CN115522014A - 转炉烟气的处理方法 - Google Patents

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侯林泽
王树斌
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Abstract

本发明公开了一种转炉烟气的处理方法，包括：向转炉的汽化烟道喷入还原性碳源，使在所述汽化烟道中的转炉烟气与所述还原性碳源反应。本发明所提供的转炉烟气的处理方法，通过向转炉的汽化烟道中喷入还原性碳源，使处于高温环境下的转炉烟气与还原性碳源反应，转炉烟气中二氧化碳在还原性碳源作用下生成一氧化碳，从而达到消耗转炉烟气中的二氧化碳和氧气，提高转炉煤气的热值，降低转炉烟气的温度，提高每吨钢的转炉煤气回收量的目的，而且不需要消耗额外的资源。

Description

转炉烟气的处理方法
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，尤其涉及转炉烟气的处理方法。
背景技术
氧气转炉炼钢是一种主要的炼钢工艺。转炉吹炼过程中会产生大量的含尘烟气，温度为1400-1600℃，且具有毒性和爆炸性，因此，转炉烟气的回收和综合利用尤为重要。目前，转炉吹炼过程中，当转炉烟气满足一定的回收条件时，经回收成为转炉煤气；当转炉烟气中CO含量较低时，烟气经处理后放散。值得重视的是，转炉烟气中含有约20％CO2，而大量的CO2不仅降低了转炉煤气的燃烧热值、储能密度和能源转换效率，增加了环境负荷，同时还会对转炉煤气的回收和储存设备具有一定的腐蚀作用。因此，转炉煤气作为炼钢生产中重要的副产品之一，如何安全高效地回收转炉煤气，充分利用转炉烟气余热，并提高转炉煤气的储能密度，是当前冶金工作者关注的热点问题之一。
目前，国内外转炉烟气净化处理有两种工艺：
(1)日本新日铁和川崎公司于60年代联合开发研制成功的转炉烟气净化技术，称为“OG"法，即烟气从汽化烟道末段出来后，先进入“一级文氏管”除尘器，然后进入“二级文氏管”除尘器，用水将烟温从800-1000℃降到73～65℃，含尘量由80-150g/m3降至100mg/m3以下，然后进行煤气回收或放散。这种工艺流程称为湿法除尘工艺，这种工艺的优点是系统安全可靠，缺点是耗水量很大。
(2)德国蒂森公司和鲁奇公司在60年代末联合开发了在转炉烟气干法除尘技术，简称“LT”法。系统主要由蒸发冷却器、静电除尘器和煤气冷却器组成。烟气从汽化烟道末段出来后，先进入蒸发冷却器，采用双介质(蒸汽和水)将烟气从800-1000℃降至200℃，进电除尘器，将烟气含尘量降到10mg/m3，然后进行煤气回收或放散。该方法撤掉了庞大的水处理系统，耗水量较低，每吨钢耗水约0.5-1.0t，炉尘呈干粉状，但投资高，运行中管理和操作要求高。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的一个目的是提供一种转炉烟气的处理方法，其可以降低转炉烟气的温度，消耗转炉烟气中的二氧化碳和氧气，增加转炉烟气中的一氧化碳含量，提高转炉煤气的热值，降低转炉烟气的温度，提高每吨钢的转炉煤气回收量。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种转炉烟气的处理方法，包括：
向转炉的汽化烟道喷入还原性碳源，使在所述汽化烟道中的转炉烟气与所述还原性碳源反应。
优选的是，所述的转炉烟气的处理方法中，所述还原性碳源为焦炉除尘灰和煤粉中的一种或几种的组合。
