CN110184411B - 转炉一次烟气高效节能超净排放的全干法除尘系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及转炉一次烟气高效节能超净排放的全干法除尘系统，转炉通过汽化冷却烟道连接热管余热锅炉，汽化冷却烟道和热管余热锅炉连接余热水汽系统，热管余热锅炉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、风机、切换站和烟囱，切换站还与煤气柜连接，热管余热锅炉、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，气力输灰系统连接压缩氮气气源，压缩氮气气源还与汽化冷却烟道、多管式防爆燃阻火器和脉冲布袋除尘器连接，所述转炉一次烟气高效节能超净排放的全干法除尘系统实现烟气降温与烟气余热利用，且全干式除尘，脉冲布袋除尘器除尘工艺要求，减少了煤气管道和设备设施腐蚀问题，也避免了放散烟气烟羽问题的发生。
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高效节能超净排放的全干法除尘系统。
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。
尽管转炉一次烟气半干法和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、冶炼过程中产生的大量热量随烟气排出，即污染了环境，又造成资源的浪费；
2、需要大量的蒸发冷却烟气用水；
3、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；
4、煤气管道和设备存在一定程度的腐蚀问题；
5、放散烟气的烟羽问题比较突出；
6、对操作维护人员的要求更高。
节能减排是当今社会发展的主体，上述这些问题也将亟待解决和完善。
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高效节能超净排放的全干法除尘系统。
本发明所采用的技术方案如下：
转炉一次烟气高效节能超净排放的全干法除尘系统，转炉连接汽化冷却烟道，汽化冷却烟道连接热管余热锅炉，所述热管余热锅炉包括从下至上依次设置的高压蒸发器、省煤器和低压蒸汽器，汽化冷却烟道、高压蒸发器、省煤器和低压蒸汽器连接余热水汽系统，所述热管余热锅炉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、风机、切换站和烟囱，切换站还与煤气柜连接，所述热管余热锅炉、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汽化冷却烟道、多管式防爆燃阻火器和脉冲布袋除尘器连接。
所述汽化冷却烟道和热管余热锅炉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。
所述余热水汽系统包括除氧器、分水集箱、高压汽包，低压汽包和蓄热器，所述除氧器一侧连接软水箱，另一侧通过分水集箱分别连接低压蒸汽器、省煤器和高压蒸发器，所述低压蒸汽器另一端连接低压汽包，所述低压汽包连接除氧器，所述省煤器和高压蒸发器的另一端连接高压汽包，所述高压汽包还分别连接汽化冷却烟道和蓄热器。
所述热管余热锅炉、多管式防爆燃阻火器和脉冲布袋除尘器下端均通过灰斗连接气力输灰系统，灰斗底部设置清吹装置，所述热管余热锅炉、多管式防爆燃阻火器和脉冲布袋除尘器内位于涡流死角区域也设置清吹装置，清吹装置连接压缩氮气气源。
所述热管余热锅炉、多管式防爆燃阻火器和所述脉冲布袋除尘器上以及热管余热锅炉、多管式防爆燃阻火器之间的烟气管道上均设置泄爆阀。
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清吹装置，所述清吹装置穿过细排烟管连接压缩氮气气源。
所述切换站通过煤气干式冷却器连接煤气柜。
本发明的有益效果如下：
1)采用热管余热锅炉代替蒸发冷却器，在实现对高温烟气进行降温基础上，充分利用烟气余热，另外烟气内不会补入水分，全干式除尘，更有效满足脉冲布袋除尘器除尘工艺要求，最大限度减少了煤气管道和设备设施腐蚀问题，也彻底避免了放散烟气烟羽问题的发生。
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)除尘系统设置卸爆阀，热管余热锅炉、多管式防爆燃阻火器和脉冲布袋除尘器内位于涡流死角区域也设置清吹装置，用氮气将可能存留的空气吹走，起到除尘系统内防爆燃作用，确保烟气排放稳定达标；
4)汽化冷却烟道和热管余热锅炉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；
5)切换站通过煤气干式冷却器连接煤气柜，确保回收煤气达到最佳回收煤气温度要求；
