CN109135841A - 一种喷碱洗涤塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷碱洗涤塔，包括壳体(7)，壳体(7)内含有从下向上依次设置的气流均匀装置、碱液喷淋装置、除沫器(3)、上部喷淋装置(2)和除水装置(1)，沿竖直方向，所述气流均匀装置含有至少一层气体格栅(5)，所述碱液喷淋装置含有至少一个碱液喷淋层(16)。该喷碱洗涤塔具有洗涤除尘、喷碱除酸的功能，不必增加额外的高炉煤气处理设备，把干式除尘后的炉顶煤气、均压煤气和大放散煤气直接引入喷碱洗涤塔，实现对三种煤气的综合处理。

Description

一种喷碱洗涤塔

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼设备领域，具体的是一种喷碱洗涤塔。

背景技术

伴随高炉炼铁正常生产长期排放的煤气包括两部分：一部分是炉顶装料时从料罐排出的煤气，称为均压煤气，另一部分是高炉内原燃料发生化学反应从炉顶排出的煤气，称为炉顶煤气。高炉因特殊原因中断生产、停止送风时，炉顶排出的煤气称为大放散煤气。

高炉生产所必需的炉顶均压煤气在每次装料前都是通过旋风除尘器和消音器后被放散到大气中(每天对空排放300次左右)，均压煤气是含有大量CO、CO₂和灰尘的有毒、可燃物混合气体，均压煤气的放散量为6-8Nm³/吨铁，含尘量超过10g/Nm³，我国每年生产铁水产约7亿吨，经由高炉炉顶均压放散设备排放到大气中的煤气量高达55亿m³/年，高炉煤气单价按0.11元/Nm³计算，这部分煤气造成的经济损失约为6亿元/年，排放的粉尘量达到5.5万吨/年。高炉炼铁生产过程的均压煤气直接排入大气，不但造成大气环境污染，同时也浪费了能源。

国内外已经有很多技术可以实现对高炉炉顶均压煤气的回收，有的已经取得了良好效果，如中国专利CN102031321A，公开日期2011年4月27，公开的一种“高炉炉顶均压煤气回收方法及回收装置”。但是这些技术都需要在原有高炉系统的基础上额外增加专用的均压煤气除尘设备，实现对均压煤气的除尘后再进行回收。对于大部分需要在原有场地上进行改造的高炉系统来说，改造过程的占地面积及额外的设备投资是难以回避的重要问题。

高炉在生产过程中，有时会根据检修、处理事故的需要中断炼铁生产，安排计划性休风，例如处理损坏的冷却壁，此时需要降料面打水；有时会因其他原因中断炼铁生产，进行非计划休风。在休风时高炉停止鼓风、停止喷吹燃料，高炉内原有的原燃料反应不充分，再加上因降料面打水等操作，此时排出的煤气成分复杂，包含大量水蒸气、大颗粒粉尘、H₂、CH₄、CO、CO₂、N₂。高炉休风操作后产生的煤气因为湿度大、温度高、成分复杂、含尘量大、粉尘粒度大、易爆炸等特点，不符合回收要求。对于这部分大放散煤气，不适宜用高炉生产流程中的布袋除尘器进行除尘，国内外一直没有很好的处理方式，只能打开炉顶放散阀进行大放散处理，把含有大量粉尘污染物的大放散煤气直接排入大气，造成了严重的空气污染。

很多钢铁企业为降低焦比不同程度地喷吹烟煤或无烟煤，有的钢铁企业采用喷洒过海水的进口原料矿，有的钢铁企业为提高烧结矿强度采用含氯助剂(CaCl₂等)，由于以上各种原因，国内很多钢铁企业在生产过程中产生的炉顶煤气中含有大量酸性介质(氯离子和硫酸根离子)。

