CN114486401B

CN114486401B - 一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法

Info

Publication number: CN114486401B
Application number: CN202011258378.3A
Authority: CN
Inventors: 吴高明; 胡文才; 董廷亮; 柯西军
Original assignee: Wuhan Lead Laser Co ltd; Jiangsu Jicui Metallurgy Technology Institute Co ltd
Current assignee: Wuhan Lead Laser Co ltd; Jiangsu Jicui Metallurgy Technology Institute Co ltd
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2024-04-09
Anticipated expiration: 2040-11-12
Also published as: CN114486401A

Abstract

本发明公开了一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法，包括转炉汽化冷却烟道、样气半干法预处理单元，携带有大量烟尘颗粒物和凝结性组分的高温转炉烟气经烟气取样口从转炉汽化冷却烟道引出，进入样气半干法预处理单元冷却、除尘净化等预处理后，送入烟气分析进行烟气组成分析，所述高温转炉烟气在样气半干法预处理单元的流化管道内，与处于悬浮状态的固体颗粒介质直接接触，并对固体颗粒介质进一步流化换热，再进入回料管内，经过固体颗粒介质及烟尘颗粒物组成的混合填料床层过滤后，从转炉烟气样气出口管排出，所述高温转炉烟气温度降到200℃以下。本发明方法系统免维护、结构紧凑、冷却效率高，可实现取样过程的连续稳定运行。

Description

一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法

技术领域

本发明属于烟气分析检测及冶金能源环保领域，具体的说是涉及一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法。

背景技术

转炉炉气分析技术是指通过连续检测炉口逸出的炉气成分,并计算脱碳速率、炉气中氧含量和渣中氧含量等吹炼过程中的相关参数,从而确定钢液碳含量、组元含量、熔池温度和渣的成分,并且调整氧气和冷却剂用量,以达到转炉冶炼的全程动态控制。

炉气分析控制原理是由转炉煤气快速分析得出转炉烟气中CO含量，根据理论二次燃烧率计算出烟气中CO₂含量，结合转炉冶炼初始条件、烟气CO、CO₂、含量、烟气发生量及转炉氧气消耗量综合判断转炉钢水碳含量，提前预测转炉吹炼时间及终点温度控制情况，并根据烟气成分、氧气消耗量制定反应曲线指导转炉操作。

近几年，鞍钢、河钢、马钢、涟钢等单位先后从国外引进了利用质谱仪进行炉气分析的动态控制系统。2004年，莱芜钢铁股份有限公司和钢铁研究总院合作，在炼钢厂60吨氧气顶吹转炉上开展“炉气分析动态智能控制技术的研究与应用”。这些单位的炉气分析控制应用情况如下：

(1)鞍钢

鞍钢一炼钢100t转炉烟气分析系统基础级设备包括炉气取样探头、炉气预处理、质谱仪、炉气流量计及附属管路设备、电气仪表、PLC、数据通讯、计算机等。炉气流量计对气体流量进行检测，质谱仪分析炉气成分,所有检测信息通过数据通讯系统传输至主控室计算机，过程控制模型进行分析计算，再将判断指令下达到基础级PLC执行。为适应恶劣的转炉冶炼条件,安装2个取样探头，一个工作，另一个反吹清扫或备用。取样探头安装需遵循以下四个原则：

①为使炉气分析滞后时间尽可能缩短，要求取样探头位置距离炉口尽可能近；

②为避免一文水处理的影响导致粉尘结垢堵塞探头，探头应离水蒸气尽可能远；

③为减轻粉尘淤积堵塞探头，探头口需倾斜向下；

④安装位置应利于设备维护。

实现了模型控制吹炼全程的目标，包括氧枪枪位、分批次加料、达到吹炼终点自动抬枪等过程操作均由模型控制，取得在±0.02％允许误差范围内,终点碳含量w[C]一拉命中率93％,补吹率仅为1.4％；在±20℃允许误差范围内，终点温度一拉命中率达92.9％，且实现了终点磷含量在±30ppm内，命中率达到83.1％。从取得的试验实绩看烟气分析系统运行稳定，可连续再现。

