CN113943841A - 一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统及方法，该系统包括高炉炉顶料罐、可变容积的中间段缓冲罐和除尘净化机构，高炉炉顶料罐与中间段缓冲罐通过前段连接主管连接，中间段缓冲罐与除尘净化机构通过后段连接主管连接，除尘净化机构的出口连接净化煤气总管，前段连接主管和后段连接主管上分别设第一电动开关阀和第二电动开关阀，第一电动开关阀和第二电动开关阀之间建立信号联锁，中间段缓冲罐内设有活塞顶板和压力检测仪，活塞顶板与压力检测仪之间建立信号联锁。该发明通过中间段缓冲罐采用容积可调的结构设计，以及第一电动开关阀和第二电动开关阀的控制联锁，实现均压煤气间断性高效回收、连续性释放。

Description

一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统及方法
技术领域
本发明属于炼铁高炉生产技术领域，具体涉及一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统及方法。
背景技术
伴随高炉炼铁正常生产长期排放的煤气包括两部分：一部分是炉顶装料时从料罐排出的煤气，称为均压煤气，另一部分是高炉内原燃料发生化学反应从炉顶排出的煤气，称为炉顶煤气。高炉因特殊原因中断生产、停止送风时，炉顶排出的煤气称为大放散煤气。
一直以来，高炉生产所必需的炉顶均压煤气在每次装料前都被放散到大气中，均压煤气是含有大量一氧化碳、二氧化碳和灰尘的有毒、可燃物混合气体，这些放散煤气严重污染大气环境，同时排放过程噪音大，昼夜扰民。近年来，随着节能减排要求的提高，如何有效并稳定地回收高炉炉顶均压煤气已经成为一个亟待解决的问题。
随着循环经济和可持续发展理念的提出，高炉环保问题日益得到重视，均压煤气回收不仅可以从根本上解决放散造成的环境污染、噪音扰民等问题，还可以提高能源利用率。建设炉顶均压煤气回收设施其工程投资费用短期内即可回收，具有较好的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统，包括高炉炉顶料罐、可变容积的中间段缓冲罐和除尘净化机构，所述高炉炉顶料罐的出口与中间段缓冲罐的进口通过前段连接主管连接，所述中间段缓冲罐的出口与除尘净化机构的进口通过后段连接主管连接，所述除尘净化机构的出口连接净化煤气总管，所述前段连接主管上设有第一电动开关阀，所述后段连接主管上设有第二电动开关阀，所述第一电动开关阀和第二电动开关阀之间建立信号联锁，所述中间段缓冲罐顶部设有活塞顶板，中间段缓冲罐内部设有压力检测仪，所述活塞顶板与压力检测仪之间建立信号联锁。
进一步的，所述前段连接主管上靠近中间段缓冲罐设有第一止回阀，所述后段连接主管上靠近中间段缓冲罐设有第二止回阀。
进一步的，所述后段连接主管的管径小于前段连接主管的管径。
进一步的，所述除尘净化机构包括进气管、圆筒体、圆锥体、灰斗和排气管，所述进气管一端与后段连接主管连接，进气管另一端与圆筒体上部水平切向连通，所述圆筒体顶部封闭，所述圆锥体连接于圆筒体底部，所述灰斗连接于圆锥体底部，所述排气管一端由圆筒体顶部垂直伸入圆筒体内部，排气管另一端与净化煤气总管连接，所述圆筒体、圆锥体和排气管同轴布置。
进一步的，所述进气管设有两个，且两个进气管呈180°对称布置，所述后段连接主管靠近除尘净化机构端分设为两个连接支管，两个所述连接支管分别与两个进气管连接。
进一步的，所述除尘净化机构还包括多组水雾喷淋组件，该多组水雾喷淋组件于圆筒体顶部沿排气管周向等间距布置，所述水雾喷淋组件包括给水管和雾化喷头，所述给水管由圆筒体顶部伸进圆筒体内，所述雾化喷头连接于给水管末端，且所述雾化喷头位于所述进气管与圆筒体的连接点上方。
进一步的，多组所述水雾喷淋组件的雾化喷头的喷淋总面积大于所述圆筒体的横截面积。
进一步的，所述圆筒体内部设有防止排气管晃动的固定件。
