CN102031321B - 高炉炉顶均压煤气回收方法及回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种高炉炉顶均压煤气回收方法及回收装置，该方法包括自然回收步骤、强制回收步骤。该回收装置包括：缓冲罐、至少一个布袋除尘器。所述缓冲罐通过一煤气回收阀与高炉料罐相连接，所述布袋除尘器与所述缓冲罐串联连接，所述布袋除尘器的出口端与净煤气管网相连接，且布袋除尘器与净煤气管网之间设有煤气止回阀；所述高炉料罐的底部进一步与氮气供给装置相连接，且之间设有控制氮气供给的控制阀。本发明有效解决了有毒气体排放和粉尘污染，且不占用炉顶有限的空间及不会增加炉顶框架的荷载，结构简单、易于布置、安全性高；同时，除尘效果好、回收煤气干净，回收后的煤气直接进入净煤气管网，并且几乎没有压力波动的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用干式布袋除尘器进行高炉炉顶均压煤气回收的方法及装置，尤其是一种采用自然回收，或自然回收加氮气强制回收的高炉炉顶均压煤气回收方法及回收装置。
背景技术
高炉生产所必需的炉顶均压煤气在每次装料前都被放散到大气中。这些煤气直接放散到大气中的主要弊端是：
1、煤气中CO含量大，毒性大，严重恶化大气质量；
2、排放过程噪音大，昼夜扰民；
3、煤气中粉尘含量高，长期污染大气环境。
因此，长期以来对于高炉炉顶均压煤气的排放是本领域试图解决的问题。以日本IHI公司为代表的旋风除尘器——喷射回收流程，由于回收煤气的含尘量高，压力波动大，因而未能获得推广应用。法国敦克尔克高炉采用的小文氏管，只能应用于采用湿法除尘系统高炉的炉顶均压煤气回收。由于湿法除尘水耗量大，电耗高，煤气温度大幅下降，大量的煤气显热被浪费。
在中国专利申请第90106036.4号中就公开了一种“高炉炉顶排压煤气强制回收装置”，该回收装置由引射器、文氏管除尘器和脱水器组成，在文氏管喉口处内腔安装介质喷嘴及喷水器，以低压蒸气为引射介质，以使排压煤气快速回收，并净化除尘及减小对净煤气管网的冲击。该公知技术，当在装料设备需要均压时，均压煤气经均压管道进入装料设备；在装料设备排压时，排压煤气经排压阀、除尘器进入降压塔装置，最后进入净煤气管网。该公知技术采用的是湿法除尘，并需要通过脱水器对煤气进行降压处理，因此其设备复杂，且处理后的煤气同样存在上述温度大幅度下降，水、电消耗量大等浪费能源的缺陷。
由于高炉在生产过程中，炉顶装料设备是周期性地进行受料，均压、排料、均压煤气的放散也是周期性进行，因此，在高炉生产过程中，均压煤气是不断地进行放散，在公知的排放过程中，存在着对环境严重的污染，以及对能源大量的浪费。随着节能减排要求的提高，更加有效地回收高炉的炉顶均压煤气已经成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明涉及到一种高炉炉顶均压煤气回收方法及回收装置。本发明采用自然回收，或自然回收加氮气强制回收的方法对高炉炉顶均压煤气进行回收，能避免将有毒气体向大气中排放，有效的利用均压煤气的余热。
为此本发明提出一种高炉炉顶均压煤气回收方法，包括自然回收步骤：在高炉装料系统进入向料罐装料程序后，开启均压煤气回收装置的煤气回收阀，及净煤气管网的止回阀，从料罐排出的均压煤气首先进入缓冲罐，然后进入布袋除尘器，经所述布袋除尘器除尘后进入所述净煤气管网。
如上所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其中，当所述料罐压力与缓冲罐压力接近时，完成所述均压煤气的自然回收步骤，切断所述煤气回收阀，打开均压放散阀；将所述料罐内的剩余所述均压煤气经旋风除尘器除尘，再经均压放散阀及消音器进行放散。
