CN111850224A - 一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法 - Google Patents

Abstract

一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法属于转炉节能减排技术，要点是改进蒸发冷却器工作制度，使蒸发冷却器出口烟气温度提高至700～900℃，进而采用现代板式热交换器对烟气热能进行回收，将温度降为约50℃，同时获得温度约为90℃的热水资源，进而采用干式布袋除尘器进行精除尘，取代喷淋塔+精除尘可调喉口文氏管+脱水冷却器的湿法系统，精除尘后的烟气含尘量≦15mg/m³，温度约为50℃，本热能回收技术方案共回收了650～850℃的烟气热能，收到了转炉一次烟气热能深度回收、超低排放、大量节水、大量节能的多重效益，实现了真正意义的转炉干法一次除尘工艺，可广泛应用于新建、扩建或改造的各类转炉一次除尘系统。

Description

一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法

技术领域

本发明属于转炉节能减排技术。

本发明不涉及各种板式热交换器的制造技术，不涉及各类除尘器的制造技术，不涉及热能的利用技术及其具体技术解决方案。

背景技术

转炉冶炼过程产生的烟气温度约为1450～1600℃，现有技术采取汽化冷却烟道(锅炉)的方式将其冷却至800～1050℃的烟气，再进行烟气净化及煤气回收。在进行汽化冷却降温时，将冷却过程产生的蒸汽进行收集，送入公用蒸汽管网，供给钢铁厂内部的蒸汽用户使用。汽化冷却降温过程对温度为1450～1600℃的烟气热能进行回收，约回收了650～800℃左右的热能，为转炉负能炼钢做出了有益的贡献。

为对转炉一次烟气中的煤气进行回收，后续工序需要将温度为800～1050℃的烟气进行继续降温及除尘，然后才能将合格的煤气进行回收、送入转炉煤气柜。

现有技术的半干法除尘方法是：粗除尘采用蒸发冷却器，用蒸发冷却及除尘的方法，将入口温度800～1050℃的烟气降为约200～300℃，除尘效率约为50％左右；再经喷淋塔进一步降温和除尘，烟气温度降至约80℃，精除尘采用可调喉口文氏管，用喷雾冷却及除尘的方法，将入口80℃左右的烟气降为约70℃以下，再经脱水冷却器，将温度降至60℃左右，回收至转炉煤气柜，或经烟气放散烟囱点火燃烧放散，喷淋塔+精除尘可调喉口文氏管+脱水冷却器的除尘效率约为99.9％左右。

半干法在粗除尘部分采用了蒸发冷却器，可以对粗除尘去除的烟尘进行干式回收，明显减少了水处理系统循环冷却水量和泥浆处理量，但由于精除尘仍是湿法技术，故还需要较大的水处理设施，仅仅是需要的水处理设施规模减小了一些而已；半干法除尘能达到新国标要求的排放标准，但难以实现超低排放的要求。

现有技术的半干法除尘方法除了存在上述不足之外，其严重的缺点是由于采用喷雾冷却或蒸发冷却降温，约800～1050℃的转炉一次烟气热能白白流失，没有得到回收。

长期以来，转炉半干法一次除尘技术在烟气排放方面做了许多技术改进，但到目前为止一直没有研发出令人满意的系统，还没有出现既能实现深度减排，又能实现热能高度回收的技术。

近些年来，国内的空气污染情况严重，雾霾天气频发，国家正在加快实施环境保护措施，一方面是控制污染物的排放量，另一方面是采取节能减排措施，减少碳排放量。若能研发出一种高效的转炉一次烟气节能减排方案，则将对国家节能减排和循环经济宏观决策的实施和发展起到非常好的促进作用。

板式热交换器具有容易制造，安全可靠，热交换效率高，设备重量轻、价格低廉、维护简单、使用方便等优点。随着热交换技术的发展，现代大容量、耐高温的热交换器的出现，使原来不能奢望的高效、廉价的热能回收成为可能，为热能回收提供了可实用化的技术平台。遗憾的是到目前为止还未见到公开发表的在转炉半干法一次除尘方面应用的文献或出版物，即板式热交换器在这个领域的应用还属于空白。

综上所述，在转炉半干法一次除尘领域存在很大的节能减排潜力，亟待研发创新性的节能减排技术。

迄今为止还未见到公开发表的基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法的出版物、文献或资料。

发明内容

本发明是根据转炉一次除尘的特点，研究开发基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法，目的是获得既能实现转炉一次烟气高度减排，又能实现烟气热能的深度回收。

