CN109338030A - 一种转炉烟气除尘及余热回收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转炉烟气除尘及余热回收系统，包括依次连接汽化冷却烟道、熄火塔、余热回收装置、第一切换站、陶瓷纤维过滤器、引风机和第二切换站，汽化冷却烟道内设气体成分检测仪，熄火塔内设雾化喷嘴，熄火塔出气口分别连接余热回收装置和第一切换站，第二切换站出气口分别连接煤气回收管路和烟气放散管路。该发明通过消除烟气爆炸发生的一个或几个条件来全面控制爆炸事故发生，实现汽化冷却烟道种烟气余热安全回收；而且在烟气处于爆炸极限范围内时，熄火塔通过喷水降温的方式彻底熄灭烟气中火种，在爆炸极限范围外时，则通过重力沉降的方式去除烟气中大颗粒烟尘，为后续余热回收装置积灰和精除尘减轻压力。

Description

一种转炉烟气除尘及余热回收系统及方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种转炉烟气除尘及余热回收系统及方法。

背景技术

转炉吹氧冶炼过程中炉内铁水与吹入的氧气发生剧烈化学反应，产生含有大量一氧化碳、含铁粉尘的高温烟气，具有很高的回收价值。常规的湿法和干法通过回收转炉煤气，基本实现了烟气中化学能的回收，但对烟气显热的回收不彻底，仅通过汽化冷却的方式将烟气降至800～1000℃，然后通过喷水降温、除尘，造成大量热量的浪费，并由此带来水资源消耗、环境污染和能源的高消耗，严重制约了炼钢转炉工序能耗水平的提高。

随着能源和环境约束的不断收紧，钢铁企业节能减排的压力越来越大，回收利用出汽化冷却烟道的烟气显热不仅可以降低企业能源浪费，还能减少不必要的环境污染。另一方面，目前干法除尘系统中的静电除尘器存在爆炸危险，虽然可通过泄爆来避免设备损坏，但泄爆必将影响正常的生产作业。

回收800～1000℃以下转炉烟气余热的难点在于存在爆炸危险，因为转炉烟气中含有大量一氧化碳，这种烟气与空气或氧气混合在特定条件下会产生速燃，使设施中的压力突然增高而造成设备损坏和人身事故。而这个特定条件包括以下内容：(1)煤气与空气混合，煤气浓度在爆炸极限范围之内，是爆炸的必要条件，若煤气浓度在爆炸极限范围之外，即使混合，并满足其他条件也不会发生爆炸；(2)煤气与空气在燃点（着火温度）以下混合才可能发生爆炸，如果两者在燃点以上混合就会发生燃烧，而不会发生爆炸；(3)在燃点以下的煤气与空气的爆炸性混合物如遇火种便会迅速爆炸,火种是爆炸的充分条件；可见以上三个条件缺少一个都不会发生爆炸。

从爆炸理论三要素出发，爆炸的预防主要是通过消除爆炸发生的条件来全面控制爆炸事故的发生，预防可燃气体爆炸可采取措施消除发生爆炸的一个或几个条件。转炉烟气余热回收过程是一个降温过程，当烟气温度降到最低着火温度以下时，如果混合气处于爆炸极限范围之内，在遇到火种的情况下就不可避免会发生爆炸。因此，防止转炉烟气余热回收过程中发生爆炸，首先要把烟气中可燃气体成分控制在爆炸范围以外，其次是抑制或消除点火源。

发明内容

本发明的目的是克服现有转炉烟气余热回收过程中发生爆炸的问题。

为此，本发明提供了一种转炉烟气除尘及余热回收系统，包括通过管道依次相连的汽化冷却烟道、熄火塔、余热回收装置、第一切换站、陶瓷纤维过滤器、引风机和第二切换站，所述汽化冷却烟道内设有气体成分检测仪，所述熄火塔内设有雾化喷嘴，所述熄火塔的出气口分两支路分别连接余热回收装置和第一切换站，所述第二切换站的出气口分别连接煤气回收管路和烟气放散管路，所述气体成分检测仪、雾化喷嘴、第一切换站、第二切换站均外接控制器。