本发明还提出一种高炉炉顶均压煤气回收方法，包括自然回收步骤及强制回收步骤，其中，所述自然回收步骤包括：在高炉装料系统进入向料罐装料程序后，开启均压煤气回收装置的煤气回收阀，及净煤气管网的止回阀，从料罐排出的均压煤气首先进入缓冲罐，然后进入布袋除尘器，经所述布袋除尘器除尘后进入所述净煤气管网；当所述料罐内压力达到规定压力值时，进行所述强制回收步骤：向所述料罐内充入氮气，使所述料罐内的剩余所述均压煤气进入所述缓冲罐，当所述料罐内充满氮气后，切断所述煤气回收阀，并停止向所述料罐充氮气。
如上所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其中，所述规定压力值小于所述料罐放散均压煤气时的初始压力，且大于所述净煤气管网内压力。
如上所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其中，当所述料罐压力与缓冲罐压力接近时，向所述料罐内充入氮气。
如上所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其中，在所述强制回收步骤中，向所述料罐内充入的氮气量大于等于1.5倍的所述料罐容积。
如上所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其中，当所述料罐内充满氮气后，完成所述均压煤气的强制回收步骤，切断所述煤气回收阀，打开均压放散阀；将所述料罐内的氮气经旋风除尘器除尘，再经均压放散阀及消音器进行放散。
如上所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其中，所述自然回收步骤和强制回收步骤所需时间之和小于所述装料系统允许的时间。
如所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其中，在所述强制回收步骤中，所述氮气由所述料罐的底部进入所述料罐。
本发明还提出一种高炉炉顶均压煤气回收装置，其中，所述回收装置包括：缓冲罐、至少一个布袋除尘器，其中，所述缓冲罐通过一煤气回收阀与高炉料罐相连接，所述布袋除尘器与所述缓冲罐串联连接，所述布袋除尘器的出口端与净煤气管网相连接，且布袋除尘器与净煤气管网之间设有煤气止回阀。
如上所述的高炉炉顶均压煤气回收装置，其中，所述高炉料罐的底部进一步与氮气供给装置相连接，且之间设有控制氮气供给的控制阀。
如上所述的高炉炉顶均压煤气回收装置，其中，所述氮气供给装置与高炉料罐之间依次至少设有减压阀、氮气切断阀和止回阀。
本发明的高炉炉顶均压煤气回收方法和装置克服了现有技术存在回收煤气的含尘量高，压力波动大，对净煤气管网造成污染等问题，能有效解决有毒气体排放和粉尘污染，减轻消音器负荷，炉顶布置方便，符合日益增高的环境保护要求的特点。
本发明的炉顶均压煤气回收方法及回收装置，不占用炉顶有限的空间及增加炉顶框架的荷载，结构简单、易于布置、安全性高；同时，除尘效果好、回收煤气干净，回收后的煤气直接进入净煤气管网，对净煤气管网污染小，并且几乎没有压力波动的影响，可以最大限度减少有毒气体的排放，做到真正的环保。
本发明是在能源紧缺和强调环境保护的今天，避免有毒气体向大气排放、回收能源、改善环境的行之有效的措施。它彻底解决了采用干式布袋除尘器的高炉炉顶均压煤气回收难的问题。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1是本发明的高炉炉顶均压煤气回收装置一个实施例的结构示意图；
图2是本发明的高炉炉顶均压煤气回收装置另一个实施例的结构示意图。
附图标号说明
10、料罐 11、旋风除尘器 12、均压放散阀
13、消音器 14、均压阀 15、二次均压系统
2、自然回收系统 20、煤气回收阀 21、缓冲罐
