CN116536473B - 一种转炉烟道防爆提效方法和防爆提效系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转炉烟道防爆提效方法和相应的防爆提效系统，方法包括吹炼前期防爆方法和/或吹炼后期防爆方法，其中吹炼前期防爆方法在吹炼开始前，利用低氧烟气对转炉烟道进行吹扫；将活动烟罩下降并在封盖转炉炉口后利用低氧烟气对转炉炉口与活动烟罩的缝隙进行气封；当转炉烟道内气体中氧气的体积百分数小于第一预设值时停止吹扫并开始吹炼，开始吹炼后的一段时间内采用氧气和氮气双介质吹炼；吹炼后期防爆方法也采用类似方法。防爆系统的结构与上述方法相配合。该方法和系统能够根本有效解决转炉烟道发生的泄爆问题，运行成本低，同时可以提升煤气回收量及余热回收量，实现防爆提效。
Description
技术领域
本发明涉及转炉煤气除尘及余热利用技术领域，具体涉及一种转炉烟道中防止泄爆并能提升煤气回收和余热利用效率同时降低运行成本的防爆提效方法和防爆提效系统。
背景技术
转炉炼钢生产过程具有特定的周期性，一般分为吹炼期与出钢期，转炉在吹炼期产生烟气，出钢期不产生烟气。吹炼期根据烟气成分划分为吹炼前期、吹炼中期和吹炼后期。吹炼开始前，转炉烟道内为高氧气体或空气，当吹炼开始后产生一氧化碳气体时，随着一氧化碳浓度的提升而使一氧化碳与氧气的比例进入爆炸极限范围从而容易发生爆炸事故；吹炼中期，转炉烟道内的氧气基本被消耗，一氧化碳与氧气比例不在爆炸极限范围内，此时转炉烟道内的烟气安全不会爆炸；在吹炼接近尾声时，随着钢水中碳的消耗殆尽，产生的一氧化碳浓度不断下降，一氧化碳与氧气的比例又进入爆炸极限范围从而容易爆炸。因此转炉的安全运转需要进行有效的烟道防爆处理，而关键在于吹炼前期和吹炼后期的烟道防爆处理。
目前，现有转炉煤气余热回收在防爆处理上主要存在以下问题：
1. 吹炼前期，转炉开始吹炼时，转炉活动烟罩上升并向转炉烟道内吸入大量空气，使转炉吹炼产生的CO燃烧，以便形成一段烟气，并利用这段烟气将吹炼前业已存在于转炉烟道内的空气吹扫出转炉烟道，当烟道内空气被烟气置换完毕后再降罩运行封盖转炉炉口。以上做法的目的是防止吹炼产生的CO与烟道内空气混合发生爆炸。但本发明发现该方法存在根本性的工艺缺陷：在刚开始吹炼的一分钟内，产生的转炉烟气少并且吸入的冷空气多，此时温度低，转炉烟气内的CO并不能着火燃烧，可见，这一阶段依然存在CO与O2浓度处于爆炸浓度范围而不能燃烧的问题，该部分煤气流过转炉烟道时存在爆炸的浓度条件，所以转炉烟道安全问题并未得到根本性解决，致使实际生产中在吹炼前期转炉烟道经常发生泄爆事故。
2. 吹炼后期，转炉即将结束吹炼时，转炉活动烟罩上升向转炉烟道内吸入大量空气，使转炉吹炼产生的CO燃烧，以便形成一段烟气，并利用这段烟气将吹炼期存在于转炉烟道内的煤气置换出转炉烟道，当烟道内煤气被烟气置换完毕后再停止吹炼。以上操作的目的是防止烟道内CO与烟罩下端吸入的空气混合发生爆炸，但该方法同样存在根本性的工艺缺陷：在钢水吹炼最后1～2分钟内，由于此时产生的转炉煤气少、吸入的冷空气多，此时温度低，转炉煤气内的CO并不能着火燃烧，所以，这一阶段依然存在CO与O2浓度处于爆炸浓度范围的问题，转炉烟道安全问题依然未得到根本性解决，实际生产中同样发生在吹炼后期转炉烟道经常泄爆的事故。
