CN112853016A - 适应ccpp运行的高炉煤气处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢铁行业冶金煤气高效应用的技术领域，尤其涉及适应CCPP运行的高炉煤气处理系统及方法。高炉的煤气出口与炉顶喷雾装置连接，炉顶喷雾装置煤气出口与干法除尘装置入口连接，干法除尘装置煤气出口与TRT发电装置和旁路减压阀组入口连接，旁路减压阀组出口与旁路喷雾装置连接，旁路喷雾装置煤气出口与脱湿装置入口连接，TRT发电装置与脱湿装置的煤气出口与煤气降温洗涤塔的煤气入口连接，煤气降温洗涤塔的煤气出口与CCPP发电装置入口连接。实现了对高炉煤气降温至35℃并脱除氯离子；满足了早期湿法除尘工艺配套下CCPP发电机组的安全运行及对高炉煤气温度的需求，解决了钢铁行业高炉煤气湿法除尘改干法除尘的制约瓶颈。

Description

适应CCPP运行的高炉煤气处理系统及方法
技术领域
本发明涉及钢铁行业冶金煤气高效应用的技术领域，尤其涉及适应CCPP运行的高炉煤气处理系统及方法。
背景技术
钢铁企业高炉煤气除尘工艺有干法除尘与湿法除尘之分。国内早期投产的大型高炉煤气除尘工艺基本采用湿法除尘方式，湿法除尘工艺会损失部分煤气余压及余热能量，且煤气洗涤用污环水处理困难，小微粒会在污环水处理系统中循环、富集，最终外排造成环境二次污染。近年来随着布袋技术的完善，解决了布袋在炉顶温度180℃～300℃之间易损坏的问题，使干法除尘成为各大钢厂高炉煤气除尘模式的首选。干法除尘与湿法相比的优点是不仅能充分利用高炉煤气的压力能，而且还充分利用煤气显热，使TRT装置能够回收的能量大大增加。
但原有湿法除尘配套的CCPP发电机组在设计之初，是根据湿法除尘后高炉煤气温度进行设计的，要求入口煤气温度在35℃～40℃左右，尤其是早期大型CCPP发电机组，以鞍钢的300MW大型CCPP发电机组为例，要求入口高炉煤气温度不高于35℃，高于这个温度CCPP不能满负荷运行降低发电量；而且湿法改干法后，高炉煤气中氯化物等酸性物质大量存在，随着煤气温度降低饱和水蒸气逐渐析出，氯溶于水中，煤气冷凝水易呈较强的酸性，对CCPP发电装置及煤气管道造成腐蚀，影响安全运行。
因此，高炉煤气除尘湿法改干法，虽可提高TRT发电量，但如不能解决高炉煤气温度过高及煤气中氯腐蚀的问题而影响CCPP发电，这是得不偿失的，也是制约很多钢铁企业无法对高炉煤气进行干法改造的主因。因此，研究干法除尘下高炉煤气降温、脱氯使其满足后续CCPP运行需求是非常必要的。目前，国内、外针对高炉煤气降温、脱氯开展了多项研究与应用。
综上所述，现有高炉煤气处理系统及方法还存在一些问题。主要体现在，将原有湿法除尘工艺改造为干法除尘工艺后，现有高炉煤气处理系统及方法不能有效的将高炉煤气降温至35℃左右，并存在氯腐蚀的问题，无法满足早期湿法除尘工艺配套下CCPP发电机组的安全运行及温度需求。因此，探寻更加实用有效的适应CCPP运行的高炉煤气处理系统及方法是非常必要的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供适应CCPP运行的高炉煤气处理系统及方法。实现了对高炉煤气降温至35℃并脱除氯离子；满足了早期湿法除尘工艺配套下CCPP发电机组的安全运行及对高炉煤气温度的需求，解决了钢铁行业高炉煤气湿法除尘改干法除尘的制约瓶颈。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
