

⑤控制废气回收。通过对炉气中CO和CO₂等气体含量的检测,可以指导操作者提前开始进行煤气回收，节约成本。

⑥预测冷却水泄漏。炉气分析装置可以对炉气中的氢气进行检测，通过检测氢气的含量，来预测和判定冷却水是否泄漏。

(2)炉气分析动态控制存在的主要问题

①炉气取样设备寿命问题

炉气分析设备不能正常投运的主要问题在于取样器和气体前处理设备不能长期承受高温、高粉尘工作环境，使用一段时间后易损坏，一旦坏了就很长时间不能修好。特别是采用夹套式的取样头，一旦破损，将导致冷却水泄漏，取样头冷却效果变差，加剧取样头的破损。

②取样器的结瘤、堵塞

转炉烟气的含尘量高，烟尘组成复杂，甚至还含有凝结性组分。当转炉消耗废钢时，随废钢带入的锌、锡等以及废钢带入的夹杂物中的碱金属组分在高温下会气化，随炉气逸出。取样时，炉气进入取样头进气管后，受取样头夹套内冷却水的冷却降温，炉气中的锌、锡以及碱金属组分会冷凝下来，粘附在取样头冷却壁上，形成结瘤。

③检测准确度受清扫气体干扰

取样头的陶瓷滤料需采用氮气定期吹扫，吹扫的大部分气体会停留在取样头内，后续取样时，这些残留下来的氮气干扰样气分析的准确度。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种短流程的高温转炉烟气样气干法预处理方法，可实现高温转炉烟气快速冷却净化，在极短时间的预处理以满足分析仪器的进气要求。

技术方案包括高温转炉烟气经烟气取样口从转炉汽化冷却烟道引出，进入样气预处理单元冷却、净化等预处理后，送入烟气分析的质谱仪或红外分析仪进行烟气组成分析，所述高温转炉烟气在样气预处理单元内与固体颗粒介质填充床逆向直接接触换热，并在固体颗粒介质填充床的固体颗粒介质层过滤、拦截作用下，将高温转炉烟气所携带的绝大部分的烟尘颗粒物捕集下来。

所述样气预处理单元为一个内部空间相对封闭的环形通道，依次由烟气冷却器、热料仓、粉料分离器、弯头、流化管道、旋风除尘器、灰斗、卸料阀以及滤膜、防水电子秤、筛板、孔板、滤网、灰斗电子秤等组成。

所述固体颗粒介质在所述环形通道内依次经过换热、冷却、洗涤、流化、填充等过程循环使用。

所述高温转炉烟气在样气预处理单元内的预处理过程如下：

①由安装于样气预处理单元下游的抽风机将高温转炉烟气从汽化冷却烟道中引出，通过转炉烟气进口管进入样气预处理单元内；

②进气口位于样气预处理单元下部，进入样气预处理单元的高温转炉烟气与烟气冷却器内填充床中的固体颗粒介质逆向直接接触换热，并通过固体颗粒介质的冷却、冷凝和床层的拦截、过滤，捕集高温转炉烟气中的冷凝组分、粉尘等；

③冷却并除尘后的样气经陶瓷滤膜过滤器过滤后，进入取样风机，通过风机送入二次陶瓷滤膜过滤器进一步除尘，颗粒物浓度降至1mg/Nm³以下；

④烟气冷却器内填充的固体颗粒介质，在样气预处理单元下部热料仓的高压水喷嘴喷出的高压水的冲击作用下，越过粉料分离器，移动到流化管道下端的弯头处；

⑤随着热料仓内的固体颗粒介质被高压水的冲离，烟气冷却器内填充的固体颗粒介质床层向下移动进入热料仓内，并被高压水冷却、冲洗，进入粉料分离器；

⑥固体颗粒介质在高压水的冲刷作用下，在经过粉料分离器的过程中，固体颗粒介质捕集下来的烟尘颗粒物被冲洗下来，并通过筛板，进入灰斗内；

⑦进入弯头处的固体颗粒介质，在弯头处的高压水喷嘴喷出的高压水的冲击作用下向上浮起，进入流化管道，在压缩氮气的流化作用下沿流化管道向上移动，进入旋风除尘器内，固体颗粒介质被拦截下来，进入烟气冷却器内循环使用；