另外，本发明还提供了一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收方法，包括如下步骤：
1)t0时刻，采用上述高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统准备接收煤气，此时关闭第一电动开关阀和第二电动开关阀，同时使中间段缓冲罐内的活塞顶板处于高位Lmax，中间段缓冲罐内压力为低值P0；
2)打开第一电动开关阀，使高炉炉顶料罐开始向中间段缓冲罐内泄放均压煤气，中间段缓冲罐内的活塞顶板维持高位Lmax，中间段缓冲罐内的压力上升；
3)t1时刻，高炉炉顶料罐的均压煤气泄放结束，第一电动开关阀关闭，中间段缓冲罐内的压力升至高值P1，与此同时，第一电动开关阀关闭信号与第二电动开关阀动作联锁，第二电动开关阀开启，中间段缓冲罐内均压煤气经后段连接主管流至除尘净化机构内，中间段缓冲罐内煤气释放过程中，中间段缓冲罐内的压力检测仪检测的压力信号联锁活塞顶板向下运动，以控制中间段缓冲罐内压力不变，均压煤气经除尘净化机构的净化后进入净化煤气总管；
4)t2时刻，中间段缓冲罐煤气释放结束，活塞顶板处于低位Lmin，中间段缓冲罐内压力为高值P1，此时关闭第二电动开关阀，控制活塞顶板向上运动，中间段缓冲罐内压力降低；
5)t3时刻，中间段缓冲罐内的活塞顶板恢复至高位Lmax，中间段缓冲罐内的压力恢复至低值P0，即完成一次高炉炉顶料罐均压煤气的回收净化过程。
进一步的，所述步骤3)的中间段缓冲罐内煤气释放过程中，均压煤气采用两个对称布置的切向进气方式进入除尘净化机构形成环形旋风，同时除尘净化机构内设多组水雾喷淋组件向下喷射雾化喷淋水，使其与环形向下流动的均压煤气混合接触，从而脱除均压煤气中较小粒径的粉尘。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统通过中间段缓冲罐采用容积可调的结构设计，以及第一电动开关阀和第二电动开关阀的控制联锁，实现均压煤气间断性高效回收、连续性释放。
(2)本发明提供的这种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统较好地解决了炉顶均压煤气回收过程中三个较为关键的问题，即针对炼铁高炉料罐均压煤气短时、间歇性的排放特点，本系统能做到高效回收，尽可能减少煤气放散量；针对均压煤气温度低、湿度大、含尘量高的特点，本系统运行稳定、设备简单，且对高炉煤气除尘主工艺系统无限制适用；针对炉顶均压煤气压力高、瞬时冲击大的特点，本系统能实现平稳并网，对净煤气干管的压力冲击在较小范围内。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中除尘净化机构采用两个进气管的结构示意图；
图3是本发明实施例中高炉炉顶料罐均压煤气净化回收过程中中间段缓冲罐的压力变化图；
图4是本发明实施例中高炉炉顶料罐均压煤气净化回收过程中活塞顶板在不同时刻的位置示意图。
附图标记说明：1、高炉炉顶料罐；2、第一电动开关阀；3、前段连接主管；4、第一止回阀；5、活塞顶板；6、中间段缓冲罐；7、第二止回阀；8、第二电动开关阀；9、后段连接主管；10、给水管；11、雾化喷头；12、进气管；13、圆筒体；14、排气管；15、固定件；16、圆锥体；17、灰斗；18、净化煤气总管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本实施例提供了一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统，包括高炉炉顶料罐1、可变容积的中间段缓冲罐6和除尘净化机构，所述高炉炉顶料罐1的出口与中间段缓冲罐6的进口通过前段连接主管3连接，所述中间段缓冲罐6的出口与除尘净化机构的进口通过后段连接主管9连接，具体的，前段连接主管3和后段连接主管9均连接于中间段缓冲罐6的下部，所述除尘净化机构的出口连接净化煤气总管18，所述前段连接主管3上设有第一电动开关阀2，所述后段连接主管9上设有第二电动开关阀8，所述第一电动开关阀2和第二电动开关阀8之间建立信号联锁，所述中间段缓冲罐6顶部设有活塞顶板5，中间段缓冲罐6内部设有压力检测仪（图中未标示），所述活塞顶板5与压力检测仪之间建立信号联锁。