3. 上述吹炼前期和吹炼后期通过自燃烟气吹扫进行防爆的方法中，除了会发生泄爆事故外，还使转炉烟道中漏入大量空气，导致较大数量的转炉煤气被燃烧掉，而且，由于上述两吹炼阶段内转炉煤气中O2的浓度在绝大多数时间高于转炉煤气回收要求的O2浓度上限（国家规定转炉煤气回收时O2体积百分比浓度上限<1.5%），所以这些不符合要求的转炉煤气只能放散，这就导致转炉煤气放散量加大、煤气损失率升高及煤气回收量降低（一般吹炼前期和吹炼后期煤气放散时间各为2～3分钟左右）。所以，亟需研究降低吹炼前期及吹炼后期转炉煤气损失的方法，以提高转炉煤气回收率。
4. 如第1、2项所述，现有自燃烟气吹扫防爆法中，由于吹炼开始时及吹炼结束时转炉煤气中O2浓度依然较高，爆炸问题并没有从根本上解决，所以，为了规避煤气爆炸风险，现有转炉余热回收工艺仅回收850℃以上的转炉煤气高温余热，因为650℃左右着火温度范围是煤气最容易发生爆炸的温度区段，所以，现有工艺中转炉煤气850℃以下中低温余热并未被回收，而是采用喷水急冷方法将煤气迅速降温至200℃左右，这种方法虽然能有效抑制煤气在着火温度段发生爆炸，但却造成将近40%煤气显热的浪费。
发明专利CN 107164599 B公开了一种高温可燃气体余热回收系统及方法，设置粗除尘器，并利用吹扫装置吹扫氮气、惰性气体等将滞留在粗除尘器下部的煤气赶出以降低爆炸风险，还在转炉烟道后侧设置绝热管道，利用喷射装置喷射氮气、惰性气体等在炼钢吹氧前进行喷氮，隔绝绝热管内的空气与转炉入口进来的煤气。但是该方法仅能驱赶烟道后段即绝热管内的空气与转炉入口进来的煤气，无法解决活动烟罩端烟道（即该专利中的汽化冷却管道）内空气与转炉出来的烟气混合的问题，当前端烟道未燃混合气流过后段转炉烟道时，转炉烟道所有烟气流道均存在泄爆风险。本发明还发现，先降下活动烟罩盖住转炉炉口并用氮气从活动烟罩处开始吹扫转炉烟道可以有效防止泄爆问题，但是用纯氮气操作导致运行成本高，而且活动烟罩与转炉炉口存在缝隙密封不严，容易混入空气导致烟道内含氧量升高。
因此，如何在消除转炉烟道泄爆现象的前提下降低运行成本并有效防止外部空气的流入导致烟道内含氧量升高，对于提升烟道安全及烟道煤气和余热的回收量，具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种转炉烟道防爆提效方法，该方法能够有效解决转炉烟道发生泄爆问题并可以明显降低运行成本，同时可以提升煤气回收量及余热回收量，实现防爆提效。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种转炉烟道防爆提效方法，其特征在于包括吹炼前期防爆方法和/或吹炼后期防爆方法，所述吹炼前期防爆方法包括：吹炼开始前，利用低氧烟气对转炉烟道进行吹扫；将活动烟罩下降并在封盖转炉炉口后利用低氧烟气对转炉炉口与活动烟罩的缝隙进行气封；当转炉烟道内气体中氧气的体积百分数小于第一预设值时停止吹扫并开始吹炼，开始吹炼后的一段时间内采用氧气和氮气双介质吹炼；所述吹炼后期防爆方法包括：吹炼即将结束时，当转炉烟道内的煤气中氧气的体积百分数大于第二预设值时，用低氧烟气对转炉烟道进行吹扫并利用低氧烟气对转炉炉口与活动烟罩的缝隙进行气封；在吹炼即将结束的一段时间内，采用氧气和氮气双介质吹炼；转炉活动烟罩提罩后，继续利用低氧烟气对转炉烟道吹扫一段时间，直至转炉烟道内的残留煤气被低氧烟气置换后停止吹扫。
