CN110184410A - 转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统，转炉连接汽化冷却烟道，汽化冷却烟道连接蒸发冷却器，蒸发冷却器通过烟气管道依次连接多管式防爆燃阻火器、脉冲布袋除尘器、消除烟羽装置、风机、切换站和烟囱，切换站还与煤气柜连接，所述多管式防爆燃阻火器和脉冲布袋除尘器均连接气力输灰系统，所述气力输灰系统连接压缩氮气气源，所述压缩氮气气源还与蒸发冷却器、多管式防爆燃阻火器和脉冲布袋除尘器连接，所述转炉一次烟气超低排放消除烟羽的干法电袋组合除尘系统不采用静电除尘，消除静电除尘器泄爆问题，且设计防爆，防结露结构，确保烟气排放稳定达标，另外消除烟气中的水汽，降低对管道的腐蚀，并消除烟羽。
Description
技术领域
本发明涉及除尘系统，尤其涉及一种转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统。
背景技术
转炉炼钢已成为钢铁企业的主要炼钢工艺，转炉在吹炼过程中产生含一氧化碳成分为主、少量的二氧化碳和其它微量成分的气体，其中还夹带着大量氧化铁、金属铁粒、和其它细小颗粒固体尘埃，对大气及车间环境污染严重。因此，提高转炉除尘系统技术水平，有效控制和减少炼钢大气污染物排放量是当前亟待解决的问题。
中国钢铁产业正处于结构调整和优化升级的时期，面临着日益严峻的资源和环境压力，必须走资源节约型、环境友好型的可持续发展之路。回收和利用好转炉煤气对于炼钢节能降耗，减轻环境污染意义重大。
转炉烟气出炉口的温度约为1400—1600℃、粉尘浓度70—200g/m3，离开炉口后，通常都采用汽化冷却烟道或水冷烟道冷却至800—1000℃，然后进入烟气除尘系统使粉尘浓度降低，以满足国家排放标准和煤气用户的要求。目前，国内转炉一次烟气除尘系统主要有传统OG法、新型OD法、半干法、以及干法等除尘系统。
(1)传统OG法除尘系统全过程采用湿法处理工艺，该技术存在的缺点：①处理后的煤气含尘量较高，不能达到≤10mg/m3，要利用此煤气，还需在其后部设置电除尘器进行精除尘，将其含尘质量浓度降低到≤10mg/m3；②系统存在二次污染，其污水需进行处理；③系统阻损大，所以能耗高，占地面积大。随着国家的节能减排要求的提高，传统的OG法除尘系统已不能满足要求了。
(2)新型OG法除尘系统是在传统OG法除尘系统基础上改进而来。该技术具有流程简洁、单元设备少、阻损小等特点。二文采用RSW技术(即将二文可调喉口改为环缝洗涤器)，除尘效率高，易于控制，并不易堵塞。排放浓度降低了，但循环水量减少不是很多，且风机叶轮的清灰周期也没有延长。
(3)半干法除尘系统是在采用干法的蒸发冷却技术的基础上，除尘仍采用喷雾除尘。该工艺的优势在于：①系统阻力降低了，可以确保粉尘排放≤50mg/m3或每吨钢节电1—2kWh；②循环水量减少50％；③风机的维修周期延长。但该技术仍然存在二次污染和污水处理。
(4)转炉煤气干法除尘是国外公司20世纪60年代末合作开发的。转炉干法除尘的基本原理是对经汽化烟道后的高温煤气进行喷水冷却，将煤气温度由800℃～1000℃降低到200℃左右，采用电除尘器进行处理。转炉干法除尘系统主要包括：蒸发冷却器、静电除尘器、煤气切换、煤气冷却器、放散烟囱、除灰系统等。
其最突出的优点就是：净化后烟气含尘量为10mg/Nm3～20mg/Nm3，如有特殊要求可降至5mg/Nm3。
干法除尘的核心是温度的控制，包括EC(蒸发冷却器)出入口的温度，EP(静电除尘器)出入口的温度，如何保证上述温度的控制是保证干法除尘系统正常运行的前提，温度控制的基础就是保证在EP的电场内不出现气流冷凝的现象，既在电场不会出现潮湿现象，吸附的灰尘是干燥的，不潮湿。如果气流温度过低，所产生的灰尘将出现板结现象，造成EC粗输灰系统及EP细输灰系统的堵塞，并且潮湿的灰尘容易挂在阴极线和阳极板上，不容易下落，造成阴极线的肥大，减小了极距，导致电场的放电频率增加，容易引起卸爆，并且影响除尘器的除尘效率，更严重的是加剧电场内设备的腐蚀，降低设备的使用寿命；另外气流温度过低，将造成风机内出现积水现象，增大风机叶轮的腐蚀速度；但是气流的温度过高将造成设备的额外烧损，降低电场的除尘效果。
