CN105603148A - 炼钢转炉烟气余热回收利用的纯干法布袋除尘系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炼钢转炉烟气余热回收利用的纯干法布袋除尘系统及工艺，转炉烟气经依次经汽化烟道、连接烟道、抗爆防爆型直立烟道式余热锅炉并由烟气分流装置分成两路，通过控制不时段烟气含量，第一路气流依次通向环流旋风除尘器A、抗爆防爆型布袋除尘器A、风机A、三通切换阀、煤气冷却器后通向煤气柜，第二路气流依次经环流旋风除尘器B、抗爆防爆型布袋除尘器B、风机B通向放散塔，第一路气流由风机A经所述三通切换阀也与所述放散塔连通；所述环流旋风除尘器A和环流旋风除尘器B、所述抗爆防爆型布袋除尘器A和抗爆防爆型布袋除尘器B分别接通有炉尘资源化系统，本发明除尘过程消除水介质，排放达标且节能、减排、增效。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种炼钢转炉烟气余热回收利用的纯干法布袋除尘系统及工艺。
背景技术
炼钢转炉是指氧气顶吹转炉，含顶底复吹转炉，目前，国际国内高炉铁水进行转炉吹氧炼钢已成为主要的炼钢工艺，转炉在冶炼过程中，随着氧气的吹入，产生大量的烟气，在炉内称之为炉气，炉气经汽化烟道进入除尘系统的称为烟气主系统，即一次烟气；从炉口及其他部位外逸的烟气，称为副系统，也叫二次烟气。一次烟气经净化后，CO＞30%、O2＜2%的称为转炉煤气，送入煤气柜；CO＜30%、O2＞2%的称为废气，送放散塔放散。
转炉烟气在钢铁行业是最具特殊性烟气，其本身具有三大资源：
一是热能：转炉在冶炼周期内，烟气量很大，烟气量为500—700Nm3/吨钢；炉内温度很高，最高超过1600℃，致使其烟气温度也很高，至汽化烟道Ⅲ段出口，即进入除尘系统前，烟温高达800--1000℃；
二是转炉烟气中含氧化铁、氧化钙类尘量高，达80—150g/m3，有时瞬时达200g/m3，。
三是转炉烟气在吹氧期间烟气中含有大量CO，含量最高达80%。
这三大资源集于一体时，烟气净化满足国家环保要求就成为难题。
目前，国内外转炉烟气净化处理有两种工艺：
第一种日本新日铁和川崎公司于60年代联合开发研法成功的转炉煤气净化技术，称为“OG”法，即烟气从汽化烟道末段出来后，先进入“一级文氏管”除尘器，然后进入“二级文氏管”除尘器，用水将烟温从800--1000℃降到73--65℃，含尘量由80—150g/m3降至100mg/m3以下，然后进行煤气回收或废气放散，这种工艺流程称为湿法除尘工艺。这种工艺的优点系统安全可靠；缺点是耗水量很大，每吨钢约喷3—5吨水，以80吨转炉为例，小时喷水量达300—500吨，并且污水污泥处理量大，需庞大的处理系统，能耗高且环境污染严重。
第二种是德国鲁奇公司和蒂森公司在60年代末联合开发的转炉煤气干法技术，简称“LT”法。系统主要由蒸发冷却器、静电除尘器和煤气冷却器组成，该流程：烟气从汽化烟道末段出来后，先进入蒸发冷却器，采用双介质（水和蒸汽）将烟气从800--1000℃降至200--300℃，进电除尘器，将烟气含尘量降到10mg/m3,然后进行煤气回收或废气放散。在全国和世界正处在推广扩大应用中。它耗水量较低，每吨钢耗水0.2—0.4吨，取消了庞大的水处理系统，炉尘呈干粉状。但投资高，运行中管理和操作要求高。
现行转炉烟气处理方法中，无论是“OG”法还是“LT”法，从其工艺本身，都已发展到相当完备。但从转炉烟气资源效能分析，存在的共性问题是把转炉烟气资源效能最小化：
（1）800—1000℃的烟气热能不能回收利用；
（2）转炉CO煤气变成含水及水蒸气的转炉煤气；
（3）氧化铁氧化钙类炉尘改变其原有特性，无法直接应用。
现有转炉烟气现行除尘工艺除尘过程存在的问题：