⑧离开旋风除尘器的氮气引入汽化冷却烟道内，也可以直接外排，固体颗粒介质通过氮气流化后温度进一步降低，表面的水分也被氮气干燥带出。

所述高温转炉烟气经烟气冷却器内的固体颗粒介质填充床层过滤后，颗粒物浓度由降到2000mg/Nm³以下，烟气温度降到200℃以下；并在出口陶瓷滤膜的过滤作用下，颗粒物浓度降到200mg/Nm³以下。

所述进入灰斗内烟尘颗粒物随冲洗水一同进入液-固分离器，进行烟尘颗粒物与冲洗水的分离，烟尘颗粒物由排渣口排出，冲洗水通过排水管排出。

所述热料仓底部设置防水电子秤，通过所述防水电子秤称取上方的固体颗粒介质床层的固体颗粒介质堆积重量，控制进入流化管道的氮气流量，进而控制固体颗粒介质的循环速度。

设置所述防水电子秤上方固体颗粒介质床层的固体颗粒介质堆积重量的上、下限值，当重量低于下限值时，提高氮气的流量，加快固体颗粒介质的循环；当重量高于上限值时，减少氮气的流量，减缓固体颗粒介质的循环量。

所述二次除尘后的样气经过恒露点冷凝器和阻水过滤器除水后进入烟气分析仪。

所述烟气冷却器及所述热料仓内填充有来自旋风除尘器下面卸料阀卸入的固体颗粒介质，所述固体颗粒介质在所述烟气冷却器及所述热料仓内形成填充床，所述填充床沿着烟气冷却器内壁向下移动，所述向下移动的填充床为移动床。

通过对转炉烟气进行在线分析，根据转炉烟气组成的变化进行转炉冶炼过程及终点控制的关键在于响应时间，也就是转炉烟气从形成到数据取得的时间，这个时间越短，控制精度(命中率)越高，由此决定了取样点的位置要尽可能靠近转炉的汽化冷却烟道的进气口。但是，越靠近汽化冷却烟道的进气口，烟气温度越高，含尘量越大，含凝结性组分越高。为了解决样气预处理过程需要满足的高冷却速率、高除尘效率、抗凝结堵塞等要求，发明人突破传统的夹套冷却水间接冷却方式，巧妙地采用固体颗粒介质作为直接冷却的介质，与高温转炉烟气直接接触换热。

固体颗粒介质可以采用不锈钢的钢珠，粒径控制在1～3毫米，也可以采用其他的耐磨性能好、传热系数高、热稳定性好的固体颗粒材料，同时还应满足：冷却介质与烟气换热过程中，不能改变烟气的组成。

采用1～3毫米粒径的不锈钢钢珠填充的移动床层，高温转炉烟气穿过床层，与床层中填充的固体颗粒介质逆向直接接触换热，具有如下技术效果：

①冷却速率高，换热效果好。可在极短时间内，快速冷却样气，缩短样气的预处理时间；

②无取样头破损。方案采用汽化冷却烟道周向多点取样，省去伸入汽化冷却烟道内取样头，引出的高温转炉烟气直接进入样气预处理单元，避免了传统的取样器长期承受高温、高粉尘的工作环境而破损。

③无结瘤堵塞。高温转炉烟气通过移动床层内的固体颗粒介质冷却、过滤，烟气中的凝结性组分及烟尘颗粒物被拦截、捕集下来，并随固体颗粒介质一同移动到冷却清洗部位，洗涤并筛分出凝结性组分和烟尘颗粒物，对高温转炉烟气进行冷却、过滤的固体颗粒介质始终处在流动(移动)通畅状态，不存在结瘤、堵塞。

