CN219314878U

CN219314878U - 冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备

Info

Publication number: CN219314878U
Application number: CN202320333876.2U
Authority: CN
Inventors: 裴培炎; 周建安; 李超; 罗哲; 韩娟; 徐斌
Original assignee: Wuhan Yuju Technology Co ltd
Current assignee: Wuhan Yuju Technology Co ltd
Priority date: 2023-02-28
Filing date: 2023-02-28
Publication date: 2023-07-07
Anticipated expiration: 2033-02-28

Abstract

本实用新型提供了一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，包括在冶金炉汽化冷却烟道上增设的喷吹系统、通过煤粉输送管与喷吹系统连接的煤粉罐；煤粉罐用于储存配加有固硫剂的煤粉。将配有石灰石粉的煤粉投入冶金炉汽化冷却烟道内进行煤气化的过程的同时，利用高温烟气的余热供能将配加的石灰石粉分解生成固硫剂CaO。CaO与煤粉气化过程中形成的气相硫化物发生反应生成CaS后，与冶金煤气烟尘混合收集起来作为炼钢化渣剂使用。未反应完的固硫剂与冶金炉烟气中的烟尘一起混合收集用于炼钢化渣剂原料。此外，固硫剂对于煤粉有机结构的破坏使煤粉的碳利用率提高，对煤粉气化有促进作用。这种改进方法简单、实用。

Description

冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备

技术领域

本实用新型涉及冶金设备生产与节能环保技术领域，尤其涉及一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备。

背景技术

冶金煤气是在炼钢、炼铁、炼焦、发生炉、铁合金生产过程中产生的含有大量CO和CO₂的可燃性混合气体。目前冶金工业利用冶金煤气的方式多集中于热值高组分的利用(CO、H₂、CH₄)，如作为燃料用于冶金炉烘烤和发电等。

煤气化技术是指把经过适当处理的煤送入反应器内，如气化炉，在一定的温度和压力下，通过气化剂(空气、氧气、水蒸气或二氧化碳)以一定的流动方式(移动床、流化床或携带床)转化成气体，得到粗制煤气，通过后续脱硫脱碳等工艺可以得到精制一氧化碳。

为提高冶金煤气的经济价值和利用效率，同时充分利用冶金烟气余热，一些学者通过在冶金炉汽化冷却烟道增设喷吹系统运用煤气化技术调控冶金煤气成分，利用冶金烟气余热功能使喷吹的煤粉与冶金烟气中的CO₂发生气化反应生成CO，生成的高品质煤气可用于钢化联产化工产品(甲酸、甲醇、乙二醇等)的原料，可提高冶金烟气的经济价值和可利用性。

钢化联产是指在生产钢铁产品的同时，利用高炉、转炉、焦炉产生的工业尾气作为资源，提取分离一氧化碳气体，进而生产甲醇、甲酸、醋酸或者乙二醇等化工产品。

煤气化过程中煤粉的气化会产生气相硫(COS、H₂S、SO_X、CS₂)掺杂在冶金煤气中被收集。这些含硫组分会影响钢化联产中催化剂的活性(如钯金等)继而影响化工产品的生产；放散的部分冶金烟气也存在含硫量超标的问题。这些问题的存在对冶金烟气的除硫系统有着更高的要求。

目前国内高炉煤气脱硫主要处于研究试验阶段，还没有特别成熟的实施案例。主要脱硫方法有两种：一是通过吸附材料将高炉煤气中H₂S、有机硫(COS)进行吸附净化；二是将高炉煤气中的有机硫通过催化水解转化成H₂S，然后通过碱液吸收净化。而转炉烟气净化主要的任务是除尘(也包括降温)，转炉煤气中主要成分是CO、CO₂、N₂等，几乎不含硫，不需要脱碳和脱硫，因此转炉烟气回收系统基本不配备脱硫系统。