因此，对于干法除尘而言，气流温度的控制非常重要的，通过干法除尘系统的运行，对于除尘器的入口温度应控制在120～140℃为最佳，此时能够保证气流含有一定的水汽，并且保证气流在除尘器内不会产生冷凝，不会造成电场内的放电次数的加剧，也不会造成灰尘的潮湿，又能保证电场内的设备不会遭到破坏。
干法和半干法冷却方法均是采用的蒸发冷却机理(而湿法除尘采用的是饱和冷却机理)，利用水蒸发的潜热吸收烟气的热量实现烟气的冷却，理论上每千克水的蒸发潜热量为2093kJ(而饱和冷却机理，通过大量喷水，通过水升温来吸收烟气的热量实现其降温，理论上每千克水的吸热量仅为209.34kJ),恰好是饱和冷却的10倍，因而冷却同样的烟气所需的水量就是饱和冷却的1/10。
与湿法相比，干法有以下优越性：①除尘效率高，粉尘浓度降至≤10—20mg/m3；②该系统不存在二次污染和污水处理；③系统阻损小，煤气热值高，能量消耗低；④系统简化，占地面积小，便于管理和维修。
尽管转炉一次烟气干法除尘工艺技术发展至今技术已经成熟，完全可以使煤气含尘量和放散烟气含尘量降至很低水平，但从现代科技观点来看却存在一系列无法解决的重大问题：
1、干法除尘始终存在煤气爆炸的危险高，而且静电除尘器是无法避免不发生电场高压闪络问题，由此引发的静电除尘器泄爆问题。转炉一次烟气干法静电除尘系统在实际生产运行过程中，由于卸爆问题和冒烟问题频繁地发生，以至于转炉一次烟气干法除尘系统经常无法确保烟气排放稳定达标；
2、干法除尘系统由于是采用的蒸发冷却机理，回收煤气中含有很多水汽，煤气管道和设备存在一定程度的腐蚀问题；
3、干法除尘系统由于是采用的蒸发冷却机理，放散烟气中含有很多水汽，放散烟气的烟羽问题比较突出。
发明内容
本申请人针对以上缺点，进行了研究改进，提供一种转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统。
本发明所采用的技术方案如下：
转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统，转炉连接汽化冷却烟道，汽化冷却烟道连接蒸发冷却器，蒸发冷却器通过烟气管道依次连接多管式防爆燃阻火器、脉冲布袋除尘器、消除烟羽装置、风机、切换站和烟囱，切换站还与煤气柜连接，所述多管式防爆燃阻火器和脉冲布袋除尘器均连接气力输灰系统，所述气力输灰系统连接压缩氮气气源，所述压缩氮气气源还与蒸发冷却器、多管式防爆燃阻火器和脉冲布袋除尘器连接。
所述蒸发冷却器和多管式防爆燃阻火器之间的烟气管道上设置有温度变送器、烟气含O2量测定装置、烟气含H2量测定装置、烟气含CO量测定装置和压力变送器。
所述多管式防爆燃阻火器包括进烟气室和排烟气室，所述进烟气室和排烟气室之间连接若干细排烟管，所述细排烟管靠近进烟气室一端内部均设置阻火元件，所述进烟气室和排烟气室分别连接进烟接口和排烟接口，所述进烟气室下端通过灰斗连接气力输灰系统。
所述细排烟管内位于阻火元件上方设置喷吹清灰装置，所述喷吹清灰装置穿过细排烟管连接压缩氮气气源。
所述脉冲布袋除尘器内均设置保持烟气温度的伴热保温装置。
所述多管式防爆燃阻火器和所述脉冲布袋除尘器上均设置泄爆阀。
所述消除烟羽装置包括壳体，所述壳体内设置循环冷凝管，且所述循环冷凝管延伸至烟囱内，所述消除烟羽装置的壳体内还设除雾器。
所述压缩氮气气源通过压缩氮气加热装置与气力输灰系统、蒸发冷却器、多管式防爆燃阻火器和脉冲布袋除尘器连接。
所述气力输灰系统设置伴热保温装置。
本发明的有益效果如下：