进一步的，为了提高固体颗粒介质的使用效率、提高冷却效果，发明人通过设置样气预处理单元，在样气预处理单元内，通过压缩氮气和高压水实现无机械运动部件作用的固体颗粒介质的换热、冷却、清洗、流化的循环过程，该过程具有以下技术效果：

①运行平稳。由于转炉汽化冷却烟道旁温度及粉尘浓度高，对于机械运动设备，存在润滑***积灰以及润滑油滴、冒等问题，制约运动部件的正常平稳运行。本发明***无机械部件运动，固体颗粒介质的循环动力来自于对其清洗、冷却作用的高压水和压缩氮气。

②控制方便。***控制变量少，只需控制氮气和水的压力和流量，就可实现***正常运行。

③维护量少，甚至免于维护。由于无机械运动部件，***无需维护。

④结构紧凑。***实现了作为冷却剂的固体颗粒介质清洗、冷却并循环的同步。

⑤冷却介质干净，对样气无污染。固体颗粒介质经高压水的冲洗及冲洗过程中固体颗粒介质之间的相对运动摩擦，随后又在流化管道内受到氮气的冲刷和固体颗粒介质之间的相对运动摩擦，固体颗粒介质表面的粘结物被清洗干净。

⑥冷却效率高。由于固体颗粒介质循环进入烟气冷却器前，在流化管道内受氮气的流化作用，其表面的附着水分被干燥、汽化，固体颗粒介质的温度进一步降低，进入烟气冷却器后，对高温烟气的降温效果更佳。

进一步的，为了保证固体颗粒介质的及时补充，发明人在热料仓底部设置防水电子秤，用以监控烟气冷却器内固体颗粒介质的重量，通过设置防水电子秤上方的固体颗粒介质重量的上、下限值，当重量低于下限值时，由加料盅向烟气冷却器内补充固体颗粒介质。同时，提高氮气的流量，加快固体颗粒介质的循环。

进一步的，通过提高排水管的排水口位置，在样气预处理单元下部形成一定高度的水封，形成了两个独立的气流通道，避免了氮气与转炉烟气之间的串气。在排水管上设置放散管，通过放散管安装的高度位置设置水封的高度。

本发明工艺简单、稳定性好，彻底解决了现有取样方案中存在的取样单元堵塞、取样头破损等问题。本发明还可用于转炉烟气的回收净化处理。

附图说明

图1为本发明烟气预处理工艺流程示意图。

其中，1、压缩氮气进口管；2、孔板；3、流化管道；4、加料盅；5、滤网；6、旋风除尘器(或沉降室)；6-1、灰斗；6-2、灰斗电子秤；7、卸料阀；8、转炉烟气出口管；9、反吹清洗喷嘴；10、滤膜；11、烟气冷却器；12、转炉烟气取样管；13、放散管；14、热料仓；15、防水电子秤；16、粉料分离器；16-1、筛板；17、弯头；18、高压水喷嘴；19、液-固分离器；20、排渣阀；21、取样风机；22、二次表面过滤器；23、恒露点冷凝器；24、阻水过滤器；25、排水管；26、烟气取样口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明中的技术方案作进一步解释说明：

实施例：

参见图1，在靠近转炉烟罩上部的倾斜汽化冷却烟道上，沿汽化冷却烟道周向均匀设置2个以上烟气取样口26，在取样风机21的抽吸作用下，高温转炉烟气从烟气取样口26，通过带有夹套水冷却的转炉烟气取样管12进入烟气冷却器11内，从填充在烟气冷却器11内的1～3毫米粒径的不锈钢钢珠床层的间隙流过，并与不锈钢钢珠直接接触，进行热交换，同时将烟气中的凝结性组分冷凝下来，附着在钢珠表面，随烟气带入的烟尘颗粒物也通过钢珠床层大部分拦截、捕集下来。