22、布袋除尘器 23、止回阀 24、净煤气管网
3、强制回收系统 30、氮气供给装置 31、减压阀
32、氮气切断阀 33、止回阀 34、35、碟阀
具体实施方式
本发明提出的高炉炉顶均压煤气回收方法，主要包括自然回收步骤：在高炉装料系统进入向料罐装料程序后，开启均压煤气回收装置的煤气回收阀，及净煤气管网的止回阀，从料罐排出的均压煤气首先进入缓冲罐，然后进入布袋除尘器，经所述布袋除尘器除尘后进入所述净煤气管网。通过本发明采用的干式布袋除尘器对高炉炉顶均压煤气进行自然回收，能克服现有技术存在的问题，无需要消耗大量水、电能源的情况下，将无料钟料罐内的部分均压煤气进行回收，且本发明的设备结构简单，回收成本低。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明提出的高炉炉顶均压煤气回收方法及回收装置的具体实施方式、步骤、结构、特征及功能，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
请配合参见图1，本发明提出的高炉炉顶均压煤气回收装置包括：缓冲罐21、至少一个布袋除尘器22，其中，所述缓冲罐21通过一煤气回收阀20与高炉料罐10相连接，所述布袋除尘器22与所述缓冲罐21串联连接，所述布袋除尘器22的出口端与净煤气管网24相连接，且布袋除尘器22与净煤气管网24之间设有煤气止回阀23。所述的缓冲罐21、布袋除尘器22可以设置在高炉周围适当的位置，只需通过管路分别与高炉料罐10、净煤气管网相连通，因此本发明的回收装置不占用高炉炉顶有限的空间，且不会增加炉顶框架的荷载，结构简单、易布置，并具有较高的安全性。
本发明的对高炉顶均压煤气的自然回收步骤是：在高炉装料系统进入向料罐10装料程序后，先开启连接均压煤气回收装置与料罐均压煤气排放管路的煤气回收阀20，并打开净煤气管网24的进气口端的止回阀23。则从料罐10内排出的压力较高的均压煤气以高速通过煤气回收阀20后首先进入缓冲罐21，在缓冲罐21内压力被减小，减压后的均压煤气进入布袋除尘器22进行过滤除尘，经所述布袋除尘器22除尘后洁净的均压煤气被输送到所述净煤气管网24内。当所述料罐10内的压力与缓冲罐21内的压力接近，例如当所述料罐10内的压力达到1.5～2.0大气压，则完成所述均压煤气的自然回收步骤，切断所述煤气回收阀20，打开均压放散阀12，将所述料罐10内的剩余均压煤气经旋风除尘器11除尘后，再经均压放散阀12及消音器13放散到大气中。本发明由于料罐10内的均压煤气首先进入到缓冲罐21内，使均压煤气的压力减小后再进入到布袋除尘器22，从而减小了高压煤气对布袋除尘器22的冲击，提高了布袋除尘器22的使用寿命，并且经过缓冲罐21后，进入布袋除尘器22以及除尘后的洁净煤气的压力较为均衡，对净煤气管网几乎没有压力波动的影响。此外，布袋除尘器22不限定仅设置一个，可以根据实际需要设置多个，当设置多个布袋除尘器22时，各布袋除尘器之间可以采用串联连接，从而进一步提高除尘效果，当然也可以并联连接，以提高对均压煤气的除尘速度。经本发明的回收方法具有除尘效果好、回收的煤气干净，除尘后的洁净煤气直接进入净煤气管网，对净煤气管网的污染小的优点。
自然回收过程所需的时间根据不同高炉的具体条件而确定，如炉顶压力、缓冲罐的容积、均压放散管道的管径以及设定自然回收终结时料罐压力等相关参数，通过高压气体临界压力计算公式
计算出压力比值，以判断高压气体处于临界状态还是亚临界状态。当
时，均压煤气处于临界状态，料罐中的均压煤气以音速向缓冲罐流动；当时，均压煤气处于亚临界状态，料罐中的均压煤气以向缓冲罐然流动。当料罐最终压力P′0达到设定值时，自然回收结束，此时缓冲罐压力P′*接近且略小于料罐最终压力P′0。
其中，k——气体绝热指数
ρ——料罐内气体密度
P＊——缓冲罐绝对压力