进一步的，所述余热回收装置为单锅筒自然循环立式锅炉，其内部由下至上依次设置有蒸发器一、蒸发器二和省煤器，且转炉烟气在余热回收装置内从下至上流动。

进一步的，所述蒸发器一和蒸发器二为火管锅炉结构，所述省煤器为蛇形管束受热面的结构。

进一步的，所述蒸发器一和蒸发器二之间，蒸发器二和省煤器之间分别设有检修门和防爆门。

进一步的，所述陶瓷纤维过滤器包括集尘器、陶瓷纤维管以及用于对陶瓷纤维管的滤面进行反吹的反吹组件，所述陶瓷纤维管安装到集尘器的孔板上，所述陶瓷纤维管为耐高温的陶瓷纤维制成的一端封闭的管道；转炉烟气在陶瓷纤维过滤器内从下至上流动。

进一步的，所述熄火塔、余热回收装置和陶瓷纤维过滤器底部均设置有灰仓。

进一步的，所述煤气回收管路上连接煤气柜，所述烟气放散管路上连接放散烟囱，所述放散烟囱出口设置有点火装置。

另外，本发明还提供了采用上述转炉烟气除尘及余热回收系统进行转炉烟气除尘及余热回收的方法，包括如下步骤：

1)在转炉冶炼时，开启引风机，通过引风机的抽吸力将转炉产生的烟气抽入汽化冷却烟道，并进行辐射换热，使烟气冷却降温至800～1000℃，同时通过气体成分检测仪检测汽化冷却烟道内烟气中的氧含量和一氧化碳含量；

2)汽化冷却烟道内转炉烟气进入熄火塔，根据气体成分检测仪检测结果，若转炉烟气中的氧体积含量和一氧化碳体积含量不在设定值范围内，则熄火塔中雾化喷嘴不开启，转炉烟气在熄火塔内通过重力沉降的方式将大颗粒烟尘除去；然后转炉烟气进入余热回收装置换热，换热后的转炉烟气通过第一切换站进入陶瓷纤维过滤器；

3)汽化冷却烟道内转炉烟气进入熄火塔,根据气体成分检测仪检测结果，若转炉烟气中的氧体积含量和一氧化碳体积含量在设定值范围内，则熄火塔中雾化喷嘴开启，向熄火塔中喷入大量水雾，将转炉烟气冷却至200～300℃，然后冷却后的转炉烟气直接通过第一切换站进入陶瓷纤维过滤器；

4)转炉烟气在陶瓷纤维过滤器中精除尘后，通过引风机引至第二切换站，根据气体成分检测仪检测结果，若转炉烟气为合格煤气，则将转炉烟气切换到煤气回收管路上进行煤气回收；若转炉烟气为不合格煤气，则将转炉烟气切换到烟气放散管路上进行放散处理。

进一步的，所述氧含量和一氧化碳体积含量的设定值为CO≥9%且O₂≥6%。

进一步的，所述转炉上部与所述汽化冷却烟道之间设置烟罩，在转炉冶炼初期，上提所述烟罩，使更多的空气进入转炉上部并与冶炼产生的煤气发生燃烧反应，形成以二氧化碳为主的烟气进入管道并对管道内的空气进行吹扫。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种转炉烟气除尘及余热回收系统通过消除转炉烟气爆炸发生的一个或几个条件来全面控制爆炸事故的发生，为转炉烟气余热的安全回收提供保障；而且在转炉烟气处于爆炸极限范围内时，熄火塔通过喷水降温的方式，彻底熄灭烟气中的火种；在转炉烟气处于爆炸极限范围外时，熄火塔通过重力沉降的方式去除烟气中的大颗粒烟尘，降低烟气中粉尘含量，为后续余热回收装置积灰和精除尘减轻压力，防止余热回收装置换热效率急剧降低。

(2)本发明提供的这种转炉烟气除尘及余热回收系统中余热回收装置采用“火管+蛇形管”组合的形式，可分段高效的回收转炉烟气余热，提高了余热回收装置的热回收效率。

(3)本发明提供的这种转炉烟气除尘及余热回收系统采用新型的陶瓷纤维过滤器进行精除尘，避免了传统静电除尘器放电易引起煤气泄爆的问题，使生产更安全、更顺畅，而且相比布袋除尘更耐高温，无烧损风险；同时，陶瓷纤维过滤器采用孔隙过滤的方式进行除尘，除尘效果更好，更加环保。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明转炉烟气除尘及余热回收系统的结构示意图。

