CN102311812A - 一种转炉煤气降温改质的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

转炉煤气由炉口喷出时，温度很高并夹带大量氧化铁粉尘，需经降温、除尘，方能使用。本发明提出了一种转炉煤气降温改质用方法和装置，将煤气引入到碳基填充床内发生C+CO2＝2CO的吸热反应，同时加入水蒸气发生C+HO2＝CO+H2的吸热反应。所述装置包括煤气入口、下煤气室、下隔板、炉壁、碳基填充床、填充介质入口、上隔板、上煤气室和煤气出口，其中碳基填充床为圆柱形，下煤气室的底部为倒圆锥形，上煤气室的顶部为正圆锥形，每一隔板垂直开有多个圆孔，所述圆孔均匀分布在下隔板和上隔板上。本发明不仅可以实现对转炉煤气的成分改质，还可以过滤转炉煤气中所夹带的粉尘，对煤气起到一定的净化作用，达到经济、节能、环保、减排的目的。

Description

一种转炉煤气降温改质的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种用于转炉高温煤气降温改质的装置与方法。
背景技术
随着中国钢铁产量的逐年提高，CO2排放量上升的趋势也十分明显，中国是《京都协定书》签约国，2012年后必须承担温室气体减排的责任，这对钢铁行业的发展必将造成巨大的制约，所以解决CO2的回收和利用是今后钢铁行业发展的关键问题之一。
转炉炼钢时，每生产一吨钢水通常要产生60-70m3的转炉煤气，其主要成分按体积百分数计一般是：CO为45-55％、H2＜2％、CO2为15-27％、O2为0.4-0.8％、其余为N2，其煤气发热值在6500-8400KJ/m3。由于操作以及钢水成分等原因，转炉煤气发生量并不均衡，同时煤气成分也有一定幅度的波动。
转炉煤气由炉口喷出时，温度高达1450-1500℃，并夹带大量氧化铁粉尘，需经降温、除尘，方能使用，但无论采用哪种方法，煤气中CO2含量仍将占有相当的比例。因此有必要对其进行有效的改质，以适应转炉煤气的充分利用和节能减排的时代要求。
发明内容
针对以上问题，本发明设计出利用碳基填充床加喷吹水蒸气进行转炉煤气改质的新方法，此种方法不仅可以有效实现转炉煤气降温，同时还能明显提高其化学能，收到降温改质的双重效果。
本发明的原理是依据以下两种化学反应：
C+CO2＝2CO    (1)
C+H2O＝CO+H2  (2)
从而实现了对于转炉煤气的有效处理。
本发明的具体方法是将转炉炼钢过程中产生的转炉煤气通入到一种填充有碳基物的改质炉内，在高温少氧状态下发生前述的两种吸热反应。
本项发明所使用的改质炉如附图1所示，图中1为煤气入口、2为下煤气室、3为下隔板、4为炉壁、5为碳基填充床、6为填充介质入口、7为上隔板、8为上煤气室、9为煤气出口。其中装置内的碳基填充床为圆柱形，其直径为120-160cm，下煤气室的底部为倒圆锥形，上煤气室的顶部为正圆锥形，装置的总体高度为260-340cm，下煤气室的高度为60-80cm，碳基填充床高度为160-180cm，填充介质入口共有4个，均为圆形孔洞，其直径为15-20cm，填充介质入口中心线的具体位置和分布如附图1和附图2所示，对称分布在处于碳基填充床距上隔板10-20cm的同一水平截面且为碳基填充床外壁圆周上，上煤气室的高度为40-80cm，碳基填充介质选择粒度为1.5-3.0cm的焦炭或块煤，下隔板和上隔板均用耐热不锈钢制作，板体厚度约5-8cm，上隔板和下隔板的形状如附图3所示，每一隔板垂直开有圆孔10，每一圆孔的直径约1.0-1.2cm，均匀分布在下隔板和上隔板上；上隔板或下隔板同一直径上开有的圆孔约80-100个，炉壁用隔热材料和耐热钢板制成。
工作时，转炉煤气和水蒸气在外力作用下自煤气入口进入，然后通过下隔板上的圆孔进入到碳基填充床内，在此过程中将会发生前述的化学反应(1)和化学反应(2)，从而实现了转炉煤气降温和改质、增加了煤气的化学能，然后煤气透过上隔板进入到上煤气室，并由煤气出口排除。这里碳基填充床上部的上煤气室属于自由空间，可以使煤气成分得到有效混合，稳定成分，减少其波动，从而更加有利于煤气的后续使用。