(2)河钢集团

基于红外烟气分析，河钢集团100t自主开发了铁水碳精准检测、负称重下料系统、变枪变压吹氧工艺、新型双渣、动态碱度控制、终点碳分析及高低温切换模型、终点镇静与复吹保证等关键技术，形成了转炉高投入率、高命中率自动炼钢技术。该技术应用使转炉终点控制准确性达到副枪效果。

①基于红外烟气分析，烟气中(CO)达到22～28％，提枪进行双渣操作可大幅提高成功率，目前双渣成功率达到95％以上；

②无人工干预自动化炼钢，自动炼钢比例达到99％以上，超低碳钢直接出钢率92％以上。

(3)马钢

2004年4月，马钢第一钢轧总厂从奥钢联引进的转炉炉气分析自动化控制系统逐步在3座120t转炉投入使用。

系统包括两部分：①炉气分析系统，包括负责转炉烟气采集处理的LOMAS系统和英国VG公司PrimaδB磁扇式转炉炉气在线分析质谱仪；②转炉二级动态控制模型(DYNACON)，由吹炼自动化模型、静态控制模型和动态控制模型等3个子模型组成,其目的在于命中目标终点碳和目标终点温度。

在吹炼过程中,计算机根据从质谱仪得到的分析值信号、供氧速度、流量和辅助原料(铁矿石、石灰和萤石等助熔剂)的投入速度等实际吹炼数据，每隔2s对相关项目进行一次计算，得到温度及脱碳速率，连续预测钢水碳含量，而且还为DYNACON动态模型进行终点预报提供依据。当达到终点要求时,计算机给出提枪停止吹炼信号，吹炼结束。至2007年，终点碳温命中率分别为94.27％和90.26％，双命中率为86.54％，大大减少了转炉补吹率，降低了钢水过氧化程度，冶炼周期也随之缩短了2min左右。

通过对烟气分析动态控制炼钢技术的多功能开发，取得了以下成果：

①解决了模型运用初期对原材料成分质量要求高、适应性差、吹炼过程易发生喷溅、粘枪事故等，启用模型自学习、自适应功能，根据原材料变化范围大，输入近1万炉次进行反馈校正计算，拓宽模型适应范围，优化设计出8种供氧造渣制度，实现了从下枪吹炼到自动加料自动提枪全过程自动化炼钢控制新模型；

②适时监控转炉底吹搅拌效果，成功冶炼低碳、超低碳钢种；

③利用烟气分析CO浓度变化有效指导冶炼操作，防止返干，减少喷溅，使喷溅率控制在4.0％以下；

④优化转炉吹炼操作，强化脱磷效果；

⑤终点准确命中率高，钢水[O]波动范围小，达到最佳脱氧合金化效果；

⑥根据烟气分析采用质谱仪可连续采集，快速分析CO浓度，实现煤气开始回收时间提前，结束时间延后，提高煤气回收率和CO浓度。

(4)涟钢

整个系统由静态控制模型、动态控制系统(DYNACON)、人工修正模型、反馈计算模型、合金计算模型组成。转炉动态炼钢控制系统(DYNACON)由一次烟气采集和处理系统(LOMAS)、在线分析质谱仪、分析软件等组成。LOMAS系统由气体采样探头、气体控制分析处理柜等组成，完成气体取样和预处理；在线分析质谱仪对转炉一次烟气进行快速和高精度的成分分析；动态模型对吹炼后期脱碳速率进行计算，及时预报终点碳和温度，实现自动冶炼。

对含碳量为0.04～0.06％的SPHC、管线钢等低碳钢种，碳预报值命中(±0.01％偏差)率达到85％，温度预报值(±20℃偏差)命中率为80％，转炉渣中全铁含量由2006年的平均32％降低到2008年不超过22％，经济效益十分显著。

