CN207002781U - 一种利用转炉煤气制备co2及循环喷吹的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种利用转炉煤气制备CO₂及循环喷吹的系统，属于转炉煤气资源化利用和CO₂提纯制备的技术领域。低N₂含量的转炉煤气和以O₂、CO₂为主要成分的氧化剂在煤气燃烧装置中燃烧，燃烧热量经换热装置得以利用，燃烧烟气经过净化处理后得到富含CO₂的纯净烟气，富含CO₂的纯净烟气既可用于提纯和制备高纯度CO₂，也可作为低纯度CO₂直接使用，低纯度CO₂和高纯度CO₂被循环用于转炉喷吹、转炉密封和制备煤气燃烧所需的氧化剂。本实用新型的优点是可以获得低N₂含量的转炉煤气，循环利用转炉煤气燃烧产生的烟气，减少氮氧化物的生成和排放，高效率低成本地获得低纯度CO₂和制备高纯度CO₂。

Description

一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的系统

技术领域

本实用新型属于转炉煤气资源化利用和CO₂提纯制备的技术领域，涉及一种利用转炉煤气制备CO₂及循环喷吹的系统。

背景技术

转炉炼钢过程中，铁水中的碳与氧气剧烈反应，生成大量的CO和少量的CO₂，成为转炉煤气的主要成分。为了增强熔池搅拌强度，加快冶金反应速度，转炉通常底吹N₂和Ar气体，吹入的N₂和Ar气体绝大部分进入转炉煤气；转炉除尘抽风过程中，大量空气由转炉炉口吸入，空气中的大量N₂将直接进入转炉煤气；为减少空气吸入，防止煤气泄漏，转炉炉口、氧枪孔等位置通常采用喷吹N₂气密封，密封效果一般，同时转炉煤气中N₂气增加；因此，普通转炉煤气成分一般为CO、CO₂和10%~40%的N₂等。

由于高比例N₂的存在，使得转炉煤气的热值不高，常规燃烧温度不高，限制了其广泛应用。即使转炉煤气使用纯氧气燃烧工艺，虽然能在一定程度上提高火焰温度，其因煤气中本身含有大量N₂，势必会造成氮氧化物大量产生。而氮氧化物目前已成为雾霾产生的主要诱因之一，国内限制排放。

目前转炉煤气主要用于轧钢加热、钢包烘烤、燃烧发电等，转炉煤气燃烧产生大量CO₂，均未利用直接排放，是钢铁气体温室气体排放的重要源头，但转炉煤气燃烧尾气中CO₂浓度一般仅为20%~40%，分离回收CO₂难点较大，成本过高。

常规顶底复吹转炉通常采用顶吹纯O₂和底吹N₂/Ar的冶炼方式，该工艺易造成熔池升温过快，不利于冶炼前期控温脱磷，顶吹氧气射流产生的火点区温度高，导致烟尘产生量大，而且底吹氮气易导致钢水氮含量超标。大量研究表明，CO₂在顶底复吹转炉炼钢工艺中有着巨大的应用价值，采用O₂-CO₂混合喷吹炼钢工艺，有助于降低烟尘产生量，增强熔池搅拌，改善脱磷效果，降低钢水氮含量。但是，大多数企业并没有CO₂气源，无法采用O₂-CO₂混合喷吹炼钢工艺。

目前，CO₂回收和制备的主要思路是选用石灰窑或者热电厂的尾气作为原料气，但石灰窑或热电厂的尾气中CO₂含量通常仅为20~35%，CO₂含量相对较低，且杂质成分较多，导致CO₂的分离、提纯和制备成本大幅增加。