优选的，所述吹炼前期防爆方法和所述吹炼后期防爆方法中，所述低氧烟气中氧气的体积百分数小于或等于2%；所述第一预设值为1.5-2%，所述第二预设值为1.5-2%。
优选的，所述低氧烟气为轧钢加热炉、热风炉、锅炉或石灰窑产生的低氧烟气，或者所述低氧烟气为轧钢加热炉、热风炉、锅炉或石灰窑产生的烟气掺混氮气或二氧化碳得到的低氧烟气。
优选的，所述吹炼前期防爆方法和所述吹炼后期防爆方法中，所述转炉炉口进行微正压操作。
上述技术方案中，低氧烟气来源于轧钢加热炉、热风炉、锅炉或石灰窑排放的烟气，成本低廉且有利于环保，低氧烟气对转炉烟道起到吹扫和气封的作用，前吹期间，低氧烟气的吹扫可以把烟道内业已存留的高氧气体或空气赶出，后吹期间，低氧烟气的吹扫可以把烟道内存留的一氧化碳气体赶出，避免转炉产生的煤气与空气混合并产生爆炸危险，降罩后进行气封可以有效防止外部空气的流入，始终保持转炉口上方的低氧气氛，明显提升本发明方法的安全系数。在吹炼开始时利用氧氮双介质吹炼替代以前的直接用纯氧单介质吹炼，更适合开始阶段钢水对氧需求量少的实际，同时满足吹炼气体对熔池搅拌强度的基本需求，从而避免氧气过剩逃逸进入烟道导致煤气含氧量上升容易爆炸。采用转炉炉口微正压操作，即调整引风机使转炉炉口的气压微大于外部环境气压，使活动烟罩内气体具有通过活动烟罩与转炉炉口的缝隙外逸的趋势，可以有效避免外部气体流入。但微正压操作具有一定的不稳定性，当某一时段外部气压大于活动烟罩内气压时，流入活动烟罩内的气体也是用于气封的低氧烟气，这更确保了转炉炉口始终处于低氧气氛。本方法针对吹炼前期烟道内氧含量高而产生的一氧化碳含量浓度逐渐升高以及吹炼后期一氧化碳浓度下降进行了专门处理，均巧妙消除了吹炼前期和吹炼后期可能产生一氧化碳与氧气比例落入爆炸极限范围的问题，从而从根本上消除了泄爆的可能性，而所用的低氧烟气就是其他炉窑燃烧产生的需排放的烟气，成本低廉且具有良好的环保效益。吹炼中期一氧化碳与氧气比例本就不在爆炸极限范围内，所以不需专门做防爆处理。经本方法防爆处理后，因为在开始至结束的全阶段烟道内的一氧化碳与氧气比例均不在爆炸浓度范围，所以可以缩短放散时间（只放散空气和低氧烟气，而最少量放散吹炼产生的煤气），提升煤气回收量，并且也不需将850℃的煤气急冷至200℃，而可以回收850℃以下的显热，提升余热回收量，最终实现防爆提效的目的。
需要特别强调的是，本发明方法中使用低氧烟气降罩吹扫与利用低氧烟气气封方法相辅相成，虽然低氧烟气替代传统的氮气吹扫可以有效节约成本并提升环保效益，但是低氧烟气本身就含有一定的氧成分（优选氧气体积百分数不大于2%），如果从活动烟罩与转炉炉口的缝隙处流入空气则使本方法的安全性变得不可靠，而气封恰恰解决了此问题，有效提升了安全性。
本发明的目的之二是提供一种转炉烟道防爆提效系统，该系统能够实现上述方法，根本有效解决转炉烟道发生的泄爆问题，同时可以提升煤气回收量及余热回收量，实现防爆提效。
为了实现上述目的，本发明具体采用如下方案：