(5)莱钢

莱钢的炉气分析质谱仪采用的是俄罗斯的飞行时间质谱仪EMG-21，安装在转炉车间31m平台上的小屋内。取样探头从烟道内取出炉气，经过滤除尘预处理后，送往质谱仪对炉气中CO、CO2、N2、O2、H2、Ar等成分进行分析。

烟气流量计是对冶炼过程中产生的烟气流量进行测量，安装在除尘系统后面的烟道直管段。烟气流量和炉气成分一起作为计算冶炼过程瞬时脱碳量的依据。烟气温度计用于分析冶炼过程中烟气温度，安装在大弯头附近。根据测量的烟气温度计算瞬时烟气带走的热量。在2009年和2010年两年时间里，共计运行炉数728炉，终点碳在0.10％-0.20％范围内，控制精度为±0.02％时单命中率达到85％，终点温度在1590-1640℃范围内，控制精度为±20℃时，单命中率达到80％，碳温控制精度分别为±0.02％和±20℃时，碳温双命中率达到75％。

转炉炉气分析动态控制技术的应用，可提高转炉冶炼的终点命中率、降低冶炼成本、提高钢水质量、提高转炉煤气回收率、减少出钢时温度和成分的波动、提高合金收得率等，具有广阔的应用前景。但是，由于炉气温度高，含尘量大，在进入分析仪器前必须进行预处理，该预处理过程必须简捷、快速，以减少延迟时间。现有的炉气分析取样几乎全采用夹套水冷却的采样头将高温炉气引出再通过陶瓷膜过滤除尘方案，存在以下问题：

①炉气取样设备寿命问题

炉气分析设备不能正常投运的主要问题就是取样器和气体前处理设备不能长期承受高温、高粉尘的工作环境，使用一段时间后易损坏，一旦坏了就很长时间不能修好。特别是采用夹套式的取样头，一旦破损，将导致冷却水泄漏，取样头冷却效果变差，加剧取样头的破损。

②取样器的结瘤、堵塞

转炉烟气的含尘量高，烟尘组成复杂，甚至还含有凝结性组分。当转炉消耗废钢时，随废钢带入的锌、锡等以及废钢带入的夹杂物中的碱金属组分在高温下会气化，随炉气逸出。取样时，炉气进入取样头进气管后，受取样头夹套内冷却水的冷却降温，炉气中的锌、锡以及碱金属组分会冷凝下来，粘附在取样头冷却壁上，形成结瘤。

③检测准确度受清扫气体干扰

取样头的陶瓷滤料需采用氮气定期吹扫，吹扫的大部分气体会停留在取样头内，后续取样时，这些残留下来的氮气干扰样气分析的准确度。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种短流程的高温转炉烟气样气半干法预处理方法，可实现高温转炉烟气快速冷却净化，经过极短时间的预处理以满足分析仪器的进气要求，缩短炉气分析控制模型的数据输入滞后时间。

技术方案包括转炉汽化冷却烟道、样气半干法预处理单元，携带有大量烟尘颗粒物和凝结性组分的高温转炉烟气经烟气取样口从转炉汽化冷却烟道引出，进入样气半干法预处理单元冷却、除尘净化等预处理后，送入烟气分析进行烟气组成分析，所述高温转炉烟气在样气半干法预处理单元的流化管道内，与处于悬浮状态的固体颗粒介质直接接触，并对固体颗粒介质进一步流化换热，再进入回料管内，经过固体颗粒介质及烟尘颗粒物组成的混合填料床层过滤后，从转炉烟气样气出口管排出，所述高温转炉烟气温度降到200℃以下。

所述样气半干法预处理单元为一个内部空间相对封闭的环形通道，依次由流化管道、沉降室、回料管、水平冲洗管、粉料分离器、垂直冲洗管以及防水电子秤、筛板、陶瓷滤板等组成。

