CN114622056B - 转炉烟气激冷器、降温装置及提高降温效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种转炉烟气激冷器、降温装置及提高降温效率的方法，该转炉烟气激冷器包括连接于转炉与蒸发冷却器之间的激冷器主体、至少一个降温喷枪以及多个防结渣喷枪，降温喷枪设置于激冷器主体上，降温喷枪的喷头伸入至激冷器主体的内部，各防结渣喷枪均设置于蒸发冷却器的肩部位置，各防结渣喷枪的喷头均伸入至蒸发冷却器的内部，且各防结渣喷枪的喷射方向均沿烟气的流向设置。本发明解决了蒸发冷却器的肩部位置结渣严重，导致蒸发降温效率降低的技术问题。

Description

转炉烟气激冷器、降温装置及提高降温效率的方法

技术领域

本发明涉及转炉烟气处理领域，进一步的，涉及一种转炉烟气激冷器、降温装置及提高降温效率的方法，尤其涉及一种能够防止蒸发冷却器的肩部结渣的转炉烟气激冷器、降温装置及提高降温效率的方法。

背景技术

转炉煤气最开始是转炉炼钢生产过程中副产的可燃气体，具有较高的经济价值，可以实现转炉负能炼钢的重要因素。

转炉煤气从转炉中产生被吸入汽化冷却烟道入口时为LGD1(即：转炉炉气，其温度为1450℃，粒度小于10μm，其中所含液体主要为氧化铁、铁单质及其他含铁矿物质，其中气体中CO含量为82％，CO₂含量为10％，N₂及其他惰性气体含量为8％)，是超高温烟气，其中烟尘为转炉生产中喷溅出和蒸发出的含液态铁的微小液滴(钢水的凝固点为1064℃，钢水的沸点为2360℃，此处烟气温度为1450℃)以及未熔融的矿物质粉。LGD1从转炉炉口在吸入汽化冷却烟道过程中从炉口和烟道入口活动烟罩缝隙中吸入空气，LGD1中CO与空气O₂发生氧化燃烧反应生成CO₂，之后在汽化烟道冷却出口至激冷器入口之间形成LGD2(即：转炉一次烟气，其温度为1000℃，粒度为10μm至20μm，其中所含液体主要为氧化铁、铁单质及其他含铁矿物质，其中气体中CO含量为66％，CO₂含量为16％，N₂及其他惰性气体含量为18％)，因此LGD2的化学成分与LGD1相比CO的比例下降，CO₂的比例上升，N₂及其他惰性气体的比例上升。LGD2在流过汽化冷却烟道的过程中，与烟道内壁发生传热，烟道内壁镶嵌的锅炉上升管内的水被汽化(因此该种冷却烟道被称为汽化冷却烟道)，当烟气到烟道末端与激冷器入口处时，烟气温度下降至1000℃以下(具体根据锅炉的配置以及操作运营工况，烟气温度在800℃至1000℃)。

冷却器的工艺作用在于除尘，原理是对烟气急速降温使得烟气中的微小含铁液体固化凝结，生成90μm以上的颗粒，从而可以在激冷器底端的弯管处进行重力除尘。LGD2经过激冷器入口处被迅速冷却到200℃至250℃(冬季为上限，夏季为下限)，在冷却过程中，喷入激冷器的水被蒸发为蒸汽稀释LGD2为LGD3(即：转炉煤气，其温度为200℃，其中细灰的粒度为90μm至100μm，其中粗灰的粒度为150μm至200μm，其中所含液体主要为氧化铁、铁单质及其他含铁矿物质，其中气体中CO含量为42％，CO₂含量为10％，N₂及其他惰性气体含量为5％，水蒸气含量为33％)，水的喷入从工艺上降低了烟尘颗粒的比电阻，以利于后续电除尘器捕集率的提高。

钢铁厂通常采用传统的蒸发冷却器对锅炉产生的烟气进行冷却，由于喷水后会导致烟气的急速降温，容易在蒸发冷却器入口处的肩部位置形成烟气涡流，液态含铁液滴会迅速降温凝结，并附着在蒸发冷却器的肩部位置形成结渣严重，因此传统的蒸发冷却器仅在转炉满负荷工作的煤气回收期开启，这样一方面在回收之前的前烧期以及回收之后的后烧期对烟气无法进行加湿调质，烟尘比电阻高，另一方面会造成后续电除尘器的工作效率降低。