一种转炉烟道防爆提效系统，包括转炉和转炉烟道，所述转炉烟道包括活动烟罩和固定烟罩，在活动烟罩和/或固定烟罩上设有喷嘴，所述喷嘴与低氧烟气管路相连，喷嘴能喷射低氧烟气对转炉烟道进行吹扫；在活动烟罩上设有烟气分配箱，所述烟气分配箱与低氧烟气管路相连，当所述活动烟罩下降并对转炉炉口封盖时，所述烟气分配箱位于转炉炉口与活动烟罩之间的缝隙周围并能喷出低氧烟气对所述缝隙进行气封。
优选的，所述活动烟罩的下端口从下至上逐渐收缩。
优选的，所述烟气分配箱在靠近转炉炉口和所述转炉烟道的下端口之间的位置上形成有用于吹出低氧烟气的孔。
优选的，所述喷嘴和所述烟气分配箱分别通过分支管道与所述低氧烟气管路连通，在每个所述分支管道上安装有调节阀。
优选的，在所述低氧烟气管路上安装有加压机和阀门，低氧烟气管路与轧钢加热炉、热风炉、锅炉或石灰窑的烟道相连。
优选的，所述活动烟罩在所述转炉炉口的上方能够沿竖直方向移动，以使所述活动烟罩的下端口能够靠近或远离转炉炉口,所述喷嘴为一个或多个。
上述技术方案中，利用活动烟罩下降与烟气分配箱喷设低氧烟气相结合可以对活动烟罩与转炉炉口的缝隙进行气封，利用喷嘴向活动烟罩和/或转炉烟道内喷射低氧烟气可以对转炉烟道进行吹扫，低氧烟气管路通过两个分支管路分别连接喷嘴和烟气分配箱，并在各分支管路上设置调节阀，可以合理分配低氧烟气流量，这样在低氧烟气流量波动时可以根据需要进行分配从而实现吹扫与气封综合效果的最大化。
附图说明
图1为本发明转炉烟道防爆提效系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：
本发明转炉烟道防爆提效方法及相应的防爆提效系统相互关联，下面结合图1通过实施例1和实施例2进行说明，其中实施例1以防爆提效方法为主线并兼顾防爆提效系统，实施例2以防爆提效系统为主线并兼顾防爆提效方法，实施例1和实施例2相互补充共同用于说明本发明的具体实施方式。
实施例1
结合图1，本转炉烟道防爆提效方法包括吹炼前期防爆方法和/或吹炼后期防爆方法，
吹炼前期防爆方法：转炉1加入铁水及造渣材料后，摇正转炉1，在吹炼开始前，首先降下转炉的活动烟罩3并封盖住转炉炉口13（封盖后活动烟罩3与转炉炉口13之间仍存在缝隙），打开低氧烟气管路10上的阀门开始提供低氧烟气，将低氧烟气吹入活动烟罩3和后部的转炉烟道12内（转炉烟道12包括活动烟罩3及固定烟罩5的内部空间），同时，调节转炉烟道12的主风机使活动烟罩3内部微正压运行（此时活动烟罩3内的低氧烟气压强稍微高于外部环境压强，一般超出值不大于20Pa），用低氧烟气对转炉烟道12进行吹扫且同时用低氧烟气对转炉炉口13进行气封，气封即向活动烟罩3与转炉炉口13的缝隙喷入低氧烟气并以此减少甚至杜绝外部空气向缝隙内流入（微正压操作时活动烟罩内的低氧烟气会轻微外逸至活动烟罩外，但实际情况气压并不稳定，当活动烟罩内出现负压时外部气封的低氧烟气会流入活动烟罩内，虽然可能也伴随着一些空气的流入，但量很少）。当转炉烟道12内氧气的体积百分数小于等于第一预设值时（第一预设值一般为1.5-2%，本例取2%），停止吹扫，但维持气封，此时开始一段时间（如开始后的1～2分钟内）的氧氮双介质吹炼，待一氧化碳浓度升高后逐渐减少氧氮双介质中氮气比例和气封，直至进行吹炼中期的氧气单介质吹炼法吹炼，此时可停止气封。
