CN109880961B - 转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁冶金生产技术领域，尤其涉及一种转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统和方法。收集来自炼钢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，当检测到烟气中CO体积浓度低于40％时，将烟气通入气基还原竖炉中还原含铬全钒钛球团矿，从所述气基还原竖炉中出来的烟气经过余热回收、除杂干燥处理后，存储到储气柜中供用户使用。本发明的系统充分利用钢企中的副产资源，将转炉烟气利用在钒钛磁铁矿的还原工艺上，大幅降低生产成本，缩短生产周期，提高生产效率，实现节能减排，资源综合利用的大循环。

Description

转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统和方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金生产技术领域，尤其涉及一种转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统和方法。

背景技术

全钒钛磁铁矿的冶炼，目前高炉-转炉工艺对高钛渣带来的一系列难题尚不能很好的解决，对其中的有价组元也不能很好的利用。因此需要以全钒钛磁铁矿高效冶炼为目标，对全钒钛球团矿的金属化还原、有价组元的高效分离的气基直接还原新工艺进行研究。

竖炉的气基直接还原相较于传统的煤基更为节能减排，同时避免了煤炭对钛渣的污染而降低了TiO₂的品位。目前技术上包括天然气-竖炉和煤制气-竖炉直接还原钒钛磁铁矿，该工艺除了对球团要求较高的机械强度、较低的低温粉化率和还原膨胀率，还要求较高的还原气温度，但煤制气和天然气除了设备投资高、还原气的成本高，达到较高的还原气温度还需要消耗大量的燃料，燃烧效率低导致生产成本居高不下，急需新的思路打破生产僵局。

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。日本是全世界煤气资源利用率最高的国家之一，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。转炉烟气中CO的浓度和热值均较高，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，有必要对烟气进行资源化综合回收利用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了提高对转炉烟气的资源化综合利用率、减少资源浪费和节省冶金企业的生产成本，本发明提供了一种转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统和方法，将由炼钢转炉释放的高温烟气收集、处理后进行全钒钛球团的还原，还原后的烟气还可以继续处理利用。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，用于研究转炉烟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：

本发明提供一种转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合方法，包括：

收集来自炼钢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，当检测到烟气中CO体积浓度低于40％时，将烟气通入气基还原竖炉中还原含铬全钒钛球团矿，从所述气基还原竖炉中出来的烟气经过余热回收、除杂干燥处理后，存储到储气柜中供用户使用；

当检测到烟气中CO体积浓度不低于40％时，将烟气直接进行余热回收、除尘除杂处理后，存储到转炉煤气柜中供用户使用。

本发明还提供一种转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统，包括：

烟气处理装置、气基还原竖炉和烟气回收处理装置；

所述烟气处理装置包括转炉烟罩和CO浓度自动检测器，所述转炉烟罩收集来自炼钢转炉顶部排出的高温烟气，并将高温烟气通入CO浓度自动检测器，经CO浓度自动检测器检测后，根据检测结果，通过所述CO浓度自动检测器上的开关阀门，将高温烟气通入气基还原竖炉或余热及转炉烟气回收系统。

进一步地，所述烟气处理装置还包括高温旋风除尘器，所述高温旋风除尘器的左上方通过汽化降温烟道与转炉烟罩的顶部连接，所述高温旋风除尘器的顶部通过烟气通道与CO浓度自动检测器连接；

炼钢转炉顶部排出的高温烟气经过转炉烟罩收集并通过汽化降温烟道降温进入高温旋风除尘器，由高温旋风除尘器将烟气中的烟尘降低后，送入CO浓度自动检测器中，并由所述的CO浓度自动检测器对烟气中CO浓度进行检测。

进一步地，所述烟气回收处理装置包括第一对流换热器、蓄热器和煤气柜；

高温烟气进入第一对流换热器，通过换热回收高温烟气的一部分热能，第一对流换热器中的过热水蒸汽储存至蓄热器中，从第一对流换热器出来的烟气变为低温烟气，经除杂干燥处理后，存储至煤气柜中供使用。

