CN108369070A - 从炉气中去除干燥灰尘的方法 - Google Patents
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Abstract
一种清洁炉气的方法和一种用于清洁炉气的设备。使用一个或多个传感器持续监测指示高炉气流中的预期温度峰值的一个或多个参数。该气流然后通过增湿塔。在测得的参数超过预定义的极限值的情况下，则将例如水的冷却剂喷射到增湿塔中的高炉气流中。随后高炉气流通过一个或多个过滤站。
Description
技术领域
本发明涉及一种从金属生产工艺产生的炉气(例如高炉气或由电弧炉(EAF)工艺、碱性氧气转炉(BOF)工艺或直接还原铁(DRI)工艺产生的气体)中去除干燥灰尘的方法。本发明还涉及用于实施这种方法的设备。
背景技术
高炉气通常具有相对高的一氧化碳含量(例如约20％至28％)，从而在各种类型的燃烧器中被用作燃料气体。但是，离开高炉的高炉气的含尘量过高，不能使燃烧器稳定运行，因此必须大幅度降低高炉气的含尘量。这通常通过两步过程来完成。在第一步中，较大的灰尘颗粒在旋风分离器中被分离。在第二步中，较小的颗粒通常被湿法工艺中的洗涤器分离。这种湿法工艺需要极大的耗水量，并产生污泥和废水，所述污泥和废水需要被进一步处理。水洗涤处理还导致处理后的高炉气的压力和温度下降，这降低了高炉气在下游的气体燃烧器中作为燃料气体的效率。
为了克服湿气清洁工艺的缺点，已经提出通过过滤袋来过滤气体，例如在ZhangFu-Ming的文章“Study on Dry Type Bag Filter Cleaning Technology of BF Gas atLarge Blast Furnace”，第五届国际炼铁科学与技术大会(International Congress onthe Science and Technology of Ironmaking)会议文件汇编，第612至616页，2009年，中国上海；以及Lanzerstorfer和Xu撰写的“Neue Entwicklungen zur Gichtgasreinigungvon Hochofen：ein”，BH，第195卷，第91页至98页，2014年中所述的那样。
在正常运行期间，离开高炉的高炉气通常具有约80℃﹣200℃的温度，但是由于高炉中的过程动力学，高炉气温度的峰值可以达到约600℃-1000℃或更高。如果使用过滤袋来清洁高炉气，这种温度峰值会使得过滤袋过热并且损坏过滤袋。
为了检测温度峰值，WO2013/045534提出监测高炉气中的压力变化。在突然的压力峰值的情况下，水被喷射到气流中，例如被喷射到旋风分离器和过滤站之间的管路中的气流中。这种水冷却的缺点是水污染了高炉气并且提高了高炉气的含水量。此外，由于液态水会造成下游过滤袋的堵塞，所以喷射的液滴需要被完全蒸发。
本发明的一个目的是通过注射液体冷却剂来降低炉气的温度峰值，同时确保喷射的液滴的完全蒸发。
发明内容
通过一种清洁高炉气的方法来实现本发明的目的，所述方法包括以下步骤：
﹣使用一个或多个传感器持续监测指示高炉气流中的预期温度峰值的一个或多个参数。所监测的参数例如可以包括气流的上游温度(例如在高炉的排出装置处的温度)和/或如WO2013/045534所教导的压力峰值，或者包括任何其他合适的参数；
﹣高炉气流然后通过增湿塔(conditioning tower)；
﹣在所测量的参数超过预定义的极限值的情况下，则将例如水的冷却剂喷射到增湿塔中的高炉气流中；
﹣随后高炉气流通过一个或多个过滤站(特别是袋式过滤站)。