适应CCPP运行的高炉煤气处理系统，包括炉顶喷雾装置、干法除尘装置、旁路减压阀组、旁路喷雾装置、脱湿装置、煤气降温洗涤塔、循环水冷却塔、循环水水池、碱液储罐。
以上设备均通过管路连接，高炉的煤气出口与炉顶喷雾装置连接，炉顶喷雾装置煤气出口与干法除尘装置入口连接，干法除尘装置煤气出口与TRT发电装置和旁路减压阀组入口连接，旁路减压阀组出口与旁路喷雾装置连接，旁路喷雾装置煤气出口与脱湿装置入口连接，TRT发电装置与脱湿装置的煤气出口与煤气降温洗涤塔的煤气入口连接，煤气降温洗涤塔的煤气出口与CCPP发电装置入口连接。
煤气降温洗涤塔的冷却水出口与循环水冷却塔入口连接，循环水冷却塔出口与循环水水池入口连接，循环水水池出口与煤气降温洗涤塔冷却水入口连接，碱液储罐出口与煤气降温洗涤塔碱液入口连接。
还包括阀门、第一水泵与第二水泵。
所述第一水泵安装在循环水水池出口与煤气降温塔冷却水入口连接管路上。
所述第二水泵安装在碱液储罐与煤气降温洗涤塔碱液入口连接管路上。
一种适应CCPP运行的高炉煤气处理方法，包括两种运行状态。
在TRT发电装置运行状态下：
1)高炉冶炼中产生的高炉煤气温度一般在220℃以上，且会随着高炉炉况的波动而发生变化，高炉煤气进入炉顶喷雾装置，如温度高于180℃～200℃则进行喷雾降温，喷出的雾滴吸收高炉煤气显热汽化成水蒸汽达到对高炉煤气降温的目的；如温度没有高于180℃～200℃则不进行喷雾降温；一般炉顶喷雾装置出口高炉煤气的含水量在10g/Nm3～35g/Nm3。
2)炉顶喷雾装置要保证高炉煤气温度低于180℃～200℃进入干法除尘装置，以防止煤气温度过高烧坏干法除尘装置中的布袋滤料；经过干法除尘装置除尘后高炉煤气进入TRT发电装置，利用其余压余热进行发电，从TRT发电装置出来后高炉煤气温度一般在60℃～80℃范围内，含水量在10g/Nm3～35g/Nm3，露点温度低于35℃。
3)高炉煤气从煤气降温洗涤塔底部向上流动，煤气降温洗涤塔在中上部向上喷淋水；碱液通过泵从碱液储罐泵入煤气降温洗涤塔在上部向下喷淋雾化碱液，水与碱液逆向混合形成碱水，碱水受重力影响向下流动与高炉煤气逆流接触换热降低煤气温度，并吸收中和煤气中的氯离子。
4)在煤气露点温度以上时，碱水与氯离子的中和反应随温度降低效果越好。本发明中高炉煤气从煤气降温洗涤塔底部向上流动过程中不断与下降的碱水换热降温，越向上温度越低，越接近露点温度；而碱水的PH值从顶部到底部是逐渐下降的趋势，因此脱氯反应主要发生在煤气降温洗涤塔中上部；通过控制喷淋水量和雾化碱液量将煤气温度控制在35℃左右，将煤气降温洗涤塔出口冷却水的PH值控制在7.0～7.5左右。
5)喷淋水水温经过换热后升高至30℃以上，从煤气降温洗涤塔底部水路出口进入循环水冷却塔，通过冷却塔降至25℃流入循环水水池，之后循环水水池的冷却水由水泵循环泵入煤气降温洗涤塔对高炉煤气进行冷却降温。