随着高炉的大型化和炉顶压力的提高，高炉煤气净化方法由湿式向干式发展，最新版的《高炉炼铁工程设计规范》(GB50427-2015)明确推荐“高炉煤气净化设计宜采用干法袋式除尘工艺”，因此，国内普遍采用干式布袋除尘器完成炉顶煤气的净化。干式除尘不能净化炉顶煤气中的酸性介质，这些酸性介质遇水后形成强酸性溶液，对煤气管道造成严重腐蚀。《高炉炼铁工程设计规范》(GB50427-2015)推荐“在净煤气氯离子等腐蚀性物质含量较高时，进入全厂煤气管网前宜设置碱液喷淋塔等控制煤气中氯离子含量的设施”。针对这种情况，国内很多钢铁企业在应用煤气全干法除尘技术的同时，采用喷碱塔作为炉顶煤气的除氯装置，如中国专利CN201864738U，公开日期2011年6月15日，公开的一种“高炉煤气喷碱除氯装置”。

高炉生产在工艺上要求解决炉顶煤气的腐蚀性问题，在环保上要求解决均压煤气的除尘和回收问题、解决大放散煤气的除尘除酸问题。由以上分析可知，现有技术对于大放散煤气没有好的处理方法，都是直接对空排放；对于高炉炉顶均压煤气，虽然现有技术已经提供了很多回收方法，但是都需要额外增加专用的均压煤气除尘设备，面临着改造过程中占地面积及额外设备投资的重要难题。作为消除煤气中酸性介质的喷碱塔，仅具有喷碱除酸的单一功能。

发明内容

为了完成对大放散煤气的除尘除酸、对均压煤气的除尘和回收以及对炉顶煤气的除酸。本发明提供了一种喷碱洗涤塔，该喷碱洗涤塔具有洗涤除尘、喷碱除酸的功能，不必增加额外的高炉煤气处理设备，把干式除尘后的炉顶煤气、均压煤气和大放散煤气直接引入喷碱洗涤塔，实现对三种煤气的综合处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术发明是：一种喷碱洗涤塔，包括壳体，壳体内含有从下向上依次设置的气流均匀装置、碱液喷淋装置、除沫器、上部喷淋装置和除水装置，沿竖直方向，所述气流均匀装置含有至少一层气体格栅，所述碱液喷淋装置含有至少一个碱液喷淋层。

所述喷碱洗涤塔含有煤气入口，该煤气入口位于壳体的下部，所述气流均匀装置位于该煤气入口的上方，所述气流均匀装置含有多层气体格栅，相邻的两层气体格栅之间错开设定的角度。

碱液喷淋层含有沿壳体的周向均匀间隔排列的长喷枪和短喷枪，长喷枪和短喷枪均沿壳体的径向设置，长喷枪和短喷枪上均设有高压雾化喷头。

所述碱液喷淋装置含有多个碱液喷淋层，在相邻的两个碱液喷淋层中，一个碱液喷淋层中的高压雾化喷头的喷射方向全部朝上，另一个碱液喷淋层中的高压雾化喷头的喷射方向全部朝下。

所述碱液喷淋装置含有四个碱液喷淋层，该四个碱液喷淋层按照从下向上的次序依次为第一碱液喷淋层、第二碱液喷淋层、第三碱液喷淋层和第四碱液喷淋层。

该第一碱液喷淋层中的高压雾化喷头的喷射方向全部朝上，该第二碱液喷淋层中的高压雾化喷头的喷射方向全部朝下，该第三碱液喷淋层中的高压雾化喷头的喷射方向全部朝上，该第一碱液喷淋层中的高压雾化喷头的喷射方向全部朝下。

上部喷淋装置含有多个能够向除沫器喷射水流的喷嘴，除水装置为填料除水装置，除水装置位于壳体的上部。

壳体的顶部设有两个气体出口，该两个气体出口分别为第一气体出口和第二气体出口，该第一气体出口外连接有放散阀，该第二气体出口外依次连接有截止阀和除水器。

壳体的底部设有排污口，该排污口外的下方设有污水处理装置，该煤气入口外连接有入口管道，所述入口管道上设置有截止阀、压力仪表、温度仪表和流量仪表。

本发明的有益效果是：

1、能够完成对均压煤气的洗涤除尘处理，简化均压煤气回收的工艺流程、减少占地面积。

2、能够完成对大放散煤气的除尘和除酸处理，减少空气污染。

3、能够完成对炉顶煤气的喷碱除酸处理，减少其对煤气管道的腐蚀。

4、喷碱洗涤塔结构简单、造价低廉、维护成本低。

5、喷碱洗涤塔可动部件少、不易发生故障，作业率高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述喷碱洗涤塔的结构示意图。