吹炼后期防爆方法：在吹炼后期，当转炉烟道12内氧气的体积百分数高于第二预设值时（第二预设值一般为1.5-2%，本例取1.5%），用低氧烟气对活动烟罩3及后部转炉烟道进行吹扫，且同时用低氧烟气对转炉炉口13进行气封（气封为喷入低氧烟气以防止空气流入），直至活动烟罩3及后部转炉烟道内充满低氧烟气。在吹炼即将结束的一段时间内（如吹炼结束前1～2分钟），采用氧气和氮气双介质吹炼至不再有一氧化碳产生时停止吹炼。在转炉烟道12内的残留煤气被低氧烟气置换后停止吹扫和气封。
本实施例中所用的低氧烟气中氧气的体积百分数小于等于2%。低氧烟气可以是来自各种燃料加热炉，如轧钢加热炉、热风炉、锅炉、石灰窑产生的低氧烟气，当上述烟气中氧浓度超过2%时，向上述烟气掺混N2或CO2气体以形成氧浓度低于2%的低氧烟气。
实施例2
如图1所示，转炉烟道防爆提效系统包括转炉1和转炉烟道12，转炉烟道12包括活动烟罩3和固定烟罩5的内部空间，活动烟罩3的下端口从下至上逐渐收缩，在活动烟罩3上设有喷嘴4，喷嘴4有1个或多个并且均经第一分支管路14与低氧烟气管路10相连，喷嘴4能喷射低氧烟气对转炉烟道12进行吹扫。在活动烟罩3的下侧连接有烟气分配箱2，烟气分配箱2经第二分支管路15与低氧烟气管路10相连。在第一分支管路14和第二分支管路15上均设有调节阀8。在低氧烟气管路10上设有快切阀6、盲板阀7及加压机9。当活动烟罩3竖直下降并对转炉炉口13封盖时（仍会留有缝隙），烟气分配箱2随活动烟罩3一起下降并停于转炉炉口13与活动烟罩3之间的缝隙周围，烟气分配箱2能喷出低氧烟气对所述缝隙进行气封。本实施例中，烟气分配箱2在靠近转炉炉口13和转炉烟道12的下端口之间的位置上形成有用于吹出低氧烟气的孔，可以同时向转炉炉口13吹送低氧烟气用于气封及向转炉烟道12的下端吹送低氧烟气用于吹扫。烟气分配箱2还可以采用其他结构形式来实现气封和吹扫。低氧烟气管路10与轧钢加热炉、热风炉、锅炉或石灰窑的烟道相连。
利用本系统进行转炉烟道防爆提效处理时可以采取如下操作：
1. 吹炼前
氧枪开始吹炼前，先使转炉活动烟罩3（也称为转炉水冷烟罩）降至最低处，其下端口靠近转炉炉口13形成封盖（但仍存在缝隙），调节转炉主抽引风机频率使活动烟罩3下端口处处于微正压（不大于20Pa）状态，经喷嘴4向活动烟罩3内通入O2体积百分比浓度低于2%的低氧烟气，同时打开调节阀8利用烟气分配箱2对炉口进行气封，低氧烟气气封有效避免空气漏入活动烟罩3内。随着进入活动烟罩3内的低氧烟气逐渐将转炉烟道内的高氧气体或空气全部吹扫出整个转炉烟道后，转炉烟道内充满O2浓度低于2%的低氧烟气。置换完毕后打开氧枪开始吹炼，为了保证转炉熔池搅拌强度的同时避免氧气逃逸，开始吹炼时可以采用氧氮双介质吹炼，随着冶炼需氧量增加调节双介质中氧的比例。
2. 吹炼中期：
转炉1冶炼过程产生转炉煤气，转炉煤气经过活动烟罩3进入固定烟罩5，接着进入后续的烟道、除尘系统、抽风机系统，最后，符合回收标准的转炉煤气进入回收气柜，不符合回收标准的转炉煤气进入放散系统放散。
3. 吹炼后期：
当活动烟罩3内氧气的体积百分数高于2%时，向活动烟罩3内通入O2浓度低于2%的低氧烟气，此时保持转炉烟道12内微正压运行，活动烟罩3下端口处压力维持0~+20Pa，同时打开低氧烟气调节阀8利用低氧烟气分配箱2对转炉炉口13进行气封，有效避免空气漏入转炉烟道12，此时向转炉烟道12内通入的低氧烟气逐渐将最后残留的一管转炉煤气吹扫出整个转炉煤气烟道，转炉烟道12内最终充满的O2浓度低于2%的低氧烟气。最后进行活动烟罩3的升罩操作。
