CN1218444A - 还原法铁矿石冶炼厂煤气洗涤操作洗水的处理方法 - Google Patents

Abstract

叙述了用于还原法铁矿石冶炼厂处理煤气洗涤操作洗水的方法,按这个方法,洗水在排列成按煤气侧串级连接的两个洗涤段的煤气洗涤器(1－4)中,直接与煤气进行接触;从煤气洗涤器排出并分离固体后,洗水再次送入调温和冷却下来的上述煤气洗涤器。因此,洗水分别从两个洗涤段引出,且只有第一个洗涤段洗水在沉降槽(6)中除去大部分固体,并随后引入到热水槽(8)。第二个洗涤段洗水直接引入到逆流水槽(10),在这洗水传输富含二氧化碳的减压煤气,这种煤气引入到热水槽用于其中洗水的二氧化碳增浓。热水槽的洗水经热交换器(19)冷却,并随后与逆流水槽的洗水一起送回到两个洗涤段的煤气洗涤器中。为了热水槽中洗水的二氧化碳增浓,可以额外向热水槽引入部分富含二氧化碳的洗后煤气,或部分逆流水槽中富含二氧化碳的水。

Description

还原法铁矿石冶炼厂煤气洗涤操作洗水的处理方法

本发明涉及根据权利要求1前序文字所述方法。

德文出版物4032288 C2已经公开了还原法铁矿石冶炼厂处理煤气洗涤操作洗水的方法，按这种方法，洗水在一个或几个煤气洗涤器中直接同粗煤气进行接触，从煤气洗涤器排出并分离固体后，洗水再次送入冷却下来的煤气洗涤器。为此，洗水在第一个沉降槽除去大部分固体，经热水池送入冷却塔冷却，并分离溶解的二氧化碳，增浓氧气，使钙和镁碳酸氢盐转化为碳酸盐，使铁的碳酸氢盐和硫酸盐转化为铁(Ⅲ)的氢氧化物。然后，这种化学上不稳定的洗水要在串联连接的第二个沉降槽中加入絮凝剂和助凝剂，除去新生成的和残余的固体，成为化学上稳定的洗水并经冷水池送回到煤气洗涤器。

还原法铁矿石冶炼厂的煤气含有大量新鲜还原、极其活泼的铁颗粒。同二氧化碳饱和的洗水接触会产生碳酸氢铁。铁颗粒也与硫酸根反应生成硫酸铁。于是，大部分固体铁颗粒转变为可溶状态。通过洗水在冷却塔中脱除二氧化碳和增浓氧气，碳酸氢铁和硫酸铁变成不溶于水且呈絮状沉淀的氢氧化铁(Ⅲ)。沉淀出的氢氧化铁(Ⅲ)絮凝物进一步同水中存在的氧气起反应，并生成固态氧化铁。在还原熔炼厂，煤气还含有大量钙和镁氧化物颗粒，它们同含二氧化碳洗水生成碳酸氢盐，在冷却塔中曝气之后以碳酸盐形式沉淀出来。

这种水失去其化学平衡并显示出强烈的沉积倾向，从冷却塔送入第二个沉降槽。由于停留时间增加，固体沉淀过程在第二个沉降槽中结束，水达到稳定后将再次用于煤气洗涤操作。于是，在要求苛刻和难于清洁洗涤器中的沉积问题，和在提高可燃和有毒煤气压力下操作的操作面积问题成功地获得解决。用于清洁和维修的冷却塔面积周期地逐室轮流，然而，冷却塔中的固体沉积依然可观。相当短的时期后，水分配系统和冷却塔填料已经长满晶体，沉积变得如此严重以致填料必须每年更新几次。替代用于参照煤气洗涤操作冷却洗水的标准冷却塔，开发出了一些特殊冷却塔，以便延长清洁周期之间的时间间隔和减少维修工作量。这些特殊冷却塔是非常大的冷却塔，但内置少，且冷却塔杯安装在高位，以便洗水可以靠自由降落向第二个沉降槽排放，特殊喷嘴用于在较高压力下进行水的喷淋，还包括其它尺寸的变化以减小清洁工作量和缩短清洁需要的时间。然而，清洁和维修的工作量仍然很大；而且，能量消耗比通常冷却塔高得多，且该冷却塔的比投资成本也非常高。此外，两个大沉降槽、一个大冷却塔、一个泵站以及导管所需要的空间非常大，以致许多场合很难在可用空间容纳该厂。

