CN102942967A - 高炉煤气预处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有效实现钢铁厂高水分高炉煤气冷凝脱水并再利用烟气余热加温的预处理方法和装置，其包括：湿煤气进入冷凝干燥器与水换热，煤气经换热后降温，脱除煤气中部分饱和水，同时冷凝干燥器内的冷水经换热后被加热。从冷凝干燥器出来的煤气，进入除雾器脱除机械水；经降温冷凝脱水和机械脱水后的煤气，再进入烟气余热回收装置，吸收烟气余热而升温。本发明有效解决了煤气含水高而造成烟气余热回收热交换装置的腐蚀和堵塞问题，同时，经本发明预处理后的干燥煤气的燃烧热值也得到大幅度提高，整体热回收效率得到提高。

Description

高炉煤气预处理方法及装置
技术领域
本发明涉及钢铁厂高炉煤气进行燃烧使用前的预处理方法，尤其涉及含有较高水分且还含有硫、氯等有害物质的高炉煤气燃烧前预处理，包括脱除高炉煤气中的水分并利用钢铁厂烟气余热加热升温的处理方法。
本发明还涉及实现上述预处理方法的装置。
背景技术
钢铁厂为了节省能源，充分利用烟气余热回收热能，通常进入炼铁厂热风炉或电厂锅炉的煤气先吸收热风炉或电厂锅炉的烟气的余热，使煤气的温度提高，以提高煤气燃烧效率。在煤气含水量较高时，特别是同时含硫、氯等也很高时，将造成余热回收换热器的腐蚀和堵塞，严重影响余热回收，也直接影响预加温处理后煤气的燃烧热值。因此，在进行热交换前需要先对煤气进行脱水。
目前所采用加装除雾器的方法，可以清除部分机械水，但该方法不能脱除溶解在煤气中的水分。煤气稍有降温，就又会产生新的机械水。因此，单纯采用除雾器脱水，煤气脱水效果较差，不能有效降低煤气水分，且热回收效率不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种有效实现高炉煤气含较高水分时，脱除水分，并可提高烟气余热回收效率的高炉煤气预处理方法，可避免余热回收换热器的腐蚀和堵塞，同时脱水后的煤气加温时所需能量更少，燃烧低位发热值更高。
本发明所述高炉煤气预处理方法包括以下步骤：高水分煤气先进入冷凝干燥器与冷水换热，煤气经换热后降温，脱除煤气中部分饱和水，同时冷凝干燥器内的冷水经换热后被加热；从冷凝干燥器出来的煤气，进入除雾器脱除机械水；经降温冷凝脱水和机械脱水后的煤气，再进入烟气余热回收装置，吸收烟气余热而升温。
本发明通过在机械脱水步骤前增设冷凝工序，有效提高了煤气的脱水率，进而解决了现有处理方法中因煤气含水高而造成气气换热器的腐蚀和堵塞问题。同时，经本发明预处理后的干燥煤气的燃烧热值也得到大幅度提高。
作为优选方案，本发明所述方法，包括以下步骤，
（1）高温湿煤气进入冷凝干燥器与冷水换热，煤气经换热后降温，冷凝出水；同时，用水泵将冷水输入冷凝干燥器的换热管内，冷凝干燥器内的冷水经和管外的高温煤气换热后被加热；
（2）降温冷凝脱水后的煤气进入除雾器，脱除大部分机械水；
（3）经降温冷凝脱水和机械脱水后的煤气，再进入热管气气换热器的放热段，吸收热管传来的从热管气气换热器的吸热段经过的高温废烟气的热量；
（4）热风炉或电厂锅炉的高温废烟气进入热管气气换热器吸热段，将热量通过热管传给煤气。
作为进一步优选方案，本发明所述方法的各步骤具体为：
（1）温度为20—30℃的水进入搪瓷冷凝干燥器的换热管内侧，通过搪瓷换热管和煤气换热，水温升至50℃；同时，温度为45—80℃的煤气进入搪瓷冷凝干燥器，煤气走换热管外侧，经和换热管内侧的水换热，煤气温度降至35℃以下；
（2）经搪瓷冷凝干燥器冷却后的煤气再进入除雾器，脱除机械水；
（3）经降温冷凝脱水和机械脱水后的烟气，再进入热管气气换热器的放热段，吸收热管传来的热量，煤气温度加热到120—250℃；
（4）温度为250—350℃的废烟气进入热管气气换热器的吸热段，与热管换热，温度下降至120—130℃。
从冷凝干燥器出来的热水一般可被利用。多余的热水可通过热水管连接至冷淋塔，冷淋塔下方设置冷水池，经冷淋后，储存在冷水池内，和新加的冷水一起通过水泵与冷水管连接，则可循环用于冷凝干燥器的换热过程。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种可实现上述预处理方法的装置。所述装置，包括由煤气管道路依次连接的冷凝干燥器、除雾器和烟气余热回收热交换装置，冷凝干燥器的换热管的进、出口分别连接冷水管和热水管；煤气管道依次连接冷凝干燥器、除雾器和烟气余热回收热交换器的吸热侧。
