CN114196797A - 一种转炉烟气二氧化碳回收系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢铁冶金生产领域，尤其涉及一种转炉烟气二氧化碳回收系统及工艺；该二氧化碳回收系统包括通过管道依次连接的第一余热回收装置、净化装置、化学链燃烧装置、第二余热回收装置和二氧化碳储罐，第一余热回收装置和转炉的烟气出口之间连接有用于冷却的汽化冷却烟道，转炉的烟气出口和汽化冷却烟道之间还设置有炉口烟罩，第二余热回收装置和二氧化碳储罐之间的管道上还设置有风机，转炉的烟气出口处设置有气体密封保护装置，可以抑制空气的吸入，得到低氮或无氮的烟气。本发明中转炉烟气进入化学链燃烧装置前进行多次降温并回收烟气余热，可以避免因烟气温度过高造成对燃烧装置要求高，同时避免了高温下发生氧化还原反应的安全隐患。

Description

一种转炉烟气二氧化碳回收系统及工艺
技术领域
本发明涉及钢铁冶金生产领域，尤其涉及一种转炉烟气二氧化碳回收系统及工艺。
背景技术
二氧化碳一方面是造成温室效应的最重要的气体之一，而另一方面具有较高的民用和工业价值，在多种领域有着广泛的应用，是一种非常宝贵的资源，它不仅广泛应用在石油开采、焊接、低温冷媒、机械制造、人工降雨、消防、化工、造纸、农业、食品业、医疗卫生等方面，还可以应用于超临界溶剂、激光技术、核工业等尖端高科技领域。
世界钢铁工业二氧化碳排放量占全球总排放的5％-6％，而我国钢铁工业占全国总排放的约15％。有效降低钢铁生产二氧化碳排放已成为钢铁工业亟待解决的问题。转炉吹氧冶炼期间，转炉内主要产生的气体为脱碳反应产物CO和CO2气体。脱碳反应生成的CO在炉内二次燃烧，部分燃烧生成CO2，形成主要由CO、CO2组成的转炉一次炉气。当一次炉气上升至炉口与烟罩衔接处，一次炉气中未燃烧掉的CO与从烟罩口吸入的空气中的O2在此进行炉外二次燃烧，再有部分CO燃烧生成CO2，加上底吹气体，这样就形成含有CO、CO2、N2等混合气体的转炉最终炉气，最后进入转炉煤气回收净化系统。回收的转炉煤气作为燃料通常被用于轧钢加热或燃烧发电，最终燃烧生成CO2以烟气的形式排放。由于转炉煤气回收过程混入部分空气以及燃烧过程采用空气进行助燃，转炉煤气燃烧最终的烟气中CO2被大量的N2稀释，使得二氧化碳的捕集变得十分困难。
发明内容
为了解决上述问题，一方面，本发明提供了一种转炉烟气二氧化碳回收系统，包括通过管道依次连接的第一余热回收装置、净化装置、化学链燃烧装置、第二余热回收装置和二氧化碳储罐，所述第一余热回收装置和转炉的烟气出口之间连接有用于冷却的汽化冷却烟道，所述转炉的烟气出口和所述汽化冷却烟道之间还设置有炉口烟罩，所述第二余热回收装置和二氧化碳储罐之间的管道上还设置有风机。
进一步地，所述转炉的烟气出口与所述炉口烟罩的连接处设置有气体密封保护装置，所述气体密封保护装置朝向所述转炉的烟气出口喷吹二氧化碳气体，所述气体密封保护装置与所述二氧化碳储罐连接。
进一步地，所述净化装置为布袋除尘器、滤管除尘器、静电除尘器中的一种。
进一步地，所述化学链燃烧装置为流化床反应器、固定床反应器、旋转反应器中的一种。
进一步地，所述第一余热回收装置和第二余热回收装置为余热锅炉。
进一步地，所述化学链燃烧装置采用的载氧体为Ni基、Cu基、Fe基、Co基、Mn基载氧体中的至少一种。
进一步地，所述化学链燃烧装置内设置有用于检测一氧化碳以及氧气浓度的气体检测仪。
另一方面，本发明还提供了一种转炉烟气二氧化碳回收工艺，采用如上所述的转炉烟气二氧化碳回收系统，包括如下步骤：
1)将转炉冶炼产生的高温烟气经过汽化冷却烟道进行初步降温，再送至第一余热回收装置中进一步回收热量；