6)脱湿装置中的填料吸附水蒸汽后，会随着含水量的增加脱湿效果逐渐下降；可在TRT发电装置正常运行高炉煤气不走旁路时，当脱湿效率低于80％，将脱湿装置中的填料进行解吸附恢复其吸附效果，解吸附的水通过排水器排出，或可回流到循环水水池中作为补水。
TRT发电装置停止运行状态下：
1)高炉冶炼中产生的高炉煤气温度一般在220℃以上；产生的高炉煤气进入炉顶喷雾装置，如温度高于180℃～200℃则进行喷雾降温；如温度没有高于180℃～200℃则不进行喷雾降温；一般炉顶喷雾装置出口高炉煤气的含水量在10g/Nm3～35g/Nm3。
2)炉顶喷雾装置要保证高炉煤气温度低于180℃～200℃进入干法除尘装置；经过干法除尘装置除尘后高炉煤气进入旁路减压阀组减压，之后进入旁路喷雾装置进行降温，喷淋雾化的水滴吸收高炉煤气热量汽化成水蒸汽，将高炉煤气降温至100℃～120℃范围内；降温后的高炉煤气含水量在50g/Nm3～80g/Nm3，压力在13Kp～16Kp，对应露点温度为38℃～47℃；
3)如果此状态下的高炉煤气直接进入煤气降温洗涤塔降温至35℃，会降到高炉煤气露点温度以下，那么煤气降温洗涤塔循环水提供的冷量将会大部分用于水蒸汽冷却为水的潜热吸冷，预计会增加25％～90％循环水量；为了保证TRT发电装置运行状态和故障状态下煤气降温洗涤塔循环水量差别不大，本发明中旁路喷雾降温后高炉煤气进入脱湿装置，脱湿装置中为高分子聚乙烯材质的填料，可吸附煤气中的水蒸汽，吸附效率达80％以上，经过脱湿装置后的高炉煤气含水量降低至在10g/Nm3～16g/Nm3，露点温度低于35℃。
4)脱湿后的高炉煤气从煤气降温洗涤塔底部向上流动，煤气降温洗涤塔在中上部向上喷淋水，碱液通过泵从碱液储罐泵入煤气降温洗涤塔在上部向下喷淋碱液，水与碱液逆向混合形成碱水，碱水受重力影响向下流动与高炉煤气逆流接触换热，并吸收中和煤气中的氯离子。
5)通过控制喷淋水量和碱液量将煤气温度控制在35℃左右，将煤气降温洗涤塔出口冷却水的PH值控制在7.0～7.5左右；
6)喷淋水经过换热后升高至30℃以上，从煤气降温洗涤塔底部水路出口进入循环水冷却塔，通过冷却塔降至25℃流入循环水水池，之后循环水水池的冷却水由水泵循环泵入煤气降温洗涤塔对高炉煤气进行冷却降温。
与现有方法相比，本发明的有益效果是：
本发明通过TRT旁路喷雾装置和脱湿装置的使用，使得TRT发电装置停止运行状态下进入煤气降温洗涤塔的煤气温度、含湿量得到控制，与TRT发电装置运行状态下进入煤气降温塔的煤气温度、含湿量相差不大，保证了煤气降温塔循环水量不会出现较大波动，也保证了煤气降温洗涤塔对高炉煤气降温及除氯的效果，提高了整个煤气降温、脱氯系统的运行稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明结构示意及工艺原理图。
图中：
1、高炉，2、炉顶喷雾装置，3、干法除尘装置，4、TRT发电装置，5、旁路减压阀组，6、旁路喷雾装置，7、脱湿装置，8、煤气降温洗涤塔，9、循环水冷却塔，10、循环水水池，11、碱液储罐，12、CCPP发电装置，13、第一水泵，14第二水泵，15、16、17、18开关阀。
具体实施方式
本发明公开了适应CCPP运行的高炉煤气处理系统及方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