本发明的要点是运用节能减排、绿色循环经济、工业与城市共融、可持续发展的新理念，从转炉一次烟气热能深度回收入手，首先改进蒸发冷却器工作制度，一方面仍完成粗除尘的功能，另一方面减少其热量损失，使蒸发冷却器出口烟气温度提高至700～900℃，进而采用现代板式热交换器对蒸发冷却器出口约700～900℃的转炉一次烟气热能进行回收，将温度降为约50℃，同时获得温度约为90℃的热水资源，该热水资源进入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用，进而采用干式布袋除尘器进行精除尘，取代喷淋塔+精除尘可调喉口文氏管+脱水冷却器的湿法系统，精除尘后的烟气(煤气)含尘量≦15mg/m³，可满足超低排放标准要求；精除尘后的转炉一次烟气(煤气)温度约为50℃，经煤气回收切换阀将符合回收条件的转炉煤气送至转炉煤气柜，或将不符合回收条件的转炉煤气经烟气放散烟囱点火燃烧放散，本热能回收技术方案共回收了650～850℃的烟气热能，收到了转炉一次烟气热能深度回收、超低排放、大量节水、大量节能的多重效益，实现了真正意义的转炉干法一次除尘工艺。

附图说明

附图是一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法工艺流程图，图中1是炼钢转炉，2是转炉烟罩，3是汽化冷却烟道，4是蒸发冷却器，5是热交换器，6是烟气精除尘设施，7是风机入口阀门，8是转炉一次除尘风机，9是煤气回收切换装置，10是烟气放散烟囱，11是转炉煤气柜。

具体实施方式

目前转炉半干法一次除尘系统存在的问题，一是烟气热能浪费严重，二是除尘指标还难以满足超低排放的要求，三是精除尘仍是湿法技术，存在系统阻力大、耗水量和耗电量大的问题。

现有技术对转炉冶炼过程产生的一次烟气热能进行了部分回收，采用汽化冷却烟道将温度为1450～1600℃的烟气冷却到800～1050℃，回收了约650～800℃的烟气热能，回收热能的数量不到50％，剩余的烟气热能则白白流失掉了。剩余这部分热能数量巨大，若能回收利用，将会产生良好的社会效益和经济效益。

长期以来，在对转炉一次烟气热能回收利用方面，由于没有进行系统、深入的研究，没有运用节能减排、绿色循环经济、工业与城市共融、可持续发展的新理念去思考热能回收利用的巨大价值，一直将烟气热能回收和利用的价值局限在钢铁厂内部，因效益受限，从而使这方面的研究基本处于停滞状态。热能回收技术的欠缺以及热能利用技术的缺失共同构成了转炉一次烟气热能回收利用的技术瓶颈。要突破这个技术瓶颈，需要创新性思维。热能回收和利用既是互相制约也是互相促进的，没有利用的价值，当然就没有研究热能回收的动力；有利用价值，特别是有广泛应用前景的利用价值时，对热能回收的研究就会产生巨大的推动力。

对于转炉一次烟气热能的回收利用，最简洁、有效的方法是将烟气热能变换成热水能源进行回收利用，因为将烟气热能变换成热水能源所需设施与回收蒸汽相比更为简单，更为安全，设备制造更为容易，投资更为经济，换热效率更高；热水能源的利用范围更为广泛，不仅可以用于工业，还可以广泛用于民用、市政设施、农业等等，廉价的热水资源可以用于民用冬季取暖、低温季节取暖、洗浴等等，提高民众的生活质量，也可以用于医院、酒店等市政设施，用于农业温室大棚等等，可构成节能减排、绿色循环经济、城市与工业共融的、可持续发展的良好社会环境。

从实际应用情况分析，半干法除尘是经济、节水、节能的良好途径之一，可减少许多除尘用水及省去繁杂的泥浆处理设施，可节省基本建设投资和基本建设用地，也节省了投产后的运行和维护费用。但现有技术的半干法除尘系统采用的是蒸发冷却器+喷淋塔+可调喉口文氏管+脱水冷却器的方式，还属于湿式除尘方法，该方法仍需要较多的冷却水，即还需要较大的水处理设施和泥浆处理设施，仍存在水系统和除尘风机耗能大的问题。此外，半干法除尘系统还浪费了约650～850℃的烟气热能，烟气排放指标也仅是30～50mg/m³的水平。因此，从节能减排的角度看，该系统还具有很大的挖掘空间。