为了保证本项发明的煤气改质炉获得更好的使用效果，为其设计了一套相关的系统装置，该系统装置如附图4所示，主要是由转炉煤气收集罩11、液渣收集装置12、水蒸气发生装置13、管道14、改质炉15、抽风机16组成，其中转炉煤气收集罩、液渣收集装置和水蒸气发生装置通过管道并联在一起，然后接改质炉，再经管道同抽风机串联在一起，圆形液渣收集装置的中心线应和连接改质炉的管道中线同在一条中轴线上，本系统的改质炉即为前面表述本项发明的改质炉。工作时，在抽风机的作用下，转炉煤气和水蒸气发生装置发生的汽体被一起吸入改质炉15内，经过碳基填充床时，高温之下发生前述的反应(1)和反应(2)，反应后剩下的焦炭或块煤的灰分形成了液态渣，这些液态渣可顺着管道壁下流到液渣收集器中，反应后的煤气依然在抽风机的作用下排到煤气收集系统中得以有效利用。
实施本项发明可以获得非常显著的效果。主要表现在：
(1)煤气的降温作用明显。进入到改质炉中的转炉煤气温度为1450-1500℃，经过煤气改质系统改质后，转炉煤气温度降低到了850-900℃左右，煤气温度的降低效果十分明显。
(2)改质成果突出。由附图6和附图7可以看出，随着碳基填充床高度的变化，煤气中CO和H2的体积百分含量逐渐提高，CO2的体积百分含量逐渐减少，达到了转炉煤气改质的目的。
(3)能够适用各种规格转炉的煤气改质。一般而言，本发明的单台改质炉可以改质转炉煤气量为6358-8266m3/h，对于大型转炉，可以通过并联2台以上改质炉的方式实现煤气改质，因此适用范围比较广。
(4)改质炉不仅可以实现对转炉煤气的成分改质，还可以过滤转炉煤气中所夹带的粉尘，对煤气起到一定的净化作用，以达到经济、节能、环保、减排的目的。
附图说明
图1是本项发明的转炉煤气改质炉的结构示意图，图中：1为煤气入口、2为下煤气室、3为下隔板、4为炉壁、5为碳基填充床、6为填充介质入口、7为上隔板、8为上煤气室、9为煤气出口。
图2是本项发明的煤气填充介质入口的位置示意图，图中6为填充介质入口，共有4个，在圆周上对称分布，互为90°。
图3是本项发明的转炉煤气改质炉的下隔板和上隔板的结构示意图，图中10为圆孔。
图4是本项发明的转炉煤气改质系统装置的工艺流程示意图，图中：11为转炉煤气收集罩、12为液渣收集装置、13为水蒸气发生装置、14为管道、15为改质炉、16为抽风机，17为转炉。主要针对是60t的小转炉设计的。
图5是本项发明的转炉煤气改质系统装置的工艺流程示意图，此图中包括两个改质炉，且相互并联，主要是针对120t的转炉设计的。
图6为转炉改质煤气中CO和CO2含量随碳基填充床高度的变化曲线。
图7为转炉改质煤气中H2和H2O含量随碳基填充床高度的变化曲线。
具体实施方式
本实施例的改质炉如附图1所示，图中1为煤气入口、2为下煤气室、3为下隔板、4为炉壁、5为碳基填充床、6为填充介质入口、7为上隔板、8为上煤气室、9为煤气出口。其中采用的碳基填充床5直径为150cm，下煤气室2的底部为倒圆锥形，上煤气室8的顶部为正圆锥形，装置的总体高度为320cm，下煤气室的高度为60cm，碳基填充床5高度为180cm，填充介质入口直径为12cm，上煤气室7高度为80cm，填充介质选择粒度为2.0-3.0cm的焦炭，下隔板3和上隔板6均用耐热不锈钢制作，下隔板3和上隔板6的板体厚度为6cm，且垂直开有圆孔10，每一圆孔10的直径为1.2cm，上隔板或下隔板同一直径上约有圆孔75个，炉壁用隔热材料和耐热钢板制成。转炉煤气的入口温度为1490℃，主要成分按体积百分比：CO为45％，H2为2％，CO2为25％，其余为N2；每吨铁的转炉煤气量约为70m3，改质过程中加入1％的水蒸气。工作时，转炉煤气和水蒸气在外力作用下自煤气入口1进入，然后通过下隔板上的圆孔10进入到碳基填充床5内，在此过程中将会发生前述的化学反应(1)和(2)，从而实现了转炉煤气降温和改质。改质后煤气主要成分：CO为59.20％，H2为2.50％，CO2为13.70％，H2O为0.17％，其余为N2。
本实施例的改质炉可与相关的系统装置配套使用，所述系统装置如附图4所示，图中11为转炉煤气收集罩、12为液渣收集装置、13为水蒸气发生装置、14为管道、15为改质炉、16为抽风机、17为转炉，其中转炉煤气收集罩11、液渣收集装置12和水蒸气发生装置13通过管道14并联在一起，然后接改质炉15，再经管道14同抽风机16串联在一起，圆形液渣收集装置的中心线应和连接改质炉的管道中线同在一条中轴线上，其中改质炉15即为本实施例的改质炉。工作时，在抽风机16的作用下，转炉17产生的煤气和水蒸气发生装置13发生的水蒸气被一起吸入改质炉15内发生前述的化学反应(1)和(2)，实现降温和改质，反应后的煤气继续在抽风机的作用下排到煤气收集系统中得以有效利用。附图4所示的系统装置中有一个改质炉15，适用于60t的小转炉；对于120t的大转炉，可以通过并联两个改质炉实现其转炉煤气的降温和改质，具体的系统装置结构参见附图5。