在气流离开增湿塔之前，所述气流在增湿塔中的停留时间通常足够长以便在高炉气流中的当前的过程压力和温度的情况下蒸发所有喷射的水。由于冷却剂喷射，气流中的悬浮颗粒可以凝聚或聚团，从而使得从高炉气流有效分离颗粒。
在具体实施例中，例如在沿着流动方向变宽的圆锥形区段的上游端部处、例如沿着朝下的流动方向，冷却剂与高炉气流并流地喷射。例如，锥形区段可以具有约3度至9度的锥角(例如大约6度)。这些措施有助于实现低湍流流动或甚至非湍流流动，从而允许液滴的完全蒸发以及最大限度减小与壁接触。
增湿塔中的平均停留时间可以是例如约3秒至约8秒，通常是约5秒至约6秒。如果需要也可以采用更长或更短的停留时间。高炉气流的流速通常为约105标准立方米/小时至8.105标准立方米/小时。为了在这种流速的情况下获得所述的停留时间，塔的喷嘴和出口之间的塔体积例如可以介于80立方米至1800立方米的范围内。在具体实施例中，塔的喷嘴和出口之间的空间的高度与直径之比为至少2.5(例如至少3)，其中所述直径是增湿塔的底部处的直径。
高炉气流的压力通常为约200千帕至300千帕，例如约250千帕。可以在增湿塔中保持这个压力。
冷却剂通常是水，但也可以使用其他合适的冷却剂。可选地，水可以含有添加剂，例如凝聚剂。
进入增湿塔的高炉气通常包含许多酸性污染物和有机污染物，例如氯化氢、氟化氢、硫化羰和硫化氢。可以通过将碱性试剂注射到(例如在增湿塔中或在增湿塔下游的)气流中来去除这些污染物。例如可以随着冷却剂喷射所述碱性试剂(所述碱性试剂例如在喷射的水中作为被溶解的试剂)。替代地或附加地，所述碱性试剂可以被单独地添加到增湿塔中的气流，和/或增湿塔下游(例如将气流引到过滤站的管路中)的气流。碱性试剂可以作为干燥的化合物或作为水溶液来添加。合适的化合物包括碳酸钙、碳酸钠(苏打)、熟石灰或它们的混合物。
高炉气的其他典型的污染物包括重金属、多环芳烃(PAH)、苯-甲苯-二甲苯混合物(BTX)。可以通过将吸附剂(例如作为与中和酸性污染物的试剂混合的混合物)注射到高炉气流中来去除所述这些污染物。吸附剂例如可以包括活性炭、褐煤焦炭或细粒级沸石。
可以使用一个或多个喷嘴来喷射水。待喷射的水量例如可以是高达约200立方米/小时的任何合适的量，或者如果需要，水量甚至可以更高。
增湿塔的出口温度的设定点例如可以为至少150℃、例如至多250℃、例如约200℃。
在监测到的参数回到可接受的水平后，喷射可以停止。所有注射的冷却液都将会蒸发，不会有残留的液滴到达下游的过滤袋模块。
在具体实施例中，朝下的气流在灰尘收集单元上方被朝上偏转。这将从气流中分离较大的凝聚颗粒。分离的颗粒被收集且被排出。例如，利用6.105标准立方米/小时的高炉，每小时可以收集约200公斤至500公斤的灰尘。
可以利用这样的高炉设备实施所述方法，所述高炉设备包括：高炉，所述高炉具有用于高炉气的排出装置；和下游的增湿塔，所述增湿塔包括连接到冷却剂供应管路(例如供水管路)的喷嘴。可选地，所述设备可以包括多于一个的高炉和/或多于一个的下游增湿塔。
在具体实施例中，喷嘴或者至少部分的喷嘴沿着流动方向被定向，以便使得冷却剂能够与高炉气流并流喷射。替代地，全部喷嘴或部分的喷嘴可以布置成用于逆流喷射。合适的喷嘴的示例包括两相喷嘴，例如使用非活性气体(比如氮气或蒸汽)来雾化冷却剂。每个喷嘴的水流量例如可以在每分钟约5升至100升之间。
为了提供竖直朝下的气流，增湿塔例如可以包括：在其顶部区段处的高炉气入口；和在其底部区段处的高炉气出口。所述底部区段例如可以朝用于排出凝聚颗粒的灰尘排放装置逐渐缩小。