适应CCPP运行的高炉煤气处理系统，包括炉顶喷雾装置2、干法除尘装置3、旁路减压阀组5、旁路喷雾装置6、脱湿装置7、煤气降温洗涤塔8、循环水冷却塔9、循环水水池10、碱液储罐11、第一水泵13、第二水泵14、开关阀15、16、17、18。
以下设备均通过管路连接，高炉1的煤气出口与炉顶喷雾装置2连接，炉顶喷雾装置2煤气出口与干法除尘装置3入口连接，干法除尘装置3煤气出口与TRT发电装置4和旁路减压阀组5入口连接，旁路减压阀组5出口与旁路喷雾装置6连接，旁路喷雾装置6煤气出口与脱湿装置7入口连接，TRT发电装置4与脱湿装置的煤气出口与煤气降温洗涤塔8的煤气入口连接，煤气降温洗涤塔8的煤气出口与CCPP发电装置12入口连接。
煤气降温洗涤塔8的冷却水出口与循环水冷却塔9入口连接，循环水冷却塔9出口与循环水水池10入口连接，循环水水池10出口与煤气降温洗涤塔8冷却水入口连接，碱液储罐11出口与煤气降温洗涤塔8碱液入口连接。
第一水泵13安装在循环水水池10出口与煤气降温塔8的冷却水入口连接管路上。第二水泵14安装在碱液储罐11与煤气降温洗涤塔8碱液入口连接管路上。开关阀15安装在干法除尘装置3与旁路减压阀组5相连的管路上。开关阀16安装在脱湿装置7出口处的管路上。开关阀17安装在干法除尘装置3与TRT发电装置4相连的管路上。开关阀18安装在TRT发电装置4与煤气降温塔8相连的管路上。
实施例1：
一种适应CCPP运行的高炉煤气处理方法，TRT发电装置运行状态下：
开关阀17、18处于开启状态，开关阀15、16处于关闭状态。高炉1中产生的高炉煤气温度为250℃，高炉煤气进入炉顶喷雾装置2，炉顶喷雾装置2将25℃的水进行喷射雾化，喷出的雾滴吸收高炉煤气显热汽化成水蒸汽达到对高炉煤气降温的目的，将高炉煤气降温至190℃，炉顶喷雾装置2出口高炉煤气的含水量为29g/Nm3左右。
降温后高炉煤气经过干法除尘装置3除尘后，再进入TRT发电装置4，利用其余压余热进行发电，从TRT发电装置4出来后高炉煤气从煤气降温洗涤塔8底部进入，煤气温度为70℃，含水量为29g/Nm3左右，压力16Kp，露点温度为29℃。
煤气降温洗涤塔8在中上部向上喷淋水；碱液通过泵14从碱液储罐11泵入煤气降温洗涤塔8在上部向下喷淋碱液，水与碱液逆向混合形成碱水，碱水受重力影响向下流动与高炉煤气逆流接触，利用显热将高炉煤气降温，并吸收中和煤气中的氯离子。
通过控制喷淋水量和碱液量将煤气温度控制在35℃左右，将煤气降温洗涤塔8出口冷却水的PH值控制在7.2左右。
喷淋水水温为25℃，经过换热后水温升高至30℃，从煤气降温洗涤塔8底部水路进入循环水冷却塔9，通过冷却塔降至25℃流入循环水水池10，之后循环水水池10的冷却水由水泵13循环泵入煤气降温洗涤塔8对高炉煤气进行冷却降温。
一种适应CCPP运行的高炉煤气处理方法，TRT发电装置停止运行状态下：
开关阀15、16处于开启状态，开关阀17、18处于关闭状态。高炉1中产生的高炉煤气温度为220℃，高炉煤气进入炉顶喷雾装置2，喷雾装置将25℃的水进行喷射雾化，喷出的雾滴吸收高炉煤气显热汽化成水蒸汽达到对高炉煤气降温的目的，将高炉煤气降温至180℃，炉顶喷雾装置2出口高炉煤气的含水量为20g/Nm3左右。
