CN109837358A - 一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统和方法 - Google Patents

一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种炼钢烟气自循环复合吹炼方法，所述方法为：收集来自炼钢转炉或提钒转炉顶部排出的烟气，经除尘处理后，对烟气中CO浓度进行实时检测，以CO浓度是否超过40％作为判断标准：当体积浓度超过40％时，将烟气进行余热回收和除尘除杂处理后，存储到煤气柜中供使用；当CO体积浓度不超过40％时，将烟气通入自循环烟道，即：高温烟气压缩处理后，再从炼钢转炉或提钒转炉的顶部和底部吹入转炉内，对转炉内起到搅拌、除碳、氧化造渣或氧化提钒的作用，同时对循环富集了有价成分的烟气继续资源化处理。本发明改造成本低，喷吹气氛稳定，温度高，节省冶炼能耗，可不断循环富集CO和CO2，同时放宽中段煤气回收成分的临界值，提高煤气的热值及有效回收量、降低碳排放量。

Description

一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统和方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金生产领域，特别是关于一种炼钢烟气的循环处理系统和方法。
背景技术
钢铁企业是以煤为主的能源结构，生产过程中产生副产煤气在多数企业中的约占企业总能耗的比例达30％，甚至有的企业高达40％以上。
钢铁工业生产用总能约有70％会转换为二次能源(包括副产煤气)，但我们尚有30％左右的二次能源没有得到充分回收利用。目前，我们产品显热回收率为50.4％，烟气显热回收率在14.92％，钢铁工业余热回收率在25.8％(其中：高温余热回收率在44.4％，中温余热回收率在30.2％，低温余热回收率在1％)。
日本是全世界煤气资源利用率最高的国家之一，奥地利、韩国、德国等国家在这方面也都是做的非常到位，而我国目前多数企业平均煤气回收率低、消耗量大且放散严重，对于转炉炼钢过程，煤气回收量一般可达100～110Nm3/t·s，但热值较低(一般约1700×4.186KJ/Nm3)，这也是我国钢铁工业吨钢能耗和各重点工序的能耗高于世界工业发达国家的原因之一。转炉炉气的成分CO浓度和热值均较高，但放散率也较高，其物理热及化学潜热所带来的价值每年损失重大，有必要对放散炉气进行资源化综合利用。
冶金行业CO2的资源化应用，CO2的搅拌作用、控温作用及稀释作用对转炉炼钢过程有非常显著的效果。传统转炉吹炼主要是顶底复合吹氧气、氩气进行氧化吹炼和搅拌等过程，但其成本太高，气体消耗量大且不易回收，喷吹转炉底部的常温气体温度较低，还会消耗大量炉内热量，反应效率低等问题。目前，转炉炼钢过程中头尾段产生的转炉产气量很大，且温度高，成分中含有CO 20～40％，CO2 20～30％，剩余成分主要为氮气，具有非常高的物理显热和化学潜热，但经一般的煤气回收过程，其成分中CO浓度不高、达不到回收标准、回收经济效益较低，因此主要是对余热进行回收后进行放散处理，造成能源及资源浪费的同时，也带来了大量的碳排放，不符合低碳冶金和循环冶金的倡导。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了提高对转炉放散煤气的资源化综合利用率、减少资源浪费和碳排放、节省冶金企业的生产成本，本发明提供了一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统和方法，将炼钢烟气加压后从顶部和底部吹入炼钢转炉或提钒转炉中，对转炉内部起到搅拌、除碳、氧化造渣、氧化提钒等物理化学作用。本发明的系统既可以用于实际生产，也可依次做成实验装置模型，用于研究转炉放散煤气的资源化利用相关的课题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种炼钢烟气自循环复合吹炼方法，其包括：
收集来自炼钢转炉或提钒转炉顶部排出的高温烟气，经除尘处理后，对烟气中CO浓度进行实时检测，根据CO浓度检测结果是否超过40％作为判断标准：
当检测到烟气中CO体积浓度超过40％时，将烟气进行余热回收、除尘除杂处理后，存储到煤气柜中供用户使用；