运用节能减排、绿色循环经济、工业与城市共融、可持续发展的新理念研发了附图一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法工艺流程图，炼钢转炉(1)为工艺设备；转炉烟罩(2)为汇集转炉冶炼烟气的机械设备；汽化冷却烟道(3)为现有技术标准配置设备，为转炉一次烟气的第一级热交换器，作用是将转炉冶炼过程产生的温度约为1450～1600℃的烟气，采取汽化冷却烟道(锅炉)的烟气/蒸汽热交换的方式将其冷却至800～1050℃；蒸发冷却器(4)为降温及粗除尘设施，作用是对转炉一次烟气进行粗除尘及对烟气进行降温，去除较大颗粒的灰尘，除尘效率约为50～60％，灰尘收集在该冷却器底部，定期排出，蒸发冷却器(4)的出口烟气温度为700～900℃；热交换器(5)为转炉一次烟气的第二级热交换器，为现代耐高温板式热交换器，防爆设计，作用是将该热交换器入口温度为700～900℃的烟气通过气/水热交换的方式，使该热交换器出口烟气温度降至约50℃，同时对热交换的热水资源进行回收，送入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用；烟气精除尘设施(6)为干式布袋除尘器，作用是对转炉一次烟气进行精除尘，除尘效率≧99.95％，经该除尘器后的烟气(煤气)含尘量≦15mg/m³，可满足超低排放标准要求，灰尘收集在该除尘器底部，定期排出；风机入口阀门(7)为电动、液动或气动调节阀，作用是根据转炉冶炼工况的变化对管网烟气流量和压力进行调节；转炉一次除尘风机(8)为轴流式风机或离心式风机，变速方式运行；煤气回收切换装置(9)为现有技术配置设备，作用是根据煤气含量及成分情况，当煤气具备回收条件时，将该装置切换至转炉煤气柜管网，当煤气不具备回收条件时，将该装置切换至烟气放散烟囱管网；烟气放散烟囱(10)为工艺设施，作用是对不具备回收条件的煤气进行点火燃烧放散；转炉煤气柜(11)为工艺设施，作用是对具备回收条件的煤气进行回收、存储。

热能回收设备将温度为700～900℃的烟气经现代板式热交换器降温至约50℃，同时将烟气降温热能变换为温度为90℃的热水，热水将用于工业、民用或农业等用途。这个热交换过程节约的能源相当可观，以100t转炉为例，按烟气量为90000m³/h，冶炼周期为36min，其中冶炼时间为15min，热交换器冷却水入口温度为20℃，出口温度为90℃，转炉年作业率为330天，电费为0.5元/kWh计算，年热能回收的效益为：节约标准煤5481.07～6132.38吨，折合年碳减排量为3727.13～4170.02吨，折合年节电量为13702686～15330944kWh，折合年节电费用为685.13～766.55万元。全国现有数百座转炉，若都采用转炉一次烟气热能回收技术，每年将产生数十亿元的效益，每年将减少碳排放量约200多万吨。

此外，由于取消了喷淋塔+可调喉口文氏管+脱水冷却器的湿式除尘方式，节省了90％以上的用水量及水系统用电量，除尘风机容量也大为减小，除尘风机节能量为30％以上，按半干法除尘风机容量为1800kW估算，则年节电效益为：节约标准煤2376吨，折合年碳减排量为1615.68吨，折合年节电量为5940000kWh，折合年节电费用为297万元。

与现有技术相比，一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法对转炉一次烟气热能进行了深度回收及采用了干式布袋除尘器替代半干法的湿法除尘，实现了烟气超低排放、大量节水、大量节能的多重效益，具有突出的实质性特点和显著的进步，其有益的特征是：

(a)首次运用节能减排、绿色循环经济、工业与城市共融、可持续发展的新理念去思考热能回收利用的巨大价值，摈弃现有技术的思路，采用现代板式热交换器进行气/水热交换的方式进行热能回收。

(b)首次提出了附图一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法工艺流程。

(c)实现了转炉一次烟气热能深度回收，回收了约650～850℃的烟气热能；

(d)实现了转炉一次烟气的超低排放，使转炉一次烟气排放指标跃升至新的水平；

(e)实现了真正意义的转炉干法一次除尘，与现有技术相比节水量非常显著；

(f)工艺流程简洁、热能回收设备和除尘设备简单并易于制造；

(g)设备运行费用低、维修方便；

(h)工程项目投资低、占地面积小；

(i)非常适合对现有转炉半干法一次除尘系统进行节能减排改造，易于实施，且具有很好的社会效益和经济效益；

(j)由于除尘系统阻力小，需要除尘风机的容量小，此外省去了绝大部分水处理设施的用电量，结果整体具有非常好的节电指标；

(k)热能回收、节水、节电的综合指标将使转炉负能炼钢达到新的水平。

采用一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法，当经现代板式热交换器使烟气温度降为50℃左右时，将使后续的除尘工艺发生根本性变化，实现了真正意义的转炉干法一次除尘工艺，获得了高效节能、超低排放的优异效果。