发明内容

本实用新型的目的，是要提供一种利用转炉煤气制备CO₂及循环喷吹的系统，以克服现有技术存在的问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种利用转炉煤气制备CO₂及循环喷吹的系统，该系统包括转炉供气系统，转炉，煤气柜，氧化剂配气柜，用于煤气燃烧的煤气燃烧装置，换热装置，用于分析燃烧后烟气成分并对成分合格的烟气进行净化和储存，对成分不合格的烟气进行净化和排空的燃烧烟气净化储存系统，用于根据燃烧烟气成分调整转炉煤气和氧化剂流量使得燃烧烟气成分合格的燃烧控制系统，CO₂提纯制备储存系统，转炉顶吹装置，氧枪孔密封装置，炉口气氛保护装置，转炉底吹装置、氧气管道和燃烧烟气排空烟囱，所述转炉与所述煤气柜连接，所述煤气柜和所述氧化剂配气柜均与所述煤气燃烧装置连接，所述换热装置与所述煤气燃烧装置连接，所述燃烧烟气净化储存系统的一端与所述煤气燃烧装置连接，另一端分别与所述转炉供气系统、CO₂提纯制备储存系统的进气口、氧化剂配气柜和燃烧烟气排空烟囱连接，所述燃烧控制系统的一端与所述燃烧烟气净化储存系统连接，另一端与所述煤气燃烧装置连接，所述CO₂提纯制备储存系统的出气口通过管路分别与所述转炉供气系统、氧化剂配气柜和产品气管路连接；所述转炉供气系统分别与所述转炉顶吹装置、氧枪孔密封装置、炉口气氛保护装置和转炉底吹装置连接。

进一步，该系统包括炉口气氛保护装置，通过向转炉炉口周围喷吹保护气体来抑制空气的混入，所述炉口气氛保护装置设置在所述转炉的炉口位置，所述炉口气氛保护装置通过管路与所述转炉供气系统连接。

进一步，所述燃烧控制系统采集所述燃烧烟气净化储存系统分析得到的烟气成分信息，反馈调节所述煤气燃烧装置入口的转炉煤气流量和氧化剂流量。

进一步，所述燃烧烟气净化储存系统包括主体，以及设置在主体内部的烟气成分分析装置、烟气净化装置、合格烟气储罐和不合格烟气排空管道，所述烟气成分分析装置、烟气净化装置和合格烟气储罐依次连接，所述不合格烟气排空管道设置在烟气净化装置和合格烟气储罐之间，且所述不合格烟气排空管道与所述燃烧烟气排空烟囱连接，所述烟气成分分析装置与所述燃烧控制系统连接。

所述系统适用于30~350吨的炼钢转炉。

本实用新型的有益效果是：

（1）为转炉炼钢提供了CO₂气源，转炉喷吹CO₂，可以增强熔池搅拌，降低烟尘产生量，提高脱磷率；

（2）采用CO₂作为转炉底吹和密封保护气体后，可大幅降低转炉煤气中N₂含量，提高煤气热值，减少煤气放散，增加转炉炼钢的煤气回收量；

（3）采用O₂-CO₂混合气体作为氧化剂，既可以解决纯氧燃烧导致的火焰温度过高的问题，也可以大幅降低燃烧过程中氮氧化物的生成；

（4）煤气燃烧产生的烟气得以回收和循环利用，减少了CO₂等温室气体的排放；

（5）为CO₂的提纯制备提供了一种富含CO₂的原料气，大幅降低了CO₂的提纯制备成本。附图说明

图1为本实用新型一种利用转炉煤气制备CO₂及循环喷吹的系统示意图。

图2为本实用新型的燃烧烟气净化储存系统的结构示意图。

图中：1-转炉供气系统，2-转炉，3-煤气柜，4-氧化剂配气柜，5-煤气燃烧装置，6-换热装置，7-燃烧烟气净化储存系统，7-1-主体，7-2-烟气成分分析装置、7-3-烟气净化装置、7-4-合格烟气储罐，7-5不合格烟气排空管道，8-燃烧控制系统，9-CO₂提纯制备储存系统，10-转炉顶吹装置，11-氧枪孔密封装置，12-炉口气氛保护装置，13-转炉底吹装置，14-氧气管道，15-燃烧烟气排空烟囱，16-CO₂产品气体管道，17-转炉煤气流量计，18.- 氧化剂流量计。