当检测到烟气中CO体积浓度不超过40％时，将烟气通入自循环烟道：即将高温烟气压缩处理后，从所述炼钢转炉或提钒转炉的顶部和顶部和底部吹入到转炉内，对转炉内部起到搅拌、除碳、氧化造渣或氧化提钒的作用。
本发明还提供一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统，其包括：
主烟道(A)，收集来自炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)顶部排出的高温烟气，在所述主烟道(A)上设有切换阀(B)，所述切换阀(B)带有CO浓度自动检测器(10)；所述主烟道(A)通过所述切换阀(B)连接第一分支烟道(A1)和第二分支烟道(A2)；
所述第一分支烟道(A1)将高温烟气回送到炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)，并从所述炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)的顶部和底部吹入转炉内；所述第二分支烟道(A2)将高温烟气送入余热及煤气回收系统(02)，在余热及煤气回收系统(02)中对高温烟气的余热和CO进行回收；
其中，所述切换阀(B)根据CO浓度自动检测器(10)检测通过所述切换阀(B)的烟气中CO的浓度值来决定导通方向，实现主烟道(A)与第一分支烟道(A1)的导通或所述主烟道(A)与第二分支烟道(A2)的导通。
根据本发明一个较佳实施例，其中，还包括烟罩(2)和高温旋风除尘器(3)，高温旋风除尘器(3)的上部连接所述主烟道(A)；所述烟罩(2)罩设于炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)的顶部，将炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)的顶部排出的烟气通过烟罩(2)收集并通入到高温旋风除尘器(3)，由高温旋风除尘器(3)将烟气中的烟尘降低后，送入所述主烟道(A)中，并由所述的CO浓度自动检测器(10)对通过切换阀(B)的烟气中CO浓度进行检测。
具体地，当CO浓度自动检测器(10)检测到通过所述切换阀(B)的烟气中CO体积百分浓度超过40％时，此时切换阀(B)将所述主烟道(A)与第二分支烟道(A2)导通；反之，当CO浓度自动检测器(10)检测到通过所述切换阀(B)的烟气中CO体积百分浓度不超过40％时，切换阀(B)将所述主烟道(A)与第一分支烟道(A1)导通。
根据本发明一个较佳实施例，其中，所述第一分支烟道(A1)连接有压缩机和喷枪，将高温烟气先进行压缩，然后使用喷枪将高温烟气吹入炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)的顶部和底部，对转炉内部起到搅拌、除碳、氧化造渣或氧化提钒的作用；而从炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)顶部排出的高温烟气又被收集并通入高温旋风除尘器(3)进行高温除尘。
根据本发明一个较佳实施例，其中，所述余热及煤气回收系统(02)包括:对流换热器(7)、余热锅炉(8)、蒸汽发电机组(15)和煤气柜(9)；高温烟气进入对流换热器(7)通过换热回收高温烟气的一部分热能，接着通入余热锅炉(8)再次回收部分热能；从余热锅炉(8)出来的烟气变为低温烟气，经除尘和除杂处理后，存储至煤气柜(9)中供使用；其中对流换热器(7)和余热锅炉(8)产生的水蒸汽通入蒸汽发电机组(15)进行蒸汽发电。
根据本发明一个较佳实施例，其中，所述余热及煤气回收系统(02)中，对流换热器(7)中包括烟气-水换热过程，并加热后的水或水蒸汽通过管道通入余热锅炉(8)内。
根据本发明一个较佳实施例，其中，所述对流换热器(7)连接有冷水塔，通过冷水塔向对流换热器(7)提供冷水，以与高温烟气热交换吸收其的物理显热。
根据本发明一个较佳实施例，其中，所述余热及煤气回收系统(02)中，余热锅炉(8)还与蒸汽储蓄塔(4)串联连接，蒸汽储蓄塔(4)起到对余热锅炉(8)内的蒸汽进行补充和储存的作用。