有鉴于此，为减轻冶金烟气回收过程中脱硫设备的负担，亟需结合钢铁厂实际设计一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，以实现在冶金炉冷却烟道煤气化过程中，调控高品质冶金煤气的同时解决冶金煤气脱硫固硫问题，实现绿色回收。

实用新型内容

针对上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种在冶金炉冷却烟道煤气化过程中，可调控高品质冶金煤气的同时，还能解决冶金煤气脱硫固硫问题的设备。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，包括冶金炉汽化冷却烟道、在所述冶金炉汽化冷却烟道的入口端上增设的喷吹系统、通过煤粉输送管与所述喷吹系统连接的煤粉罐；所述煤粉罐用于储存配加有固硫剂的煤粉。

进一步地，所述冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备还包括与所述冶金炉汽化冷却烟道的出口端连接的蒸汽换发器；所述蒸汽换发器用于冷却并回收余热。

进一步地，所述喷吹系统包括与冶金炉汽化冷却烟道连通的喷枪、与所述喷枪连接的控制阀。

进一步地，所述喷枪与所述冶金炉汽化冷却烟道的侧壁成一定夹角。

进一步地，所述喷枪与所述冶金炉汽化冷却烟道的侧壁的夹角范围为5°～30°。

进一步地，所述蒸汽换发器的侧端出口连接有电除尘。

进一步地，所述电除尘的横向出口端连接有煤气收集柜。

进一步地，所述蒸汽换发器的底端出口连接有除尘灰收集装置。

进一步地，所述电除尘的底部出口端与所述除尘灰收集装置连接；所述除尘灰收集装置用于收集未反应完的固硫剂与冶金炉烟气中的烟尘用做冷固球团的原料。

进一步地，所述电除尘与所述煤气收集柜与发电厂或化工厂连接；所述发电厂利用冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫过程产生的能量发电、所述化工厂利用转炉产生的煤气作为有机物生产原料。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型提供的一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，通过在原有的冶金炉汽化冷却烟道上增设的喷吹系统、并在喷吹系统上连接煤粉罐，利用气力输送技术，便可在实现煤粉的气化的同时解决冶金煤气脱硫固硫问题，所采用的喷粉罐及喷枪技术也相对较为成熟，无需更改冶金炉冶炼系统的整体线路，例如烟尘分离线路和气体放散和回收线路。这种改进方法简单、实用。

2、本实用新型提供的一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，以冶金炉汽化冷却烟道作为天然的反应器，将配有石灰石粉的煤粉直接投入冶金炉汽化冷却烟道内借助高温烟气的余热进行煤气化的过程的同时，利用高温烟气的余热供能将配加的石灰石粉分解生成固硫剂CaO。而CaO则与煤粉气化过程中形成的气相硫化物发生反应生成CaS后，与冶金煤气烟尘混合收集起来作为炼钢化渣剂使用。并且整个固硫过程无需额外赋能。与此同时，固硫剂对于煤粉有机结构的破坏使煤粉的碳利用率提高，对煤粉气化有促进作用。

附图说明

图1为本实用新型提供的冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备的结构示意图。

附图标记

11-煤粉输送管；12-喷吹系统；2-控制器；3-煤粉罐；4-冶金炉；5-冶金炉汽化冷却烟道；6-蒸汽换发器；7-电除尘；8-除尘灰收集装置；9-煤气收集柜；10-发电厂或化工厂。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

如图1所示，本实用新型提供了一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，包括冶金炉汽化冷却烟道5、在所述冶金炉汽化冷却烟道5的入口端上增设的喷吹系统12、通过煤粉输送管11与所述喷吹系统12连接的煤粉罐3、与所述冶金炉汽化冷却烟道5的出口端连接的蒸汽换发器6；所述蒸汽换发器6用于冷却并回收余热；所述煤粉罐3用于储存按比例配加有固硫剂的煤粉；所述固硫剂粉利用冶金炉烟气的余热供能分解成CaO粉参与到固化煤粉热解所产生的气相硫过程中；所述喷吹系统12包括与冶金炉汽化冷却烟道5连通的喷枪、与所述喷枪连接的控制阀。