进一步地，所述烟气回收处理装置还包括第一余热锅炉和蒸汽冷凝发电机组，所述第一余热锅炉的一侧与蒸汽冷凝发电机组连接，所述第一余热锅炉还与蓄热器串联连接，蓄热器起到稳定第一余热锅炉对蒸汽冷凝发电机组供气压力平衡的作用；其中，蓄热器和第一余热锅炉内的水蒸汽通入蒸汽发电机组进行蒸汽发电。

进一步地，所述烟气回收处理装置还包括净化干燥器，从对流换热器出来的低温烟气进入净化干燥器进行深度净化除杂和干燥后，通入煤气柜。

进一步地，所述烟气回收处理装置还包括压缩机，所述压缩机的一端连接有净化干燥器，另一端与煤气柜连接，经净化干燥器除杂干燥后的低温烟气先由压缩机压缩，后通入煤气柜供用户使用。

进一步地，所述对流换热器连接有冷水塔，通过冷水塔向对所述流换热器提供冷水，以与高温烟气热交换吸收其的物理显热。

进一步地，所述蒸汽发电机组发电后产生的冷却水返回至对流换热器中，以吸收高温烟气的物理显热，或者通入冷水塔对烟气进行湿法除尘处理。

进一步地，所述气基还原竖炉的内径为80～90mm，反应区高300～400mm。

进一步地，所述余热及转炉烟气回收系统包括第二对流换热器、第二余热锅炉、蒸汽发电机组和烟气柜；高温烟气进入第二对流换热器通过换热回收高温烟气的一部分热能，接着通入第二余热锅炉再次回收部分热能；从第二余热锅炉出来的烟气变为低温烟气，经除尘和除杂处理后，存储至烟气柜中供使用；其中第二对流换热器和第二余热锅炉产生的水蒸汽通入蒸汽发电机组进行蒸汽发电；

其中，所述第二对流换热器中包括烟气-水换热过程，并加热后的水或水蒸汽通过管道通入第二余热锅炉内；所述蒸汽发电机组发电后产生的冷却水返回至第二对流换热器中，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；

第二余热锅炉还与蒸汽蓄热塔串联连接，蒸汽蓄热塔起到对第二余热锅炉内的蒸汽进行补充和储存的作用。

(三)有益效果

本发明提供一种转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统和方法，收集来自炼钢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，当检测到烟气中CO体积浓度低于40％时，将烟气通入气基还原竖炉中还原含铬全钒钛球团矿，从所述气基还原竖炉中出来的烟气经过余热回收、除杂干燥处理后，存储到储气柜中供用户使用。

本发明的方法具有以下优点：

1)充分利用钢企中的副产资源，实现节能减排，资源综合利用的大循环；

2)设备改造成本低，不必配备造价昂贵、操作复杂的煤制气设备，也无需消耗大量昂贵的天然气，大大节省了原料成本；

3)节省了生产成本，还原炉气(即烟气)本身就是高温，无需额外燃料点燃和升高反应温度，节省了大量原需提高还原气温度所带来的能源消耗；

4)生产符合节能减排和竖炉生产的要求，烟气中没有复杂的、有害的、影响生产流程的物质，还原过程只有单一的高品位球团炉料，没有焦炭和造渣物的混入，生产效果能达到一般的气基竖炉还原钒钛矿的基本水平和产品要求；