上述实施例只是对本发明构思和实现的说明，并非对其进行限制，在本发明构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。
Claims (9)
1.一种转炉烟道防爆提效方法，其特征在于包括吹炼前期防爆方法和/或吹炼后期防爆方法，
所述吹炼前期防爆方法包括：
吹炼开始前，利用低氧烟气对转炉烟道进行吹扫；将活动烟罩下降并在封盖转炉炉口后利用低氧烟气对转炉炉口与活动烟罩的缝隙进行气封；当转炉烟道内气体中氧气的体积百分数小于第一预设值时停止吹扫并开始吹炼，开始吹炼后的1-2分钟内采用氧气和氮气双介质吹炼；
所述吹炼后期防爆方法包括：
吹炼即将结束时，当转炉烟道内的煤气中氧气的体积百分数大于第二预设值时，用低氧烟气对转炉烟道进行吹扫并利用低氧烟气对转炉炉口与活动烟罩的缝隙进行气封；在吹炼即将结束的1-2分钟内，采用氧气和氮气双介质吹炼；转炉烟道内的残留煤气被低氧烟气置换后停止吹扫；
所述吹炼前期防爆方法和所述吹炼后期防爆方法中，所述低氧烟气中氧气的体积百分数小于或等于2%；所述第一预设值为1.5-2%，所述第二预设值为1.5-2%。
2.如权利要求1所述的转炉烟道防爆提效方法，所述低氧烟气为轧钢加热炉、热风炉、锅炉或石灰窑产生的低氧烟气，或者所述低氧烟气为轧钢加热炉、热风炉、锅炉或石灰窑产生的烟气掺混氮气或二氧化碳得到的低氧烟气。
3.如权利要求2所述的转炉烟道防爆提效方法，其特征在于，所述吹炼前期防爆方法和所述吹炼后期防爆方法中，所述转炉炉口进行微正压操作。
4.如权利要求1-3任一项所述的转炉烟道防爆提效方法的转炉烟道防爆提效系统，包括转炉和转炉烟道，所述转炉烟道包括活动烟罩和固定烟罩，其特征在于，在活动烟罩和/或固定烟罩上设有喷嘴，所述喷嘴与低氧烟气管路相连，喷嘴能喷射低氧烟气对转炉烟道进行吹扫；在活动烟罩上设有烟气分配箱，所述烟气分配箱与低氧烟气管路相连，当所述活动烟罩下降并对转炉炉口封盖时，所述烟气分配箱位于转炉炉口与活动烟罩之间的缝隙周围并能喷出低氧烟气对所述缝隙进行气封。
5.如权利要求4所述的转炉烟道防爆提效系统，其特征在于，所述活动烟罩的下端口从下至上逐渐收缩。
6.如权利要求4所述的转炉烟道防爆提效系统，其特征在于，所述烟气分配箱在靠近转炉炉口和所述转炉烟道的下端口之间的位置上形成有用于吹出低氧烟气的孔。
7.如权利要求4所述的转炉烟道防爆提效系统，其特征在于，所述喷嘴和所述烟气分配箱分别通过分支管道与所述低氧烟气管路连通，在每个所述分支管道上安装有调节阀。
8.如权利要求4所述的转炉烟道防爆提效系统，其特征在于，在所述低氧烟气管路上安装有加压机和阀门，低氧烟气管路与轧钢加热炉、热风炉、锅炉或石灰窑的烟道相连。
9.如权利要求4所述的转炉烟道防爆提效系统，其特征在于，所述活动烟罩在所述转炉炉口的上方能够沿竖直方向移动，以使所述活动烟罩的下端口能够靠近或远离转炉炉口,所述喷嘴为一个或多个。
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