1)取消了现有转炉一次烟气干法除尘系统中的静电除尘器(EP)，由此最大限度地避免静电除尘(EP)无法避免不发生电场高压闪络问题，由此引发的静电除尘器泄爆问题。
2)在脉冲布袋除尘器前侧设置多管式防爆燃阻火器，可防止进入脉冲布袋除尘器的爆燃性混合气体发生爆燃冲击脉冲布袋除尘器或烫烧脉冲布袋除尘器的布袋，对可能发生的爆燃起到防爆然和阻火作用，同时，也对进入脉冲喷吹布袋式除尘器的烟气冷却降温；
3)脉冲布袋除尘器内设置保持烟气温度的伴热保温装置，保持烟气温度，防止脉冲布袋除尘器内结露；
4)脉冲布袋除尘器设置卸爆阀，并在脉冲布袋除尘器内设计防爆式结构，并且脉冲布袋除尘器的一些可能的涡流死角区域和灰斗底部设置压缩氮气清吹装置，用氮气将可能存留的空气吹走，起到脉冲布袋除尘器内防爆燃作用；
5)脉冲布袋除尘器后端连接消除烟羽装置，通过循环冷凝管冷却烟气，使烟气内的水汽通过除雾器冷凝下来，消除烟气内的水汽，降低回收煤气对管道和设备的腐蚀性，同时，也有效消除放散烟气的烟羽问题发生；
6)蒸发冷却器和多管式防爆燃阻火器之间的烟气管道上设置有温度变送器、烟气含O2量测定装置、烟气含H2量测定装置、烟气含CO量测定装置和压力变送器，根据测定测定的工艺参数和系统自动化控制程序，在工况异常时通过压缩氮气气源对烟道内喷吹氮气，以此避免烟气发生爆燃。
7)带有伴热保温装置的浓相正压气力输灰系统发送装置，采用经过预热处理的压缩氮气将各个灰斗中的灰送往灰库，避免灰输送的二次污染问题的发生，且对输送用压缩氮气进行预热处理和对气力输灰系统增设伴热保温装置，都是为防止气力输灰系统运行过程中发生结露造成系统运行不稳定
附图说明
图1为本发明提供的转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统的连接示意图。
图2为本发明提供的转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统多管式防爆燃阻火的结构示意图。
图3为图2A处的放大图。
图中：1、转炉；2、汽化冷却烟道；3、蒸发冷却器；4、多管式防爆燃阻火器；41、进烟气室；411、进烟接口；42、排烟气室；421、排烟接口；43、细排烟管；44、阻火元件；5、脉冲布袋除尘器；6、消除烟羽装置；61、循环冷凝管；62、除雾器；7、风机；8、切换站；9、烟囱；10、气力输灰系统；11、温度变送器；12、烟气含O2量测定装置；13、烟气含H2量测定装置；14、烟气含CO量测定装置；15、压力变送器；16、喷吹清灰装置；17、伴热保温装置；18、泄爆阀；19、压缩氮气加热装置。
具体实施方式
如图1至图3所示，本实施例的转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统，转炉1通过活动烟罩及罩裙连接汽化冷却烟道2，汽化冷却烟道2连接蒸发冷却器3，蒸发冷却器3通过烟气管道依次连接多管式防爆燃阻火器4、脉冲布袋除尘器5、消除烟羽装置6、风机7、切换站8和烟囱9，切换站8还与煤气柜连接；
蒸发冷却器3的尾端通过压缩氮气加热装置19连接压缩氮气气源；
多管式防爆燃阻火器4包括进烟气室41和排烟气室42，进烟气室41和排烟气室42之间连接若干钢管制成的细排烟管43，细排烟管43靠近进烟气室41一端内部均设置阻火元件44，进烟气室41和排烟气室42分别连接进烟接口411和排烟接口421，进烟气室41下端通过灰斗连接气力输灰系统10，气力输灰系统10通过压缩氮气加热装置19连接压缩氮气气源，灰斗底部设置通过压缩氮气加热装置19连接压缩氮气气源的喷吹清灰装置16，可将多管式防爆燃阻火器4灰斗内的收集的灰送入气力输灰系统10内，实现排灰，且细排烟管43内位于阻火元件44上方也设置喷吹清灰装置16，喷吹清灰装置16穿过细排烟管43并通过压缩氮气加热装置19连接压缩氮气气源，即可通过喷吹清灰装置16吹扫阻火元件44，防止阻火元件44堵塞，多管式防爆燃阻火器4位于排烟气室42上端还设置用于泄压的泄爆阀18，保证发生爆燃时快速泄压。