所述固体颗粒介质在所述环形通道内依次经过流化、换热、填充、冷却、洗涤等过程循环使用。

所述高温转炉烟气在样气半干法预处理单元内的预处理过程如下：

①由安装于样气半干法预处理单元下游的抽风机将高温转炉烟气从汽化冷却烟道的样气取样口引出，通过转炉烟气取样管进入样气半干法预处理单元内；

②进气口位于样气半干法预处理单元下部，进入样气半干法预处理单元的高温转炉烟气与流化管道内处于悬浮状态的固体颗粒介质直接接触并对固体颗粒介质流化换热，通过固体颗粒介质的冷却、冷凝和固体颗粒介质的表面张力作用，将高温转炉烟气中的凝结性组分冷凝下来；

③冷却后的样气携带着固体颗粒介质一同进入样气半干法预处理单元上部的沉降室，固体颗粒介质以及随高温转炉烟气带入的烟尘颗粒物沉积下来，并随样气一同进入回料管，形成包含有水、样气、固体颗粒介质以及随高温转炉烟气带入的烟尘颗粒物等组成的混合填料填充床(此处为移动床)，样气穿过填充床经陶瓷滤膜过滤器过滤后，样气中颗粒物浓度降到200mg/Nm³以下，由转炉烟气样气出口管进入取样风机，通过取样风机送入二次陶瓷滤膜过滤器进一步除尘，颗粒物浓度降至1mg/Nm³以下；

④在位于回料管下方、安装在水平冲洗管上的高压水喷嘴喷出的高压水的冲击作用下，回料管内填充床(此处为移动床)中的混合填料，离开回料管经过粉料分离器及筛板，进入垂直冲洗管内，在垂直冲洗管底部的高压水喷嘴喷出的高压水垂直向上的冲击作用下，进入流化管道与高温转炉烟气直接接触换热，循环使用；

⑤混合填料经过粉料分离器及筛板时，在高压水的冲洗作用下，混合填料中的烟尘颗粒物被冲洗下来，并随冲洗水水流从筛板流入灰斗内；固体颗粒介质表面凝结、吸附的烟气带入的凝结性组分，在高压水的冲刷和固体颗粒介质之间的碰撞摩擦作用下脱落，并随水流从筛板进入灰斗内；

⑥随着水平冲洗管内的混合填料被高压水的冲离，回料管内的堆积的混合填充床(此处为移动床)层向下移动补充，并被高压水冷却、冲洗，进入垂直冲洗管。

所述高温转炉烟气经样气半干法预处理单元冷却后，烟气温度降到200℃以下。

所述进入灰斗内烟尘颗粒物随冲洗水一同进入液-固分离器，进行烟尘颗粒物与冲洗水的分离，烟尘颗粒物由排渣口排出，冲洗水通过排水管排出。

所述粉料分离器底部设置防水电子秤，通过所述防水电子秤称取上方的固体颗粒介质堆积重量，控制水平冲洗管和垂直冲洗管处的喷水量，进而控制固体颗粒介质的循环速度。

设置所述防水电子秤上方固体颗粒介质堆积重量的上、下限值，当重量低于下限值时，提高水平冲洗管的喷出水流量，加快固体颗粒介质的循环，同时通过加料盅向样气半干法预处理单元补充固体颗粒介质；当重量高于上限值时，减少水平冲洗管的吹出水流量，增加垂直冲洗管的喷出水流量。

所述二次除尘后的样气经过恒露点冷凝器和阻水过滤器除水后进入烟气分析仪。

所述回料管及所述水平冲洗管内填充有来自沉降室的固体颗粒介质、烟尘颗粒物等组成混合填料，所述混合填料在所述回料管及所述水平冲洗管内形成填充床，所述填充床沿着回料管内壁向下移动，所述向下移动的填充床为移动床。