根据上游炼铁生产工艺要求，高炉炉顶料罐1在开启5秒内，均压煤气压力由0 .25MPa降至50kPa，在高炉炉顶料罐1和除尘净化机构之间设置容积足够大的中间段缓冲罐6存储均压煤气，以应对大量均压煤气瞬间释放带来的冲击；在本实施例中，均压煤气由高炉炉顶料罐1出依次经过中间段缓冲罐6的回收、缓释放，以及除尘净化机构的净化处理后并入净化煤气总管18内；在此过程中，通过第一电动开关阀2和第二电动开关阀8的控制联锁动作，确保均压煤气的间断性高效回收、连续性释放，同时通过中间段缓冲罐6内储气压力信号联锁控制活塞顶板5的运动，以此控制中间段缓冲罐6的储气压力不变来保证进入除尘净化机构的均压煤气流速稳定，提高除尘净化机构对均压煤气净化处理的工作效率。
优化的实施方式，所述前段连接主管3上靠近中间段缓冲罐6设有第一止回阀4，避免均压煤气由高炉炉顶料罐1向中间段缓冲罐6流入过程中倒流，同样，所述后段连接主管9上靠近中间段缓冲罐6设有第二止回阀7，避免均压煤气由中间段缓冲罐6向除尘净化机构流入过程中倒流。进一步的，所述后段连接主管9的管径小于前段连接主管3的管径。
对于除尘净化机构的一种具体实施方式，所述除尘净化机构包括进气管12、圆筒体13、圆锥体16、灰斗17和排气管14，所述进气管12一端与后段连接主管9连接，进气管12另一端与圆筒体13上部水平切向连通，所述圆筒体13顶部封闭，所述圆锥体16连接于圆筒体13底部，所述灰斗17连接于圆锥体16底部，所述排气管14一端由圆筒体13顶部垂直伸入圆筒体13内部，排气管14另一端与净化煤气总管18连接，所述圆筒体13、圆锥体16和排气管14同轴布置。中间段缓冲罐6内的均压煤气通过后段连接主管9和进气管12水平切向进入圆筒体13内形成环形旋风，均压煤气中粉尘颗粒在离心力的作用下从气流中分离，并在重力作用下沿圆筒体13和圆锥体16侧壁落入灰斗17中，与此同时，净化后的均压煤气经圆筒体13内的排气管14由下向上流出，进入净化煤气总管18。
进一步的，为了避免均压煤气气流进入圆筒体13后形成的旋风对排气管14造成扰动，所述圆筒体13内部设有防止排气管14晃动的固定件15；具体的，该固定件15可以为连接杆，连接杆一端焊接在圆筒体13内侧，另一端焊接在排气管14外侧，从而对排气管14下端固定。
为了进一步脱除均压煤气中所含较小粒径的粉尘，提高净化效果，所述除尘净化机构还包括多组水雾喷淋组件，该多组水雾喷淋组件于圆筒体13顶部沿排气管14周向等间距布置，所述水雾喷淋组件包括给水管10和雾化喷头11，所述给水管10由圆筒体13顶部伸进圆筒体13内，所述雾化喷头11连接于给水管10末端，且所述雾化喷头11位于所述进气管12与圆筒体13的连接点上方。在使用时，均压煤气气流从中间段缓冲罐6经后段连接主管9高速流入进气管12中，在进气管12末端切向进入圆筒体13形成环形旋风，与此同时，圆筒体13外部提供的水流在高压驱动下进入各给水管10，并通过雾化喷头11形成水雾并向下喷出，与圆筒体13内均压煤气混合接触，对均压煤气气流形成扰动，混合气流在圆筒体13内呈环形旋转向下的流态，在此过程中，均压煤气中较大粒径的粉尘颗粒在重力、离心力的双重作用下向下降落，沉积至灰斗17，而均压煤气中粒径较小的粉尘则与水雾颗粒大量发生碰撞并被捕集包裹夹带，液滴不断聚集后形成较大颗粒并最终沉降于灰斗17。均压煤气经此过程后已完成粉尘的大量脱除，净化后的均压煤气再通过排气管14向上排出，粉尘则混于喷淋水中从灰斗17排出，最终被排至污水处理池，以此实现均压煤气的固液分离。均压煤气经过此除尘净化机构处理后，所含粉尘大幅减少，同时均压煤气压力也急剧下降，并入净化煤气总管18所带来的压力冲击、粉尘污染均在允许范围内，实现高炉炉顶均压煤气的高效清洁回收。