根据本发明一个较佳实施例，其中，所述余热及煤气回收系统(02)中，所述蒸汽发电机组(15)发电后产生的冷却水返回至对流换热器(7)中，以吸收高温烟气的物理显热，或者通入冷水冲淋塔对烟气进行湿法除尘处理。
(三)有益效果
本发明提供一种炼钢烟气自循环复合吹炼方法和系统，利用转炉产生的高温(1400℃～1600℃)烟气，经过高温旋风除尘后，将粉尘从30～100g/Nm3降低至5～10g/Nm3，经CO浓度自动检测器判断烟气成分，将CO浓度小于40％的烟气通入自循环烟道,即将烟气压缩后用喷枪由转炉顶部和底部吹入炼钢转炉或提钒转炉中，对转炉内部起到搅拌、除碳、氧化造渣、氧化提钒等物理化学作用，转炉顶部排放的烟气又重新富集回收至烟道中、经高温旋风除尘后，再次由CO浓度自动检测器判断烟气成分并决定烟气的去向；而CO浓度自动检测器检测到烟气中CO浓度大于40％时，则通入烟气的余热及煤气回收系统,经余热回收、除尘和除杂等多工序处理后储存在煤气柜中，供用户使用。
其中，转炉提钒是含钒铁水炼钢之前先用转炉将其中的钒氧化成钒渣分离出来的铁水提钒工艺。它是众多铁水提钒工艺中被广泛采用的一种重要方法，有单渣法、双渣法和双联法，目前主要使用的是双炉双联法。
本发明的方法具有以下优点：1)改造成本低，制备工艺简洁，没有复杂的操作过程；2)喷吹气成分稳定，温度高，热能利用率高，提高冶炼效率，增强负能冶炼，大大提高钢厂效益；3)可不断自循环富集CO和CO2，同时放宽吹炼中段煤气回收成分的临界值，大大提高吹炼末段CO煤气资源的质量，解决了煤气柜储容量不足、成分较差、热值较低的问题，提高煤气回收工艺的经济效益；4)能够大大提高企业的煤气回收量、利用率，极少的烟气排放，降低了碳排放量。
附图说明
图1为本发明一个较佳实施例的炼钢烟气自循环复合吹炼系统的组成及连接关系示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明方法的整体构思为：
通过利用利用转炉产生的高温(1400℃～1600℃)烟气，经过高温旋风除尘后，将CO浓度小于40％的烟气通入自循环烟道：即经过气体压缩后、借助喷枪由炼钢转炉或提钒转炉的顶部和底部吹入转炉中，对转炉内部起到搅拌、除碳、氧化等物理化学作用，亦可借助切换阀门，将高温炉气通入提钒转炉中，对含钒铁水进行转炉吹炼。
参见图1所示，为本发明一个较佳实施例的炼钢烟气自循环复合吹炼系统的组成及连接关系示意图。
本实施例包括一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统，其包括：
炼钢转炉90、提钒转炉92、烟罩2、高温旋风除尘器3、切换阀B、切换阀B上安装的CO浓度自动检测器10、切换阀B2、对流换热器7、余热锅炉8、蒸汽储蓄塔4、煤气柜9、压缩机5、喷枪6和蒸汽发电机组15。
其中炼钢转炉90、提钒转炉92的顶部设有烟罩2，烟罩2可将炼钢转炉90、提钒转炉92释放的废烟气收集，通入高温旋风除尘器3进行高温除尘，将粉尘从30～100g/Nm3降低至5～10g/Nm3，进入主烟道A。在主烟道A上设有切换阀B，切换阀B上带有CO浓度自动检测器10，由该CO浓度自动检测器10对经过切换阀B的烟气中CO浓度进行实时检测。
当烟气中CO不超过40％时，切换阀B导通主烟道A与第一分支烟道A1，而第一分支烟道A1连接压缩机5、喷枪6、炼钢转炉90或提钒转炉92，使低含CO的高温烟气经压缩机5压缩后，借助喷枪6从炼钢转炉90或提钒转炉92的顶部和底部向炉内吹入，对炼钢转炉90内部起到搅拌、除碳、氧化等物理化学作用，亦可借助切换阀门B2，改为通入提钒转炉92中，对含钒铁水进行转炉吹炼。通入高温低含CO的烟气，相对于购买商品常温的氩气或氧气吹炉冶炼，可以节省成本和能耗。
当烟气中CO超过40％时，切换阀B导通主烟道A与第二分支烟道A2，而第二分支烟道A2连接余热及煤气回收系统02，对高温烟气的余热和CO进行回收，储存到煤气柜9中。具体地，余热及煤气回收系统02包括:对流换热器7、余热锅炉8、蒸汽发电机组15和煤气柜9。高温烟气进入对流换热器7通过气-液、气-气换热回收高温烟气的一部分热能，被预热的水通入余热锅炉8内。从对流换热器7出来的高温烟气通入余热锅炉8再次回收部分热能；从余热锅炉8出来的烟气变为低温烟气，经除尘和除杂处理(如采用湿法除尘或布袋除尘、干法除杂等装置或设备)后，存储至煤气柜9中供使用。其中对流换热器7和余热锅炉8产生的热蒸汽可通入蒸汽发电机组15进行蒸汽发电。