Po——料罐绝对压力
P′0——设定的结束自然回收过程时料罐最终压力
P′*——结束自然回收过程时缓冲罐压力
下面以一个具体的实例对本发明进行进一步说明。如料罐10的容积为80m3，缓冲罐21的容积为220m3，均压放散管道的管径为300mm，并设定当料罐10内的压力为1.5大气压时完成对均压煤气的自然回收。当高炉装料系统进入向料罐10装料程序时，料罐10内的初始压力，即料罐绝对压力P0为3.5大气压的条件下，开启均压煤气回收装置，从料罐10排出的均压煤气首先经过煤气回收阀20，进入缓冲罐21，再经过布袋除尘器22除尘后进入净煤气管网24。首先通过高压气体临界压力计算公式
判断均压煤气处于临界状态还是亚临界状态。回收前，缓冲罐绝对压力P＊与管网压力是相等的，例如P＊为1.1大气压，则
根据当时煤气成份计算得出气体绝热指数k＝1.376，则
由此看出，
此时均压煤气处于临界状态，煤气以音速向缓冲罐流动，此阶段大约需要4.57秒，料罐10内的压力降至2.54大气压。之后，均压煤气进入亚临界状态，继续对均压煤气进行自然回收，料罐10中的均压煤气向缓冲罐21自然流动，当料罐10内的压力达到设定的1.5大气压时，结束自然回收过程，该阶段的回收时间约为7.87秒。自然回收过程结束，切断煤气回收阀20关闭自然回收系统。然后，按照高炉装料程序将料罐中的剩余煤气经旋风除尘器11除尘后、再经过均压放散阀12及消音器13进行放散，旋风除尘器11中的灰尘在下次均压过程中反吹回炉内。
在本实例中，采用自然回收方法所需的对均压煤气的自然回收及放散时间约12.44秒，对无料钟料罐内的均压煤气大约能回收约60％，另40％均压煤气排入大气。即本方法能将60％的均压煤气进行回收，克服现有技术中将其全部排放的缺陷，使该部分回收的均压煤气的热量得以利用，减少了对大气的污染。
本发明还提供一种高炉炉顶均压煤气回收方法，该方法包括上述的自然回收方法以及强制回收方法，其中，所述自然回收步骤包括：在高炉装料系统进入向料罐装料程序后，开启均压煤气回收装置的煤气回收阀，及净煤气管网的止回阀，从料罐排出的均压煤气首先进入缓冲罐，然后进入布袋除尘器，经所述布袋除尘器除尘后进入所述净煤气管网；当所述料罐内压力达到规定压力值时，进行所述强制回收步骤：向所述料罐内充入氮气，使所述料罐内的剩余所述均压煤气进入所述缓冲罐，当所述料罐内充满氮气后，切断所述煤气回收阀，并停止向所述料罐充氮气。本发明的方法将自然回收与强制回收相结合加大了对均压煤气的回收力度，能将料罐内的均压煤气几乎全部回收，进一步减少了对环境的污染，提高了对均压煤气的气体以及余热的利用率。
图2是本发明的高炉炉顶均压煤气回收装置另一个实施例的结构示意图。如图所示，该回收装置包括：自然回收系统2和强制回收系统3。其中自然回收系统具有缓冲罐21、至少一个布袋除尘器22，其中，所述缓冲罐21通过一煤气回收阀20与高炉料罐10相连接，所述布袋除尘器22与所述缓冲罐21串联连接，所述布袋除尘器22的出口端与净煤气管网24相连接，且布袋除尘器22与净煤气管网24之间设有煤气止回阀23。且所述高炉料罐10进一步与氮气供给装置30相连接，且之间设有控制氮气供给的控制阀。且所述氮气供给装置30与料罐10的底部相连接，以利于将均压煤气全部驱赶出料罐10。
例如，在所述氮气供给装置30与高炉料罐10之间可以依次设置减压阀31、氮气切断阀32和止回阀33，根据实际使用需要，还可以设置其他控制阀，如图2中所示，在氮气供给装置30、减压阀31之间，以及氮气切断阀32、止回阀33之间还分别设有碟阀34、35。上述氮气供给装置30、减压阀31、氮气切断阀32和止回阀33构成了强制回收系统3。