脉冲布袋除尘器5内设置伴热保温装置17，伴热保温装置17装置可保持烟气的温度，防止烟气因温度过低而在脉冲布袋除尘器5内结露，脉冲布袋除尘器5下端的灰斗也连接气力输灰系统10，气力输灰系统10通过压缩氮气加热装置19连接压缩氮气气源，灰斗底部设置通过压缩氮气加热装置19连接压缩氮气气源的喷吹清灰装置16，可将脉冲布袋除尘器5灰斗内的收集的灰送入气力输灰系统10内，实现排灰；
脉冲布袋除尘器5上端也连接泄爆阀18，可保证发生爆燃时快速泄压，且该脉冲布袋除尘器5设计成防爆式结构形式(如花板与除尘器筒体交汇角部区域设置斜板结构，消除死角区域)，另外本脉冲布袋除尘器5的一些可能的涡流死角区域也设置喷吹清灰装置16，该喷吹清灰装置16也通过压缩氮气加热装置19连接压缩氮气气源，通过喷吹清灰装置16喷射出的氮气可将涡流死角区域内的空气排出，最大限速的实现脉冲布袋除尘器5防爆。
脉冲布袋除尘器5的进烟气管道和出烟气管道之间设置压差变送器，可检测两端的压差，从而检测布袋的堵塞情况，如果压差过大，说明布袋堵塞情况严重，压缩氮气气源产的的压缩氮气通过压缩氮气加热装置19加热后，送入脉冲布袋除尘器5内，对布袋进行反冲洗，将堵塞在布袋上的灰料出落入灰斗收集。
压缩氮气气源产生的压缩氮气通过压缩氮气加热装置19加热提高压缩氮气的温度，防止压缩氮气供应管内结露，且气力输灰系统10也都设置伴热保温装置17，保证气力输灰系统10内温度，防止气力输灰系统10内结露。
消除烟羽装置6包括壳体，壳体内设置循环冷凝管61，且循环冷凝管61延伸至烟囱9内，循环冷凝管61内的冷凝液在消除烟羽装置6的壳体内吸收烟气的温度，降低烟气温度，同时使烟气内的水汽冷凝下来，循环冷凝管61内的冷凝液在循环至烟囱9内，与烟囱9内外排的低温烟气换热，降低冷凝液温度，消除烟羽装置6的壳体内还设除雾器62，进一步除去烟气内的水雾，消除烟气中的水汽，降低回收煤气对管道和设备的腐蚀性，同时，也有效消除放散烟气的烟羽问题发生。
蒸发冷却器3和多管式防爆燃阻火器4之间的烟气管道上设置有温度变送器11、烟气含O2量测定装置12、烟气含H2量测定装置13、烟气含CO量测定装置14和压力变送器15，在工况异常时可通过压缩氮气气源向蒸发冷却器3、多管式防爆燃阻火器4、脉冲布袋除尘器5内喷吹氮气，以此避免烟气发生爆燃。
本实施例的转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统使用时，包括以下步骤：
1)转炉产生的烟气，其温度范围为1450-1650℃，通过活动烟罩及罩裙收集，进入汽化冷却烟道2，进行初步汽化冷却，烟气位于汽化冷却烟道2出口处的温度温度范围为800-1000℃；
2)然后进入蒸发冷却器3，进一步冷却烟气，使进入多管式防爆燃阻火器4的烟气温度范围在150-180℃；
3)烟气进入多管式防爆燃阻火器4，通过细排烟管43设置的阻火元件44，对可能发生的爆燃起到防爆然和阻火作用，同时，细排烟管43加大烟气的换热面积，使烟气进一步冷却降温，多管式防爆燃阻火器4内收集灰料进入灰斗，并通过灰斗底部设置的喷吹清灰装置16送入气力输灰系统10内送出；
4)烟气经过阻火冷却后，通过烟气管道送入脉冲布袋除尘器5，进入脉冲布袋除尘器5烟气温度保持在120-150℃，烟气在脉冲布袋除尘器5进行布袋除尘，脉冲布袋除尘器5内收集灰料进入灰斗，并通过灰斗底部设置的喷吹清灰装置16送入气力输灰系统10内送出；
5)布袋除尘完毕后，烟气进入消除烟羽装置6，通过循环冷凝管61使烟气中的水汽冷凝下来，并通过除雾器62去除水雾，消除烟气中所含水汽并进一步降低烟气的温度，消除烟羽装置6进烟气温度范围为110-140℃，出烟气温度范围为不超过55℃；