经过不锈钢钢珠床层冷却、拦截、过滤后的样气颗粒物浓度降到2000mg/Nm³以下，温度降到200℃以下，再通过设置在样气出口管8处的滤膜10进一步过滤，颗粒物浓度降到200mg/Nm³以下，从样气出口管8排出，经过取样风机21进入二次表面过滤器22进一步除尘，样气颗粒物浓度降至1mg/Nm³以下，再进入恒露点冷凝器23和阻水过滤器24除水后进入烟气分析仪。通过对转炉烟气进行在线分析，并根据转炉烟气组成的变化进行转炉冶炼过程及终点控制。

烟气冷却器11内填充的不锈钢钢珠，在样气预处理单元下部热料仓14的高压水喷嘴18喷出的高压水的冲击作用下，越过粉料分离器16，移动到流化管道3下端的弯头17处；进入弯头17处的不锈钢钢珠，在弯头17处的高压水喷嘴18喷出的高压水的冲击作用下向上浮起，进入流化管道3，在压缩氮气的流化作用下沿流化管道3向上移动，进入旋风除尘器6内，不锈钢钢珠被拦截下来。不锈钢钢珠表面的水分被氮气干燥带出，同时通过氮气流化后，钢珠的温度进一步降低。拦截下来的不锈钢钢珠通过卸料阀7排入烟气冷却器11内循环使用。

随着热料仓14内的不锈钢钢珠被高压水的冲离，烟气冷却器14内填充的不锈钢钢珠向下移动补充，并被高压水冷却，从热料仓14冲出的不锈钢钢珠经过粉料分离器16时，不锈钢钢珠床层拦截、捕集下来的烟尘颗粒物被冲洗下来，并通过筛板16-1，随洗涤水一同进入灰斗6-1内。

进入灰斗6-1内的水与烟尘颗粒物混合液在液-固分离器19内进行水-烟尘颗粒物的沉降分离，分离的水经排水管25外排进入后续废水处理***，烟尘颗粒物通过排渣阀20排出二次资源化利用。

离开旋风除尘器6的氮气引入汽化冷却烟道内，也可以直接外排。

在旋风除尘器6的灰斗6-1及热料仓14底部分别设置灰斗电子秤6-2和防水电子秤15，用以称量其上方的不锈钢钢珠的沉积量。

设置防水电子秤15上方不锈钢钢珠床层的重量上、下限值，通过防水电子秤15称取烟气冷却器11内不锈钢钢珠的重量，当重量低于下限值时，加大卸料阀7的卸料量，同时，提高氮气的流量，加快不锈钢钢珠的循环；当重量高于上限值时，由减少氮气的流量，减缓不锈钢钢珠的循环量。

同样，设置灰斗电子秤6-2上方不锈钢钢珠的沉积量的上、下限值，当重量低于下限值时，提高氮气的流量，加快不锈钢钢珠的循环；当重量高于上限值时，减少氮气的流量，减缓不锈钢钢珠的循环量。

由加料盅4定期向烟气冷却器11内补充不锈钢珠。

通过提高排水管25的排水口位置，在样气预处理单元下部形成一定高度的水封，形成了两个独立的气流通道，避免了氮气与转炉烟气之间的串气。

在排水管上设置放散管13，通过调节放散管13安装的高度位置，设置水封的高度。

高温转炉烟气在样气预处理单元内的停留时间不到0.5秒，冷却速率达到3000℃/s左右。

Claims (11)

1.基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，包括高温转炉烟气经烟气取样口从转炉汽化冷却烟道引出，进入样气预处理单元冷却、净化等预处理后，送入烟气分析的质谱仪或红外分析仪进行烟气组成分析，其特征在于，所述高温转炉烟气在样气预处理单元内与固体颗粒介质填充床逆向直接接触换热，并在固体颗粒介质填充床的固体颗粒介质层过滤、拦截作用下，将高温转炉烟气所携带的绝大部分的烟尘颗粒物捕集下来。

2.如权利要求1所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，所述样气预处理单元为一个内部空间相对封闭的环形通道，依次由烟气冷却器、热料仓、粉料分离器、弯头、流化管道、旋风除尘器、灰斗、卸料阀以及滤膜、防水电子秤、筛板、孔板、滤网、灰斗电子秤等组成。