2)降温后的烟气进入净化装置内进行除尘，将净化装置中排出的烟气送入化学链燃烧装置中，烟气在化学链燃烧装置内进行氧化反应生成主要成分为二氧化碳的烟气；
3)将化学链燃烧装置中排出的烟气送入第二余热回收装置中进行热量回收；
4)将第二余热回收装置中排出的烟气回收至二氧化碳储罐内。
进一步地，所述汽化冷却烟道排出的烟气温度为800～1000℃。
进一步地，所述第一余热回收装置排出的烟气温度为100～200℃。
本发明的烟气二氧化碳回收系统及工艺的工作原理是，转炉冶炼产生的高温烟气进入汽化冷却烟道进行初步降温并回收热量，烟气冷却至800～1000℃，此时，烟气还具有较高的温度，随后烟气进入第一余热回收装置进一步降温并回收烟气余热，第一余热回收装置排出的烟气温度为100～200℃，可以充分的回收烟气的余热，节约能源，同时降低烟气在化学链燃烧装置内的反应温度，可以降低对化学链燃烧装置的要求，同时也使得反应更安全，烟气在化学链燃烧装置内反应生成高浓度二氧化碳的烟气，然后再次经过第二余热回收装置内进行降温并回收余热，再送至二氧化碳储罐内进行存储，可以得到高纯度的二氧化碳气体。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：
1)本发明在转炉烟气进入化学链燃烧装置前进行多次降温并回收烟气余热，将烟气温度降至100～200℃后送至化学链燃烧装置内反应，可以避免因烟气温度过高造成化学链燃烧装置体积庞大，且对化学链燃烧装置材质要求高，同时可以降低在高温下发生氧化还原反应的危险系数，烟气在100～200℃进入化学链燃烧装置中，一方面可以保证其能迅速进行反应，另一方面可以提高整个系统的安全系数；
2)本发明在对转炉烟气二氧化碳回收的同时，还充分利用了转炉烟气的余热和化学能，实现了转炉烟气的资源化利用；
3)本发明通过在转炉的烟气出口与炉口烟罩处设置气体密封保护装置从而获取低氮或无氮的转炉烟气，经过冷却降温和除尘净化后的转炉烟气中的一氧化碳在化学链燃烧装置燃烧反应，从而获取高纯度的二氧化碳烟气，为转炉烟气二氧化碳的封存和资源化利用提供了基础。
附图说明
图1为本发明转炉烟气二氧化碳回收系统的结构示意图。
其中，1-转炉；2-炉口烟罩；3-汽化冷却烟道；4-第一余热回收装置；5-净化装置；6-化学链燃烧装置；7-第二余热回收装置；8-风机；9-二氧化碳储罐。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。附图中，为清晰可见，可能放大了某部分的尺寸及相对尺寸。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义解释，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。
此外，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，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。此外，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。