进一步地，对流换热器7连接有冷水塔或者蒸汽发电机组15，由冷水塔或蒸汽发电机组15向对流换热器7提供用于吸收烟气热量的冷水。
进一步地，余热锅炉8还与蒸汽储蓄塔4串联连接，蒸汽储蓄塔4起到对余热锅炉8内的蒸汽进行补充和储存的作用；蒸汽储蓄塔4也可与蒸汽发电机组15连接。
进一步地，蒸汽发电机组15发电后产生的冷却水通入冷水冲淋塔对烟气进行湿法除尘处理。
以下应用例是采用双联法将高温烟气对提钒转炉进行氧化提钒过程，根据提钒转炉的大小和钒含量确定气体流量，具体应用例如下：
应用例1
对于40t的提钒转炉，将转炉产生的高温烟气(1450℃)，经过高温旋风除尘后，将烟尘降低至5g/Nm3，经过高温CO探测器检测，将浓度小于40％的烟气经分流阀门排放至自循环系统烟道中，收集烟气至耐高温缓冲烟气柜，由喷枪将高温烟气从转炉底部及顶部分别以6000～7000Nm3/h和5000～6000Nm3/h的流量吹入转炉中，根据熔池中的钒含量，控制熔池温度在1350～1420℃的范围内，吹炼时间在9～15min，最终的钒氧化率在94～96％，钒渣含钒量在16～22％范围内，回收吹炼结束的烟气重新进入除尘及自循环系统中，重新循环利用。
应用例2
对于100t的提钒转炉，将转炉产生的高温烟气(1500℃)，经过高温旋风除尘后，将烟尘降低至5g/Nm3，经过高温CO探测器检测，将浓度小于40％的烟气经分流阀门排放至自循环系统烟道中，收集烟气至耐高温缓冲烟气柜，由喷枪将高温烟气从转炉底部及顶部分别以13000～15000Nm3/h和12000～14000Nm3/h的流量吹入转炉中，根据熔池中的钒含量，控制熔池温度在1350～1420℃的范围内，吹炼时间在10～16min，最终的钒氧化率在93～95％，钒渣含钒量在14～20％范围内,回收吹炼结束的烟气重新进入除尘及自循环系统中，重新循环利用。
应用例3
对于150t的提钒转炉，将转炉产生的高温烟气(1550℃)，经过高温旋风除尘后，将烟尘降低至5g/Nm3，经过高温CO探测器检测，将浓度小于40％的烟气经分流阀门排放至自循环系统烟道中，收集烟气至耐高温缓冲烟气柜，由喷枪将高温烟气从转炉底部及顶部分别以16000～17000Nm3/h和15000～16000Nm3/h的流量吹入转炉中，根据熔池中的钒含量，控制熔池温度在1350～1420℃的范围内，吹炼时间在11～17min，最终的钒氧化率在92～94％，钒渣含钒量在12～18％范围内,回收吹炼结束的烟气重新进入除尘及自循环系统中，重新循环利用。
应用例4
对于300t的提钒转炉，将转炉产生的高温烟气(1600℃)，经过高温旋风除尘后，将烟尘降低至5g/Nm3，经过高温CO探测器检测，将浓度小于40％的烟气经分流阀门排放至自循环系统烟道中，收集烟气至耐高温缓冲烟气柜，由喷枪将高温烟气从转炉底部及顶部分别以32000～33000Nm3/h和30000～32000Nm3/h的流量吹入转炉中，根据熔池中的钒含量，控制熔池温度在1350～1420℃的范围内，吹炼时间在12～18min，最终的钒氧化率在91～93％，钒渣含钒量在10～16％范围内,回收吹炼结束的烟气重新进入除尘及自循环系统中，重新循环利用。

Claims (9)

1.一种炼钢烟气自循环复合吹炼方法，其特征在于，包括：
收集来自炼钢转炉或提钒转炉顶部排出的高温烟气，经除尘处理后，对烟气中CO浓度进行实时检测，根据CO浓度检测结果是否超过40％作为判断标准：
当检测到烟气中CO体积浓度超过40％时，将烟气进行余热回收、除尘除杂处理后，存储到煤气柜中供用户使用；
当检测到烟气中CO体积浓度不超过40％时，将烟气通入自循环烟道：即将高温烟气压缩处理后，从所述炼钢转炉或提钒转炉的顶部和底部吹入到转炉内，对转炉内部起到搅拌、除碳、氧化造渣或氧化提钒的作用。
2.一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统，其特征在于，其包括：
主烟道(A)，收集来自炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)顶部排出的高温烟气，在所述主烟道(A)上设有切换阀(B)，所述切换阀(B)带有CO浓度自动检测器(10)；所述主烟道(A)通过所述切换阀(B)连接第一分支烟道(A1)和第二分支烟道(A2)；