图2是一个碱液喷淋层的结构示意图。

1、除水装置；2、喷淋装置；3、除沫器；4、高压雾化喷头；5、气体格栅；6、污水处理装置；7、壳体；8、放散阀；9、截止阀；10、除水器；11、止回阀；12、净煤气管网；13、截止阀；14、长喷枪；15、短喷枪；16、碱液喷淋层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种喷碱洗涤塔，包括壳体7，壳体7内含有从下向上依次设置的气流均匀装置、碱液喷淋装置、除沫器3、上部喷淋装置2和除水装置1，沿竖直方向，所述气流均匀装置含有至少一层气体格栅5，所述碱液喷淋装置含有至少一个碱液喷淋层16，如图1所示。

在本实施例中，所述喷碱洗涤塔含有煤气入口，该煤气入口位于壳体7的下部，所述气流均匀装置位于该煤气入口的上方，所述气流均匀装置含有三层气体格栅5，相邻的两层气体格栅5之间错开设定的角度，从而使进入塔内的高炉煤气均匀分布在整个塔内的横截面上。

在本实施例中，碱液喷淋层16含有沿壳体7的周向均匀间隔排列的多个长喷枪14和短喷枪15，长喷枪14相交于壳体7的中心线，长喷枪14和短喷枪15均为柱状结构，长喷枪14的长度大于短喷枪15的长度，长喷枪14和短喷枪15均沿壳体7的径向设置，即长喷枪14的长度方向和短喷枪15的长度方向均沿壳体7的径向设置，长喷枪14和短喷枪15上均设有多个高压雾化喷头4，如图2所示。

在本实施例中，所述碱液喷淋装置含有多个沿竖直方向间隔设置的碱液喷淋层16，在相邻的两个碱液喷淋层16中，一个碱液喷淋层16中的高压雾化喷头4的喷射方向全部朝上，另一个碱液喷淋层16的高压雾化喷头4的喷射方向全部朝下。例如，所述碱液喷淋装置含有四个碱液喷淋层16，该四个碱液喷淋层16按照从下向上的次序依次为第一碱液喷淋层、第二碱液喷淋层、第三碱液喷淋层和第四碱液喷淋层。

该第一碱液喷淋层中的高压雾化喷头4的喷射方向全部朝上，该第二碱液喷淋层中的高压雾化喷头4的喷射方向全部朝下，该第三碱液喷淋层中的高压雾化喷头4的喷射方向全部朝上，该第一碱液喷淋层中的高压雾化喷头4的喷射方向全部朝下，如图1所示。壳体7的底部设有排污口，该排污口外的下方有污水处理装置6。喷碱洗涤塔处理煤气后产生的含尘污水经该污水处理装置6处理后得到污泥和可循环利用的中水。

根据工艺需求，在不同高度上布置多个碱液喷淋层16及其附带的高压雾化喷头4。碱液从高压雾化喷头4喷出后在喷碱洗涤塔的壳体7内部形成雾化状态，雾化碱液均匀布满喷碱洗涤塔内部空间。高压雾化喷头4喷洒高压雾化状态的碱液，实现对煤气的除氯处理。

酸性含尘高炉煤气从所述喷碱洗涤塔的下部侧面的煤气入口进入喷碱洗涤塔，在雾化碱液的作用下，完成除酸、除尘处理：

1、喷碱除酸处理：布满喷碱洗涤塔内部空间的雾化碱液与煤气中的酸性介质充分反应消除煤气腐蚀性。

2、洗涤除尘处理：由于雾化碱液与煤气粉尘之间的惯性碰撞、拦截和凝聚作用，较大颗粒的粉尘随雾化洗涤依靠重力沉降，与洗涤液一起排走，进入喷碱洗涤塔底部的排污口外的污水处理装置6。含尘污水经喷碱洗涤塔底部的污水处理装置6的处理后可循环利用。