已知方法的另一个问题是，由于在较高压力下操作的煤气洗涤器中，洗水直接同一氧化碳和二氧化碳占优势组成的气体接触，相当大量的一氧化碳输出到大气。尤其第二个洗涤段的逆流水实际上较冷，大量煤气进入大气。部分这些气体在大气压下操作的第一个沉降槽中逸出，其余的在冷却塔中脱除。

因此，本发明的目的是，改进还原法铁矿石冶炼厂煤气洗涤操作已知的处理洗水方法，洗水在排列成按煤气侧串级连接的两个洗涤段的煤气洗涤器中，直接同煤气进行接触；从煤气洗涤器排出并分离固体后，洗水再次送入调温并冷却下来的煤气洗涤器，除为此目的而设置的沉降槽外，以这种方法在整个洗水回路得以使沉积最大可能限度避免，且输出到大气中的有毒一氧化碳大大减少。此外，投资和操作费用以及所需要的空间减少。

根据本发明，这样的目的是通过权利要求1特征部分所指出的特征来达到的。根据本发明该方法的有利实施是由子权利要求获得。

根据本发明的方法，煤气洗涤操作仅仅第一个洗涤段的洗水通过沉降槽沉积固体，然后在间接热交换器中冷却，而第二个洗涤段的逆流水由蒸汽冷凝水稀释并由减压后的二氧化碳过饱和，加入到未冷却、未分离固体和未与大气连通的顺流水中，以致水中溶解的盐仍保持溶液状态而不作为沉积物沉淀出来。

因为还原法铁矿石冶炼厂的气体，含有新鲜还原、非常活泼的铁颗粒和新鲜煅烧过的钙和镁氧化物，煤气洗涤操作第一段的逆流水几乎为其碳酸氢盐所饱和，因此，必须尽力保持这些盐呈溶液状态，并将沉积区以外顺流水的平衡状态调整到水回路不会有沉积出现。为达到这个目的根据本发明，二氧化碳的逸散要最小；要避免氧的积累；沉降槽中二氧化碳部分脱气后的水，要在提高压力下用富含二氧化碳的煤气再增浓二氧化碳，且顺流水在间接热交换器中冷却下来不同大气接触，并通过混合逆流水进行稀释，逆流水来自第二个洗涤段，被蒸汽冷凝水和新鲜水大大稀释且被二氧化碳过饱和，于是，上述顺流水的pH值下降。

由沉降槽到热水槽的溢流槽水位由控制器设定在高位，由此达到溢流水氧气增浓最小和沉降槽溢流区二氧化碳逸出最小，以保持溶解的盐类，如钙、镁和铁的碳酸氢盐呈溶液状态。水位控制器经一导管与密闭的热水槽连接，其中分离了大部分固体的洗水用富含二氧化碳的煤气进行气化，以便再次平衡由沉降槽输入洗水的二氧化碳剩余，这种剩余造成了轻微不平衡。

从第二个洗涤段过饱和水逸出的气体，在逆流水槽中部分减压后，导入热水槽内洗水，用于气化该洗水。根据需要，适量的洗过顶气或第二个洗涤段引出且富含二氧化碳的出口气体可以加入到该气体中。两个槽都保持轻微过压；热水槽优选保持在约0.15巴出口导管的压力，而逆流水槽优选保持在略高一些的压力，以便在到达热交换器之前，二氧化碳在热水槽已有的洗水中达到溶解，避免氧气进入，引出不溶气体到煤气出口导管或火炬系统。

第二个洗涤段逆流水含有相当少量但很细的固体，但比顺流水热几摄氏度，优选用二氧化碳饱和并用蒸汽冷凝水稀释，离开洗涤段后引入到冷却的轻微过压的逆流水槽，然后加入到未预先处理的顺流水中。借助该给料，使沉降槽引出的洗水得到稀释和用二氧化碳再增浓。逆流水槽的较少部分水加入到热水槽较低部分，而其较大部分水加到间接冷凝器后面。因温度较低压力较高，水对二氧化碳的吸收率会明显增加，所以随逆流水槽的水给入的全部二氧化碳，得以在顺流水中保持溶液状态。引入到热水槽较低部分的上述较少部分水，是为了在间接热交换器之前使洗水再次稀释和增浓二氧化碳，以避免热交换器本身出现沉积。