在具体实施例中，增湿塔可以包括侧出口和管段，所述管段具有在增湿塔内的向下定向的入口和连接到侧出口的出口。为了进入朝下定向的入口，朝下的气流被朝上偏转。这将较大的灰尘颗粒从气流中分离。朝下定向的入口例如可以是具有开口底侧的朝上变尖的锥形口部件。该锥形口部件例如可以定位在锥形底部段上方的中央。
为了收集分离的颗粒，高炉设备例如可以包括闭锁式料斗，所述闭锁式料斗通过排放管路与增湿塔的底部连接。
高炉设备通常包括在高炉排出装置与增湿塔之间的一个或多个第一除尘装置，例如旋风分离器或除尘器。这种旋风分离器或除尘器可以用来分离较大的灰尘颗粒。为了去除更细小的灰尘颗粒，高炉设备可以包括在增湿塔下游的一个或多个另外的除尘设备。这些下游的除尘设备例如可以是过滤站，所述过滤站例如包括过滤袋和/或静电除尘器。
附图说明
将参照示出了示例性实施例的附图来解释本发明的各方面。
图1示出了高炉设备的示例性实施例的侧视图；
图2示出了图1的设备的示意性侧视图；
图3示出了图1的设备中的增湿塔内的喷嘴；
图4示出了增湿塔的底部区段。
具体实施方式
图1示出了高炉设备1，所述高炉设备在图2中示意性地示出。设备1包括高炉2，所述高炉具有与管路4相连接的气体排出装置3，所述管路通向旋风分离器6，较大的灰尘颗粒在所述旋风分离器处与气流分离。旋风分离器6在其顶端部处具有与排气管路7连接的气体出口，并且在其底部处具有灰尘出口8，所述灰尘出口8连接至用于收集且排出灰尘的排尘管路。
排气管路7将气流引导至增湿塔11的顶端部处的入口9。增湿塔11具有渐缩的底部区段12(参见图2；在图1中，所述底部区段被圆筒形壁13所围绕)，所述底部区段向下朝排尘出口14渐缩。在排尘出口14上方的一定距离处，增湿塔11包括用于气体的侧出口16，所述侧出口具有导流器17，所述导流器将朝下的气流朝上偏转，如将在下文参照图4说明的那样。
图3示出了增湿塔11的中间区段的横截面图。增湿塔11的内部包括一系列径向延伸的喷枪15，所述喷枪贯穿增湿塔11的壁。喷枪15具有朝下定向的喷嘴18，所述喷嘴靠近增湿塔11的竖直中心线。在替代的实施例中，喷嘴可以被朝上定向。喷嘴18是两相喷嘴，其具有用于加压氮气的供应管路15a和用于水的供应管路15b。氮气用作为水的雾化气体。作为氮气的替代，可以使用非活性雾化气体，例如蒸汽。
增湿塔11具有连接到锥形中间区段11b的圆筒形顶部区段11a，所述中间区段沿朝下的方向变宽。喷枪15定位于锥形区段11b的顶端部，并且靠近向增湿塔11的圆筒形的顶部区段11a过渡的部分。喷枪15的这种位置有助于冷却水的良好分配。
排气管路19(参见图2)从侧出口16延伸到多个袋式过滤站21。气体在气体过滤站21上被分配，随后再次收集已清洁的气体。清洁的气体可用作热风炉或燃气轮机的燃料。
在气体排出装置3处，使用一个或多个传感器22持续测量通过的高炉气的温度。如果气体温度超过极限(例如，180℃)，则一个或多个传感器22向控制单元23发送警告信号。控制单元23构造成启动增湿塔11中的喷嘴18。如果排出装置3中的气体温度下降到低于极限，则传感器22向控制单元23发送第二信号。响应于第二信号，控制单元23停用喷嘴18。
在该示例性实施例中，增湿塔11的长度和直径使得高炉气的平均停留时间为至少5秒。
高炉气流中的温度峰值通常发生持续约2分钟至10分钟。在该段时间内喷水以便降低温度峰值。
图3和图4更详细地示出了喷嘴18。在降低温度峰值之后，高炉气可以被输送到袋式过滤器21而不损坏过滤材料。在从增湿塔11到过滤站21的管路19中，可以在注射站24处将碱性化合物和/或吸附剂注射到气流中以便去除污染物。例如，可以注入含有熟石灰和活性碳的混合物。为了尽可能降低含水量，可以将这些化合物作为干粉添加。