优选的是，所述的转炉烟气的处理方法中，使用含有二氧化碳的烟气或含有二氧化碳的煤气或二氧化碳作为输送介质将所述还原性碳源喷入至所述汽化烟道内。
优选的是，所述的转炉烟气的处理方法中，所述输送介质中的氧气含量低于1％。
优选的是，所述的转炉烟气的处理方法中，向所述汽化烟道喷入还原性碳源的方向，与在所述汽化烟道中的所述转炉烟气的流动方向相反或者垂直。
优选的是，所述的转炉烟气的处理方法中，向所述汽化烟道喷入还原性碳源的量为每吨钢1～10kg，喷入速度为10～30m/s。
优选的是，所述的转炉烟气的处理方法中，通过设置于所述汽化烟道的检修孔或装料孔，向所述汽化烟道喷入还原性碳源。
优选的是，所述的转炉烟气的处理方法中，所述转炉烟气在所述汽化烟道的温度为900～1600℃。
优选的是，所述的转炉烟气的处理方法中，对从所述汽化烟道的末端排出的转炉烟气进行降温和除尘处理。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明提供了一种转炉烟气的处理方法，包括：向转炉的汽化烟道喷入还原性碳源，使在所述汽化烟道中的转炉烟气与所述还原性碳源反应。本发明所提供的转炉烟气的处理方法，通过向转炉的汽化烟道中喷入还原性碳源，使处于高温环境下的转炉烟气与还原性碳源反应，转炉烟气中二氧化碳和氧气在还原性碳源作用下生成一氧化碳，从而达到消耗转炉烟气中的二氧化碳和氧气，增加一氧化碳含量，提高转炉煤气的热值，降低转炉烟气的温度和氧气含量，提高系统安全性，提高每吨钢的转炉煤气回收量的目的，而且不需要消耗额外的资源。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明实施例提供了一种转炉烟气的处理方法，包括：向转炉的汽化烟道喷入还原性碳源，使在所述汽化烟道中的转炉烟气与所述还原性碳源反应。
在对转炉烟气的处理过程中，本发明实施例通过向转炉的汽化烟道中喷入还原性碳源，使处于高温环境下的转炉烟气与还原性碳源反应，转炉烟气中二氧化碳和氧气在还原性碳源作用下生成一氧化碳，转炉烟气中的二氧化碳和氧气被消耗，而一氧化碳含量增加，使得最终得到的转炉煤气的热值更高。而且，转炉烟气中的二氧化碳与还原性碳源反应生成一氧化碳的过程为吸热过程，可以进一步消耗转炉烟气中的热量，降低转炉烟气温度，进而降低转炉烟气后续的冷却压力和运行成本。
在对转炉烟气的处理过程中，不需要消耗额外的资源，零成本，既能减少污染物的排放，又可以提高转炉煤气的产量和热值，达到减排增效的目的。
在一些实施例中，所述的转炉烟气的处理方法，所述还原性碳源为焦炉除尘灰和煤粉中的一种或几种的组合。
通过除尘设备对焦炉生产及皮带运输过程中所产生粉尘进行收集，所收集得到的产物即焦化除尘灰。焦化除尘灰是粒度较小的炼焦煤、焦粉和尘土的混合物。现有技术中，由于没有较好的处理方法，致使焦化除尘灰长期堆放，不仅污染环境，还造成资源的浪费。焦化除尘灰固定碳高，挥发分低，而且不含水分，粒径颗粒小，因此用于对转炉烟气进行处理，可以对转炉烟气取得良好的处理效果，同时还可以实现对于焦化除尘灰的回收利用。此外，焦化除尘灰的上述优点也使得在对焦化除尘灰的应用过程中，可以直接利用，无须额外加工，可以节省中间加工费用以及贮存、二次转运、抑尘、抗渗等环保费用，降低生产成本。
在一些实施例中，所述的转炉烟气的处理方法中，使用含有二氧化碳的烟气或含有二氧化碳的煤气或二氧化碳作为输送介质将所述还原性碳源喷入至所述汽化烟道内。
使用含有二氧化碳的烟气或含有二氧化碳的煤气或二氧化碳作为输送介质，可以提高转炉烟气中的二氧化碳的浓度，进而提高反应率。