如说明书附图1所示，本发明提供了一种转炉烟气二氧化碳回收系统，包括通过管道依次连接的第一余热回收装置4、净化装置5、化学链燃烧装置6、第二余热回收装置7和二氧化碳储罐9，所述第一余热回收装置4和转炉1的烟气出口之间连接有用于冷却的汽化冷却烟道3，所述转炉1的烟气出口和所述汽化冷却烟道3之间还设置有炉口烟罩2；具体的，转炉1冶炼排出的烟气温度为1400～1500℃，烟气经过汽化冷却烟道3初步降温并回收热量后，烟气的热量回收不充分，烟气降至800～1000℃，汽化冷却烟道3排出的烟气进入第一余热回收装置4进一步降温并回收余热，烟气经过第一余热回收装置4后可降温至100～200℃，第一余热回收装置4与汽化冷却烟道3连接，可以最大限度的回收烟气的余热，使得烟气的余热能最大化的资源化利用，第一余热回收装置4排出的烟气经过净化装置5除去烟气中携带的大量的粉尘或灰尘等杂质，净化装置5为布袋除尘器，当然，净化装置5还可以是滤管除尘器、静电除尘器等，烟气经过净化后进入化学链燃烧装置6内反应，可以减少杂质带来的副反应，减少副产物的生成，延长了化学链燃烧装置6内的载氧体的使用寿命，化学链燃烧装置6排出的烟气中含有高纯度的二氧化碳，经过第二余热回收装置7后由风机8送至二氧化碳储罐9内进行收集。
作为实施方式之一，所述转炉1的烟气出口与所述炉口烟罩2的连接处设置有气体密封保护装置，所述气体密封保护装置朝向所述转炉1的烟气出口喷吹二氧化碳气体，具体的，气体密封保护装置通过向转炉1的连接处喷吹二氧化碳气体来抑制空气混入，可以得到低氮，甚至是无氮的烟气，气体密封保护装置可以与二氧化碳储罐9连接，由二氧化碳储罐9提供二氧化碳气体。
作为实施方式之一，转炉烟气中的主要成分是CO和CO2，烟气中的CO气体可以在化学链燃烧装置6中氧化成CO2，得到二氧化碳纯度高的烟气，化学链燃烧装置6可以是流化床反应器、固定床反应器或旋转反应器，采用的载氧体为Ni基、Cu基、Fe基、Co基、Mn基载氧体中的至少一种，载氧体也可以是多种载氧体的混合物，降温后的保持一定温度的烟气进入化学链燃烧装置6，可以在载氧体的作用下迅速反应，其中的CO氧化成CO2，得到高纯度的二氧化碳气体，燃烧后的烟气经过第二余热回收装置7降温并回收余热，具体的，所述第一余热回收装置4和第二余热回收装置7为余热锅炉，在对转炉烟气二氧化碳捕集回收的同时，还充分利用了转炉烟气的余热和化学能，实现了转炉烟气的资源化利用。
进一步细化实施方式，所述化学链燃烧装置6内设置有用于检测一氧化碳以及氧气浓度的气体检测仪，用于对化学链燃烧装置6内的一氧化碳以及氧气浓度进行实时监测，其中，一氧化碳浓度的设定值不应高于净化装置5中烟气的一氧化碳的浓度，氧气浓度的设定值不应低于空气中氧气浓度，当化学链燃烧装置6中的一氧化碳浓度超标时，应及时进行载氧体的更换或检修。
进一步地，为了保证系统能正常并安全的运行，在各管道及装置上还可以设置温度检测装置及压力检测装置，对系统的运行进行实时监测，保证系统的顺利进行，也方便对系统进行检修和维护。
另一方面，本发明还提供了一种转炉烟气二氧化碳回收工艺，采用如上所述的转炉烟气二氧化碳回收系统，包括如下步骤：
1)将转炉冶炼产生的高温烟气经过汽化冷却烟道进行初步降温，再送至第一余热回收装置4中进一步回收热量；
2)降温后的烟气进入净化装置5内进行除尘，将净化装置中排出的烟气送入化学链燃烧装置6中，烟气在化学链燃烧装置6内进行氧化反应生成主要成分为二氧化碳的烟气；
3)将化学链燃烧装置6中排出的烟气送入第二余热回收装置7中进行热量回收；
4)将第二余热回收装置7中排出的烟气回收至二氧化碳储罐9内；二氧化碳储罐9与转炉1的烟气出口连接，用于向转炉1的烟气出口提供二氧化碳气体。
细化地实施方式，转炉1的高温烟气经过汽化冷却烟道3冷却后排出的烟气温度为800～1000℃，烟气进入第一余热回收装置4进一步降温并回收余热，第一余热回收装置4排出的烟气温度为100～200℃，该烟气中的余热被充分回收，且还具有一定的温度，可以在化学链燃烧装置6内迅速反应，提高反应效率，降温后的烟气在化学链燃烧装置6内低温反应，可以避免高温对化学链燃烧装置6要求高的问题，也可以降低化学链燃烧装置6的尺寸，烟气中的一氧化碳氧化为二氧化碳为放热反应，可以避免因高温带来的安全隐患，保证反应的安全性，同时也能降低对装置的要求；燃烧后的烟气经过第二余热回收装置7降温并吸收余热后，温度将至100℃以下，可送至二氧化碳储罐9内进行存储。