通过对转炉烟气进行在线分析，根据转炉烟气组成的变化进行转炉冶炼过程及终点控制的关键在于响应时间，也就是转炉烟气从形成到数据取得的时间，这个时间越短，控制精度(命中率)越高，由此决定了取样点的位置要尽可能靠近转炉的汽化冷却烟道的进气口。但是，越靠近汽化冷却烟道的进气口，烟气温度越高，含尘量及凝结性组分含量越大。为了解决样气预处理过程需要满足的高冷却速率、高除尘效率、抗凝结堵塞等要求，发明人突破传统的夹套冷却水间接冷却方式，巧妙地采用固体颗粒介质作为直接冷却的介质，与高温转炉烟气直接接触换热。

固体颗粒介质可以采用不锈钢的钢珠，粒径控制在1-3毫米，也可以采用其他的耐磨性能好、传热系数高、热稳定性好的固体颗粒材料，同时还应满足：冷却介质与烟气换热过程中，不能改变烟气的组成。

采用1～3毫米粒径的不锈钢钢珠作为冷却用固体颗粒介质，在样气半干法预处理单元内，在快速进入的高温转炉烟气的流化作用下，与烟气直接接触换热，具有如下技术效果：

①冷却速率高，换热效果好。可在极短时间内，快速冷却样气，缩短样气的预处理时间；

②无取样头破损。方案采用汽化冷却烟道周向多点取样，省去伸入汽化冷却烟道内取样头，引出的高温转炉烟气直接进入样气预处理单元，避免了传统的取样器长期承受高温、高粉尘的工作环境而破损。

③无结瘤堵塞。高温转炉烟气通过流化床内的固体颗粒介质冷却、冷凝，烟气中的凝结性组分在固体颗粒介质(1～3毫米粒径的不锈钢钢珠)表面凝结，并随固体颗粒介质一同经回料管进入水平训洗管，在高压水喷嘴喷出的高压水流的冲刷作用下，凝结物脱落，并经粉料分离器，通过筛板进入灰斗，实现高温转炉烟气带入的烟尘颗粒物和凝结性组分与固体颗粒介质的分离。洗涤并筛分出凝结性组分和烟尘颗粒物后，固体颗粒介质进入流化管道，并通过高温转炉烟气的流化。整个过程中，固体颗粒介质始终处在冲刷、洗涤、流化、移动的通畅状态，不存在结瘤、堵塞。

进一步的，为了减少固体颗粒介质的消耗、提高冷却效果，发明人通过设置样气半干法预处理单元，通过高压水的喷射和高温转炉烟气的流化，实现无机械部件运动作用下的固体颗粒介质的流化、换热、冷却、清洗的循环过程，该过程具有以下技术效果：

①运行平稳。由于转炉汽化冷却烟道旁温度及粉尘浓度高，对于机械运动设备，存在润滑系统积灰、润滑油滴、冒等问题，制约无机械运动部件的正常平稳运行。本发明系统无机械部件运动，固体颗粒介质的循环动力来自于对其清洗、冷却作用的高压水和压缩氮气。

②控制方便。系统控制变量少，只需控制高压水的压力和喷水量，就可实现系统正常运行。

③维护量少，甚至免于维护。由于无机械运动部件，系统无需维护。

④结构紧凑。系统实现了作为冷却剂的固体颗粒介质清洗、冷却并循环的同步。

⑤冷却介质干净，对样气无污染。固体颗粒介质经高压水的冲洗及冲洗过程中固体颗粒介质之间的相对运动摩擦，固体颗粒介质表面的粘结物被清洗干净。

⑥冷却效率高。由于固体颗粒介质经冷却、冲洗循环进入流化管道内，此时的固体颗粒介质表面附着一层水膜，在流化管道内受高温转炉烟气的流化作用，表面水膜汽化，同时固体颗粒介质与高温转炉烟气充分接触，换热面积大，高温转炉烟气的冷却速率高。

⑦样气净化效果好。样气预处理过程中，固体颗粒介质以及随高温转炉烟气带入的烟尘颗粒物沉积在回料管，形成包含有水、样气、固体颗粒介质以及随高温转炉烟气带入的烟尘颗粒物等组成的混合填料填充床(此处为移动床)，样气穿过转炉烟气样气出口管上部的填充床层，经床层过滤后，现经转炉烟气样气出口管处设置的陶瓷滤膜过滤器过滤，进一步对样气除尘净化。由于填充床(此处为移动床)层内含有大量水汽，促进样气中的微细颗粒物凝并、团聚，提高了降尘效果。