附图标记说明：1、转炉；2、汽化冷却烟道；3、熄火塔；4、余热回收装置；5、第一切换站；6、陶瓷纤维过滤器；7、引风机；8、第二切换站；9、煤气柜；10、放散烟囱；11、雾化喷嘴；12、气体成分检测仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本实施例提供了一种转炉烟气除尘及余热回收系统，包括通过管道依次相连的汽化冷却烟道2、熄火塔3、余热回收装置4、第一切换站5、陶瓷纤维过滤器6、引风机7和第二切换站8，所述汽化冷却烟道2内设有气体成分检测仪12，所述熄火塔3内设有雾化喷嘴11，所述熄火塔3的出气口分两支路分别连接余热回收装置4和第一切换站5，所述第二切换站8的出气口分别连接煤气回收管路和烟气放散管路，所述气体成分检测仪12、雾化喷嘴11、第一切换站5、第二切换站8均外接控制器。其中，所述汽化冷却烟道2的入口端可通过烟罩与转炉1连接，通过烟罩捕集转炉1中产生的烟气进入汽化冷却烟道2。

本实施例中转炉1冶炼产生的高温烟气先通过汽化冷却烟道2的辐射换热使烟气冷却降温，同时气体成分检测仪12实时监测汽化冷却烟道2内烟气的氧体积含量和一氧化碳体积含量，并将检测结果传送至控制器，控制器根据烟气成分判断烟气是否存在爆炸危险，若烟气中的氧含量和一氧化碳含量处于爆炸极限范围外时，熄火塔3中的雾化喷嘴11不开启，转炉烟气在熄火塔3中通过重力沉降的方式去除大颗粒烟尘，然后依次进入余热回收装置4换热和陶瓷纤维过滤器6中精除尘，从而达到高效回收烟气显热的目的；若烟气中的氧含量和一氧化碳含量能够引起爆炸，则控制器控制雾化喷嘴11开启，向熄火塔3中喷入大量水雾，同时控制器控制第一切换站5换向，将熄火塔3中熄火冷却的烟气直接导入到陶瓷纤维过滤器6中，陶瓷纤维过滤器6通过孔隙过滤的方式对烟气进行除尘，环保的同时还避免了传统静电除尘器放电易引起煤气泄爆的问题，使生产更安全、更顺畅；经过陶瓷纤维过滤器6过滤的烟气中粉尘含量达到排放要求后，第二切换站8则根据烟气成分检测结果来控制烟气的流向，实现烟气管路与煤气回收管路和烟气放散管路的通断切换。

具体的，所述余热回收装置4为单锅筒自然循环立式锅炉，其内部由下至上依次设置有蒸发器一、蒸发器二和省煤器，且转炉烟气在余热回收装置4内从下至上流动，分别与不同温度段的烟气进行热交换，最终达到经济、高效回收烟气中余热的目的。优化的，所述蒸发器一和蒸发器二为火管锅炉结构，所述省煤器为蛇形管束受热面的结构，采用“火管+蛇形管”组合的形式，进一步提高了余热回收装置4的热回收效率。而为了保证余热回收过程更加安全、顺畅，所述蒸发器一和蒸发器二之间，蒸发器二和省煤器之间分别设有检修门和防爆门。

所述陶瓷纤维过滤器6包括集尘器、陶瓷纤维管以及用于对陶瓷纤维管的滤面进行反吹的反吹组件，所述陶瓷纤维管安装到集尘器的孔板上进行固定，所述反吹组件根据陶瓷纤维管上灰尘附着产生的压力变化定期进行反吹，以减少灰尘的附着，提高陶瓷纤维管的过滤效率，该反吹组件为本领域常规技术，其具体结构此处不再赘述。所述陶瓷纤维管为陶瓷纤维制成的具有高孔隙率、高的粉尘去除率和耐高温、抗腐蚀性能的管道，含尘烟气通过陶瓷纤维管壁面的孔隙时产生过滤效果；该陶瓷纤维管一端封闭、一端开口，开口端通常设置有法兰，陶瓷纤维管的内径通常在80～140mm之间，外径在120～180mm之间，开口端法兰的直径通常在165～225mm之间，总长度通常在1500～5000mm之间，集尘器的孔板直径大于陶瓷纤维管本体的外径而小于开口端法兰的外径。为了达到较好的除尘和清灰效果，转炉烟气从陶瓷纤维过滤器6的下方流入，上方流出。