现有的解决办法为：

一、采用直筒型蒸发冷却器，从结构上能够尽可能避免涡流的产生，降温后的烟尘能够保持平推流向下流动不容易积灰。但是由于蒸发冷却器为直筒结构，为了保证重力沉降时间，设备的高度大大增加，不仅提高了设备成本，也导致转炉高跨钢结构的高度需要增加，转炉厂房的钢结构需要对应进行调整，造成转炉厂房钢结构成本的大大提高。

二、减少喷水量，提高烟气流速，从而降低涡流造成液态含铁液滴凝结的可能性。但是由于喷水量的减少，设备平均使用温度提高，则需要采用高温材料作为设备材料，导致设备制造成本的大大提高。

针对相关技术中蒸发冷却器的肩部位置结渣严重，导致蒸发降温效率降低的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种转炉烟气激冷器、降温装置及提高降温效率的方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转炉烟气激冷器、降温装置及提高降温效率的方法，在不改变蒸发冷却器主体结构以及转炉厂房钢结构的前提下，能够有效减少蒸发冷却器肩部位置涡流现象的出现，使得回收期烟气由于涡流现象而造成的回流率大大降低，从而减少了蒸发冷却器肩部的结渣，提高蒸汽降温的效率以及前烧期和后烧期烟气的捕集率，降低了烟尘的排放浓度。

本发明的目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种转炉烟气激冷器，包括连接于转炉与蒸发冷却器之间的激冷器主体以及至少一个降温喷枪，所述降温喷枪设置于所述激冷器主体上，所述降温喷枪的喷头伸入至所述激冷器主体的内部，所述转炉烟气激冷器还包括多个防结渣喷枪，各所述防结渣喷枪均设置于所述蒸发冷却器的肩部位置，各所述防结渣喷枪的喷头均伸入至所述蒸发冷却器的内部，且各所述防结渣喷枪的喷射方向均沿烟气的流向设置。

在本发明的一较佳实施方式中，各所述防结渣喷枪沿所述蒸发冷却器的周向均匀排布。

在本发明的一较佳实施方式中，所述激冷器主体为沿竖向设置的、两端开口的筒状结构，所述激冷器主体的顶端与所述转炉连接，所述激冷器主体的底端与所述蒸发冷却器的入口连接，所述降温喷枪位于所述激冷器主体上靠近所述蒸发冷却器的入口位置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述降温喷枪的数量为多个，各所述降温喷枪由上至下分为多组，每组中的各所述降温喷枪沿所述激冷器主体的周向均匀排布。

在本发明的一较佳实施方式中，所述降温喷枪的喷射方向沿烟气的流向设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述降温喷枪的喷射角度为15°至22°。

本发明还提供了一种转炉烟气降温装置，所述转炉烟气降温装置包括蒸发冷却器和上述的转炉烟气激冷器，所述转炉烟气激冷器设置于所述蒸发冷却器的入口处。

在本发明的一较佳实施方式中，所述蒸发冷却器为竖向设置的、两端开口的筒状结构，所述蒸发冷却器的顶部入口与所述转炉烟气激冷器的激冷器主体的底端连接，所述蒸发冷却器的肩部位置呈外凸的台阶状，所述转炉烟气激冷器的多个防结渣喷枪设置于所述蒸发冷却器的肩部位置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述转炉烟气激冷器的激冷器主体的顶端通过汽化冷却烟道与转炉的炉口连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述蒸发冷却器的底部出口与弧形的弯管的一端连接，所述弯管的另一端与竖向设置的烟气管道的底端连接。

本发明还提供了一种转炉烟气提高降温效率的方法，在蒸发冷却器的肩部位置设置多个防结渣喷枪，各所述防结渣喷枪喷射出的气体对烟气进行引流，以减少所述蒸发冷却器的肩部位置的涡流现象；增大激冷器主体上降温喷枪的喷射压力，以延长所述降温喷枪喷射出的气体的有效距离；上移所述降温喷枪，并向竖向调节所述降温喷枪的喷射方向，以使所述降温喷枪喷射出的气体匀布于所述蒸发冷却器的内部。