为了方便现场设备的整体设置，并充分提高烟气热回收效率，可优选热管气气换热器作为烟气余热回收热交换装置，所述烟气余热回收热交换装置为热管气气换热器，以热管为传热元件，热管为碳钢光管或翅片管；煤气管道与该热管气气换热器的吸热段连通，烟气管道与该热管气气换热器的放热段连通。
所述热管气气换热器可以采用整体式，也可以采用分离式热管气气换热器。整体式热管气气换热器所使用的热管为单根型热管，分离式热管气气换热器所使用的热管为管束型热管。即：整体式热管气气换热器由若干根单根型热管形成的，分离式热管气气换热器是由若干组管束型热管形成的。采用分离式热管气气换热器，可以更为方便地进行设备布置和进行换热参数调整。
因所处理的煤气内含有二氧化碳或二氧化硫、三氧化硫等，遇水后会形成碳酸或亚硫酸、硫酸。煤气降温冷凝时所产生的碳酸或亚硫酸、硫酸将对冷凝干燥器产生腐蚀。为了避免换热元件被腐蚀，所述的冷凝干燥器以蛇形换热管为传热元件，蛇形换热管外侧走煤气，内侧走水，与煤气接触的蛇形换热管外表面均烧镀搪瓷。
同时，冷凝干燥器的煤气通过部分的壳体内表面，以及除雾器煤气通过部分的壳体内表面，以及连接管道的内表面，均敷设耐酸保护层或采用耐酸材料制作，以保证设备壳体内表面及管道内表面不易腐蚀。所述冷凝干燥器、除雾器和其连接管道的壳体采用碳钢材料制作，其内侧层可敷设耐酸保护层或采用耐酸材料制作。
所述的除雾器可以是折板式，百叶窗式，旋流式，丝网式等任何一种除雾器，其除雾元件应采用防腐材料制作。
另外，在煤气所经过的冷凝干燥器、除雾器和煤气管道的合适位置设有输水口，以排出冷凝水等。
本发明通过冷凝步骤使高水分煤气有效冷凝出水，冷却煤气的水不和煤气接触，不被污染，该热水无论热量还是水都可直接回收利用；同时，利用高效率热回收装置进行充分脱水后的煤气加温处理，利用废烟气的热量加热干煤气，干煤气的燃烧热值提高，因此，与现有技术相比，本发明充分提高了烟气和煤气的热能利用，减少排放污染，其具备以下突出优点：
1、烟气换热设备不被腐蚀和堵塞；
2、脱水后的煤气再加热时，所用的热量更少，同样的热量可将煤气加热到更高温度；
3、煤气脱水后，低位发热值提高；
4、冷却水不和烟气接触，不被污染，不需污水处理，热量和水都可以利用。
5、可大量脱除煤气中的饱和水。
附图说明
图1是本发明所述装置的整体结构示意图；
图2是本发明所采用的整体式热管气气换热器结构示意图；
图3是本发明所采用的分离式热管气气换热器结构示意图；
图4是本发明所采用的冷凝干燥器结构示意图。
图中：1—煤气管道、2—冷凝干燥器、3—除雾器、4—搪瓷热管气气换热器、5—冷水管、6—热水管、7—烟气管道、8—水泵、9—冷淋塔、10—水池。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述装置包括煤气管道1，冷凝干燥器2，除雾器3，热管气气换热器4，冷水管5，热水管6，烟气管道7，水泵8，冷淋塔9，水池10。
如图1所示：煤气管道1依次连接冷凝干燥器2、除雾器3、热管气气换热器4的上层；热烟气从热管气气换热器4的下层经过；冷凝干燥器2的蛇形换热管分别连接冷水管5和热水管6。热水管6连接冷淋塔9，冷淋塔9下设水池10。热水被直接利用时可不设冷淋塔。冷水管5通过水泵8和水池10连接。
如图2所示：热管气气换热器1为整体式热管气气换热器，其分为相互隔离的上下两层，作为换热元件的热管竖直放置。
如图3所示，热管气气换热器1也可采用分离式热管气气换热器，其以热管管束为换热元件。两片管束组成一组，下方为热侧管束11，上方为冷侧管束12。热侧管束11和冷侧管束12通过上升管13和下降管14连接，并密封。在管束内注入工质，并抽真空。热侧管束11安装在烟道上，吸收烟气的废热，使热侧管束中的水沸腾成为蒸汽。蒸汽通过上升管13进入冷侧管束12，冷侧管束12安装在煤气管道上，加热煤气，蒸汽在冷侧管束12内放出热量，冷凝成水再通过下降管14流回到热侧管束11。如此周而复始，热流体的热量便传给冷流体，使冷流体得到加热。
如图4所示，冷凝干燥器2的换热管为蛇形搪瓷换热管，该蛇形换热管水平放置，蛇形换热管外侧走煤气，内侧走水，与煤气接触的蛇形换热管外表面均烧镀搪瓷。
实际运行案例如下：