5)还原反应进行过程快，缩短了生产周期，大大提高了生产效率，同时有效地避免了炉料出现软熔黏结的现象；

6)相比于煤制气和天然气，本发明操作简单且安全性高，进入气基还原竖炉的烟气温度可在入炉前控制，且易控制一个适宜的温度范围内，同时不会影响转炉的正常生产；

7)还原反应产生的烟气具有相当高的物理热和丰富的混合气资源(CO₂和N₂)，仍具有资源化利用的价值。

附图说明

图1为本发明提供的转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统的工艺流程图；

图2为本发明提供的转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统的装置图。

【附图标记说明】

1：炼钢转炉；2：转炉烟罩；3：汽化降温烟道；4：高温旋风除尘器；5：CO浓度自动检测器；6：气基还原竖炉；7：第一对流换热器；8：蓄热器；9：第一余热锅炉；10：蒸汽冷凝发电机组；11：净化干燥器；12：压缩机；13：储气柜；

02：余热及转炉烟气回收系统；A1：第二对流换热器；A2：蒸汽蓄热塔；A3:第二余热锅炉；A4:烟气柜；A5：蒸汽发电机组。

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：

通过利用炼钢转炉产生的高温(1400℃～1600℃)烟气，经汽化降温和高温旋风除尘后，将CO浓度小于40％的烟气通入气基还原竖炉。其中，气基还原竖炉内设置有待还原的含铬全钒钛球团矿，从气基还原竖炉中出来的烟气经过余热回收、除杂干燥处理后，存储到储气柜中供用户使用。其中，炼钢转炉产生的烟气中含有CO、CO₂和N₂，经气基还原竖炉后出来的烟气中只含有CO₂和N₂。

如图1、2所示，分别为本发明提供的转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统的工艺流程图及其装置示意图。

本实施方式包括一种转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统，其包括：

炼钢转炉1、转炉烟罩2、汽化降温烟道3、高温旋风除尘器4、CO浓度自动检测器5、气基还原竖炉6、第一对流换热器7、蓄热器8、第一余热锅炉9、蒸汽冷凝发电机组10、净化干燥器11、压缩机12和储气柜13。

其中，炼钢转炉1的顶部设置有转炉烟罩2，转炉烟罩2用于收集从炼钢转炉1释放的高温(1400℃～1600℃)烟气，高温烟气首先经汽化降温烟道3进行控温降温操作，把温度降低至900～1100℃，再通入高温旋风除尘器4进行高温除尘，将烟尘从30～100g/Nm³降低至5～10g/Nm³，然后烟气从高温旋风除尘器4的正上方(顶部)引入烟道中，后经过CO浓度自动检测器5对烟气中CO浓度进行实时检测。

当烟气中CO浓度低于40％时，打开CO浓度自动检测器5上的阀门，烟气通过烟道通入至气基还原竖炉6中，与气基还原竖炉6中的待还原的含铬全钒钛球团矿进行还原反应，待反应结束，烟气从气基还原竖炉6的出气口引入至第一对流换热器7中，并对第一对流换热器7中的循环水进行加热，第一对流换热器7中过热水蒸汽储存至蓄热器8中，蓄热器8与第一余热锅炉9相连，第一余热锅炉9的一侧与蒸汽冷凝发电机组10连接，起到稳定第一余热锅炉9对蒸汽冷凝发电机组10供气压力平衡的作用。其中，蓄热器8和第一余热锅炉9内的水蒸汽通入蒸汽冷凝发电机组10进行蒸汽发电。

从第一对流换热器7被循环换热降温(70～120℃)后出来的烟气通入至净化干燥塔11中，经过深度净化除杂和干燥后，由压缩机12压缩储存至储气柜13中，以接受变压吸附分离或直接利用等其他资源化处理。

进一步地，第一对流换热器7连接有冷水塔，通过冷水塔向第一对流换热器7提供冷水，以与高温烟气热交换吸收其的物理显热。

进一步地，蒸汽冷凝发电机组10发电后产生的冷却水返回至第一对流换热器7中，以吸收高温烟气的物理显热，或者通入冷水塔对烟气进行湿法除尘处理。

进一步地，气基还原竖炉6内径为80～90mm，反应区高300～400mm。

进一步地，含铬全钒钛球团矿的原料来自于红格地区的含铬钒钛磁铁矿，其中，钒钛磁铁矿中的TFe含量按质量百分比为53％～57％，TiO₂含量为10％～12％，Cr₂O₃含量为0.3％～0.6％，V₂O₅含量为0.9％～1.4％，MgO含量为2.5％～4％，CaO含量为0.5％～1.0％，SiO₂含量为1％～3％。