在本实施例中，上部喷淋装置2含有多个能够向除沫器3喷射水流的喷嘴，除水装置1为填料除水装置，除水装置1位于壳体7的上部。除沫器3可选用丝网除沫器(或折板除沫器等其他类型高效除沫器)，除沫器3布置在高压雾化喷头4的上方空间。较小颗粒的粉尘与雾化状态的碱液形成雾沫，带有雾沫的煤气以一定速度上升通过除沫器3，除沫器3完成对煤气中较小粉尘颗粒的处理，得到含水净煤气。除沫器3上方设置上部喷淋装置2，定期用高压水通过上部喷淋装置2对除沫器进行喷淋冲洗，避免除沫器3长期使用后被堵塞。酸性含尘高炉煤气经过高压雾化喷头4喷出的雾化碱液和除沫器3的作用，可以得到含水量较大的煤气。

在本实施例中，壳体7的顶部设有两个气体出口，所述两个气体出口分别为第一气体出口和第二气体出口，该第一气体出口外连接有放散阀8，该第二气体出口外依次连接有截止阀9、除水器10、止回阀11和净煤气管网12，如图1所示。

上部喷淋装置2的上方接近喷碱洗涤塔顶部出口处设置填料除水装置1。填料除水装置1的内部填料可选用铝合金材质的花环填料(或不锈钢花环填料或其他类型填料)。含水煤气经过填料除水装置1时，煤气中的小水滴在填料的作用下汇聚成大水滴并在重力作用下实现初步除水。

除水器10可选用挡板式除水器(或旋风式除水器等其他类型高效除水器)。初步除水后的含水煤气从喷碱洗涤塔顶部的所述第二气体出口排出，进入喷碱洗涤塔顶部外侧设置的除水器10，完成含水煤气的除水处理，最终得到符合用户要求的合格煤气，经止回阀11进入净煤气管网12供用户使用。

喷碱洗涤塔顶部出口设有放散阀8，该放散阀同时具有截止阀和安全阀的作用：喷碱洗涤塔内部压力正常时，放散阀8处于关闭状态；压力超出设定值时，放散阀8自动打开减小内部压力。

该喷碱洗涤塔根据工艺需求，可以分别处理高炉内原燃料发生化学反应从炉顶排出的炉顶煤气和炉顶装料时从料罐排出的均压煤气，也可以同时处理炉顶煤气和均压煤气。喷碱洗涤塔根据工艺需求，可以处理高炉休风时的大放散煤气。处理煤气成分符合回收要求的炉顶煤气和均压煤气时，打开喷碱洗涤塔顶部出口的截止阀9，关闭放散阀8，经过处理的炉顶煤气和均压煤气能够正常回收进入净煤气管网12。处理煤气成分不符合回收要求的大放散煤气时，关闭喷碱洗涤塔顶部出口的截止阀9，打开放散阀8，把经过除尘除酸处理后符合排放要求的煤气放散到空气中。

在本实施例中，该煤气入口外连接有入口管道，所述入口管道上设置有截止阀13、压力仪表、温度仪表和流量仪表。喷碱洗涤塔的壳体7的直径和高度根据高炉煤气在塔内的平均流速来确定。本发明提出的高炉煤气综合处理装置通过检测高炉煤气入口处的煤气压力、流速和流量，自动调节高压雾化喷头4的喷水量，提高喷碱洗涤塔内部酸性含尘煤气和雾化碱液的中和反应及除尘效果。

本发明所述喷碱洗涤塔的除尘效率较高，可去除粒径为0.1-20微米的粉尘，处理后的煤气含尘量小于5mg/m³。含水净煤气经填料除水装置1和除水器10处理后机械水含量小于7g/m³。经本发明提出的所述喷碱洗涤塔处理后的炉顶煤气和均压煤气符合回收要求。