6)热管余热锅炉、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，采用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。
附图说明
图1为本发明提供的转炉一次烟气高效节能超净排放的全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高效节能超净排放的全干法除尘系统热管余热锅炉、汽化冷却烟道和余热水汽系统连接示意图。
图3为本发明提供的转炉一次烟气高效节能超净排放的全干法除尘系统多管式防爆燃阻火的结构示意图。
图4为图3A处的放大图。
图中：1、转炉；2、汽化冷却烟道；3、热管余热锅炉；31、高压蒸发器；32、省煤器；33、低压蒸汽器；4、余热水汽系统；41、除氧器；42、分水集箱；43、高压汽包；44、低压汽包；45、蓄热器；5、多管式防爆燃阻火器；51、进烟气室；511、进烟接口；52、排烟气室；521、排烟接口；53、细排烟管；54、阻火元件；6、脉冲布袋除尘器；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、清吹装置；17、煤气干式冷却器；18、泄爆阀。
具体实施方式
如图1至图4所示，转炉一次烟气高效节能超净排放的全干法除尘系统，转炉1连接汽化冷却烟道2，汽化冷却烟道2连接热管余热锅炉3，热管余热锅炉3包括从下至上依次设置的高压蒸发器31、省煤器32和低压蒸汽器33，汽化冷却烟道2、高压蒸发器31、省煤器32和低压蒸汽器33连接余热水汽系统4，热管余热锅炉3通过烟气管道依次连接多管式防爆燃阻火器5、脉冲布袋除尘器6、风机7、切换站8和烟囱9，切换站8还与煤气柜连接，热管余热锅炉3、多管式防爆燃阻火器5和脉冲布袋除尘器6均连接气力输灰系统10，气力输灰系统10连接压缩氮气气源，压缩氮气气源还与汽化冷却烟道2、多管式防爆燃阻火器5和脉冲布袋除尘器6连接。
由于转炉1一次烟气中含有大量粉尘，热管余热锅炉3设计了燃气冲击波清灰装置，在没有含CO烟气的工况下开启，利用燃气爆燃产生的强大冲击波将热管余热锅炉3蒸发器翅片上附着的灰吹落，一部分被烟气带走，一部分落在灰斗里，由设置在其下的气力输灰系统10发送器送往灰库；
余热水汽系统4包括除氧器41、分水集箱42、高压汽包43，低压汽包44和蓄热器45，除氧器41一侧连接软水箱，另一侧通过分水集箱42分别连接低压蒸汽器33、省煤器32和高压蒸发器31，低压蒸汽器33另一端连接低压汽包44，低压汽包44连接除氧器41，省煤器32和高压蒸发器31的另一端连接高压汽包43，高压汽包43还分别连接汽化冷却烟道2和蓄热器45，软水和低压蒸汽一起进入除氧器41，进行软水除氧操作，除氧完成后动将除氧的软水送入分水集箱42，通过分水集箱42将除氧的软水分别送入低压蒸汽器33、省煤器32和高压蒸发器31内，即可与进入热管余热锅炉3内的烟气换热，产生高压蒸汽或低压蒸汽分别送入高压汽包43和低压汽包44，高压汽包43内的高压蒸汽还可分别送入汽化冷却烟道2和蓄热器45，进入汽化冷却烟道2的高压蒸汽可与汽化冷却烟道2内的烟气换热，进一步提高高压蒸汽的温度，蓄热器45可利用进气内部的高压蒸汽蓄能，并可外送蒸汽。
热管余热锅炉3、多管式防爆燃阻火器5和脉冲布袋除尘器6下端均通过灰斗连接气力输灰系统10，灰斗底部设置清吹装置16，可将热管余热锅炉3、多管式防爆燃阻火器5和脉冲布袋除尘器6灰斗内的，灰吹入气力输灰系统10内输送，采用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
热管余热锅炉3、多管式防爆燃阻火器5和脉冲布袋除尘器6内位于涡流死角区域也设置清吹装置16，清吹装置16连接压缩氮气气源，用氮气将可能存留的空气吹走，起到除尘系统内防爆燃作用，且热管余热锅炉3、多管式防爆燃阻火器5和脉冲布袋除尘器6上以及热管余热锅炉3、多管式防爆燃阻火器5之间的烟气管道上均设置泄爆阀18，即使发生爆燃也可快速泄压。
多管式防爆燃阻火器5包括进烟气室51和排烟气室52，进烟气室51和排烟气室52之间连接若干细排烟管53，细排烟管53靠近进烟气室51一端内部均设置阻火元件54，细排烟管53内位于阻火元件54上方设置清吹装置16，清吹装置16穿过细排烟管53连接压缩氮气气源，即可通过清吹装置16吹扫阻火元件54，防止阻火元件54堵塞，进烟气室51和排烟气室52分别连接进烟接口511和排烟接口521。
脉冲布袋除尘器6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送入脉冲布袋除尘器6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，并由设置在其下的气力输灰系统10发送器送往灰库
切换站8通过煤气干式冷却器17连接煤气柜，通过煤气干式冷却器17可降低煤气温度，确保回收煤气达到最佳回收煤气温度要求；