如此设置，能利用冶金炉烟气的余热供能将配加在煤粉中的固硫剂分解成CaO后参与到固化煤粉热解所产生的气相硫过程中，且整个固硫过程无需额外赋能；同时，固硫剂对于煤粉有机结构的破坏使煤粉的碳利用率提高，对煤粉气化有促进作用。另外，仅需在原有汽化烟道煤气化设备上增设喷吹设备，利用气力输送技术，便可在实现煤粉的气化的同时解决冶金煤气脱硫固硫问题，这种改进方法简单、实用。

通常为了适应最优热量传递和收集，会对喷吹系统12的走向进行布置。如图1中所示，所述喷枪与所述冶金炉汽化冷却烟道的侧壁成一定夹角；所述喷枪与所述冶金炉汽化冷却烟道的侧壁的夹角范围为5°～30°。

具体地，在本实用新型的一些实施例中，所述蒸汽换发器6的侧端出口连接有电除尘7；所述电除尘7的横向出口端连接有煤气收集柜9；所述蒸汽换发器6的底端出口连接有除尘灰收集装置8。

具体地，所述电除尘7的底部出口端与所述除尘灰收集装置8连接；所述除尘灰收集装置8用于收集未反应完的固硫剂与冶金炉烟气中的烟尘用做冷固球团的原料。

具体地，所述电除尘7与所述煤气收集柜9与发电厂或化工厂10连接；所述发电厂利用冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫过程产生的能量发电、所述化工厂利用转炉产生的煤气作为有机物生产原料。

本实用新型提供的一种采用所述冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备完成固硫和催化煤粉气化的方法，具体包括以下步骤：将加有预定比例的固硫剂粉(石灰石粉、白云石粉、消石灰、生石灰等)的煤粉装入所述煤粉罐3，在回收冶金炉4中的冶金烟气的过程中，启动控制器2，并通过煤粉输送管11和喷吹系统12将混合好的煤粉和固硫剂粉喷入所述冶金炉汽化冷却烟道5中；所述固硫剂粉利用冶金炉烟气的余热供能分解成CaO粉参与到固化煤粉热解所产生的气相硫过程中；同时固硫剂对于煤粉有机结构的破坏使煤粉的碳利用率提高，促进了煤粉的气化；未反应完的固硫剂与冶金炉烟气中的烟尘一起混合收集用于炼钢球团的制备，并对固硫后的冶金炉烟气进行回收利用。

具体地，在本实用新型的一些实施例中，所述固硫剂粉的预定比例为占总质量的0.1～30％；所述固硫剂粉的粒径为0.048～0.27mm；所述固硫剂粉包括石灰石粉、白云石粉、生石灰、消石灰中的一种。

具体地，所述煤粉包括冶金焦粉。

具体地，喷吹所述煤粉和固硫剂粉的混合物时由载气输送；喷吹的所述载气包括惰性气体、常规汽化剂中的一种；所述惰性气体包括氮气；所述常规汽化剂包括CO₂、水蒸气中的一种；所述载气的流量为20～300m³/kg煤粉和固硫剂粉的混合物。

如此设置，采用小粒径的配加有固硫剂粉的煤粉直接喷入汽化冷却烟道内，既不会对冶金炉汽化冷却烟道造成堵塞，还能提高煤粉与固硫剂粉混合物的弥散程度，更充分地与烟气接触，进而提高了分解生成的CaO的利用率，从而也提高了固硫率；但混合物的粒径也不易过小，因为粒径过小时，一方面不便于烟尘和烟气的分离，另一方面对压制成球团矿的质量有影响。

下面对本实用新型提供的一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备进行说明：

本实用新型的实施例中采用的石灰石粉、白云石粉、石灰粉或消石灰粉为普通工业用的石灰石粉、白云石粉、石灰粉或消石灰粉。

实施例1

实施例1提供了一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，冶炼采用的转炉为100t转炉，采用的石灰石为普通石灰石，将石灰石粉碎至粒度在300目(粒径0.048mm)以下，材料中的水分重量含量小于1％。