（1）无论是“OG”法还是“LT”法，都是以水资源介入方式实现烟气降温和除尘的，除尘过程消耗大量水资源。“OG”法需喷水3—5t/t钢（循环水，需补新水10—20%）；“LT”法需喷水0.2t/t钢、蒸汽0.025t/t钢。以“LT”法年产100万吨钢计算，年耗水20万吨、耗蒸汽2.5万吨；除尘的过程即是消耗水资源的过程。
（2）喷入烟气中的水，在高温工况下，变成蒸汽类烟气，增大了烟气量，后续除尘器、引风机、煤气冷却器负荷都随之增大，带来耗电量增大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺流程除尘过程中消除水介质介入，烟气除尘的过程在实现排放达标的同时，实现节能、减排、增效，成为新的经济增长点的炼钢转炉烟气余热回收利用的纯干法布袋除尘系统及工艺，实现以下目的：
（1）冷却高温烟气不喷水---烟气系统为纯干烟气；
（2）煤气冷却不喷水---转炉煤气系统为纯干煤气；
（3）烟气除尘为粗除尘--环流旋风除尘器+精除尘---抗爆防爆型布袋除尘器；
（4）烟气热能转化蒸汽回收利用；
（5）转炉煤气低温热能转化为热水回收利用；
（6）纯干炉尘经配料制成转炉功能原料实现资源化。
为达上述目的，本发明一种炼钢转炉烟气余热回收利用的纯干法布袋除尘系统，该系统包括依次连通的转炉、汽化烟道、连接烟道、抗爆防爆型直立烟道式余热锅炉和烟气分流装置，所述烟气分流装置分别连接有环流旋风除尘器A和环流旋风除尘器B，所述环流旋风除尘器A和环流旋风除尘器B分别接通有抗爆防爆型布袋除尘器A和抗爆防爆型布袋除尘器B，所述抗爆防爆型布袋除尘器A和抗爆防爆型布袋除尘器B分别接通风机A和风机B，所述风机A依次接通有三通切换阀、煤气冷却器和煤气柜，所述风机B连通有放散塔，所述风机A经所述三通切换阀也与所述放散塔连通；所述环流旋风除尘器A和环流旋风除尘器B、所述抗爆防爆型布袋除尘器A和抗爆防爆型布袋除尘器B分别接通有炉尘资源化系统。
一种炼钢转炉烟气余热回收利用的纯干法布袋除尘工艺，包括以下步骤：
转炉烟气经依次经汽化烟道、连接烟道、抗爆防爆型直立烟道式余热锅炉并由烟气分流装置分成两路，通过控制不时段烟气含量，第一路气流依次通向环流旋风除尘器A、抗爆防爆型布袋除尘器A、风机A、三通切换阀、煤气冷却器后通向煤气柜，第二路气流依次经环流旋风除尘器B、抗爆防爆型布袋除尘器B、风机B通向放散塔，第一路气流由风机A经所述三通切换阀也与所述放散塔连通；所述环流旋风除尘器A和环流旋风除尘器B、所述抗爆防爆型布袋除尘器A和抗爆防爆型布袋除尘器B分别接通有炉尘资源化系统。
本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：
1.本发明工艺使烟气三大资源效能最大化；
以80t转炉高温烟气余热回收综合利用布袋纯干法除尘新工艺的经济效益和社会效益（80t转炉年产钢约100万吨）
转炉烟气热能：
年产蒸汽7—8万吨；且可过热蒸汽15—16万吨（含汽化烟道蒸汽），提升蒸汽品质；蒸汽可以发电。
转炉煤气：
为后续煤气中无水，煤气品质得到提升，改善加热炉即煤气用户燃烧条件；低热值煤气可以回收；还可收集高纯煤气。
转炉炉尘：
炉尘资源化，带来炉后环保并提升经济效益；
2.本工艺除尘过程实现节能减排：
参照LT法，年节水约20万吨；
参照LT法，年节中压蒸汽约2.5万吨；
布袋除尘比电除尘投资、运行成本更低；
比“OG”法运行成本更低；
烟气中无水，烟气体积减小，风机省电；
煤气冷却器节水；
消除“OG”法喷水工序、污水污泥处理工序；
废气排放无水汽且CO减少；
占地面积小，且布置灵活。