进一步的，所述熄火塔3、余热回收装置4和陶瓷纤维过滤器6底部均设置有灰仓(图中未标示)，用于排泄熄火塔3、余热回收装置4和陶瓷纤维过滤器6中产生的灰尘；优化的，可在灰仓上设置锁气式阀门，以避免泄灰时空气进入系统管道中。

所述煤气回收管路上连接煤气柜9，所述烟气放散管路上连接放散烟囱10，当烟气中CO体积含量大于20%且氧气体积含量小于1%时，则通过第二切换站8将烟气引入煤气回收管路，通过煤气柜9进行回收利用，而在其余情况下则使烟气进入烟气放散管路，通过放散烟囱10进行烟气排放；优化的，在放散烟囱10的出口处设置点火装置，可以将进入放散烟囱10出口处的烟气点燃后排空，以避免低浓度煤气直排对环境的不良影响。

本实施例还提供了采用上述的转炉烟气除尘及余热回收系统进行转炉烟气除尘及余热回收的方法，包括如下步骤：

(1)在转炉1冶炼时，开启引风机7，通过引风机7的抽吸力将转炉1产生的烟气抽入汽化冷却烟道2，并进行辐射换热，使烟气冷却降温至800～1000℃，同时通过气体成分检测仪12检测汽化冷却烟道2内烟气中的氧含量和一氧化碳含量。

进一步优化的，在转炉1上部与汽化冷却烟道2之间设置烟罩，在转炉冶炼初期约0～100秒左右的时间内，将烟罩适当上提，以使更多的空气进入转炉1上部并发生燃烧反应，并与冶炼产生的煤气发生燃烧反应生成二氧化碳，包含大量二氧化碳的烟气进入管道内可以对管道内的空气进行吹扫，避免管道内残留的空气与后续产生的高浓度煤气混合而发生爆燃。

(2)汽化冷却烟道2内转炉烟气进入熄火塔3，根据气体成分检测仪检测结果，若转炉烟气中的氧体积含量和一氧化碳体积含量不在设定值范围内，其设定值具体为CO≥9%且O₂≥6%，则熄火塔3中雾化喷嘴11不开启，转炉烟气在熄火塔3内通过重力沉降的方式将大颗粒烟尘除去；然后转炉烟气进入余热回收装置4换热，进一步回收转炉烟气中余热，换热后的转炉烟气通过第一切换站5进入陶瓷纤维过滤器6进行精除尘。

(3)汽化冷却烟道2内转炉烟气进入熄火塔3,根据气体成分检测仪12检测结果，若转炉烟气中的氧体积含量和一氧化碳体积含量在设定值范围内，其设定值具体为CO≥9%且O₂≥6%，则熄火塔3中雾化喷嘴11开启，向熄火塔2中喷入大量水雾，而雾化喷嘴11的喷水流量可根据转炉烟气温度和流量进行调节，使得转炉烟气冷却至200～300℃，然后冷却后的转炉烟气直接通过第一切换站5进入陶瓷纤维过滤器6进行精除尘。

(4)转炉烟气在陶瓷纤维过滤器6中精除尘后，转炉烟气中颗粒物的含量达到低于10mg/m³，之后转炉烟气通过引风机7引至第二切换站8，根据气体成分检测仪12检测结果，若转炉烟气为合格煤气，即转炉烟气中CO体积含量大于20%且氧气体积含量小于1%，则将转炉烟气切换到煤气回收管路上进行煤气回收；若转炉烟气为不合格煤气，则将转炉烟气切换到烟气放散管路上进行放散处理，通过放散烟囱10出口设置的点火装置，一直处于点火状态，使低热值烟气经过放散烟囱10出口时被点燃排空。

综上所述，本发明提供的这种转炉烟气除尘及余热回收系统通过消除转炉烟气爆炸发生的一个或几个条件来全面控制爆炸事故的发生，为转炉烟气余热的安全回收提供保障；而且在转炉烟气处于爆炸极限范围内时，熄火塔通过喷水降温的方式，彻底熄灭烟气中的火种；在转炉烟气处于爆炸极限范围外时，熄火塔通过重力沉降的方式去除烟气中的大颗粒烟尘，降低烟气中粉尘含量，为后续余热回收装置积灰和精除尘减轻压力，防止余热回收装置换热效率急剧降低。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转炉烟气除尘及余热回收系统，其特征在于：包括通过管道依次相连的汽化冷却烟道、熄火塔、余热回收装置、第一切换站、陶瓷纤维过滤器、引风机和第二切换站，所述汽化冷却烟道内设有气体成分检测仪，所述熄火塔内设有雾化喷嘴，所述熄火塔的出气口分两支路分别连接余热回收装置和第一切换站，所述第二切换站的出气口分别连接煤气回收管路和烟气放散管路，所述气体成分检测仪、雾化喷嘴、第一切换站、第二切换站均外接控制器。