3.如权利要求1或2所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，所述固体颗粒介质在所述环形通道内依次经过换热、冷却、洗涤、流化、填充等过程循环使用。

4.如权利要求1或2所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，所述高温转炉烟气在样气预处理单元内的预处理过程如下：

①由安装于样气预处理单元下游的抽风机将高温转炉烟气从汽化冷却烟道中引出，通过转炉烟气进口管进入样气预处理单元内；

②进气口位于样气预处理单元下部，进入样气预处理单元的高温转炉烟气与烟气冷却器内填充床中的固体颗粒介质逆向直接接触换热，并通过固体颗粒介质的冷却、冷凝和床层的拦截、过滤，捕集高温转炉烟气中的冷凝组分、粉尘等；

③冷却并除尘后的样气经陶瓷滤膜过滤器过滤后，进入取样风机，通过风机送入二次陶瓷滤膜过滤器进一步除尘，颗粒物浓度降至1mg/Nm³以下；

④烟气冷却器内填充的固体颗粒介质，在样气预处理单元下部热料仓的高压水喷嘴喷出的高压水的冲击作用下，越过粉料分离器，移动到流化管道下端的弯头处；

⑤随着热料仓内的固体颗粒介质被高压水的冲离，烟气冷却器内填充的固体颗粒介质床层向下移动进入热料仓内，并被高压水冷却、冲洗，进入粉料分离器；

⑥固体颗粒介质在高压水的冲刷作用下，在经过粉料分离器的过程中，固体颗粒介质捕集下来的烟尘颗粒物被冲洗下来，并通过筛板，进入灰斗内；

⑦进入弯头处的固体颗粒介质，在弯头处的高压水喷嘴喷出的高压水的冲击作用下向上浮起，进入流化管道，在压缩氮气的流化作用下沿流化管道向上移动，进入旋风除尘器内，固体颗粒介质被拦截下来，进入烟气冷却器内循环使用；

⑧离开旋风除尘器的氮气引入汽化冷却烟道内，也可以直接外排，固体颗粒介质通过氮气流化后温度进一步降低，表面的水分也被氮气干燥带出。

5.如权利要求4所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，所述高温转炉烟气经烟气冷却器内的固体颗粒介质填充床层过滤后，颗粒物浓度由降到2000mg/Nm³以下，烟气温度降到200℃以下；并在出口陶瓷滤膜的过滤作用下，颗粒物浓度降到200mg/Nm³以下。

6.如权利要求4所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，所述进入灰斗内烟尘颗粒物随冲洗水一同进入液-固分离器，进行烟尘颗粒物与冲洗水的分离，烟尘颗粒物由排渣口排出，冲洗水通过排水管排出。

7.如权利要求2所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，所述热料仓底部设置防水电子秤，通过所述防水电子秤称取上方的固体颗粒介质床层的固体颗粒介质堆积重量，控制进入流化管道的氮气流量，进而控制固体颗粒介质的循环速度。

8.如权利要求7所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，设置所述防水电子秤上方固体颗粒介质床层的固体颗粒介质堆积重量的上、下限值，当重量低于下限值时，提高氮气的流量，加快固体颗粒介质的循环；当重量高于上限值时，减少氮气的流量，减缓固体颗粒介质的循环量。

9.如权利要求4所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，所述二次除尘后的样气经过恒露点冷凝器和阻水过滤器除水后进入烟气分析仪。

10.如权利要求1或5或7或8所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，所述固体颗粒介质为粒径1～3mm的不锈钢钢珠，或耐磨性能好、传热系数高、热稳定性好的其他固体颗粒材料。

11.如权利要求1或2所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，所述烟气冷却器及所述热料仓内填充有来自旋风除尘器下面卸料阀卸入的固体颗粒介质，所述固体颗粒介质在所述烟气冷却器及所述热料仓内形成填充床，所述填充床沿着烟气冷却器内壁向下移动，所述向下移动的填充床为移动床。

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