Claims (7)

1.一种用于转炉煤气降温改质的装置，其特征在于该装置包括煤气入口、下煤气室、下隔板、炉壁、碳基填充床、填充介质入口、上隔板、上煤气室和煤气出口，其中碳基填充床为圆柱形，下煤气室的底部为倒圆锥形，上煤气室的顶部为正圆锥形，每一隔板垂直开有多个圆孔，所述圆孔均匀分布在下隔板和上隔板上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述填充介质入口共有4个，均为圆形孔洞，其直径为15-20cm，对称分布在位于碳基填充床距上隔板10-20cm的同一水平截面且在碳基填充床外壁圆周上。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述碳质填充床直径为120-160cm，高度为160-180cm，装置的总体高度为260-340cm，下煤气室的高度为60-80cm，上煤气室的高度为40-80cm。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述碳基填充介质为焦炭或块煤。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于所述焦炭或块煤的粒度为1.5-3.0cm。
6.如权利要求1所述的装置，所述下隔板和上隔板均用耐热不锈钢制作，板体厚度为5-8cm，圆孔直径为1.0-1.2cm，上隔板或下隔板同一直径上开有的圆孔为80-100个，炉壁用隔热材料和耐热钢板制成。
7.一种包括有权利要求1所述用于转炉煤气降温改质的装置的系统装置，该系统还包括转炉煤气收集罩、管道、液渣收集装置、水蒸气发生装置、抽风机装置，其中转炉煤气收集罩、液渣收集装置和水蒸气发生装置通过管道并联在一起，再接改质炉，并经管道同抽风机串联在一起，液渣收集装置的中心线和连接改质炉的管道中线同在一条中轴线上。
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