在转炉煤气回收时，将粉碎后的质量占比为10％的石灰石粉和质量占比为90％的煤粉混合后喷吹到冶金炉汽化冷却烟道5中，喷吹的载气为氮气，其中氮气的流量为0.1m³/kg煤粉和石灰石粉的混合物，煤粉和石灰石粉的混合物的喷吹量为5kg/t钢。

按上述方法进行10次试验后，对收集的冶金烟尘进行检测分析，石灰石粉的分解率达到了95％。对收集的煤气进行检测，发现回收的煤气中CO的体积占比为31.23～35.78％、CO₂的体积占比为12.45～14.63％、N₂的体积占比为31.2～35.8％，总硫含量为11.35～15.21mg/m³。

实施例2～3

实施例2～3分别提供了一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，与实施例1相比，区别在于冶炼采用的转炉不同、添加的石灰粉含量不同、喷吹的氮气流量不同、煤粉和石灰石粉的混合物的喷吹量不同，实施例2～3分别冶炼采用的转炉为150t转炉、35t转炉，添加的石灰粉含量分别为15％、5％，喷吹的氮气流量分别为0.35m³/kg煤粉和石灰石粉的混合物、0.2m³/kg煤粉和石灰石粉的混合物，煤粉和石灰石粉的混合物的喷吹量分别为4kg/t钢、3kg/t钢。其他实验步骤与实施例1均一致，在此不在赘述。

按上述方法进行10次试验后，对实施例2中收集的冶金烟尘进行检测分析，发现石灰石粉的分解率达到了90％；对收集的煤气进行检测，发现回收的煤气中CO的体积占比为32.8～36.18％、CO₂的体积占比为12.33～14.74％、N₂的体积占比为34.22～35.98％，总硫含量为10.35～13.21mg/m³。

同理，按上述方法进行10次试验后，对实施例3中收集的冶金烟尘进行检测分析，发现石灰石粉的分解率达到了85％；对收集的煤气进行检测，发现回收的煤气中CO的体积占比为33.97～36.12％、CO₂的体积占比为13.29～14.12％、N₂的体积占比为33.31～36.44％，总硫含量为15.32～17.36mg/m³。

对比例1

对比例1提供了一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化的设备，与实施例1相比，区别仅在于煤粉中未掺加石灰石粉，其他实验步骤与实施例1均一致，在此不在赘述。

对收集的煤气进行检测，发现回收的煤气中CO的体积占比为30.5～33.4％、CO₂的体积占比为11.5～13.2％、N₂的体积占比为35～37.2％，总硫含量为80.27～87.33mg/m³。

对比实施例1和对比例1，发现采用本实用新型能够降低煤气总含硫量降低85％以上。

对比例2

对比例2提供了一种冶金渣粒化粉末流化床分级筛分系统及筛分方法，与实施例2相比，区别仅在于煤粉中未掺加石灰石粉，其他实验步骤与实施例2均一致，在此不在赘述。

对收集的煤气进行检测，发现回收的煤气中CO的体积占比为31.2～34.7％、CO₂的体积占比为11.7～13.7％、N₂的体积占比为36.7～41％，总硫含量为91.44～93.37mg/m³。

对比实施例2和对比例2，发现采用本实用新型能够降低煤气总含硫量降低88.68％以上。

对比例3

对比例3提供了一种冶金渣粒化粉末流化床分级筛分系统及筛分方法，与实施例3相比，区别仅在于煤粉中未掺加石灰石粉，其他实验步骤与实施例1均一致，在此不在赘述。

对收集的煤气进行检测，发现回收的煤气中CO的体积占比为32.27～33.33％、CO₂的体积占比为12.1～13.1％、N₂的体积占比为35.7～38.9％，总硫含量为89.11～93.25mg/m³。