本发明的炼钢转炉烟气余热回收利用的纯干法布袋除尘系统及工艺的突出特点：在系统中确保转炉烟气通道通畅的可靠性、系统运行的稳定性的基础上，从根本上提升系统的安全性：一是利用转炉冶炼规律、汽化烟道燃烧规律、CO爆炸规律，并通过烟气分流设备将两种烟气分离，消除爆炸的可能性；二是系统中的余热锅炉、环流旋风除尘器、布袋除尘器、以及煤气冷却器均采用抗爆结构；三是系统的上述装备均采用锁气密封结构；四是上述装备均安装泄压机构。上述四个方面共同作用，构成安全保障。
在上述特点的同时，本发明的炼钢转炉烟气余热回收利用的纯干法布袋除尘工艺有如下优势：一是投资较少、省钱；二是布置灵活；三是运行成本低；四是布袋除尘排放达标稳定；五是经济效益和社会效益更好；六是炉尘资源就地利用；七是操作简便。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为本发明系统结构示意图;
图3为部分装置双路连接对应的结构示意图；
图4为应用转炉烟气分流技术形成的纯干法布袋除尘工艺流程图。
附图标记说明：1.转炉；2.汽化烟道Ⅲ段；3.连接烟道；4.抗爆防爆型直立烟道式余热锅炉；5．烟气分流装置；6.环流旋风除尘器A；6’.环流旋风除尘器B；7.抗爆防爆型布袋除尘器A;7’.抗爆防爆型布袋除尘器B；8.风机A;8’.风机B；9.三通切换阀；10.煤气冷却器；11.煤气柜；12.放散塔；13.输灰总仓；14炉尘资源化系统。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
（1）转炉烟气分流技术。
1.CO爆炸理论：
转炉烟气含有CO，有CO的烟气就可能发生爆炸。但爆炸有三要素：可燃烟气接触助燃烟气（空气—O2）,两种烟气混合达到一定比例（CO爆炸极限下限12.5%、O2爆炸极限下限5.25%）；遇有明火及温度条件。这三者同时具备，即发生爆炸。
2.转炉烟气CO与O2的规律：
转炉从炉口喷出时为炉气，从吹氧开始（前烧期），其炉气中CO就达30%，其后随吹氧时间增加，到脱碳期，CO量升至80%以上，之后到后烧期，CO量降至30—40%。整个吹氧过程，CO呈抛物线形。
当含CO烟气进入汽化烟道，吸入空气燃烧，按照不同燃烧模式燃烧，从而CO则形成从0%→80%→0%抛物线曲线。在吹氧开始后的烟气中O2总是遵循从21%降至0%、CO则遵循从0%升至12.5%；在吹氧结束前的烟气中CO则遵循从12.5%降至0%；O2总是遵循从0%升至5.25%，这两种不同性质的烟气总是处在相互此消彼涨状态。
3.从CO爆炸理论得知，氧＜5.25%、CO＜12.5%，其中有一种烟气符合上述范围，就不会发生燃烧爆炸，转炉烟气成分曲线上存有CO和O2两者均低于爆炸极限时段，即为惰性烟气段，从理论上为烟气分离技术奠定基础。
4.烟气分流的目标在于各行其道，即将＞12.5%的CO可燃性烟气与氧＞5.25%的助燃性烟气分流，分别送入可燃性烟气布袋除尘器和非可燃性烟气布袋除尘器，这两种均在爆炸极限范围的烟气，各行其道，不接触，就从根本上消除燃烧爆炸根源。
5.转炉烟气分流执行机构，设计制作类式三通切换阀的机构，将经过直立烟道式余热锅炉冷却的烟气按惰性烟气时段，进行分流。分流装置执行时间＜惰性烟气时间段。
6.按此分流形成工艺流程如图4所示，应用转炉烟气分流技术形成的纯干法布袋除尘工艺具备安全性可靠性。
（2）结构的创新保障：
1.负压工况布袋防爆结构：
密封结构：负压工况，最关键是不能有渗漏，为此整个布袋制成密封体，其泄灰部分制成带锁气功能的双层卸灰阀，中间装有隔离仓，防止空气进入；
泄灰操作：放置在非运行时段，及A系统运行，B系统泄灰；B系统运行，A系统泄灰；
设置氧分析监控：在可燃烟气系统A，分仓安装O2在线分析仪，设定极限值，达到极限值，报警，同时关闭该仓进出口支管阀门。
抗爆结构：所有布袋外壳均用锅炉板制成圆筒体形，抗压达0.3Mpa。