进一步的，为了保证固体颗粒介质的及时补充，发明人在粉料分离器底部设置防水电子秤，用以监测固体颗粒介质的沉积重量，通过设置防水电子秤上方的固体颗粒介质重量的上、下限值，当重量低于下限值时，由加料盅向烟气冷却器内补充固体颗粒介质。同时，提高水平冲洗管处的高压水喷嘴喷出的高压水量，加快固体颗粒介质的循环；当重量高于上限值时，提高垂直冲洗管处的高压水喷嘴喷出的高压水量，并减少垂直冲洗管处的高压水喷嘴喷出的高压水量，减缓固体颗粒介质的循环。

进一步的，通过对样气半干法预处理单元的部件及结构的巧妙设计，利用样气预处理单元内高压水的定向冲洗、高温转炉烟气的快速定向流动，以及由此形成的固体颗粒介质流化、移动循环，有效克服了系统内可能存在的物料沉积、堵塞。

本发明工艺简单、稳定性好，彻底解决了现有取样方案中存在的取样单元堵塞、取样头破损等问题。本发明还可用于转炉烟气的回收净化处理。

附图说明

图1为本发明高温转炉烟气样气半干法预处理工艺流程示意图。

其中，1、液-固分离器；2、排水管；3、防水电子秤；4、高压水喷嘴；5、烟气取样口；6、放散管；7、转炉烟气取样管；8、流化管道；9、沉降室；10、转炉烟气(样气)出口管；11、压缩氮气喷嘴；12、垂直冲洗管；13、加料盅；14、粉料分离器；15、陶瓷滤板；16、水平冲洗管；17、回料管；18、取样风机；19、二次表面过滤器；20、调节阀；21、恒露点冷凝器；22、阻水过滤器；23、筛板；24、灰斗；25、排渣阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明中的技术方案作进一步解释说明：

实施例：

参见图1，在靠近转炉烟罩上部的汽化冷却烟道上，沿汽化冷却烟道周向均匀设置两个以上烟气取样口5，在取样风机18的抽吸作用下，高温转炉烟气从烟气取样口5，通过转炉烟气取样管7进入流化管道8内，与来自流化管道8下部被垂直冲洗管12处的高压水喷嘴4喷出的高压水流冲浮进入的1～3毫米粒径不锈钢钢珠直接接触，并对钢珠流化，钢珠随高温转炉烟气一同流化管道8内倾斜向上流动，进入流化管道8上部的沉降室9内。

在流化管道8内，高温转炉烟气与不锈钢钢珠充分接触换热，被钢珠冷却，同时随同高温转炉烟气带入的凝结性组分冷凝下来，附着在钢珠表面。

随着高温转炉烟气与不锈钢钢珠以及水滴组成的气-液-固三相混合的流化组分沿流化管道8倾斜向上流动，高温转炉烟气温度降低，气流流速下降，在到达沿流化管道8上部的沉降室9后，气流速度降到最低，远低于不锈钢钢珠的流化速度，不锈钢钢珠沉降下来进入回料管17。气-液-固三相混合的流化组分沿着沉降室9的弯道向下进入回料管17，流化组分中的水滴及高温转炉烟气从转炉内携带出来的烟尘颗粒物被先期沉降下来的不锈钢钢珠形成的填充床拦截下来，形成由不锈钢钢珠、高温转炉烟气携带出来的烟尘颗粒物、高温转炉烟气携带出来的凝结性组分的冷凝物等混合填料组成的填充床(此处为移动床)。