在本发明的一较佳实施方式中，所述防结渣喷枪的工作时间为前烧期开始至后烧期结束；所述降温喷枪的工作时间为回收期。

在本发明的一较佳实施方式中，所述降温喷枪的喷射压力由蒸气压/水压为0.8/0.6调整至蒸气压/水压为2.5/0.6。

在本发明的一较佳实施方式中，所述防结渣喷枪喷射的气体为常温蒸汽或者预加热后的氮气。

在本发明的一较佳实施方式中，所述有效距离为由所述降温喷枪的喷头至所述降温喷枪喷射出的气体在所述蒸发冷却器的内部匀布位置之间在竖直方向的距离。

由上所述，本发明的转炉烟气激冷器、降温装置及提高降温效率的方法的特点及优点是：在蒸发冷却器的肩部位置设置多个防结渣喷枪，通过各防结渣喷枪喷射出的气体对蒸发冷却器的肩部位置的烟气起到引流的作用，减少出现涡流以及回流现象，防止蒸发冷却器内经过降温的烟尘再回流到肩部位置，从而达到了减少蒸发冷却器的肩部位置结渣的目的。由于对结渣、涡流以及回流现象受到抑制，可增大降温喷枪的喷射压力，以延长降温喷枪喷射出的气体的有效距离，进而保证降温喷枪喷射出的气体能够匀布于蒸发冷却器的内部，提高对烟气的降温效率以及前烧期和后烧期烟气的捕集率，降低烟尘的排放浓度，达到对转炉烟气良好的冷却效果。另外，本发明的实施无需改变蒸发冷却器主体结构以及转炉厂房钢结构，有利于控制生产成本，适于推广使用。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明转炉烟气激冷器的结构示意图。

图2：为本发明转炉烟气降温装置的结构示意图。

本发明中的附图标号为：

1、蒸发冷却器； 2、转炉；

3、汽化冷却烟道； 4、烟气管道；

5、防结渣喷枪； 6、降温喷枪；

7、激冷器主体； 8、弯管；

α、喷射角度。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施方式一

如图1所示，本发明提供了一种转炉烟气激冷器，该转炉烟气激冷器包括连接于转炉2与蒸发冷却器1之间的激冷器主体7、至少一个降温喷枪6以及多个防结渣喷枪5，降温喷枪6设置于激冷器主体7上，降温喷枪6的喷头伸入至激冷器主体7的内部，各防结渣喷枪5均设置于蒸发冷却器1的肩部位置，各防结渣喷枪5的喷头均伸入至蒸发冷却器1的内部，且各防结渣喷枪5的喷射方向均沿烟气的流向设置。

本发明在蒸发冷却器1的肩部位置设置多个防结渣喷枪5，通过各防结渣喷枪5喷射出的气体对蒸发冷却器1的肩部位置的烟气起到引流的作用，进而蒸发冷却器1的肩部位置的烟气进行优化和补压，减少涡流以及回流现象的出现，防止蒸发冷却器1内经过降温的烟尘再回流到肩部位置，从而达到了减少蒸发冷却器1的肩部位置结渣的目的。

具体的，如图1所示，激冷器主体7为沿竖向设置的、两端开口的圆筒状结构，激冷器主体7的顶端与转炉2连接，激冷器主体7的底端与蒸发冷却器1的入口连接，降温喷枪6位于激冷器主体7上靠近蒸发冷却器1的入口位置。

进一步的，各防结渣喷枪5沿蒸发冷却器1的周向均匀排布，提高对烟气的引流作用，有效防止蒸发冷却器1内烟气的回流。

在本发明的一个可选实施例中，如图1所示，降温喷枪6的数量为多个，各降温喷枪6由上至下分为多组，每组中的各降温喷枪6沿激冷器主体7的周向均匀排布，降温喷枪6的喷射方向沿烟气的流向设置。尽可能减少各降温喷枪6所喷射的气体(即：常温蒸汽)在激冷器主体7内的重叠，让气体能够匀布于激冷器主体7的内部，进而在对烟气进行冷却的同时，能够对烟气起到引流的作用，使烟气以平推流方式进入至蒸发冷却器1内，也有利于减少蒸发冷却器1的肩部位置的涡流和回流现象。