根据本发明方法，按照另一有利实施，热水槽中用二氧化碳稳定的部分洗水，未经冷却，用泵打到第一个洗涤段的骤冷区，借此，加速热气的骤冷过程，第一个洗涤段的温度上升，且大量蒸汽冷凝物从第一个洗涤段转移到第二个洗涤段。在第二个洗涤段生成的冷凝物用作稀释水，随着第一个洗涤段的气体进入第二个洗涤段的，只有少量细小、近乎排斥脱气的水不溶碳颗粒，由于这种颗粒，使水难于用溶解盐类增浓。冷凝水代替了大量补充水。因此，该方法利用了操作过程产生的部分废热，再生完全脱盐的补充水；流向沉降槽的水总量变得较少，且极少量的有毒一氧化碳被溶解并输出到大气。

为了温度调节，和由于加倍保证温度范围要求苛刻并属于第一个洗涤段的骤冷区的供水，逆流水从位于第一个洗涤段后面的一个冷煤气洗涤器直接引入到第一个洗涤段的骤冷区。此外，第一个洗涤段锥体的洗水可以用泵直接返回其骤冷区。

第一个洗涤段逸出气体温度增长几摄氏度，就足以阻止富含二氧化碳煤气的气化作用。

第一个洗涤段骤冷区，因洗水与热气接触造成蒸发，产生最大量蒸汽，且水也被很好温热，消耗比沉积多，于是沉积层会被带走并作为固体排入沉降槽。既然洗水在第一个洗涤段被相当好地温热，这个热度可以在水-气或水-水间接热交换器中以有效和有利环境的方式引出。

未与洗水分离并导入热水槽的富含二氧化碳的煤气，可以引到煤气出口导管或火炬系统，于是，能够以有利环境的方式处置。

向逆流水槽补给新鲜水，有利于使循环洗水一直远离结垢状态。

以下根据图中描绘的一个实施方案，对本发明将进行较详细说明。该图是按照根据本发明的方法进行操作的煤气洗涤系统示意图。

所阐述的实施方案，涉及包括还原竖窑和熔化煤气发生器的还原法铁矿石冶炼厂所产生气体的清洗。还原竖窑产生的煤气称为顶气，熔化煤气发生器产生的煤气称为气化器煤气。洗涤系统显示各自拥有煤气洗涤器的两个洗涤段，第一个洗涤段备有煤气洗涤器1用于洗涤顶气，和煤气洗涤器2用于洗涤气化器煤气，以及第二个洗涤段备有煤气洗涤器3用于洗涤气化器煤气，和煤气洗涤器4用于洗涤顶气。煤气洗涤器1和4与煤气洗涤器2和3，各按气侧串级连接。洗水经顺流水导管5，直接给到所有煤气洗涤器1-4。第一段煤气洗涤器1和2，和第二段煤气洗涤器3和4沿洗水走向彼此平行连接。

第一个洗涤段煤气洗涤器1和2引出的洗水，载带了顶气和气化器煤气的污物，将其引入沉降槽6，固体在这沉降出来。除去大部分固体的洗水，经沉降槽溢流和进口导管7引入到热水槽8的较低部分。进口导管7上的控制器9，控制沉降槽6溢流槽中水，使其要设定在高位。这样即可达到，沉降槽6溢流部分的溢流水氧气增浓最小和二氧化碳逸出最小。

热水槽8进口导管7的咀子位于该槽较低部分，以便在轻微过压下操作的热水槽8上部积累的气体，不能通过进口导管7逸出到大气中。这就是为什么，穿过进口导管7咀子的水柱压力是热水槽8中气体压力的至少1.5倍。

由第二洗涤段煤气洗涤器3和4引出的洗水，进入逆流水槽10。该洗水富含二氧化碳，且大部分由冷凝水蒸气构成，因此，很大程度上是脱了盐的。逆流水槽10不包括它自身的换气，和其上部二氧化碳积累占优势构成之气体的脱气。逆流水槽10处在比热水槽8较高一些的过压下，以便逆流水槽10上部积累的二氧化碳可以经溢流导管11进入热水槽8水面以下。逆流水槽10的压力，是由溢流导管11的咀子在热水槽8水面以下的深度和热水槽8的气压确定，由于该槽同引出洗过气体的煤气出口导管相连，其气压为约0.15巴。因二氧化碳经溢流导管11给入热水槽8，热水槽8中的洗水被二氧化碳增浓。但是，若第二洗涤段煤气洗涤器3和4逆流水逸出的煤气量，不够热水槽8中洗水用二氧化碳增浓，需要的量将取自导管13富含二氧化碳的洗过顶气分支，并可以经装有直通测量器15和由该测量器调节的直通控制衔铁16的导管14，取自导管12的出口煤气的分支，然后同逆流水槽10上部积累的煤气混合。热水槽8内洗水进行二氧化碳再增浓的方法是，混合来自逆流水槽10且二氧化碳过饱和的水，该水经溢流导管17引入热水槽8的较低部分。由于热水槽8较低部分压力增高，只有少量二氧化碳会从这样混合的逆流水中逸出并向上移动。