受流化管道8下部，安装在水平冲洗管16处的高压水喷嘴4喷射出的高压水流的冲洗作用下，填充床(此处为移动床)最下部的混合填料被冲离，经过粉料分离器14。

在粉料分离器14内，受高压水喷嘴4喷射出的高压水流的冲刷及搅动，混合填料中的烟尘颗粒物及凝结性组分的冷凝物被冲洗下来，经过筛板23进入灰斗24内。

混合填料中的固体颗粒介质(不锈钢钢珠)在高压水喷嘴4喷出的高压水冲洗作用下，在粉料分离器14内与烟尘颗粒物及凝结性组分的冷凝物后，进入垂直冲洗管12，并在垂直冲洗管12处的高压水喷嘴4喷射出的高压水流的冲刷作用下，进入流化管道8与转炉烟气取样管7引入的高温转炉烟气直接接触换热，循环使用。

流经沉降室9的样气(降温后的转炉烟气)在取样风机18的抽吸作用下，经过回料管17上段的混合填料组成的填充床层，从转炉烟气(样气)出口管10引出，经过取样风机18进入二次表面过滤器19，进一步除尘净化，样气颗粒物浓度降至1mg/Nm³以下，再进入恒露点冷凝器21和阻水过滤器22降温除水后进入烟气分析仪。通过对转炉烟气进行在线分析，并根据转炉烟气组成的变化进行转炉冶炼过程及终点控制。

样气经过回料管17上段的混合填料组成的填充床层时，随烟气带入的烟尘颗粒物大部分被床层拦截、捕集下来，样气颗粒物浓度降到2000mg/Nm³以下，温度降到200℃以下，再通过设置在转炉烟气(样气)出口管10处的陶瓷滤板15进一步过滤，样气中颗粒物浓度降到200mg/Nm³以下。

进入灰斗24内的水与烟尘颗粒物混合液在液-固分离器1内进行水-烟尘颗粒物的沉降分离，分离的水经排水管2外排进入后续废水处理系统，烟尘颗粒物通过排渣阀25排出二次资源化利用。

在粉料分离器14底部设置防水电子秤3，用以称量其上方的不锈钢钢珠的沉积量。

设置防水电子秤3上方不锈钢钢珠重量上、下限值，通过防水电子秤3称取不锈钢钢珠的重量，当重量低于下限值时，由加料盅13向样气半干法预处理单元内补充固体颗粒介质(不锈钢钢珠)。同时，提高水平冲洗管16处的高压水喷嘴4喷出的高压水量，加快固体颗粒介质(不锈钢钢珠)的循环；当重量高于上限值时，提高垂直冲洗管12处的高压水喷嘴4喷出的高压水量，并减少水平冲洗管13处的高压水喷嘴4喷出的高压水量，减缓固体颗粒介质(不锈钢钢珠)的循环。

通过提高排水管3的排水口位置，在样气半干法预处理单元下部形成一定高度的水封，避免了从转炉烟气取样管7引入的高温转炉烟气的串气(经样气半干法预处理单元下部的粉料分离器14、回料管17直接进入转炉烟气(样气)出口管10)。

在排水管上设置放散管6，通过调节放散管6安装的高度位置，设置水封的高度。

高温转炉烟气在样气半干法预处理单元内的停留时间不到0.5秒，冷却速率达到3000℃/s左右。

Claims

1.一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法，包括转炉汽化冷却烟道、样气半干法预处理单元，携带有大量烟尘颗粒物和凝结性组分的高温转炉烟气经烟气取样口从转炉汽化冷却烟道引出，进入样气半干法预处理单元冷却、除尘净化预处理后，送入烟气分析进行烟气组成分析，其特征在于，所述高温转炉烟气在样气半干法预处理单元的流化管道内，与处于悬浮状态的固体颗粒介质直接接触，并对固体颗粒介质进一步流化换热，再进入回料管内，经过固体颗粒介质及烟尘颗粒物组成的混合填料床层过滤后，从转炉烟气样气出口管排出，所述高温转炉烟气温度降到200℃以下；所述高温转炉烟气在样气半干法预处理单元内的预处理过程如下：