进一步的，降温喷枪6的喷射角度α为15°至22°。

本发明的转炉烟气激冷器的特点及优点是：

该转炉烟气激冷器通过在蒸发冷却器1的肩部位置设置多个防结渣喷枪5，通过各防结渣喷枪5喷射出的气体对烟气起到引流的作用，减少蒸发冷却器1的肩部位置涡流以及回流现象的出现，有效减少蒸发冷却器1的肩部位置结渣，有助于提高对烟气的降温效率，以及延长蒸发冷却器1的使用寿命，适于推广使用。

实施方式二

如图1、图2所示，本发明提供了一种转炉烟气降温装置，该转炉烟气降温装置包括蒸发冷却器1和上述的转炉烟气激冷器，转炉烟气激冷器设置于蒸发冷却器1的入口处。

具体的，如图2所示，蒸发冷却器1为竖向设置的、两端开口的圆筒状结构，蒸发冷却器1的顶部入口与转炉烟气激冷器的激冷器主体7的底端连接，蒸发冷却器1的肩部位置沿蒸发冷却器1的周向呈外凸的台阶状，转炉烟气激冷器的多个防结渣喷枪5设置于蒸发冷却器1的肩部位置。通过各防结渣喷枪5喷射出的气体对蒸发冷却器1的肩部位置的烟气起到引流的作用，减少蒸发冷却器1的肩部位置涡流以及回流现象的出现，防止蒸发冷却器1内经过降温的烟尘再回流到肩部位置，提高蒸发冷却器1的蒸发降温效率。

进一步的，如图2所示，转炉烟气激冷器的激冷器主体7与转炉2之间设置有汽化冷却烟道3，汽化冷却烟道3的一端与激冷器主体7的顶端连接，汽化冷却烟道3的另一端与转炉2的炉口连接。

进一步的，如图2所示，蒸发冷却器1的底部出口与弧形的弯管8的一端连接，弯管8的另一端与竖向设置的烟气管道4的底端连接。

实施方式三

本发明提供了一种转炉烟气提高降温效率的方法，该方法在蒸发冷却器1的肩部位置沿蒸发冷却器1的周向匀布设置多个防结渣喷枪5，各防结渣喷枪5的喷头均伸入至蒸发冷却器1的内部，且各防结渣喷枪5的喷射方向均沿烟气的流向设置，各防结渣喷枪5喷射出的气体对烟气进行引流，以减少蒸发冷却器1的肩部位置的涡流现象；涡流现象的减少，可增大降温喷枪6的喷射压力，以延长降温喷枪6喷射出的气体的有效距离；由于降温喷枪6喷射气体的有效距离的延长，需要将降温喷枪6进行上移，并向竖直向下的方向调节降温喷枪6的喷射方向，以使降温喷枪6喷射出的气体匀布于蒸发冷却器1的内部。

原转炉冷却装置为了尽可能避免烟气的回流，降温喷枪6的喷射压力不能过大，且为了保证对回收期的烟气起到充分的降温效果，需要将降温喷枪6的喷射方向向管道的轴线方向倾斜一定角度(喷射方向与水平方向的夹角为76°)，因此，原转炉冷却装置中需要将降温喷枪6安装于激冷器主体7的底部靠近蒸发冷却器1的入口位置，这就导致降温喷枪6喷射出的气体无法充分扩散，进而不同降温喷枪6喷射出的气体过早重叠，而导致烟气的急速降温，容易在蒸发冷却器入口处的肩部位置形成烟气涡流，造成结渣。本发明由于各防结渣喷枪5的设置，减少了蒸发冷却器1的肩部位置的涡流现象，进而可增大降温喷枪6的喷射压力，以延长降温喷枪6喷射出的气体的有效距离；由于降温喷枪6喷射气体的有效距离的延长，需要将降温喷枪6进行上移，并向竖直向下的方向调节降温喷枪6的喷射方向(调节至喷射方向与水平方向的夹角为89°)，尽可能将降温喷枪6的喷射方向调节为竖直向下的方向，以避免不同降温喷枪6喷射出的气体过早重叠，保证降温喷枪6喷射出的气体匀布于蒸发冷却器1的内部，提高对烟气的蒸发冷却效果。