在增湿塔11中，分离的灰尘和被注射的吸附剂被收集并且在底部区段12处被排出。为此，增湿塔11包括管段26，所述管段具有朝下定向的入口27和连接到侧出口16的出口28。朝下定向的入口27是具有开口底侧31的朝上变尖的锥形口部件29。锥形口部件29被定位于锥形底部部分12上方的中央。高炉气的朝下的流动方向被锥形口部件29偏转到朝向侧出口16的朝上方向。较大的颗粒将不遵循流动方向的这种偏转，所述较大的颗粒将与气流分离并且被收集在增湿塔11的渐缩的底部区段12中。
Claims (15)
1.一种清洁炉气的方法，所述方法包括以下步骤：
﹣使用一个或多个传感器持续监测一个或多个参数，所述一个或多个参数指示炉气流中的预期温度峰值；
﹣然后炉气流通过增湿塔；
﹣在测量的所述参数超过预定义的极限值的情况下，将例如水的冷却剂喷射到所述增湿塔中的炉气流中；
﹣随后炉气流通过一个或多个过滤站。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，冷却剂与炉气流并流喷射。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述参数包括在高炉的排出装置处测量的炉气流的温度。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，炉气在所述增湿塔中的平均停留时间为至少3秒，例如为3秒至8秒。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，炉气朝下流动通过所述增湿塔。
6.一种用于金属生产的设备(1)，所述金属生产例如是钢或铁的生产，所述设备包括：高炉(2)，所述高炉具有用于炉气的排出装置(3)；和下游的增湿塔(11)，所述增湿塔包括连接到冷却剂供应管路的喷嘴(18)。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述喷嘴(18)中的至少部分喷嘴沿着流动方向被定向。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其中，所述喷嘴(18)定位在所述增湿塔的锥形区段(11b)的上游端，所述锥形区段沿着所述流动方向变宽。
9.根据权利要求8所述的设备，所述锥形区段(11b)具有3度至9度的锥角。
10.根据权利要求6、7、8或9所述的设备，其中，所述增湿塔(11)包括：在所述增湿塔的顶部区段处的炉气入口(9)；和在所述增湿塔的底部区段处的炉气出口(16)。
11.根据权利要求10中任一项所述的设备，其中，所述炉气出口包括侧出口(16)和管段(26)，所述管段具有出口和朝下定向的入口(27)，所述出口连接到所述侧出口。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述朝下定向的入口(27)是具有开口底侧(31)的朝上变尖的锥形口部件。
13.根据权利要求14所述的设备，其中，所述增湿塔(11)具有底部区段，所述底部区段朝排尘出口逐渐缩小，所述锥形口部件定位于渐缩的所述底部区段上方的中央。
14.根据权利要求6至13中任一项所述的设备，其包括闭锁式料斗，所述闭锁式料斗通过排放管路连接到所述增湿塔(11)的底部。
15.根据权利要求6至14中任一项所述的设备，其包括：位于所述高炉的所述排出装置与所述增湿塔之间的第一除尘装置，所述第一除尘装置例如是旋风分离器或除尘器；和/或位于所述增湿塔下游处的一个或多个另外的除尘装置，所述一个或多个另外的除尘装置例如是过滤袋站和/或静电除尘器。
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