CN113025776B - 转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统，该转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统包括烟罩、汽化冷却烟道、补燃器、热平衡器、防爆特种专用中温中压余热锅炉和除尘装置，转炉的烟气出口与烟罩对接，汽化冷却烟道与补燃器连通，补燃器与热平衡器连通，热平衡器的出口与防爆特种专用中温中压余热锅炉的入口连接，防爆特种专用中温中压余热锅炉的出口与除尘装置连通；本申请提供的系统前置补燃器，通过控制燃烧，对系统中低含量的CO在进燃烧去除，且在转炉非冶炼时间废气中的氧气进行脱氧处理，同时，在热平衡器中进行气相凝并处理，使微小颗粒粉尘凝并长大，显著提高了对高温烟尘的清除效果。

Description

转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统

技术领域

本发明属于除尘技术领域，特别涉及转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统。

背景技术

吹氧转炉是钢铁生产中的一项主要冶炼工艺设备。我国拥有大小转炉约850多座，年产量占我国粗钢产量的70-80％。在转炉吹炼过程中，产生含有大量粉尘和可燃气体的高温烟气，其中CO含量可达80％以上，对其除尘净化后是一种很有回收价值的转炉煤气，热值可达 8000kJ/Nm³以上。

转炉煤气具有温度高、含尘浓度高，CO浓度高、冶炼周期短、成份波动大、可燃、易爆、有毒的特点，至今已形成了以OG和LT命名的两种净化回收技术。

OG法转炉煤气净化回收技术是上世纪六十年代初由日本新日铁和川崎重工联合研发的一种以二级文氏管为特征的湿法处理流程。八十年代宝钢一期工程300t转炉引进这项技术，嗣后在我国得到全面推广应用。OG法的主要特点是技术成熟、流程顺畅、系统稳定、操作简便、运行安全，煤气回收率可达80-90Nm³/t-s，余热回收量(蒸汽)kg/t-s。其缺点是净化效率受限(80mg/Nm³)，需有一套复杂的污泥、污水处理设施，占地面积大，运行能耗高。

LT法转炉煤气净化回收技术是上世纪六十年代末由德国鲁奇和蒂森公司联合研发的以圆筒型电除尘为特征的干法处理流程。九十年代宝钢三期工程250t转炉引进这项技术，并在我国推行二次研发推广，至今已有40多套LT装置投运。LT法用蒸发冷却器强化喷雾加湿，降低粉尘比电阻；用圆筒型电除尘器代替OG法的二级文氏管，实现干法除尘；用配套的粉尘压块装置代替庞大的污泥和污水处理设施，实现收下尘直接回用。其主要特点：技术先进、流程合理、节能环保、综合效果好。可节地40-50％、节电50-60％、节水50-70％，净化含尘浓度≤20mg/Nm³。

LT作为“三干”、“三利用”的核心技术已成为我国钢铁行业节能环保的热点，LT的研讨推介会频频召开，但推广效果并不理想。已经投运的LT系统总是存在这样那样的问题，一些实际运行指标离设计值有一定差距，这也影响了新工程的方案比选论证，确有一些用户宁可选用比较可靠的OG改进型技术。LT技术涵盖炼钢工艺、安全稳产、节能环保，涉及领域多，技术难度大。我国科技人员坚持消化引进、技术攻关历时十余年，取得可喜成果，但确实尚未进入“得心应手”的境地。工程中暴露的主要问题：

⑴除尘精度不高、波动大，设计净煤气含尘浓度20mg/Nm³，但不少用户实际能达到≤50mg/Nm³，影响下游工艺设施的正常运行和净煤气的回收使用；

⑵电除尘器存在爆炸问题，泄爆阀频繁动作，本身是不安全因素，又易造成极板、极线变形，降低除尘效率；

⑶阴极线腐蚀断线，有时引起短路，影响除尘效率和安全运行；

⑷故障因素多、维护检修工作量大，使LT运行与安全稳定成为一对矛盾，互相制约；

⑸LT电除尘对PM2.5的净化效果差，难以解决近年提上日程的微尘控制问题。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统，该转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统包括烟罩、汽化冷却烟道、补燃器、热平衡器、锅炉和除尘装置，转炉的烟气出口与烟罩对接，汽化冷却烟道与补燃器连通，补燃器与热平衡器连通，热平衡器的出口与锅炉的入口连接，锅炉的出口与除尘装置连通。