本发明的原理和步骤是：在高炉装料系统进入向料罐10装料程序后，先开启连接均压煤气回收装置与料罐均压煤气排放管路的煤气回收阀20，并打开净煤气管网24的进气口端的止回阀23。首先进行自然回收，其具体步骤和方法与上述记载的自然回收方法相同，在此不再赘述。当所述料罐10内的压力达到规定压力值时，自然回收步骤结束进行所述强制回收步骤：由氮气供给装置30向所述料罐10内充入氮气，在氮气的驱使下，使所述料罐10内的剩余所述均压煤气进入所述缓冲罐21，当所述料罐10内充满氮气后，切断所述煤气回收阀20，并停止向所述料罐10充氮气。
在强制回收步骤中，所述规定压力值小于所述料罐10放散均压煤气时的初始压力，且大于所述净煤气管网24内压力。当所述料罐10内的压力与缓冲罐21内的压力接近，如，当所述料罐10内的压力达到1.5～2.0大气压时可以向所述料罐内充入氮气。
在所述强制回收步骤中，为了将料罐10的均压煤气全部驱赶进入缓冲罐21，避免向大气直接排放，向所述料罐10内充入的氮气量应大于等于1.5倍的所述料罐容积，以保证将均压煤气全部驱赶入缓冲罐内。
当所述料罐10内充满氮气后，完成所述均压煤气的强制回收步骤，切断所述煤气回收阀20，打开均压放散阀12，将所述料罐10内的氮气经旋风除尘器11除尘，再经均压放散阀12及消音器13放散到大气中。
所述自然回收步骤和强制回收步骤所需时间之和应小于所述装料系统允许的时间。根据实际的生产中装料系统允许的均压煤气排放时间，设定强制回收步骤开始的料罐内的压力值，并依据氮气供给装置所能提供的氮气的流量、流速等具体情况而确定充氮气所需要的时间。
下面以一个具体的实例做进一步的说明。高炉炉顶均压煤气回收操作步骤：在炉顶绝对压力3.5大气压、料罐容积80m3、缓冲罐的容积220m3、均压放散管道的管径300mm条件下，当高炉装料系统进入料罐装料程序后，开启均压煤气回收装置，从料罐10排出的均压煤气首先经过煤气回收阀20，进入缓冲罐21，再经过布袋除尘器22的过滤器除尘后进入净煤气管网24。在料罐10内的压力处于临界状态时，即煤气以音速向缓冲罐流动时，回收时间为4.57秒。当料罐内压力为由P0＝2.54大气压降至料罐设定最终压力1.5大气压阶段，所需回收时间约为7.87秒，以上为自然回收步骤(其原理与前述实施例相同，在此不再赘述)。设当料罐的压力达到设定值1.5大气压后，则开始了强制回收步骤：开启均压煤气强制回收系统3，经蝶阀34、减压阀31和氮气切断阀32、蝶阀35、止回阀33后，所述氮气供给装置30通过料罐10的底部向料罐10内充入氮气，将料罐10中的剩余均压煤气经均压煤气自然回收系统2赶入净煤气管网24。经过9.89秒后充入料罐10内的氮气已超过1.5倍的料罐10的容积，从而保证了氮气充满料罐10，则停止向料罐10充氮，关闭强制回收系统3，并切断煤气回收阀20。然后，按照高炉装料程序将料罐中的氮气经旋风除尘器11、均压放散阀12及消音器13进行放散，此放散阶段所需时间大约需要5秒。
本发明的自然回收加强制回收的方法可以将无料钟料罐内的均压煤气几乎全部排入净煤气管网，避免均压煤气排入大气，减少环境污染，所需时间为自然回收时间12.44秒与强制回收及放散时间14.89秒之和，使用时间稍长。当然，在具体实施操作时，可以根据生产情况合理的分配自然回收和强制回收两个步骤的时间，以保证高炉正常的装填料作业。当允许的装填料作业时间较短时，可以适当缩短自然回收的时间，即提高开始强制回收步骤时料罐内的压力设定值，当料罐内压力达到该设定值时，结束自然回收，开启强制回收系统3，向料罐10内充入氮气。根据本发明的构思，在回收高炉炉顶均压煤气的过程中，在保证回收的煤气洁净度的同时，缩短回收时间的手段不限于上述方法，如还可以采用适当增加管道直径、提高氮气的流速等方法，对此本案不加以限定。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，而是可根据实际需要与其它现有技术进行结合，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