含有二氧化碳的烟气或含有二氧化碳的煤气属于含二氧化碳废弃物，例如白灰窑生产排出的烟气。使用含有二氧化碳的烟气作为输送介质，可以将含碳废弃物变成可利用的能源，起到对含碳废弃物进行回收利用的目的。
此外，也可以使用氮气等其他惰性气体作为输送介质。
在一些实施例中，所述的转炉烟气的处理方法中，所述输送介质中的氧气含量低于1％。考虑到输送介质，尤其是煤气回收的安全性，将其氧气含量控制在1％以下。
在一些实施例中，所述的转炉烟气的处理方法中，向所述汽化烟道喷入还原性碳源的方向，与在所述汽化烟道中的所述转炉烟气的流动方向相反或垂直。
喷入还原性碳源的方向与在汽化烟道中的转炉烟气的流动方向相反或垂直，可以实现还原性碳源相对于转炉烟气的逆向流动，逆流有利于转炉烟气和还原性碳源的充分混合，有利于转炉烟气中二氧化碳与还原性碳源的反应，进而有利于降低转炉烟气中二氧化碳的含量，提高最终得到的转炉煤气中一氧化碳的含量，同时还具有消氧作用。
可以根据需要调节喷入还原性碳源的具体角度及位置，以增加转炉烟气和还原性碳源之间的接触时间。
在一些实施例中，所述的转炉烟气的处理方法中，向所述汽化烟道喷入还原性碳源的量为每吨钢1～10kg，喷入速度为10～30m/s。优选地，向汽化烟道喷入还原性碳源的量为每吨钢8kg，喷入速度为25m/s。
转炉烟气的产生量与转炉所炼的钢量是相关的，因此，可以根据所炼钢量及吹炼周期确定还原性碳源的用量和喷入速度。喷入速度过低，或者还原性碳源的用量过少，会影响转炉烟气中的二氧化碳的反应率，进而影响对转炉烟气热值的提升效果。
在一些实施例中，所述的转炉烟气的处理方法中，通过设置于所述汽化烟道的检修孔或装料孔，向所述汽化烟道喷入还原性碳源。
汽化烟道上设置有检修孔，用于对汽化烟道进行检修作业。转炉烟气从炉口排出后，进入汽化烟道，最终从汽化烟道的末端排出。在汽化烟道的外侧设置有连续的冷却循环系统，用于对转炉烟气进行降温。本发明实施例通过设置于汽化烟道上的检修孔或人孔向汽化烟道喷入还原性碳源，可以避免破坏汽化烟道的结构，最大程度利用转炉的现有结构，不影响转炉炼钢生产主工艺。而在汽化烟道的其他位置设置还原性碳源的喷入孔，则需要对汽化烟道的结构进行改造，尤其是可能需要对冷却循环系统进行调整，因此，会导致生产成本增加。
具体地，还可以对汽化烟道上的检修孔进行适当的改造，以适应还原性碳源的喷入。
在一些实施例中，所述的转炉烟气的处理方法中，所述转炉烟气在所述汽化烟道的温度为900～1600℃。转炉烟气从炉口排出，其温度可以达到1600℃以上，在沿着汽化烟道流动的过程中，转炉烟气的温度处于持续下降的状态，但均处于可以与还原性碳源反应的温度范围内。上述温度区间有利于转炉烟气中二氧化碳与还原性碳源进行充分反应，进而有利于降低转炉烟气中二氧化碳的含量，提高最终得到的转炉煤气中一氧化碳的含量。
在一些实施例中，所述的转炉烟气的处理方法中，对从所述汽化烟道的末端排出的转炉烟气进行降温和除尘处理。
经过还原性碳源处理后的转炉烟气中的二氧化碳含量减少，一氧化碳含量增加，温度降低，但是仍然含有粉尘，温度仍然较高，未达到回收利用或者放散的要求。因此，在一些实施例中，可以对经过还原性碳源处理的转炉烟气进行降温和除尘处理。例如，可以基于湿法除尘工艺(OG法)或者干法除尘工艺(LT法)对转炉烟气进行降温和除尘处理。可以在汽化烟道的末端连接降温除尘设备，使用降温除尘设备遵循原有工艺对经过还原性碳源处理的转炉烟气进行降温和除尘处理。在OG法中，转炉烟气从汽化烟道末端出来后，先进入“一级文氏管”除尘器，然后进入“二级文氏管”除尘器，用水将烟温降到73～65℃，含尘量由80-150g/m3降至100mg/m3以下，然后进行转炉煤气回收或放散。在LT法中，烟气从汽化烟道末端段出来后，先进入蒸发冷却器，采用双介质(蒸汽和水)将烟气温度降至200℃，进电除尘器，将烟气含尘量降到10mg/m3，然后进行转炉煤气回收或放散。