本发明提出的所述喷碱洗涤塔能够实现对三种高炉煤气的综合处理：在高炉生产时，既能实现对炉顶煤气的除酸处理，消除其腐蚀性，也能够完成均压煤气的除尘及回收功能；在高炉休风时，能够完成对大放散煤气的除尘除酸处理，满足排放要求后排放到空气中。

本发明中所述的气体格栅5、除沫器3、上部喷淋装置2和除水装置1均可以采用现有市售产品。因而，本发明提出的喷碱洗涤塔具有简单、造价低廉、维护成本低、可动部件少、不易发生故障，作业率高等优点，可以减少空气污染，实现节能减排和资源的循环利用。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。

Claims (9)

1.一种喷碱洗涤塔，其特征在于，所述喷碱洗涤塔包括壳体(7)，壳体(7)内含有从下向上依次设置的气流均匀装置、碱液喷淋装置、除沫器(3)、上部喷淋装置(2)和除水装置(1)，沿竖直方向，所述气流均匀装置含有至少一层气体格栅(5)，所述碱液喷淋装置含有至少一个碱液喷淋层(16)。

2.根据权利要求1所述的喷碱洗涤塔，其特征在于，所述喷碱洗涤塔含有煤气入口，该煤气入口位于壳体(7)的下部，所述气流均匀装置位于该煤气入口的上方，所述气流均匀装置含有多层气体格栅(5)，相邻的两层气体格栅(5)之间错开设定的角度。

3.根据权利要求1所述的喷碱洗涤塔，其特征在于，碱液喷淋层(16)含有沿壳体(7)的周向均匀间隔排列的长喷枪(14)和短喷枪(15)，长喷枪(14)和短喷枪(15)均沿壳体(7)的径向设置，长喷枪(14)和短喷枪(15)上均设有高压雾化喷头(4)。

4.根据权利要求3所述的喷碱洗涤塔，其特征在于，所述碱液喷淋装置含有多个碱液喷淋层(16)，在相邻的两个碱液喷淋层(16)中，一个碱液喷淋层(16)中的高压雾化喷头(4)的喷射方向全部朝上，另一个碱液喷淋层(16)中的高压雾化喷头(4)的喷射方向全部朝下。

5.根据权利要求4所述的喷碱洗涤塔，其特征在于，所述碱液喷淋装置含有四个碱液喷淋层(16)，该四个碱液喷淋层(16)按照从下向上的次序依次为第一碱液喷淋层、第二碱液喷淋层、第三碱液喷淋层和第四碱液喷淋层。

6.根据权利要求5所述的喷碱洗涤塔，其特征在于，该第一碱液喷淋层中的高压雾化喷头(4)的喷射方向全部朝上，该第二碱液喷淋层中的高压雾化喷头(4)的喷射方向全部朝下，该第三碱液喷淋层中的高压雾化喷头(4)的喷射方向全部朝上，该第一碱液喷淋层中的高压雾化喷头(4)的喷射方向全部朝下。

7.根据权利要求1所述的喷碱洗涤塔，其特征在于，上部喷淋装置(2)含有多个能够向除沫器(3)喷射水流的喷嘴，除水装置(1)为填料除水装置，除水装置(1)位于壳体(7)的上部。

8.根据权利要求1所述的喷碱洗涤塔，其特征在于，壳体(7)的顶部设有两个气体出口，该两个气体出口分别为第一气体出口和第二气体出口，该第一气体出口外连接有放散阀(8)，该第二气体出口外依次连接有截止阀(9)和除水器(10)。

9.根据权利要求2所述的喷碱洗涤塔，其特征在于，壳体(7)的底部设有排污口，该排污口外的下方设有污水处理装置(6)，该煤气入口外连接有入口管道，所述入口管道上设置有截止阀(13)、压力仪表、温度仪表和流量仪表。