Claims (12)
1.一种高炉炉顶均压煤气回收方法，包括自然回收步骤：在高炉装料系统进入向料罐装料程序后，开启均压煤气回收装置的煤气回收阀，及净煤气管网的止回阀，从料罐排出的均压煤气首先进入缓冲罐，在所述缓冲罐内均压煤气的压力被减小，减压后的所述均压煤气进入布袋除尘器，经所述布袋除尘器除尘后进入所述净煤气管网。
2.如权利要求1所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其特征在于，当所述料罐内的压力与缓冲罐内的压力接近时，完成所述均压煤气的自然回收步骤，切断所述煤气回收阀，打开均压放散阀；将所述料罐内的剩余所述均压煤气经旋风除尘器除尘，再经均压放散阀及消音器进行放散。
3.一种高炉炉顶均压煤气回收方法，包括自然回收步骤及强制回收步骤，其中，所述自然回收步骤包括：在高炉装料系统进入向料罐装料程序后，开启均压煤气回收装置的煤气回收阀，及净煤气管网的止回阀，从料罐排出的均压煤气首先进入缓冲罐，然后进入布袋除尘器，经所述布袋除尘器除尘后进入所述净煤气管网；当所述料罐内压力达到规定压力值时，进行所述强制回收步骤：向所述料罐内充入氮气，使所述料罐内的剩余所述均压煤气进入所述缓冲罐，当所述料罐内充满氮气后，切断所述煤气回收阀，并停止向所述料罐充氮气。
4.如权利要求3所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其特征在于，所述规定压力值小于所述料罐放散均压煤气时的初始压力，且大于所述净煤气管网内压力。
5.如权利要求4所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其特征在于，当所述料罐内的压力与缓冲罐内的压力接近时，向所述料罐内充入氮气。
6.如权利要求3所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其特征在于，在所述强制回收步骤中，向所述料罐内充入的氮气量大于等于1.5倍的所述料罐容积。
7.如权利要求3所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其特征在于，当所述料罐内充满氮气后，完成所述均压煤气的强制回收步骤，切断所述煤气回收阀，打开均压放散阀；将所述料罐内的氮气经旋风除尘器除尘，再经均压放散阀及消音器进行放散。
8.如权利要求3所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其特征在于，所述自然回收步骤和强制回收步骤所需时间之和小于所述装料系统允许的时间。
9.如权利要求3至8任一项所述的高炉炉顶均压煤气回收方法，其特征在于，在所述强制回收步骤中，所述氮气由所述料罐的底部进入所述料罐。
10.一种高炉炉顶均压煤气回收装置，其特征在于，所述回收装置包括：缓冲罐、至少一个布袋除尘器，其中，所述缓冲罐通过一煤气回收阀与高炉料罐相连接，所述布袋除尘器与所述缓冲罐串联连接，所述布袋除尘器的出口端与净煤气管网相连接，且布袋除尘器与净煤气管网之间设有煤气止回阀；在所述缓冲罐内均压煤气的压力被减小，减压后的所述均压煤气进入布袋除尘器。
11.如权利要求10所述的高炉炉顶均压煤气回收装置，其特征在于，所述高炉料罐的底部进一步与氮气供给装置相连接，且之间设有控制氮气供给的控制阀。
12.如权利要求11所述的高炉炉顶均压煤气回收装置，其特征在于，所述氮气供给装置与高炉料罐之间依次至少设有减压阀、氮气切断阀和止回阀。
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