当烟气中CO浓度不低于40％时，根据CO浓度自动检测器5上的阀门，烟气通入余热及转炉烟气回收系统02。余热及转炉烟气回收系统02包括第二对流换热器A1、第二余热锅炉A3、蒸汽发电机组A5和烟气柜A4；高温烟气进入第二对流换热器A1通过换热回收高温烟气的一部分热能，接着通入第二余热锅炉A3再次回收部分热能；从第二余热锅炉A3出来的烟气变为低温烟气，经除尘和除杂处理后，存储至烟气柜A4中供使用；其中第二对流换热器A1和第二余热锅炉A3产生的水蒸汽通入蒸汽发电机组A5进行蒸汽发电。

其中，第二对流换热器A1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第二余热锅炉A3内；蒸汽发电机组A5发电后产生的冷却水返回至第二对流换热器A1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；

第二余热锅炉A3还与蒸汽蓄热塔A2串联连接，蒸汽蓄热塔A2起到对第二余热锅炉A3内的蒸汽进行补充和储存的作用。

以下实施例是将高温烟气在气基还原竖炉对含铬全钒钛球团矿进行还原过程，通过控制相同反应时间测还原率的方式体现缩短生产周期和提高生产率的效果。

实施例1

将炼钢转炉产生的高温烟气(1400℃)经过汽化降温和高温旋风除尘后，烟气温度降低至900℃，烟尘从100g/Nm³降低至10g/Nm³。经过CO浓度自动检测器，烟气中CO的浓度为20％，烟气以2.5L/min的速率通入气基还原竖炉中，与气基还原竖炉内的含铬全钒钛球团矿进行30min的还原反应，待反应结束，烟气从气基还原竖炉的出气口引入至对流换热器，进行下一步处理。测得含铬全钒钛球团矿的还原率为68.34％。

实施例2

将炼钢转炉产生的高温烟气(1500℃)经过汽化降温和高温旋风除尘后，烟气温度降低至950℃，烟尘从80g/Nm³降低至8g/Nm³。经过CO浓度自动检测器，烟气中CO的浓度为30％，烟气以3L/min的速率通入气基还原竖炉中，与气基还原竖炉内的含铬全钒钛球团矿进行30min的还原反应，待反应结束，烟气从气基还原竖炉的出气口引入至对流换热器，进行下一步处理。测得含铬全钒钛球团矿的还原率为77.21％。

实施例3

将炼钢转炉产生的高温烟气(1600℃)经过汽化降温和高温旋风除尘后，烟气温度降低至1000℃，烟尘从60g/Nm³降低至5g/Nm³。经过CO浓度自动检测器，烟气中CO的浓度为40％，烟气以4L/min的速率通入气基还原竖炉中，与气基还原竖炉内的含铬全钒钛球团矿进行30min的还原反应，待反应结束，烟气从气基还原竖炉的出气口引入至对流换热器，进行下一步处理。测得含铬全钒钛球团矿的还原率为92.34％。

对比例1

将含有CO浓度为40％，N₂浓度为60％的气体加热至1000℃后，以4L/min的速率通入气基还原竖炉中，与气基还原竖炉内的含铬全钒钛球团矿进行30min的还原反应，待反应结束，烟气从气基还原竖炉的出气口引入至对流换热器，进行下一步处理。测得含铬全钒钛球团矿的还原率为86.34％。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统，其特征在于，包括：转炉烟罩(2)、高温旋风除尘器(4)、CO浓度自动检测器(5)、气基还原竖炉(6)和烟气回收处理装置；