该方法中，防结渣喷枪5的工作时间为前烧期开始至后烧期结束；降温喷枪6的工作时间为回收期，从而提高了前烧期和后烧期对烟气中尘灰的捕集率，降低了烟尘的排放浓度。其中，转炉炼钢时，在吹炼初期和吹炼末期的数分钟时间内，炉气发生量较小，且CO含量较低，所以不回收。前后来两段时间产生的炉气出炉口后与空气混合全部燃烧，净化后放散，中间段的炉气中CO含量很高，所以全部回收。上述的前后两段时间分别称为前烧期和后烧期，中间回收炉气的时间称为回收期。

该方法中，降温喷枪6的喷射压力由蒸气压/水压为0.8/0.6(即：原降温喷枪6采用的为低比压喷枪)调整至蒸气压/水压为2.5/0.6(即：调整后降温喷枪6采用的为高比压喷枪)。

该方法中，防结渣喷枪5喷射的气体为常温蒸汽或者预加热后的氮气。氮气的稳定性要优于蒸汽，但其温度要低于常温蒸汽，为了避免喷射氮气时由于氮气与烟气温差过大而产生的强烈热对流(易造成二次涡流和回流)，需要在喷射氮气前对氮气进行预加热，以缩小氮气与烟气的温度差。

该方法中，有效距离为由降温喷枪6的喷头至降温喷枪6喷射出的气体在蒸发冷却器1的内部匀布位置之间在竖直方向的距离。

本发明的转炉烟气提高降温效率的方法的特点及优点是：

一、该转炉烟气提高降温效率的方法在蒸发冷却器1的肩部位置设置多个防结渣喷枪5，通过各防结渣喷枪5喷射出的气体对蒸发冷却器1的肩部位置的烟气起到引流的作用，减少出现涡流以及回流现象，防止蒸发冷却器内经过降温的烟尘再回流到肩部位置，从而达到了减少蒸发冷却器的肩部位置结渣的目的。

二、该转炉烟气提高降温效率的方法中，由于涡流以及回流现象的减少，可增大降温喷枪6的喷射压力，并适应性向上移动降温喷枪6的安装位置以及向竖直向下的方向上调整降温喷枪6的喷射角度，使得降温喷枪6喷射出的气体匀布于蒸发冷却器1的内部，以引导烟气尽量维持平推流，保证烟气的平稳输送，提高对烟气的降温效率。

三、该转炉烟气提高降温效率的方法可保证降温喷枪喷射出的气体能够匀布于蒸发冷却器的内部，且前烧期和后烧期防结渣喷枪5均处于工作状态，在起到引流作用的同时，能够起到一定的冷却作用，进而提高了对烟气的降温效率以及前烧期和后烧期烟气的捕集率，降低烟尘的排放浓度，达到对转炉烟气良好的冷却效果。

四、该转炉烟气提高降温效率的方法在实施过程中，无需改变蒸发冷却器1主体结构以及转炉厂房的主要钢结构，有利于控制生产成本，适于推广使用。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (11)

1.一种转炉烟气激冷器，包括连接于转炉(2)与蒸发冷却器(1)之间的激冷器主体(7)以及至少一个降温喷枪(6)，所述降温喷枪(6)设置于所述激冷器主体(7)上，所述降温喷枪(6)的喷头伸入至所述激冷器主体(7)的内部，其特征在于，所述转炉烟气激冷器还包括用于对烟气进行引流以减少所述蒸发冷却器(1)的肩部位置涡流现象的多个防结渣喷枪(5)，各所述防结渣喷枪(5)均设置于所述蒸发冷却器(1)的肩部位置，各所述防结渣喷枪(5)的喷头均伸入至所述蒸发冷却器(1)的内部，且各所述防结渣喷枪(5)的喷射方向均沿烟气的流向设置；