对比实施例3和对比例3，发现采用本实用新型能够降低煤气总含硫量降低82.8％以上。

不难发现，本实用新型提供了一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备在大幅降低煤气的含硫量的同时，煤气气体中的组分CO和CO₂的比例略有上升、N₂比例略有下降，这说明本实用新型除了能固硫，而且投入的石灰石粉对煤粉有机结构的破坏作用能使煤粉的碳利用率提高，对煤粉气化有促进作用。

综上所述，本实用新型提供了一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，包括冶金炉汽化冷却烟道、在冶金炉汽化冷却烟道上增设的喷吹系统、通过煤粉输送管与喷吹系统连接的煤粉罐；煤粉罐用于储存按比例配加有固硫剂的煤粉；以冶金炉汽化冷却烟道作为天然的反应器，将配有石灰石粉的煤粉投入冶金炉汽化冷却烟道内借助高温烟气的余热进行煤气化的过程的同时，利用高温烟气的余热供能将配加的石灰石粉分解生成固硫剂CaO。而CaO则与煤粉气化过程中形成的气相硫化物发生反应生成CaS后，与冶金煤气烟尘混合收集起来作为炼钢化渣剂使用。未反应完的固硫剂与冶金炉烟气中的烟尘一起混合收集用于炼钢化渣剂原料，实现原料100％的利用。并且整个固硫过程无需额外赋能。与此同时，固硫剂对于煤粉有机结构的破坏使煤粉的碳利用率提高，对煤粉气化有促进作用。另外，仅需在原有汽化烟道煤气化设备上增设喷吹设备，利用气力输送技术，便可在实现煤粉的气化的同时解决冶金煤气脱硫固硫问题，这种改进方法简单、实用。采用小粒径的配加有固硫剂粉的煤粉直接喷入汽化冷却烟道内，既不会对冶金炉汽化冷却烟道造成堵塞，还能提高煤粉与固硫剂粉混合物的弥散程度，更充分地与烟气接触，进而提高了分解生成的CaO的利用率，从而也提高了固硫率。这为冶金炉炼钢产业的绿色化、清洁化生产提供了一种有效途径。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，其特征在于，包括：冶金炉汽化冷却烟道、在所述冶金炉汽化冷却烟道的入口端上增设的喷吹系统、通过煤粉输送管与所述喷吹系统连接的煤粉罐；所述煤粉罐用于储存配加有固硫剂的煤粉。

2.根据权利要求1所述的冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，其特征在于：所述冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备还包括与所述冶金炉汽化冷却烟道的出口端连接的蒸汽换发器；所述蒸汽换发器用于冷却并回收余热。

3.根据权利要求1所述的冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，其特征在于：所述喷吹系统包括与冶金炉汽化冷却烟道连通的喷枪、与所述喷枪连接的控制阀。

4.根据权利要求3所述的冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，其特征在于：所述喷枪与所述冶金炉汽化冷却烟道的侧壁成一定夹角。

5.根据权利要求4所述的冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，其特征在于：所述喷枪与所述冶金炉汽化冷却烟道的侧壁的夹角范围为5°～30°。

6.根据权利要求2所述的冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，其特征在于：所述蒸汽换发器的侧端出口连接有电除尘。

7.根据权利要求6所述的冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，其特征在于：所述电除尘的横向出口端连接有煤气收集柜。

8.根据权利要求6所述的冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，其特征在于：所述蒸汽换发器的底端出口连接有除尘灰收集装置。

9.根据权利要求8所述的冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，其特征在于：所述电除尘的底部出口端与所述除尘灰收集装置连接；所述除尘灰收集装置用于收集未反应完的固硫剂与冶金炉烟气中的烟尘用做冷固球团的原料。

10.根据权利要求7所述的冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫的设备，其特征在于：所述电除尘与所述煤气收集柜与发电厂或化工厂连接；所述发电厂利用冶金炉汽化冷却烟道内煤气化过程中固硫过程产生的能量发电，所述化工厂利用转炉产生的煤气作为有机物生产原料。