6)风机7将消除烟羽装置6排出的烟气送入切换站8，通过切换站8切换使烟气中的煤气送往煤气柜收集，其他烟气通过烟囱9排放，且烟气通过烟囱9排放时，烟气与循环冷凝管61内的冷凝液换热，可降低冷凝液的温度。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (9)
1.转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统，其特征在于：转炉(1)连接汽化冷却烟道(2)，汽化冷却烟道(2)连接蒸发冷却器(3)，蒸发冷却器(3)通过烟气管道依次连接多管式防爆燃阻火器(4)、脉冲布袋除尘器(5)、消除烟羽装置(6)、风机(7)、切换站(8)和烟囱(9)，切换站(8)还与煤气柜连接，所述多管式防爆燃阻火器(4)和脉冲布袋除尘器(5)均连接气力输灰系统(10)，所述气力输灰系统(10)连接压缩氮气气源，所述压缩氮气气源还与蒸发冷却器(2)、多管式防爆燃阻火器(4)和脉冲布袋除尘器(5)连接。
2.根据权利要求1所述的转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统，其特征在于：所述蒸发冷却器(3)和多管式防爆燃阻火器(4)之间的烟气管道上设置有温度变送器(11)、烟气含O2量测定装置(12)、烟气含H2量测定装置(13)、烟气含CO量测定装置(14)和压力变送器(15)。
3.根据权利要求1所述的转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统，其特征在于：所述多管式防爆燃阻火器(4)包括进烟气室(41)和排烟气室(42)，所述进烟气室(41)和排烟气室(42)之间连接若干细排烟管(43)，所述细排烟管(43)靠近进烟气室(41)一端内部均设置阻火元件(44)，所述进烟气室(41)和排烟气室(42)分别连接进烟接口(411)和排烟接口(421)，所述进烟气室(41)下端通过灰斗连接气力输灰系统(10)。
4.根据权利要求3所述的转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统，其特征在于：所述细排烟管(43)内位于阻火元件(44)上方设置喷吹清灰装置(16)，所述喷吹清灰装置(16)穿过细排烟管(43)连接压缩氮气气源。
5.根据权利要求1所述的转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统，其特征在于：所述脉冲布袋除尘器(5)内均设置保持烟气温度的伴热保温装置(17)。
6.根据权利要求1或5所述的转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统，其特征在于：所述多管式防爆燃阻火器(4)和所述脉冲布袋除尘器(5)上均设置泄爆阀(18)。
7.根据权利要求1所述的转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统，其特征在于：所述消除烟羽装置(6)包括壳体，所述壳体内设置循环冷凝管(61)，且所述循环冷凝管(61)延伸至烟囱(9)内，所述消除烟羽装置(6)的壳体内还设除雾器(62)。
8.根据权利要求1所述的转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统，其特征在于：所述压缩氮气气源通过压缩氮气加热装置(19)与气力输灰系统(10)、蒸发冷却器(3)、多管式防爆燃阻火器(4)和脉冲布袋除尘器(5)连接。
9.根据权利要求1或8所述的转炉一次烟气超低排放和消除烟羽的干法除尘系统，其特征在于：所述气力输灰系统(10)设置伴热保温装置(17)。
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