具体实施方式

本实用新型的具体实施方式将结合实施例及附图进行说明。

如图1-图2所示，本实用新型一种利用转炉煤气制备CO₂及循环喷吹系统，该系统包括转炉供气系统1，转炉2，煤气柜3，氧化剂配气柜4，用于煤气燃烧的煤气燃烧装置5，换热装置6，用于分析燃烧后烟气成分并对成分合格的烟气进行净化和储存，对成分不合格的烟气进行净化和排空的燃烧烟气净化储存系统7，用于根据燃烧烟气成分调整转炉煤气和氧化剂流量使得燃烧烟气成分合格的燃烧控制系统8，CO₂提纯制备储存系统9，转炉顶吹装置10，氧枪孔密封装置11，炉口气氛保护装置12，转炉底吹装置13、氧气管道14和燃烧烟气排空烟囱15；

其中，所述燃烧烟气净化储存系统7包括主体，以及设置在主体7-1内部的烟气成分分析装置7-2、烟气净化装置7-3、合格烟气储罐7-4和不合格烟气排空管道7-5，所述不合格烟气排空管道7-4设置在烟气净化装置7-3和合格烟气储罐7-4之间；

所述转炉2与所述煤气柜3连接，所述煤气柜3通过管道与所述煤气燃烧装置5连接，且所述管道上设有转炉煤气流量计17，所述氧化剂配气柜4通过管道与所述密闭燃烧装5连接，且所述管道上设有氧化剂流量计18，所述换热装置6与所述煤气燃烧装置5连接，所述燃烧烟气净化储存系统7的一端与所述煤气燃烧装置5连接，另一端分别与所述转炉供气系统1、CO₂提纯制备储存系统9的进气口、氧化剂配气柜4和燃烧烟气排空烟囱15连接，所述燃烧控制系统8的一端与所述烟气成分分析装置7-2连接，另一端分别与所述转炉煤气流量计17和氧化剂流量计18数据连接，所述CO₂提纯制备储存系统9的出气口通过管路分别与所述转炉供气系统1、氧化剂配气柜4和产品气管路16连接；所述转炉供气系统1分别与所述转炉顶吹装置10、氧枪孔密封装置11、炉口气氛保护装置12和转炉底吹装置13连接，所述不合格烟气排空管道7-5与所述燃烧烟气排空烟囱15连接。

所述煤气燃烧装置5用于转炉炼钢煤气和氧化剂的燃烧，并根据所述燃烧烟气净化储存系统7分析得到的烟气成分来反馈调节转炉煤气和氧化剂的配比；为了避免空气混入和燃烧烟气外溢，所述煤气燃烧装置5为煤气燃烧装置；

所述换热装置6用于回收利用转炉煤气燃烧所产生的热量；

所述燃烧烟气净化储存系统7对所述煤气燃烧装置5产生的燃烧烟气进行成分分析和净化处理，对成分合格的燃烧烟气进行净化和储存，得到富含CO₂的纯净烟气，所述富含CO₂的纯净烟气可作为低纯度CO₂直接使用，对成分不合格的燃烧烟气进行净化和排空；

所述CO₂提纯制备储存系统8以所述燃烧烟气净化储存系统7得到的富含CO₂的纯净烟气作为原料气来提纯和制备高纯度CO₂，并可根据产品需求调整CO₂的提纯浓度。

该系统的具体循环运行过程为：

初始状态下，从外部获得少量高纯度CO₂气体储存于CO₂提纯制备储存系统的储罐中，并导入转炉供气系统和氧化剂配气柜；转炉冶炼过程中，利用高纯度CO₂和工业纯O₂混合作为转炉顶吹气体，利用高纯度CO₂作为转炉底吹气体，利用高纯度CO₂作为氧枪孔密封气体和炉口气氛保护气体，此时转炉炼钢产生的煤气中N₂含量为6%；转炉煤气储存于煤气柜中；氧化剂配气柜利用工业纯O₂和高纯度CO₂混合制备氧化剂；转炉煤气和氧化剂在煤气燃烧装置中燃烧产生高温烟气，燃烧烟气中CO₂含量为93%，O₂含量为3%，N₂含量低于4%，CO含量为微量，燃烧产生的热量通过换热装置得以利用；随后，燃烧烟气进入燃烧烟气净化储存系统，经过除尘、脱油、脱水等净化处理后得到富含CO₂的纯净烟气，富含CO₂的纯净烟气可作为低纯度CO₂直接使用；一部分富含CO₂的纯净烟气导入CO₂提纯制备储存系统，高效率、低成本地制备高纯度CO₂，并储存于CO₂提纯制备储存系统的储罐中，此后不再需要从外部获得CO₂产品气体；燃烧烟气净化储存系统生产的低纯度CO₂和CO₂提纯制备储存系统生产的高纯度CO₂导入转炉供气系统，与其他介质混合作为转炉的顶吹气体、底吹气体和密封保护气体；同时，低纯度CO₂和高纯度CO₂导入氧化剂配气柜，与工业纯O₂混合制备转炉煤气燃烧所需的氧化剂；自此，本实用新型所述的系统实现循环运行模式，不再需要从外部获得高纯度CO₂。