流量为80000 Nm3/h、温度为250℃的锅炉烟气从热管气气换热器4的下层进入，经换热，烟气温度降至130℃；25℃的水通过水泵8送入冷凝干燥器2的蛇形换热管内侧，和蛇形换热管外侧的煤气换热，水温升至50℃，每小时360吨水，该热水也可被用于其它用途。流量为80000 Nm3/h、67℃含饱和水及机械水的煤气，进入冷凝干燥器2，和水换热，温度降至35℃，由于水的凝结析出，煤气流量降至64670 Nm3/h，经冷凝干燥器2冷却后的煤气再进入除雾器3，脱除机械水；冷凝脱水和机械脱水后的煤气进入热管气气换热器4的上层，吸收热管从下层传来的热量，煤气温度从35℃升至192℃。
在前述处理过程中，67℃的煤气含饱和水24.15%，35℃的煤气含饱和水4.97%。67℃的煤气降温至35℃。去除了19%的饱和水分，每小时析出约13吨以上的水，回收热量9934kw。如果不脱水，同样的烟气热量，只能将67℃的煤气升到158℃左右。

Claims (10)

1.一种高炉煤气预处理方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）高水分煤气先进入冷凝干燥器与冷水换热，煤气经换热后降温，脱除煤气中部分饱和水，同时冷凝干燥器内的冷水经换热后被加热；
（2）从冷凝干燥器出来的煤气，进入除雾器脱除机械水；
（3）经降温冷凝脱水和机械脱水后的煤气，再进入烟气余热回收装置，吸收烟气余热而升温。
2.根据权利要求1所述的高炉煤气预处理方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）湿煤气进入冷凝干燥器与冷水换热，煤气经换热后降温，冷凝出水；同时，用水泵将冷水输入冷凝干燥器的换热管内，冷凝干燥器换热管内的冷水经和煤气换热后被加热；
（2）经降温冷凝脱水后的煤气进入除雾器，脱除机械水；
（3）经降温冷凝脱水和机械脱水后的煤气，再进入热管气气换热器的放热段，吸收热管传来的从热管气气换热器吸热段经过的高温烟气的热量；
（4）高温废烟气进入热管气气换热器吸热段，将热量通过热管传给煤气，煤气升温。
3.根据权利要求1所述的高炉煤气预处理方法，其特征在于：
（1）温度为20—30℃的水进入搪瓷冷凝干燥器的换热管内侧和换热管外侧的煤气换热，水温升至50℃；同时，温度为45—80℃的煤气进入冷凝干燥器，煤气走换热管外侧，经和换热管内侧的水换热，煤气温度降至35℃以下；
（2）经冷凝干燥器冷却后的煤气再进入除雾器，脱除机械水；
（3）经降温冷凝脱水和机械脱水后的烟气，再进入热管气气换热器的放热段，吸收热管传来的热量，煤气温度加热到120—250℃；
（4）温度为200—350℃的废烟气进入热管气气换热器的吸热段，与热管换热，温度下降至110—130℃。
4.一种实现如权利要求1所述高炉煤气预处理方法的装置，包括由煤气管道路依次连接的除雾器和烟气余热回收热交换装置，其特征在于：在除雾器前连接一个冷凝干燥器，冷凝干燥器的换热管的进出口分别连接冷水管和热水管；煤气管道依次连接冷凝干燥器、除雾器和烟气余热回收热交换器的吸热侧。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述烟气余热回收热交换装置为热管气气换热器，以热管为传热元件，热管为碳钢光管或翅片管；煤气管道与该热管气气换热器的吸热段连通，烟气管道与该热管气气换热器的放热段连通。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述热管气气换热器为由若干根单根型热管形成的整体式热管气气换热器，或者是由若干组管束型热管形成的分离式热管气气换热器。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述冷凝干燥器以蛇形换热管为传热元件，该蛇形换热管为碳钢光管，外表面均烧镀搪瓷。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述除雾器为折板式、百叶窗式、旋流式或丝网式除雾水器，所述除雾器的除雾元件采用防腐材料制作。
9.根据权利要求4、5、6、7或8所述的装置，其特征在于：所述冷凝干燥器、除雾器和其连接管道的壳体采用碳钢材料制作，其内侧层均敷设耐酸保护层或采用耐酸材料制作。
10.根据权利要求4、5、6、7或8所述的装置，其特征在于：在煤气所经过的冷凝干燥器、除雾器和煤气管道的合适位置设有输水口。
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