进一步的，为了确保进入圆筒体13内的煤气气流均能被水雾覆盖，多组所述水雾喷淋组件的雾化喷头11的喷淋总面积大于所述圆筒体13的横截面积，以避免出现死角而使得未接受水雾净化的均压煤气逃逸到净化煤气总管18中。
可优选的实施方式，如图2所示，可将上述除尘净化机构中的进气管12设计为两个，且两个进气管12呈180°对称布置，所述后段连接主管9靠近除尘净化机构端分设为两个连接支管，两个所述连接支管分别与两个进气管12连接；通过采用2个对称切向进气，进一步增加了均压煤气中粉尘颗粒及雾化喷淋水的碰撞聚集几率，提高均压煤气净化效率。
采用上述高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统进行均压煤气净化回收过程如下：
(1)t0时刻，采用上述高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统准备接收煤气，此时关闭第一电动开关阀2和第二电动开关阀8，同时使中间段缓冲罐6内的活塞顶板5处于高位Lmax，中间段缓冲罐6内压力为低值P0，如图3和图4所示。
(2)打开第一电动开关阀2，使高炉炉顶料罐1开始向中间段缓冲罐6内泄放均压煤气，中间段缓冲罐6内的活塞顶板5维持高位Lmax，中间段缓冲罐6内的压力上升。
(3)t1时刻，高炉炉顶料罐1的均压煤气泄放结束，第一电动开关阀2关闭，中间段缓冲罐6内的压力升至高值P1，与此同时，第一电动开关阀2关闭信号与第二电动开关阀8动作联锁，第二电动开关阀8开启，中间段缓冲罐6内均压煤气经后段连接主管9流至除尘净化机构内；中间段缓冲罐6内煤气释放过程中，中间段缓冲罐6内的压力检测仪检测的压力信号联锁活塞顶板5向下运动，以控制中间段缓冲罐6内压力不变来保证均压煤气流速一致，均压煤气经除尘净化机构的净化后进入净化煤气总管18。
其中，中间段缓冲罐6内煤气释放过程中，均压煤气采用两个对称布置的切向进气方式进入除尘净化机构形成环形旋风，同时除尘净化机构内设的多组水雾喷淋组件向下喷射雾化喷淋水，使其与环形向下流动的均压煤气混合接触，在离心力及重力作用下，脱除均压煤气中粉尘颗粒，达到净化均压煤气的目的。
(4)t2时刻，中间段缓冲罐6煤气释放结束，活塞顶板5处于低位Lmin，中间段缓冲罐6内压力为高值P1，如图3和图4所示，此时关闭第二电动开关阀8，控制活塞顶板5向上运动，中间段缓冲罐6内压力降低。
(5)t3时刻，如图3和图4所示，中间段缓冲罐6内的活塞顶板5恢复至高位Lmax，中间段缓冲罐6内的压力恢复至低值P0，即完成一次高炉炉顶料罐均压煤气的回收净化过程。
综上所述，采用本实施例的高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统较好地解决了炉顶均压煤气回收过程中三个较为关键的问题，即针对炼铁高炉料罐均压煤气短时、间歇性的排放特点，本系统能做到高效回收，尽可能减少煤气放散量；针对均压煤气温度低、湿度大、含尘量高的特点，本系统运行稳定、设备简单，且对高炉煤气除尘主工艺系统无限制适用；针对炉顶均压煤气压力高、瞬时冲击大的特点，本系统能实现平稳并网，对净煤气干管的压力冲击在较小范围内。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统，其特征在于：包括高炉炉顶料罐、可变容积的中间段缓冲罐和除尘净化机构，所述高炉炉顶料罐的出口与中间段缓冲罐的进口通过前段连接主管连接，所述中间段缓冲罐的出口与除尘净化机构的进口通过后段连接主管连接，所述除尘净化机构的出口连接净化煤气总管，所述前段连接主管上设有第一电动开关阀，所述后段连接主管上设有第二电动开关阀，所述第一电动开关阀和第二电动开关阀之间建立信号联锁，所述中间段缓冲罐顶部设有活塞顶板，中间段缓冲罐内部设有压力检测仪，所述活塞顶板与压力检测仪之间建立信号联锁。
2.如权利要求1所述的一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统，其特征在于：所述前段连接主管上靠近中间段缓冲罐设有第一止回阀，所述后段连接主管上靠近中间段缓冲罐设有第二止回阀。