综上所述，本发明提供了一种转炉烟气二氧化碳回收系统及工艺，烟气进入化学链燃烧装置反应时，经过多次降温并回收余热，使得烟气的温度降低，在化学链燃烧装置中进行氧化反应，生成高纯度的二氧化碳进行回收，在转炉的烟气出口设置气体密封保护装置，可以在转炉的烟气出口与炉口烟罩连接处喷吹二氧化碳气体抑制空气的吸入，从而获得无氮的转炉烟气，进而可以获得高纯度的二氧化碳烟气，为转炉烟气二氧化碳的封存和资源化利用提供了基础，还能充分利用转炉烟气的余热和化学能。
本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神和范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为此实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (10)

1.一种转炉烟气二氧化碳回收系统，其特征在于，包括通过管道依次连接的第一余热回收装置、净化装置、化学链燃烧装置、第二余热回收装置和二氧化碳储罐，所述第一余热回收装置和转炉的烟气出口之间连接有用于冷却的汽化冷却烟道，所述转炉的烟气出口和所述汽化冷却烟道之间还设置有炉口烟罩，所述第二余热回收装置和二氧化碳储罐之间的管道上还设置有风机。
2.根据权利要求1所述的转炉烟气二氧化碳回收系统，其特征在于，所述转炉的烟气出口与所述炉口烟罩的连接处设置有气体密封保护装置，所述气体密封保护装置朝向所述转炉的烟气出口喷吹二氧化碳气体，所述气体密封保护装置与所述二氧化碳储罐连接。
3.根据权利要求1所述的转炉烟气二氧化碳回收系统，其特征在于，所述净化装置为布袋除尘器、滤管除尘器、静电除尘器中的一种。
4.根据权利要求1所述的转炉烟气二氧化碳回收系统，其特征在于，所述化学链燃烧装置为流化床反应器、固定床反应器、旋转反应器中的一种。
5.根据权利要求1所述的转炉烟气二氧化碳回收系统，其特征在于，所述第一余热回收装置和第二余热回收装置为余热锅炉。
6.根据权利要求1所述的转炉烟气二氧化碳回收系统，其特征在于，所述化学链燃烧装置采用的载氧体为Ni基、Cu基、Fe基、Co基、Mn基载氧体中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的转炉烟气二氧化碳回收系统，其特征在于，所述化学链燃烧装置内设置有用于检测一氧化碳以及氧气浓度的气体检测仪。
8.一种转炉烟气二氧化碳回收工艺，其特征在于，采用如权利要求1～7任一项所述的转炉烟气二氧化碳回收系统，包括如下步骤：
1)将转炉冶炼产生的高温烟气经过汽化冷却烟道进行初步降温，再送至第一余热回收装置中进一步回收热量；
2)降温后的烟气进入净化装置内进行除尘，将净化装置中排出的烟气送入化学链燃烧装置中，烟气在化学链燃烧装置内进行氧化反应生成主要成分为二氧化碳的烟气；
3)将化学链燃烧装置中排出的烟气送入第二余热回收装置中进行热量回收；
4)将第二余热回收装置中排出的烟气回收至二氧化碳储罐内。
9.根据权利要求8所述的转炉烟气二氧化碳回收工艺，其特征在于，所述汽化冷却烟道排出的烟气温度为800～1000℃。
10.根据权利要求8所述的转炉烟气二氧化碳回收工艺，其特征在于，所述第一余热回收装置排出的烟气温度为100～200℃。
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