转炉一次烟直接进入热管余热管锅炉，大量高温烟尘(熔融态)，粘结在热管上无法进行清除，本申请提供的系统前置补燃器，通过控制燃烧，对低含量的CO在进燃烧去除，且在转炉非冶炼时间废气中的氧气进行脱氧处理，同时，在热平衡器中进行气相凝并处理，使微小颗粒粉尘凝并长大，显著提高了对高温烟尘的清除效果，管热余热锅炉斗及气体输送的设计，不可避免的存在死区，难以实现后面气流推动前面气流前行，存在着氧气和煤气混合的情况，爆炸的几率增大，本系统前置补燃器，系统中的氧气已进行脱氧处理，废气中含氧量≤ 2％，满足煤气中含氧量的要求，系统安全可靠，同时前置系统中的设计均采用后面气流推动前面气流向前运动的方式，全程无死角。

本发明的有益效果如下：本申请提供的系统前置补燃器，通过控制燃烧，对系统中低含量的CO在进燃烧去除，且在转炉非冶炼时间废气中的氧气进行脱氧处理，同时，在热平衡器中进行气相凝并处理，使微小颗粒粉尘凝并长大，显著提高了对高温烟尘的清除效果；本发明提供的系统充分利用转炉冶炼产生的能源，实现能源全回收利用；全系统不用水进行降温，实现全干法工艺，对高温烟尘的清除效果好。

附图说明

图1为示例中转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收流程的结果框图；

图2为示例中转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统的工艺流程概略图。

具体实施方式

下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例

如图1和图2所示，示出了本发明的转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收流程的结果框图和工艺流程概略图，该转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统包括烟罩1、汽化冷却烟道2、补燃器3、热平衡器4、锅炉5和除尘装置，烟罩1与转炉的烟气出口对接，汽化冷却烟道2与补燃器3连通，补燃器3与热平衡器4连通，热平衡器4 的出口与锅炉5的入口连接，锅炉5的出口与除尘装置连通，汽化冷却烟道2上设有氧含量分析仪7和煤气含量分析仪8，除尘装置包括与锅炉5连接的防爆耐磨变频风机9和与防爆耐磨变频风机9连接的切换站10，切换站10分别连接有煤气高温布袋除尘器11和废气高温布袋除尘器12，废气高温布袋除尘器12分别连接有第一细灰输送系统 13和放散烟囱14，煤气高温布袋除尘器11分别连接有第二细灰输送系统15和煤气冷却器16，第一细灰输送系统13和第二细灰输送系统 15均与总储灰仓17连接，煤气冷却器16还连接有转炉煤气柜18，防爆耐磨变频风机9和切换站10之间设有消声器19，补燃器3和/或锅炉5的底部设有输灰设备，热平衡器4和锅炉5之间设有特种高温除尘器20，补燃器3的底部设有第一紧急卸灰口21，特种高温除尘器20 的底部设有第二紧急卸灰口22，第一紧急卸灰口21和第二紧急卸灰口 22的底部均连通有第一灰仓23，补燃器3和热平衡器4底部还通过第一输灰装置24连接有第一储灰仓25，特种高温除尘器20的底部还通过第二输灰装置26与第一储灰仓25连接，第一储灰仓25底部连接有总紧急卸灰口27，锅炉5的底部通过第三输灰装置28连接有第二储灰仓29，第二储灰仓29的底部连接有第三紧急卸灰口30。

其中，新型汽化冷却烟道将烟气温度由1650℃(最高)-1500℃(最高)冷却到850-750℃，回收2.0-4.0MPa高压蒸汽(-175kg/t-s)，最大限度利用余热。

补燃器对高含氧量的烟气进行燃烧脱氧，对低温烟气进行提温，并对低煤气含量的烟气进行燃烧，充分利用烟气中的能源。同时提高余热锅炉的利用率。

热平衡器对烟气温度进行平衡，防止温度波动过大对系统的影响，气相凝并将微小颗粒粉尘凝并长大，便于高温除尘器捕集除去。

特种高温除尘器初步除尘高温烟气中的粉尘，使之降至200mg/Nm³以下，特种高温除尘器使用温度达950℃以上。

锅炉采用防爆特种专用中温中压余热锅炉，锅炉将煤气温度从 850℃降至150℃，降温后的煤气进入煤气冷却系统，余热锅炉具有换热、灭火的功能，高温烟气接触锅炉换热管束，在产生蒸汽的同时，烟气温度逐步降低。

ID风机为系统的主动力设备，采用耐磨型风机，变频调速，以适应一个冶炼周期中烟气量变化及炉口压力控制要求。

切换站由两套钟型阀和眼镜阀组成，液压驱动、快速切换；以适应一个冶炼期中回收和放散的切换要求。

两套袋式除尘器为本系统的最终净化设备，可以确保净煤气含尘浓度≤5mg/Nm³；放散废气含尘浓度≤5mg/Nm³。

输灰设备采用机械和气力输灰相结合的型式，将干粉尘压块直接回用，或集中送烧结统一混料回用；气力输灰又称气流输送，利用气流的能量，在密闭管道内沿气流方向输送颗粒状物料，是流态化技术的一种具体应用；机械输灰的原理是设备内部件的转动，推动物料形成连续整体流动，只有一条输送流程，不需要辅助设施，系统简单、设备少、中间环节少、占地面积小，投资费用低，间接运行检修成本低。因此，系统简单是降低输灰投资的重要途径。