这样增浓二氧化碳的热洗水，由顺流水泵18从热水槽8经间接热交换器19和顺流水导管5打到煤气洗涤器1和4。被蒸汽冷凝水稀释，被二氧化碳过饱和，并来自逆流水槽10的大部分水，由泵20加入到经热交换器19冷却下来的顺流水中。

对逆流水槽10添加新鲜水，是经控制衔铁21进行，根据热水槽8内水位测量器22进行添加。与热水槽8连接的泵23，将热水槽8的热洗水直接供给第一个洗涤段煤气洗涤器的骤冷区24和25。泵26将位于按煤气侧用于气化器煤气洗涤的煤气洗涤器2后面的冷煤气洗涤器27的逆流水，输送到第一个洗涤段煤气洗涤器2的温度要求苛刻的骤冷区25，而泵28将第一个洗涤段用于顶气洗涤的煤气洗涤器1锥体中的洗水返回它的骤冷区24。

间接热交换器19可以按水-水和水-气热交换器两者设计。

Claims (12)

1．用于处理还原法铁矿石冶炼厂煤气洗涤操作洗水的方法，洗水在排列成按煤气侧串级连接的两个洗涤段的煤气洗涤器(1-4)中，直接同煤气进行接触；从煤气洗涤器(1-4)排放并分离固体后，洗水再次送入调温和冷却了的煤气洗涤器(1-4)，其特征在于：两个洗涤段的洗水分别引出，且只有第一个洗涤段洗水在沉降槽(6)中分离出大部分固体，并随后引入热水槽(8)；第二个洗涤段洗水直接引入到逆流水槽(10)，其中洗水传输富含二氧化碳的膨胀煤气，膨胀煤气引入到水槽(8)用于洗水的二氧化碳增浓；以及热水槽(8)的洗水经热交换器(19)冷却，并随后与逆流水槽(10)的洗水一起送回到两个洗涤段的煤气洗涤器(1-4)。

2．根据权利要求1的方法，其特征在于还原法铁矿石冶炼厂包括还原竖窑和熔化煤气发生器，以及每一个洗涤段同时备有一个用于还原竖窑顶气洗涤的煤气洗涤器(1,4)和用于熔化煤气发生器气化器煤气洗涤的洗涤器(2,3)，每一个洗涤段的煤气洗涤器(1,2,3,4)彼此平行连接，以便洗水通过。

3．根据权利要求1或2的方法，其特征在于进入热水槽(8)的来自沉降槽(6)洗水给料，是按着使沉降槽(6)溢流槽水位要设定在高位的控制方式进行。

4．根据权利要求1-3任一项的方法，其特征在于靠给入第二个洗涤段逸出的洗过煤气，使热水槽(8)内洗水用二氧化碳增浓。

5．根据权利要求1-4任一项的方法，其特征在于逆流水槽(10)内部分洗水引入到热水槽(8)，用于其中洗水的二氧化碳增浓。

6．根据权利要求1-5任一项的方法，其特征在于热水槽(8)内部分洗水，未经冷却，送到第一个洗涤段煤气洗涤器(1,2)的骤冷区(24,25)。

7．根据权利要求1-6任一项的方法，其特征在于第一个洗涤段中部分洗水，由顶气煤气洗涤器(1)的锥体返回到该煤气洗涤器(1)的骤冷区(24)。

8．根据权利要求1-7任一项的方法，其特征在于位于第一个洗涤段后面的，用于气化器煤气洗涤的冷煤气洗涤器(27)的洗水，引入到第一个洗涤段用于气化器煤气洗涤的煤气洗涤器(2)的骤冷区。

9．根据权利要求1-8任一项的方法，其特征在于第二个洗涤段的洗水，由第一个洗涤段逸出煤气载带并在第二个洗涤段冷凝的水蒸气补充。

10．根据权利要求1-9任一项的方法，其特征在于逆流水槽(10)中洗水由新鲜水供给补充。

11．根据权利要求1-10任一项的方法，其特征在于热水槽(8)中洗水选出的减压煤气，送往第二个洗涤段逸出的洗过煤气或送往火炬系统。

12．根据权利要求1-11任一项的方法，其特征在于热水槽(8)洗水的冷却是由水-水或水-气间接热交换器进行。

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