转炉烟罩(2)收集来自炼钢转炉顶部排出的高温烟气，经过高温旋风除尘器(4)将除尘后的高温烟气通入CO浓度自动检测器(5)；

当CO浓度自动检测器(5)检测到烟气中CO体积浓度低于40％时，CO浓度自动检测器(5)上的阀门导通高温旋风除尘器(4)上方烟道和气基还原竖炉(6)，将烟气通入气基还原竖炉(6)中还原含铬全钒钛球团矿，从所述气基还原竖炉(6)中出来的烟气进入烟气回收处理装置，经过余热回收、除杂干燥处理后，存储到储气柜中供用户使用；

当CO浓度自动检测器(5)检测到烟气中CO体积浓度不低于40％时，CO浓度自动检测器(5)上的阀门导通高温旋风除尘器(4)上方烟道和余热及转炉烟气回收系统(02)，将烟气直接进行余热回收、除尘除杂处理后，存储到转炉煤气柜中供用户使用。

2.根据权利要求1所述的转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统，其特征在于，所述高温旋风除尘器(4)的左上方通过汽化降温烟道(3)与转炉烟罩(2)的顶部连接，高温旋风除尘器(4)的顶部通过烟气通道与CO浓度自动检测器(5)连接；

炼钢转炉顶部排出的高温烟气经过转炉烟罩(2)收集并通过汽化降温烟道(3)降温进入高温旋风除尘器(4)，由高温旋风除尘器(4)将烟气中的烟尘降低后，送入CO浓度自动检测器(5)中，并由所述的CO浓度自动检测器(5)对烟气中CO浓度进行检测。

3.根据权利要求2所述的转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统，其特征在于，所述烟气回收处理装置包括第一对流换热器(7)、蓄热器(8)和煤气柜(13)；

高温烟气进入第一对流换热器(7)，通过换热回收高温烟气的一部分热能，第一对流换热器(7)中的过热水蒸汽储存至蓄热器(8)中，从第一对流换热器(7)出来的烟气变为低温烟气，经除杂干燥处理后，存储至煤气柜(13)中供使用。

4.根据权利要求3所述的转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统，其特征在于，所述烟气回收处理装置还包括第一余热锅炉(9)和蒸汽冷凝发电机组(10)，第一余热锅炉(9)的一侧与蒸汽冷凝发电机组(10)连接，第一余热锅炉(9)还与蓄热器(8)串联连接，蓄热器(8)起到稳定余热锅炉(9)对蒸汽冷凝发电机组(10)供气压力平衡的作用；其中蓄热器(8)和第一余热锅炉(9)内的水蒸汽通入蒸汽冷凝发电机组(10)进行蒸汽发电。

5.根据权利要求4所述的转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统，其特征在于，所述烟气回收处理装置还包括净化干燥器(11)，从对流换热器(7)出来的低温烟气进入净化干燥器(11)进行深度净化除杂和干燥后，通入煤气柜(13)。

6.根据权利要求5所述的转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统，其特征在于，所述烟气回收处理装置还包括压缩机(12)，压缩机(12)的一端连接有净化干燥器(11)，另一端与煤气柜(13)连接，经净化干燥器(11)除杂干燥后的低温烟气先由压缩机(12)压缩，后通入煤气柜(13)供用户使用。

7.根据权利要求6所述的转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统，其特征在于，所述第一对流换热器(7)连接有冷水塔，通过冷水塔向第一对流换热器(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7所述的转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统，其特征在于，所述蒸汽冷凝发电机组(10)发电后产生的冷却水返回至第一对流换热器(7)中，以吸收高温烟气的物理显热，或者通入冷水塔对烟气进行湿法除尘处理。

9.根据权利要求1所述的转炉烟气处理和还原全钒钛球团的复合系统，其特征在于，所述气基还原竖炉的内径为80～90mm，反应区高300～400mm。

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