现有的转炉一次烟直接进入热管余热管锅炉，大量高温烟尘(熔融态)，粘结在热管上无法进行清除，本申请提供的系统前置补燃器，通过控制燃烧，对系统中低含量的CO在进燃烧去除，且在转炉非冶炼时间废气中的氧气进行脱氧处理，同时，在热平衡器中进行气相凝并处理，使微小颗粒粉尘凝并长大，显著提高了对高温烟尘的清除效果，管热余热锅炉斗及气体输送的设计，不可避免的存在死区，难以实现后面气流推动前面气流前行，存在着氧气和煤气混合的情况，爆炸的几率增大，本系统前置补燃器，系统中的氧气已进行脱氧处理，废气中含氧量≤2％，满足煤气中含氧量的要求，系统安全可靠，同时前置系统中的设计均采用后面气流推动前面气流向前运动的方式，全程无死角。

本公司处理系统将风机和切换站置于高温袋式除尘器前面，同时采用二套高温袋式除尘器，一套用于处理煤气，一套用于处理废气，避免一套除尘器同时处理煤气和废气的情况，从而避免了煤气和废气混合，避免爆炸发生的可能，系统安全可靠。

本发明提供的系统，充分考虑转炉一次烟气的性质的基础上，开发了用于转炉一次烟气全干法回收专用的各种回收处理的特种设备，解决转炉一次烟气热能和化学能安全回收利用的难题。

系统特点

本系统有以下特点：

A、充分利用转炉冶炼产生的能源，实现能源全回收利用，全系统不用水进行降温，实现全干法工艺；

B、通过补燃器控制燃烧，降低系统废气中含氧量和煤气量低，系统安全可靠，系统废气中含氧量和煤气量低，安全性好；

C、除尘净化效率高，通过布袋除尘器将煤气粉尘浓度降至5mg/Nm³以下，煤气质量大幅度提高。排放浓度达到5mg/Nm³以下，且非常稳定。

D、采用特种高温除尘器进行粗除尘，防止锅炉和风机磨损；

E、通过高温煤气袋式除尘器和高温废气袋式除尘器对PM2.5的除去率可达99.95％，从而有效地减少PM2.5粉尘的排放，有效地减少 PM2.5粉尘的排放；

F、该系统采用全干法处理，不存在二次污染和污水处理，节水效果显著；

G、本系统阻损小，可节约能源电力消耗，且煤气发热值高，回收粉尘可直接利用，本系统为全干系统，不用水(OG法或LT都需要向烟气中喷大量的水或蒸汽，增加烟气流速，系统阻力增大，同时煤气中含大量的水(饱和水)降低煤气热值)，从而降低系统阻力，同时提高煤气热值；

H、采用高效新型汽化冷却烟道充分利用烟气的热能；

J、系统简化，占地面积小，便于管理和维护；

K、与OG法和LT法相比，系统简单，工艺流程简化。部件少，控制简便，有效降低系统的故障率，提高系统的可靠性，系统故障率低，可靠性高；

L、通过DCS控制系统，实现转炉操作与本系统自动联动，不对转炉操作产生任何影响，降低了操作要求。通过三通切换阀(10)，调节收回煤气(CO)含量，实现调节煤气的热值；对转炉操作要求低，并可调节收回煤气的含量，从而调节煤气的热值；

M、回收煤气中不含水，热值高。

经济效益和社会效益分析

以下以150转炉为例进行效益分析

1)基本参数

2)余热锅炉系统

余热锅炉主要设计参数：

3)投资概算：

设备投资：2350万元

施工安装：1200万元

设计：200万元

工程总费用：3750万元

4)技术改造经济价值体现：

(1)回收了850℃至150℃的煤气热量；

(2)取消了OG系统或LT系统蒸发冷却器的耗水量；

(3)煤气不含水，热值提高，有利于煤气利用；

(4)除尘系统阻力减少，降低一次风机运行电耗；

(5)其他经济效益；

(6)环保效益。

A、回收了850℃至150℃的煤气热量，如表1所示；

表1.环保收益表

序号	项目	单位	数量	年回收	备注
						1	饱和蒸汽	t/h	30.2	～24万吨
2	发电量	kwh	4314	3451万KWH	7kg蒸汽/kwh
						3	发电收益	元		1898万元	0.55元/kwh