降温后高炉煤气经过干法除尘装置3除尘，之后进入旁路减压阀组5进行减压，再进入旁路喷雾装置6进行降温，雾化喷淋的水滴吸收高炉煤气热量汽化成水蒸汽，将高炉煤气降温至110℃；降温后的高炉煤气含水量在56g/Nm3，压力为16Kp，对应露点温度为40.6℃左右。
喷雾降温后高炉煤气进入脱湿装置7中去除煤气中的水蒸汽，脱湿效率达80％以上，经过脱湿装置7后的高炉煤气含水量降低至在11g/Nm3，露点温度低于20℃；脱湿后高炉煤气从煤气降温洗涤塔8底部进入，煤气降温洗涤塔8在中上部向上喷淋水，碱液通过泵14从碱液储罐11泵入煤气降温洗涤塔8在上部向下喷淋碱液，水与碱液逆向混合形成碱水，碱水受重力影响向下流动与高炉煤气逆流接触，将高炉煤气降温并吸收中和煤气中的氯离子。
通过控制喷淋水量和碱液量将煤气温度控制在35℃左右，将煤气降温洗涤塔8出口冷却水的PH值控制在7.5左右；喷淋水水温为25℃，经过换热后水温升高至30℃，从煤气降温洗涤塔8底部水路进入循环水冷却塔9，通过冷却塔降至25℃流入循环水水池10，之后循环水水池10的冷却水由水泵13循环泵入煤气降温洗涤塔8对高炉煤气进行循环冷却降温。
本发明解决了高炉煤气湿法除尘改干法除尘后，高炉煤气温度与CCPP发电装置需求不匹配及氯离子腐蚀的问题；满足了早期湿法除尘工艺配套下CCPP发电机组的安全运行及对高炉煤气温度的需求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.适应CCPP运行的高炉煤气处理系统，其特征在于，包括炉顶喷雾装置、干法除尘装置、旁路减压阀组、旁路喷雾装置、脱湿装置、煤气降温洗涤塔、循环水冷却塔、循环水水池与碱液储罐；
以上设备均通过管路连接，高炉的煤气出口与炉顶喷雾装置连接，炉顶喷雾装置煤气出口与干法除尘装置入口连接，干法除尘装置煤气出口与TRT发电装置和旁路减压阀组入口连接，旁路减压阀组出口与旁路喷雾装置连接，旁路喷雾装置煤气出口与脱湿装置入口连接，TRT发电装置与脱湿装置的煤气出口与煤气降温洗涤塔的煤气入口连接，煤气降温洗涤塔的煤气出口与CCPP发电装置入口连接；
煤气降温洗涤塔的冷却水出口与循环水冷却塔入口连接，循环水冷却塔出口与循环水水池入口连接，循环水水池出口与煤气降温洗涤塔冷却水入口连接，碱液储罐出口与煤气降温洗涤塔碱液入口连接。
2.根据权利要求1所述的适应CCPP运行的高炉煤气处理系统，其特征在于，还包括阀门、第一水泵与第二水泵。
3.根据权利要求2所述的适应CCPP运行的高炉煤气处理系统，其特征在于，所述第一水泵安装在循环水水池出口与煤气降温塔冷却水入口连接管路上。
4.根据权利要求2所述的适应CCPP运行的高炉煤气处理系统，其特征在于，所述第二水泵安装在碱液储罐与煤气降温洗涤塔碱液入口连接管路上。
5.一种基于权利要求1所述适应CCPP运行的高炉煤气处理系统的适应CCPP运行的高炉煤气处理方法，其特征在于，包括TRT发电装置运行状态；
在TRT发电装置运行状态下：
1)高炉冶炼中产生的高炉煤气进入炉顶喷雾装置，如温度高于180℃～200℃则进行喷雾降温；如温度没有高于180℃～200℃则不进行喷雾降温；降温后高炉煤气的含水量控制在10g/Nm3～35g/Nm3；