2.如权利要求1所述的转炉烟气除尘及余热回收系统，其特征在于：所述余热回收装置为单锅筒自然循环立式锅炉，其内部由下至上依次设置有蒸发器一、蒸发器二和省煤器，且转炉烟气在余热回收装置内从下至上流动。

3.如权利要求2所述的转炉烟气除尘及余热回收系统，其特征在于：所述蒸发器一和蒸发器二为火管锅炉结构，所述省煤器为蛇形管束受热面的结构。

4.如权利要求2所述的转炉烟气除尘及余热回收系统，其特征在于：所述蒸发器一和蒸发器二之间，蒸发器二和省煤器之间分别设有检修门和防爆门。

5.如权利要求1所述的转炉烟气除尘及余热回收系统，其特征在于：所述陶瓷纤维过滤器包括集尘器、陶瓷纤维管以及用于对陶瓷纤维管的滤面进行反吹的反吹组件，所述陶瓷纤维管安装到集尘器的孔板上，所述陶瓷纤维管为耐高温的陶瓷纤维制成的一端封闭的管道；转炉烟气在陶瓷纤维过滤器内从下至上流动。

6.如权利要求1所述的转炉烟气除尘及余热回收系统，其特征在于：所述熄火塔、余热回收装置和陶瓷纤维过滤器底部均设置有灰仓。

7.如权利要求1所述的转炉烟气除尘及余热回收系统，其特征在于：所述煤气回收管路上连接煤气柜，所述烟气放散管路上连接放散烟囱，所述放散烟囱出口设置有点火装置。

8.采用如权利要求1～7任一项所述的转炉烟气除尘及余热回收系统进行转炉烟气除尘及余热回收的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)在转炉冶炼时，开启引风机，通过引风机的抽吸力将转炉产生的烟气抽入汽化冷却烟道，并进行辐射换热，使烟气冷却降温至800～1000℃，同时通过气体成分检测仪检测汽化冷却烟道内烟气中的氧含量和一氧化碳含量；

2)汽化冷却烟道内转炉烟气进入熄火塔，根据气体成分检测仪检测结果，若转炉烟气中的氧体积含量和一氧化碳体积含量不在设定值范围内，则熄火塔中雾化喷嘴不开启，转炉烟气在熄火塔内通过重力沉降的方式将大颗粒烟尘除去；然后转炉烟气进入余热回收装置换热，换热后的转炉烟气通过第一切换站进入陶瓷纤维过滤器；

3)汽化冷却烟道内转炉烟气进入熄火塔,根据气体成分检测仪检测结果，若转炉烟气中的氧体积含量和一氧化碳体积含量在设定值范围内，则熄火塔中雾化喷嘴开启，向熄火塔中喷入大量水雾，将转炉烟气冷却至200～300℃，然后冷却后的转炉烟气直接通过第一切换站进入陶瓷纤维过滤器；

4)转炉烟气在陶瓷纤维过滤器中精除尘后，通过引风机引至第二切换站，根据气体成分检测仪检测结果，若转炉烟气为合格煤气，则将转炉烟气切换到煤气回收管路上进行煤气回收；若转炉烟气为不合格煤气，则将转炉烟气切换到烟气放散管路上进行放散处理。

9.如权利要求8所述的转炉烟气除尘及余热回收方法，其特征在于：所述氧含量和一氧化碳体积含量的设定值为CO≥9%且O₂≥6%。

10.如权利要求8所述的转炉烟气除尘及余热回收方法，其特征在于：所述转炉上部与所述汽化冷却烟道之间设置烟罩，在转炉冶炼初期，上提所述烟罩，使更多的空气进入转炉上部并与冶炼产生的煤气发生燃烧反应，形成以二氧化碳为主的烟气进入管道并对管道内的空气进行吹扫。