安装泄压阀，泄爆压力低于壳体抗压强度，防止意外，保证人身、设备安全；
4.布袋选择为抗静电滤料，减少产生火花的几率。
通过布袋除尘器结构的创新，使之成为抗爆防爆型布袋除尘器。
（二）建立以抗爆防爆型布袋除尘器为精除尘的转炉烟气纯干法除尘工艺流程。
转炉烟气除尘是一个系统，需要优化组合，才能形成最佳除尘工艺流程。
以抗爆防爆型布袋除尘器为精除尘的转炉烟气纯干法除尘工艺流程，以60t转炉为例，按工艺流程顺序配置（见图1-3）：
转炉1烟气经炉口进入汽化烟道ⅠⅡⅢ段，接带缓冲功能的烟气连接烟道3，烟气进入抗爆防爆型直立烟道式余热锅炉4，高温烟气由800～1000℃降至170℃左右，由烟气分流装置5（通过控制不同时段将不同时段的烟气分流为A、B路），分流为A（CO多，O2少）、B路（CO少，O2多），分别进入环流旋风除尘器A6、环流旋风除尘器B6’进行粗除尘，再进入抗爆防爆型布袋除尘器A7和抗爆防爆型布袋除尘器B7’进行精除尘，烟气含尘量降至30mg/m3以下，分别经风机A8和风机B8’，送废气放散塔12；三通阀9、煤冷却器10、煤气柜11；粉尘由输灰系统送至输灰总仓13，经炉尘资源化系统14，制成功能原料，返回转炉冶炼。
本发明上述工艺，分为五大部分：
第一．转炉高温烟气非喷水方式冷却降温，同步实现烟气余热回收；
第二．转炉烟气非喷水方式除尘净化，实现排放达标；
第三．转炉煤气非喷水方式冷却，实现纯干煤气入柜储存；
第四．转炉废气无水排放。
第五．纯干炉尘资源化。
实现本发明工艺的主要装备：
抗爆防爆型直立烟道式余热锅炉、环流旋风除尘器，
本研发团队于2013.06.19获国家授权的发明专利《转炉烟气纯干法除尘与同步热能回收工艺》（专利号ZL201010603498.2）中;
烟气分流装置：
利用转炉冶炼规律和烟气特性，通过烟气分流装置，分烟气为两路，实现各行其道。
抗爆防爆型布袋除尘器
本发明的布袋除尘器结构创新，应用于转炉除尘系统为本申报发明技术重点;
直立翅片管煤气冷却器、炉尘资源化系统.
以抗爆防爆型布袋除尘器为精除尘器，形成最佳组合，建立的转炉烟气纯干法除尘工艺流程，构成全新除尘工艺。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种炼钢转炉烟气余热回收利用的纯干法布袋除尘系统，其特征在于：该系统包括依次连通的转炉、汽化烟道、连接烟道、抗爆防爆型直立烟道式余热锅炉和烟气分流装置，所述烟气分流装置分别连接有环流旋风除尘器A和环流旋风除尘器B，所述环流旋风除尘器A和环流旋风除尘器B分别接通有抗爆防爆型布袋除尘器A和抗爆防爆型布袋除尘器B，所述抗爆防爆型布袋除尘器A和抗爆防爆型布袋除尘器B分别接通风机A和风机B，所述风机A依次接通有三通切换阀、煤气冷却器和煤气柜，所述风机B连通有放散塔，所述风机A经所述三通切换阀也与所述放散塔连通；所述环流旋风除尘器A和环流旋风除尘器B、所述抗爆防爆型布袋除尘器A和抗爆防爆型布袋除尘器B分别经输灰总仓接通有炉尘资源化系统。
2.一种炼钢转炉烟气余热回收利用的纯干法布袋除尘工艺，其特征在于包括以下步骤：
转炉烟气经依次经汽化烟道、连接烟道、抗爆防爆型直立烟道式余热锅炉并由烟气分流装置分成两路，通过控制不时段烟气含量，第一路气流依次通向环流旋风除尘器A、抗爆防爆型布袋除尘器A、风机A、三通切换阀、煤气冷却器后通向煤气柜，第二路气流依次经环流旋风除尘器B、抗爆防爆型布袋除尘器B、风机B通向放散塔，第一路气流由风机A经所述三通切换阀也与所述放散塔连通；所述环流旋风除尘器A和环流旋风除尘器B、所述抗爆防爆型布袋除尘器A和抗爆防爆型布袋除尘器B底部炉尘通过输灰总仓通向炉尘资源化系统。
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