2)喷雾降温后低于180℃～200℃的高炉煤气温度进入干法除尘装置，经过干法除尘装置除尘后高炉煤气进入TRT发电装置，利用其余压余热进行发电，从TRT发电装置出来后高炉煤气温度在60℃～80℃范围内，含水量控制在10g/Nm3～40g/Nm3，露点温度低于35℃；
3)高炉煤气从煤气降温洗涤塔底部向上流动，煤气降温洗涤塔在中上部向上喷淋水；碱液通过泵从碱液储罐泵入煤气降温洗涤塔在上部向下喷淋碱液，水与碱液逆向混合形成碱水，碱水受重力影响向下流动与高炉煤气逆流接触换热降低煤气温度，并吸收中和煤气中的氯离子；
4)通过控制喷淋水量和碱液量将煤气温度控制在35℃±10℃，将煤气降温洗涤塔出口冷却水的PH值控制在7.0～7.5。
6.根据权利要求5所述的适应CCPP运行的高炉煤气处理方法，其特征在于，所述TRT发电装置运行状态下还包括：
喷淋水经过换热后水温升高至30℃以上，从煤气降温洗涤塔底部水路出口进入循环水冷却塔，冷却塔降至25℃流入循环水水池，之后循环水水池的冷却水由水泵循环泵入煤气降温洗涤塔对高炉煤气进行冷却降温。
7.根据权利要求5所述的适应CCPP运行的高炉煤气处理方法，其特征在于，还包括：在TRT发电装置正常运行高炉煤气不走旁路时，当脱湿装置脱湿效率低于80％，将脱湿装置中的填料进行解吸附恢复其吸附效果，解吸附的水通过排水器排出，或可回流到循环水水池中作为补水。
8.根据权利要求5所述的适应CCPP运行的高炉煤气处理方法，其特征在于，还包括TRT发电装置停止运行状态；
在TRT发电装置停止运行状态下：
1)高炉冶炼中产生的高炉煤气进入炉顶喷雾装置，如温度高于180℃～200℃则进行喷雾降温；如温度没有高于180℃～200℃则不进行喷雾降温；降温后高炉煤气的含水量控制在10g/Nm3～35g/Nm3；
2)喷雾降温后低于180℃～200℃的高炉煤气温度进入干法除尘装置，经过干法除尘装置除尘后高炉煤气进入旁路减压阀组减压，之后进入旁路喷雾装置进行降温，喷淋雾化的水滴吸收高炉煤气热量汽化成水蒸汽，将高炉煤气降温至100℃～120℃范围内；降温后的高炉煤气含水量在50g/Nm3～80g/Nm3，压力13Kp～16Kp，对应露点温度为38℃～47℃；
3)经旁路喷雾降温后高炉煤气进入脱湿装置，脱湿装置中为高分子聚乙烯材质的填料，吸附煤气中的水蒸汽，吸附效率达80％以上，经过脱湿装置后的高炉煤气含水量降低至10g/Nm3～16g/Nm3，露点温度低于35℃；
4)脱湿后的高炉煤气从煤气降温洗涤塔底部向上流动，煤气降温洗涤塔在中上部向上喷淋水，碱液通过泵从碱液储罐泵入煤气降温洗涤塔在上部向下喷淋碱液，水与碱液逆向混合形成碱水，碱水受重力影响向下流动与高炉煤气逆流接触换热，并吸收中和煤气中的氯离子；
5)通过控制喷淋水量和碱液量将煤气温度控制在35±5℃，将煤气降温洗涤塔出口冷却水的PH值控制在7.0～7.5。
9.根据权利要求8所述的适应CCPP运行的高炉煤气处理方法，其特征在于，所述TRT发电装置停止运行状态下还包括：喷淋水经过换热后水温升高至30℃以上，从煤气降温洗涤塔底部水路出口进入循环水冷却塔，通过冷却塔降至25℃流入循环水水池，之后循环水水池的冷却水由水泵循环泵入煤气降温洗涤塔对高炉煤气进行冷却降温。
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