通过多个所述防结渣喷枪(5)的设置，可增大所述降温喷枪(6)的喷射压力，以延长所述降温喷枪(6)喷射出的气体的有效距离；上移所述降温喷枪(6)，并向竖向调节所述降温喷枪(6)的喷射方向，以使所述降温喷枪(6)喷射出的气体匀布于所述蒸发冷却器(1)的内部；

所述激冷器主体(7)为沿竖向设置的、两端开口的筒状结构，所述激冷器主体(7)的顶端与所述转炉(2)连接，所述激冷器主体(7)的底端与所述蒸发冷却器(1)的入口连接，所述降温喷枪(6)位于所述激冷器主体(7)上靠近所述蒸发冷却器(1)的入口位置；

所述降温喷枪(6)的数量为多个，各所述降温喷枪(6)由上至下分为多组，每组中的各所述降温喷枪(6)沿所述激冷器主体(7)的周向均匀排布；

所述降温喷枪(6)的喷射方向沿烟气的流向设置；所述降温喷枪(6)的喷射角度(α)为15°至22°。

2.如权利要求1所述的转炉烟气激冷器，其特征在于，各所述防结渣喷枪(5)沿所述蒸发冷却器(1)的周向均匀排布。

3.一种转炉烟气降温装置，其特征在于，所述转炉烟气降温装置包括蒸发冷却器(1)和权利要求1或2中所述的转炉烟气激冷器，所述转炉烟气激冷器设置于所述蒸发冷却器(1)的入口处。

4.如权利要求3所述的转炉烟气降温装置，其特征在于，所述蒸发冷却器(1)为竖向设置的、两端开口的筒状结构，所述蒸发冷却器(1)的顶部入口与所述转炉烟气激冷器的激冷器主体(7)的底端连接，所述蒸发冷却器(1)的肩部位置呈外凸的台阶状，所述转炉烟气激冷器的多个防结渣喷枪(5)设置于所述蒸发冷却器(1)的肩部位置。

5.如权利要求3所述的转炉烟气降温装置，其特征在于，所述转炉烟气激冷器的激冷器主体(7)的顶端通过汽化冷却烟道(3)与转炉(2)的炉口连接。

6.如权利要求3所述的转炉烟气降温装置，其特征在于，所述蒸发冷却器(1)的底部出口与弧形的弯管(8)的一端连接，所述弯管(8)的另一端与竖向设置的烟气管道(4)的底端连接。

7.一种转炉烟气提高降温效率的方法，其采用权利要求1或2中所述的转炉烟气激冷器对转炉烟气进行降温，其特征在于，在蒸发冷却器(1)的肩部位置设置多个防结渣喷枪(5)，各所述防结渣喷枪(5)喷射出的气体对烟气进行引流，以减少所述蒸发冷却器(1)的肩部位置的涡流现象；增大激冷器主体(7)上降温喷枪(6)的喷射压力，以延长所述降温喷枪(6)喷射出的气体的有效距离；上移所述降温喷枪(6)，并向竖向调节所述降温喷枪(6)的喷射方向，以使所述降温喷枪(6)喷射出的气体匀布于所述蒸发冷却器(1)的内部。

8.如权利要求7所述的转炉烟气提高降温效率的方法，其特征在于，所述防结渣喷枪(5)的工作时间为前烧期开始至后烧期结束；所述降温喷枪(6)的工作时间为回收期。

9.如权利要求7所述的转炉烟气提高降温效率的方法，其特征在于，所述降温喷枪(6)的喷射压力由蒸气压/水压为0.8/0.6调整至蒸气压/水压为2.5/0.6。

10.如权利要求7所述的转炉烟气提高降温效率的方法，其特征在于，所述防结渣喷枪(5)喷射的气体为常温蒸汽或者预加热后的氮气。

11.如权利要求7所述的转炉烟气提高降温效率的方法，其特征在于，所述有效距离为由所述降温喷枪(6)的喷头至所述降温喷枪(6)喷射出的气体在所述蒸发冷却器(1)的内部匀布位置之间在竖直方向的距离。