③冷却后的样气携带着固体颗粒介质一同进入样气半干法预处理单元上部的沉降室，固体颗粒介质以及随高温转炉烟气带入的烟尘颗粒物沉积下来，并随样气一同进入回料管，形成包含有水、样气、固体颗粒介质以及随高温转炉烟气带入的烟尘颗粒物组成的混合填料填充床，样气穿过填充床经陶瓷滤膜过滤器过滤后，样气中颗粒物浓度降到200mg/Nm³以下，由转炉烟气样气出口管进入取样风机，通过取样风机送入二次陶瓷滤膜过滤器进一步除尘，颗粒物浓度降至1mg/Nm³以下；

④回料管内填充床中的混合填料，在位于回料管下方、安装在水平冲洗管上的高压水喷嘴喷出的高压水的冲击作用下，离开回料管经过粉料分离器及筛板，进入垂直冲洗管内，在垂直冲洗管底部的高压水喷嘴喷出的高压水垂直向上的冲击作用下，进入流化管道与高温转炉烟气直接接触换热，循环使用；

⑤混合填料经过经过粉料分离器及筛板时，在高压水的冲洗作用下，混合填料中的烟尘颗粒物被冲洗下来，并随冲洗水水流从筛板流入灰斗内；固体颗粒介质表面凝结、吸附的烟气带入的凝结性组分，在高压水的冲刷和固体颗粒介质之间的碰撞摩擦作用下脱落，并随水流从筛板进入灰斗内；

⑥随着水平冲洗管内的混合填料被高压水的冲离，回料管内的堆积的混合填料床层向下移动补充，并被高压水冷却、冲洗，进入垂直冲洗管。

2.如权利要求1所述的一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法，其特征在于，所述样气半干法预处理单元为一个内部空间相对封闭的环形通道，依次由流化管道、沉降室、回料管、水平冲洗管、粉料分离器、垂直冲洗管以及防水电子秤、筛板、陶瓷滤板组成。

3.如权利要求2所述的一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法，其特征在于，所述固体颗粒介质在所述环形通道内依次经过流化、换热、填充、冷却、洗涤过程循环使用。

4.如权利要求3所述的一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法，其特征在于，所述高温转炉烟气经样气半干法预处理单元冷却后，烟气温度降到200℃以下。

5.如权利要求3所述的一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法，其特征在于，所述进入灰斗内烟尘颗粒物随冲洗水一同进入液-固分离器，进行烟尘颗粒物与冲洗水的分离，烟尘颗粒物由排渣口排出，冲洗水通过排水管排出。

6.如权利要求2所述的一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法，其特征在于，所述粉料分离器底部设置防水电子秤，通过所述防水电子秤称取上方的固体颗粒介质堆积重量，控制水平冲洗管和垂直冲洗管处的喷出水流量，进而控制固体颗粒介质的循环速度。

7.如权利要求6所述的一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法，其特征在于，设置所述防水电子秤上方固体颗粒介质堆积重量的上、下限值，当重量低于下限值时，提高水平冲洗管的喷出水流量，加快固体颗粒介质的循环，同时通过加料盅向样气半干法预处理单元补充固体颗粒介质；当重量高于上限值时，减少水平冲洗管的吹出水流量，增加垂直冲洗管的喷出水流量。

8.如权利要求3所述的一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法，其特征在于，所述二次除尘后的样气经过恒露点冷凝器和阻水过滤器除水后进入烟气分析仪。

9.如权利要求1或6或7所述的一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法，其特征在于，所述固体颗粒介质为粒径1～3mm的不锈钢钢珠，或耐磨性能好、传热系数高、热稳定性好的其他固体颗粒材料。

10.如权利要求1所述的一种转炉烟气热态取样样气半干法预处理方法，其特征在于，所述回料管及所述水平冲洗管内填充有来自沉降室的固体颗粒介质、烟尘颗粒物组成的混合填料，所述混合填料在所述回料管及所述水平冲洗管内形成填充床，所述填充床沿着回料管内壁向下移动，所述向下移动的填充床为移动床。