所述第一分支烟道(A1)将高温烟气回送到炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)，并从所述炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)的顶部和底部吹入转炉内；所述第二分支烟道(A2)将高温烟气送入余热及煤气回收系统(02)，在余热及煤气回收系统(02)中对高温烟气的余热和CO进行回收；
其中，所述切换阀(B)根据CO浓度自动检测器(10)检测通过所述切换阀(B)的烟气中CO的浓度值来决定导通方向，实现主烟道(A)与第一分支烟道(A1)的导通或所述主烟道(A)与第二分支烟道(A2)的导通。
3.根据权利要求1所述的一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统，其特征在于，还包括烟罩(2)和高温旋风除尘器(3)，高温旋风除尘器(3)的上部连接所述主烟道(A)；所述烟罩(2)罩设于炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)的顶部，将炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)的顶部排出的烟气通过烟罩(2)收集并通入高温旋风除尘器(3)，由高温旋风除尘器(3)将烟气中的烟尘降低后，送入所述主烟道(A)中，并由所述的CO浓度自动检测器(10)对通过切换阀(B)的烟气中CO浓度进行检测。
4.根据权利要求3所述的一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统，其特征在于，所述第一分支烟道(A1)连接有压缩机和喷枪，将高温烟气先进行压缩，然后使用喷枪将高温烟气从炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)的顶部和底部吹入，对转炉内部起到搅拌、除碳、氧化造渣或氧化提钒的作用；而从炼钢转炉(90)或提钒转炉(92)顶部排出的高温烟气又被收集并通入高温旋风除尘器(3)进行高温除尘。
5.根据权利要求2-4任一项所述的一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统，其特征在于，所述余热及煤气回收系统(02)包括:对流换热器(7)、余热锅炉(8)、蒸汽发电机组(15)和煤气柜(9)；高温烟气进入对流换热器(7)通过换热回收高温烟气的一部分热能，接着通入余热锅炉(8)再次回收部分热能；从余热锅炉(8)出来的烟气变为低温烟气，经除尘和除杂处理后，存储至煤气柜(9)中供使用；其中对流换热器(7)和余热锅炉(8)产生的水蒸汽通入蒸汽发电机组(15)进行蒸汽发电。
6.根据权利要求5所述的一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统，其特征在于，所述余热及煤气回收系统(02)中，对流换热器(7)中包括烟气-水换热过程，并加热后的水或水蒸汽通过管道通入余热锅炉(8)内。
7.根据权利要求5所述的一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统，其特征在于，所述对流换热器(7)连接有冷水塔，通过冷水塔向对流换热器(7)提供冷水，以与高温烟气热交换吸收其的物理显热。
8.根据权利要求5所述的一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统，其特征在于，所述余热及煤气回收系统(02)中，余热锅炉(8)还与蒸汽储蓄塔(4)串联连接，蒸汽储蓄塔(4)起到对余热锅炉(8)内的蒸汽进行补充和储存的作用。
9.根据权利要求5所述的一种炼钢烟气自循环复合吹炼系统，其特征在于，所述余热及煤气回收系统(02)中，所述蒸汽发电机组(15)发电后产生的冷却水返回至对流换热器(7)中，以吸收高温烟气的物理显热，或者通入冷水冲淋塔对烟气进行湿法除尘处理。
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