一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法可以广泛应用于新建、扩建或改造的转炉半干法一次除尘系统，该方法不限于转炉半干法一次除尘系统，也适合应用于其它各领域炉窑的除尘系统。故以上所述仅为本发明的一个应用领域的例子，并不用于限制本发明，尽管参照前述例子对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述例子所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法，其特征是运用节能减排、绿色循环经济、工业与城市共融、可持续发展的新理念，从转炉一次烟气热能深度回收入手，首先改进蒸发冷却器工作制度，一方面仍完成粗除尘的功能，另一方面减少其热量损失，使蒸发冷却器出口烟气温度提高至700～900℃，进而采用现代板式热交换器对蒸发冷却器出口约700～900℃的转炉一次烟气热能进行回收，将温度降为约50℃，同时获得温度约为90℃的热水资源，该热水资源进入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用，进而采用干式布袋除尘器进行精除尘，取代喷淋塔+精除尘可调喉口文氏管+脱水冷却器的湿法系统，精除尘后的烟气(煤气)含尘量≦15mg/m³，可满足超低排放标准要求；精除尘后的转炉一次烟气(煤气)温度约为50℃，经煤气回收切换阀将符合回收条件的转炉煤气送至转炉煤气柜，或将不符合回收条件的转炉煤气经烟气放散烟囱点火燃烧放散，本热能回收技术方案共回收了650～850℃的烟气热能，收到了转炉一次烟气热能深度回收、超低排放、大量节水、大量节能的多重效益，实现了真正意义的转炉干法一次除尘工艺。

2.根据权利要求1所述的一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法,其工艺流程图的基本特征是：炼钢转炉(1)为工艺设备；转炉烟罩(2)为汇集转炉冶炼烟气的机械设备；汽化冷却烟道(3)为现有技术标准配置设备，为转炉一次烟气的第一级热交换器，作用是将转炉冶炼过程产生的温度约为1450～1600℃的烟气，采取汽化冷却烟道(锅炉)的烟气/蒸汽热交换的方式将其冷却至800～1050℃；蒸发冷却器(4)为降温及粗除尘设施，作用是对转炉一次烟气进行粗除尘及对烟气进行降温，去除较大颗粒的灰尘，除尘效率约为50～60％，灰尘收集在该冷却器底部，定期排出，蒸发冷却器(4)的出口烟气温度为700～900℃；热交换器(5)为转炉一次烟气的第二级热交换器，为现代耐高温板式热交换器，防爆设计，作用是将该热交换器入口温度为700～900℃的烟气通过气/水热交换的方式，使该热交换器出口烟气温度降至约50℃，同时对热交换的热水资源进行回收，送入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用；烟气精除尘设施(6)为干式布袋除尘器，作用是对转炉一次烟气进行精除尘，除尘效率≧99.95％，经该除尘器后的烟气(煤气)含尘量≦15mg/m³，可满足超低排放标准要求，灰尘收集在该除尘器底部，定期排出；风机入口阀门(7)为电动、液动或气动调节阀，作用是根据转炉冶炼工况的变化对管网烟气流量和压力进行调节；转炉一次除尘风机(8)为轴流式风机或离心式风机，变速方式运行；煤气回收切换装置(9)为现有技术配置设备，作用是根据煤气含量及成分情况，当煤气具备回收条件时，将该装置切换至转炉煤气柜管网，当煤气不具备回收条件时，将该装置切换至烟气放散烟囱管网；烟气放散烟囱(10)为工艺设施，作用是对不具备回收条件的煤气进行点火燃烧放散；转炉煤气柜(11)为工艺设施，作用是对具备回收条件的煤气进行回收、存储。

3.根据权利要求2所述的一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法工艺流程图,其中所述的热交换器(5)并不限于采用现代耐高温烟气板式热交换器，也包括采用其它各种类型的高温和低温热交换器。

4.根据权利要求2所述的一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法工艺流程图,其中所述的热能回收工艺并不限于采用二级热交换器工艺，也包括采用一级和多级的热交换器工艺。

5.根据权利要求2所述的一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法工艺流程图,其中所述的烟气精除尘设施(6)并不限于采用干式布袋除尘器，也包括采用其它类型的干式除尘器。

6.根据权利要求1所述的一种基于热能深度回收的转炉半干法一次除尘方法,其特征是该方法可以广泛应用于新建、扩建或改造的转炉一次除尘系统，该方法不限于转炉一次除尘系统，也适合应用于其它各领域炉窑的除尘系统。

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