需要说明的是，转炉烟气经过与还原性碳源的反应，其温度已经有所下降，在这种情况下，在转炉烟气排出汽化烟道后，采用OG法、LT法等方法对转炉烟气进行降温处理时，其处理难度有所降低，可以减少冷却水的用量，达到节约资源，降低成本的目的。而且，由于本发明所提供的方法可以提升系统对于转炉烟气的除氧能力，工程实践上可减少LT法初吹的半氧吹炼时间，增加系统的可操作性、可调节性、安全性和可靠性。
本发明实施例通过向转炉的汽化烟道喷入还原性碳源，使在所述汽化烟道中的转炉烟气与所述还原性碳源反应，消耗转炉烟气中的二氧化碳和氧气，增加一氧化碳含量，提高转炉煤气的热值，降低转炉烟气的温度和氧气含量，从而有效提高所回收的转炉煤气的品质和系统安全性，转炉烟气的温度可以降低10～50℃，转炉煤气热值可以提高10％以上，每吨钢可以多回收转炉煤气10～20Nm3左右。
综上所述，本发明提供了一种转炉烟气的处理方法，包括：向转炉的汽化烟道喷入还原性碳源，使在所述汽化烟道中的转炉烟气与所述还原性碳源反应。本发明所提供的转炉烟气的处理方法，通过向转炉的汽化烟道中喷入还原性碳源，使处于高温环境下的转炉烟气与还原性碳源反应，转炉烟气中二氧化碳和氧气在还原性碳源中的碳作用下生成一氧化碳，从而达到消耗转炉烟气中的二氧化碳和氧气，增加一氧化碳含量，提高转炉煤气的热值，降低转炉烟气的温度和氧气含量，提高系统安全性的目的。同时，还实现了对于含碳固废焦化除尘灰的回收利用。本发明所提供的方法不需要消耗额外的资源，零成本，既能减少污染物的排放，又可以提高转炉煤气的产量和热值，达到减排增效的目的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.一种转炉烟气的处理方法，其特征在于，包括：
向转炉的汽化烟道喷入还原性碳源，使在所述汽化烟道中的转炉烟气与所述还原性碳源反应。
2.如权利要求1所述的转炉烟气的处理方法，其特征在于，所述还原性碳源为焦炉除尘灰和煤粉中的一种或几种的组合。
3.如权利要求1所述的转炉烟气的处理方法，其特征在于，使用含有二氧化碳的烟气或含有二氧化碳的煤气或二氧化碳作为输送介质将所述还原性碳源喷入至所述汽化烟道内。
4.如权利要求3所述的转炉烟气的处理方法，其特征在于，所述输送介质中的氧气含量低于1％。
5.如权利要求1所述的转炉烟气的处理方法，其特征在于，向所述汽化烟道喷入还原性碳源的方向，与在所述汽化烟道中的所述转炉烟气的流动方向相反或者垂直。
6.如权利要求1所述的转炉烟气的处理方法，其特征在于，向所述汽化烟道喷入还原性碳源的量为每吨钢1～10kg，喷入速度为10～30m/s。
7.如权利要求1所述的转炉烟气的处理方法，其特征在于，通过设置于所述汽化烟道的检修孔或装料孔，向所述汽化烟道喷入还原性碳源。
8.如权利要求1所述的转炉烟气的处理方法，其特征在于，所述转炉烟气在所述汽化烟道的温度为900～1600℃。
9.如权利要求1所述的转炉烟气的处理方法，其特征在于，对从所述汽化烟道的末端排出的转炉烟气进行降温和除尘处理。
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