说明：采用烟气补燃系统，在转炉不吹氧期间，保持余热0稳定运行，并回收放散部分煤气化学潜热，经济效益更加明显。发电量达到～6000KWh，年发电量可以达到～4800万千瓦时，产生～2640万元经济效益。

B、取消了OG系统或LT系统蒸发冷却器的耗水量，结果见表2；

表2.耗水量表

每年可节约284.55万元或179.175万元。

C、煤气不含水，热值提高，有利于煤气利用。无论是OG法或LT 法煤气中都含大量的水(OG法为饱和水，LT法为不饱和水)，都降低了煤气热值，在利用时消耗大量的热量。

D、除尘系统阻力减少，降低一次风机运行电耗，结果见表3。

表3.各方法产生的电耗表.

E、其它经济效益

取消煤气柜后的电除尘器的运行费用，每年约20万元。煤气系统无水，减小设备管道腐蚀，延长使用寿命。

F、环保效益

通过布袋除尘器将煤气粉尘浓度降至5mg/Nm³以下，煤气质量大幅度提高。排放浓度达到5mg/Nm³以下。减小污染物排放，并实现了超低排放。

通过上述初步分析表明，转炉一次烟气能源全回收系统的初次投资(～3750万元)比LT干法除尘系统初次投资(～4000万元)费用相当。但由于转炉一次烟气能源全回收系统具有许多优点，热能全部回收，不用水，占地面积小，运行成本低，投资回收快，不到一年(7-8 个月)即可收回投资。具有很好的发展前景。

本发明的附图中各设备之间的连接关系是为了清楚阐释其信息交互及控制过程的需要，因此应当视为逻辑上的连接关系，而不应仅限于物理连接；本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统，其特征在于，所述转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统包括烟罩(1)、汽化冷却烟道(2)、补燃器(3)、热平衡器(4)、锅炉(5)和除尘装置，所述烟罩(1)与转炉的烟气出口对接，所述汽化冷却烟道(2)与所述补燃器(3)连通，所述补燃器(3)与所述热平衡器(4)连通，所述热平衡器(4)的出口与所述锅炉(5)的入口连接，所述锅炉(5)的出口与所述除尘装置连通；

所述热平衡器(4)和所述锅炉(5)之间设有特种高温除尘器(20)；

所述补燃器(3)和/或所述锅炉(5)上设有输灰设备；

所述补燃器(3)底部设有第一紧急卸灰口(21)，所述特种高温除尘器(20)的底部设有第二紧急卸灰口(22)，所述第一紧急卸灰口(21)和所述第二紧急卸灰口(22)的底部均连通有第一灰仓(23)，所述补燃器(3)和所述热平衡器(4)底部还通过第一输灰装置(24)连接有第一储灰仓(25)，所述特种高温除尘器(20)的底部还通过第二输灰装置(26)与所述第一储灰仓(25)连接，所述第一储灰仓(25)底部连接有总紧急卸灰口(27)；

所述补燃器(3)，通过控制燃烧，对系统中低含量的CO在进燃烧去除，且在转炉非冶炼时间废气中的氧气进行脱氧处理；

所述热平衡器(4)中进行气相凝并处理，使微小颗粒粉尘凝并长大；采用后面气流推动前面气流向前运动的方式。

2.如权利要求1所述的转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统，其特征在于，所述汽化冷却烟道(2)上设有氧含量分析仪(7)和煤气含量分析仪(8)。

3.如权利要求1所述的转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统，其特征在于，所述除尘装置包括与所述锅炉(5)连接的防爆耐磨变频风机(9)和与所述防爆耐磨变频风机(9)连接的切换站(10)，所述切换站(10)分别连接有煤气高温布袋除尘器(11)和废气高温布袋除尘器(12)，所述废气高温布袋除尘器(12)分别连接有第一细灰输送系统(13)和放散烟囱(14)，所述煤气高温布袋除尘器(11)分别连接有第二细灰输送系统(15)和煤气冷却器(16)，所述第一细灰输送系统(13)和所述第二细灰输送系统(15)均与总储灰仓(17)连接，所述煤气冷却器(16)还连接有转炉煤气柜(18)。

4.如权利要求3所述的转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统，其特征在于，所述防爆耐磨变频风机(9)和所述切换站(10)之间设有消声器(19)。

5.如权利要求1所述的转炉一次烟气全干法除尘及能源全回收系统，其特征在于，所述锅炉(5)的底部通过第三输灰装置(28)连接有第二储灰仓(29)，所述第二储灰仓(29)的底部连接有第三紧急卸灰口(30)。