所述转炉2的炉口周围设置了炉口气氛保护装置11，通过向炉口周围喷吹保护气体来抑制空气的混入；

所述氧化剂配气柜4利用来自氧气管道9的氧气和来自燃烧烟气净化储存系统7的低纯度CO₂、来自CO₂提纯制备储存系统8的高纯度CO₂制备转炉煤气燃烧所需的氧化剂，主要成分为O₂和CO₂，氧化剂的配比根据设备情况和工艺需求而定

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果做了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用转炉煤气制备CO₂及循环喷吹的系统，该系统包括转炉供气系统（1），转炉（2），煤气柜（3），氧化剂配气柜（4），用于煤气燃烧的煤气燃烧装置（5），换热装置（6），用于分析燃烧后烟气成分并对成分合格的烟气进行净化和储存，对成分不合格的烟气进行净化和排空的燃烧烟气净化储存系统（7），用于根据燃烧烟气成分调整转炉煤气和氧化剂流量使得燃烧烟气成分合格的燃烧控制系统（8），CO₂提纯制备储存系统（9），转炉顶吹装置（10），氧枪孔密封装置（11），炉口气氛保护装置（12），转炉底吹装置（13）、氧气管道（14）和燃烧烟气排空烟囱（15），其特征在于，所述转炉（2）与所述煤气柜（3）连接，所述煤气柜（3）和所述氧化剂配气柜（4）均与所述煤气燃烧装置（5）连接，所述换热装置（6）与所述煤气燃烧装置（5）连接，所述燃烧烟气净化储存系统（7）的一端与所述煤气燃烧装置（5）连接，另一端分别与所述转炉供气系统（1）、CO₂提纯制备储存系统（9）的进气口、氧化剂配气柜（4）和燃烧烟气排空烟囱（15）连接，所述燃烧控制系统（8）的一端与所述燃烧烟气净化储存系统（7）连接，所述燃烧控制系统（8）分别与转炉煤气流量计（17）和氧化剂流量计（18）控制连接，所述CO₂提纯制备储存系统（9）的出气口通过管路分别与所述转炉供气系统（1）、氧化剂配气柜（4）和产品气管路（16）连接；所述转炉供气系统（1）分别与所述转炉顶吹装置（10）、氧枪孔密封装置（11）和转炉底吹装置（13）连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用转炉煤气制备CO₂及循环喷吹的系统，其特征在于，该系统包括炉口气氛保护装置（12），通过向转炉炉口周围喷吹保护气体来抑制空气的混入，所述炉口气氛保护装置（12）设置在所述转炉（2）的炉口位置，所述炉口气氛保护装置（12）通过管路与所述转炉供气系统（1）连接。

3.根据权利要求1所述的一种利用转炉煤气制备CO₂及循环喷吹的系统，其特征在于，所述燃烧烟气净化储存系统（7）包括主体，以及设置在主体（7-1）内部的烟气成分分析装置（7-2）、烟气净化装置（7-3）、合格烟气储罐（7-4）和不合格烟气排空管道（7-5），所述烟气成分分析装置（7-2）、烟气净化装置（7-3）和合格烟气储罐（7-4）依次连接，所述不合格烟气排空管道（7-5）设置在烟气净化装置（7-3）和合格烟气储罐（7-4）之间，且所述不合格烟气排空管道（7-5）与所述燃烧烟气排空烟囱（15）连接，所述烟气成分分析装置（7-2）与所述燃烧控制系统（8）连接。