汽化冷却烟道2和热管余热锅炉3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，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；
本实施例的转炉一次烟气高效节能超净排放的全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)烟气进入热管余热锅炉3的烟气层，同时分水集箱42将除氧的软水分别送入低压蒸汽器33、省煤器32和高压蒸发器31内，即可与进入热管余热锅炉3内的烟气换热，产生高压蒸汽或低压蒸汽，并降低烟气温度；
3)烟气进入多管式防爆燃阻火器5，且多管式防爆燃阻火器5进烟温度范围为160-180℃，烟气通过细排烟管53设置的阻火元件54，对可能发生的爆燃起到防爆然和阻火作用，同时，细排烟管53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5内收集灰料进入灰斗，并通过灰斗底部设置的清吹装置16送入气力输灰系统10内送出，并通过气力输灰系统10加灰料送入灰库；
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6，且脉冲布袋除尘器6进烟温度范围为85-105℃，烟气在脉冲布袋除尘器6进行布袋除尘，脉冲布袋除尘器6内收集的灰料进入灰斗，并通过灰斗底部设置的清吹装置16送入气力输灰系统10内送出，并通过气力输灰系统10加灰料送入灰库；
5)风机7将脉冲布袋除尘器6排出的烟气送入切换站8，通过切换站8切换使煤气通过煤气干式冷却器17送往煤气柜收集，煤气干式冷却器17的进煤气温度范围为85-105℃，出煤气温度范围为不超过65℃，切换站8将其他烟气通过烟囱9排放。
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 (4)
1.转炉一次烟气高效节能超净排放的全干法除尘系统，其特征在于：转炉（1）连接汽化冷却烟道（2），汽化冷却烟道（2）连接热管余热锅炉（3），所述热管余热锅炉（3）包括从下至上依次设置的高压蒸发器（31）、省煤器（32）和低压蒸汽器（33），汽化冷却烟道（2）、高压蒸发器（31）、省煤器（32）和低压蒸汽器（33）连接余热水汽系统（4），所述热管余热锅炉（3）通过烟气管道依次连接多管式防爆燃阻火器（5）、脉冲布袋除尘器（6）、风机（7）、切换站（8）和烟囱（9），切换站（8）还与煤气柜连接，所述热管余热锅炉（3）、多管式防爆燃阻火器（5）和脉冲布袋除尘器（6）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汽化冷却烟道（2）、多管式防爆燃阻火器（5）和脉冲布袋除尘器（6）连接，所述汽化冷却烟道（2）和热管余热锅炉（3）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），所述热管余热锅炉（3）、多管式防爆燃阻火器（5）和所述脉冲布袋除尘器（6）上以及热管余热锅炉（3）、多管式防爆燃阻火器（5）之间的烟气管道上均设置泄爆阀（18），所述多管式防爆燃阻火器（5）包括进烟气室（51）和排烟气室（52），所述进烟气室（51）和排烟气室（52）之间连接若干细排烟管（53），所述细排烟管（53）靠近进烟气室（51）一端内部均设置阻火元件（54），所述细排烟管（53）内位于阻火元件（54）上方设置清吹装置（16），所述清吹装置（16）穿过细排烟管（53）连接压缩氮气气源，所述进烟气室（51）和排烟气室（52）分别连接进烟接口（511）和排烟接口（521），所述进烟气室（51）下端通过灰斗连接气力输灰系统（10）。
2.根据权利要求1所述的转炉一次烟气高效节能超净排放的全干法除尘系统，其特征在于：所述余热水汽系统（4）包括除氧器（41）、分水集箱（42）、高压汽包（43），低压汽包（44）和蓄热器（45），所述除氧器（41）一侧连接软水箱，另一侧通过分水集箱（42）分别连接低压蒸汽器（33）、省煤器（32）和高压蒸发器（31），所述低压蒸汽器（33）另一端连接低压汽包（44），所述低压汽包（44）连接除氧器（41），所述省煤器（32）和高压蒸发器（31）的另一端连接高压汽包（43），所述高压汽包（43）还分别连接汽化冷却烟道（2）和蓄热器（45）。
3.根据权利要求1所述的转炉一次烟气高效节能超净排放的全干法除尘系统，其特征在于：所述热管余热锅炉（3）、多管式防爆燃阻火器（5）和脉冲布袋除尘器（6）下端均通过灰斗连接气力输灰系统（10），灰斗底部设置清吹装置（16），所述热管余热锅炉（3）、多管式防爆燃阻火器（5）和脉冲布袋除尘器（6）内位于涡流死角区域也设置清吹装置（16）。
4.根据权利要求1所述的转炉一次烟气高效节能超净排放的全干法除尘系统，其特征在于：所述切换站（8）通过煤气干式冷却器（17）连接煤气柜。
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