3.如权利要求1所述的一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统，其特征在于：所述后段连接主管的管径小于前段连接主管的管径。
4.如权利要求1所述的一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统，其特征在于：所述除尘净化机构包括进气管、圆筒体、圆锥体、灰斗和排气管，所述进气管一端与后段连接主管连接，进气管另一端与圆筒体上部水平切向连通，所述圆筒体顶部封闭，所述圆锥体连接于圆筒体底部，所述灰斗连接于圆锥体底部，所述排气管一端由圆筒体顶部垂直伸入圆筒体内部，排气管另一端与净化煤气总管连接，所述圆筒体、圆锥体和排气管同轴布置。
5.如权利要求4所述的一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统，其特征在于：所述进气管设有两个，且两个进气管呈180°对称布置，所述后段连接主管靠近除尘净化机构端分设为两个连接支管，两个所述连接支管分别与两个进气管连接。
6.如权利要求4或5所述的一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统，其特征在于：所述除尘净化机构还包括多组水雾喷淋组件，该多组水雾喷淋组件于圆筒体顶部沿排气管周向等间距布置，所述水雾喷淋组件包括给水管和雾化喷头，所述给水管由圆筒体顶部伸进圆筒体内，所述雾化喷头连接于给水管末端，且所述雾化喷头位于所述进气管与圆筒体的连接点上方。
7.如权利要求6所述的一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统，其特征在于：多组所述水雾喷淋组件的雾化喷头的喷淋总面积大于所述圆筒体的横截面积。
8.如权利要求4所述的一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统，其特征在于：所述圆筒体内部设有防止排气管晃动的固定件。
9.一种高炉炉顶料罐均压煤气净化回收方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)t0时刻，采用如权利要求1～8任一项所述高炉炉顶料罐均压煤气净化回收系统准备接收煤气，此时关闭第一电动开关阀和第二电动开关阀，同时使中间段缓冲罐内的活塞顶板处于高位Lmax，中间段缓冲罐内压力为低值P0；
2)打开第一电动开关阀，使高炉炉顶料罐开始向中间段缓冲罐内泄放均压煤气，中间段缓冲罐内的活塞顶板维持高位Lmax，中间段缓冲罐内的压力上升；
3)t1时刻，高炉炉顶料罐的均压煤气泄放结束，第一电动开关阀关闭，中间段缓冲罐内的压力升至高值P1，与此同时，第一电动开关阀关闭信号与第二电动开关阀动作联锁，第二电动开关阀开启，中间段缓冲罐内均压煤气经后段连接主管流至除尘净化机构内，中间段缓冲罐内煤气释放过程中，中间段缓冲罐内的压力检测仪检测的压力信号联锁活塞顶板向下运动，以控制中间段缓冲罐内压力不变，均压煤气经除尘净化机构的净化后进入净化煤气总管；
4)t2时刻，中间段缓冲罐煤气释放结束，活塞顶板处于低位Lmin，中间段缓冲罐内压力为高值P1，此时关闭第二电动开关阀，控制活塞顶板向上运动，中间段缓冲罐内压力降低；
5)t3时刻，中间段缓冲罐内的活塞顶板恢复至高位Lmax，中间段缓冲罐内的压力恢复至低值P0，即完成一次高炉炉顶料罐均压煤气的回收净化过程。
10.如权利要求9所述的高炉炉顶料罐均压煤气净化回收方法，其特征在于，所述步骤3)的中间段缓冲罐内煤气释放过程中，均压煤气采用两个对称布置的切向进气方式进入除尘净化机构形成环形旋风，同时除尘净化机构内设多组水雾喷淋组件向下喷射雾化喷淋水，使其与环形向下流动的均压煤气混合接触，从而脱除均压煤气中较小粒径的粉尘。
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