转炉炼钢产生的烟气废热利用和除尘一体化系统及工艺的制作方法

本发明涉及烟气废热回收领域，特别涉及一种钢铁冶金中转炉炼钢生产过程中产生的烟气废热利用和除尘一体化系统及工艺。

背景技术：

在转炉炼钢工业生产中，转炉内铁水中的碳与氧枪喷入转炉中的氧发生化合反应，产生大量的一氧化碳和少量的二氧化碳以及极少量的其它氧化物，然后从转炉炉口喷出，这些气体统称为炉气；由于氧枪喷入氧气气流，剧烈搅拌钢渣，蒸发的和喷溅的部分金属杂质氧化物和散状原料粉尘一起随炉气喷出，这些物质统称为炉尘。炉气冲出炉口以后叫烟气。转炉炼钢产生的烟气的特点是：温度高、气量多、含尘量大，气体具有毒性和爆炸性，任其放散会污染环境。转炉烟气和烟尘具有不同的特征，根据所采用的处理方式不同，所得的烟气性质也不同。

目前的处理方式有燃烧法和未燃法两种：

(1)、燃烧法：炉气从炉口进入与炉口连通的烟罩时，令其与足够的空气混合，使可燃成分燃烧形成高温废气，高温废气经过冷却、净化后，通过风机抽引并放散到大气中。

(2)、未燃法：炉气排出炉口进入与炉口连通的烟罩时，通过控制使空气尽量少的进入炉气，因此，炉气中可燃成分CO只有少量燃烧。经过冷却、净化后，通过风机抽入回收系统中贮存起来，加以利用。

未燃法与燃烧法相比，未燃法中烟气未燃烧，其体积小，温度低，烟尘的颗粒粗大，易于净化，烟气可回收利用，投资少。目前转炉炼钢均采用未燃法。在未燃法这种处理方式中，有两种处理方法：湿法(简称OG法)和干法(简称LT法)。

(1)、湿法：转炉烟气经汽化冷却烟道降温冷却后，温度由1450℃～1400℃降到900℃-1000℃左右，通过高温非金属膨胀节进入特殊设计的高效喷雾洗涤塔，经洗涤降温、粗除尘后，烟气变为饱和烟气，温度降至70℃左右，并得到粗除尘。

降温粗除尘后的饱和一次烟气(转炉煤气)进入可调喉口文氏管(除尘文氏管)，可调喉口文氏管采用环缝文氏管，该文氏管控制烟气流速，使高速气流通过喉口进行精除尘。通过除尘文氏管精除尘后的烟气温度降至65℃左右，净化后的饱和烟气通过90°弯管进入漩流脱水器精脱水，经管道进入风机符合回收烟气进入转炉煤气回收系统被利用，不符合回收烟气送至放散烟囱点火放散。

湿法除尘后含尘能达到50mg/Nm³，不但耗水量大，还需要处理污水和泥浆，对环境有一定污染。

(2)、干法：LT干法除尘是经汽化冷却烟道降温冷却后转炉烟气通过蒸发冷却器冷却降温和粗除尘后，进入静电除尘器进行精除尘，经精除尘后合格的煤气通过切换站送往煤气柜，不合格的通过烟囱点火放散。

干法除尘后含尘能达到20mg/Nm³，干法不需设置污水、泥浆处理设备。

不论湿法还是干法都是将900℃-1000℃烟气通过水来冷却降温，高温烟气显热浪费了。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的高温烟气显热浪费的问题，本发明一方面提供了一种一种转炉炼钢产生的烟气废热利用和除尘一体化系统，其包括：余热锅炉、汽轮机、除尘器和煤气回收放散子系统；所述余热锅炉用于对转炉炼钢产生的烟气进行除尘和利用烟气废热产生过热蒸汽，所述余热锅炉的烟气侧入口经输入管道与转炉炼钢用汽化冷却烟道连通，蒸汽侧出口与所述汽轮机的蒸汽入口连通，水侧入口与余热锅炉给水水源连通；所述除尘器用于对所述余热锅炉排出的烟气进行除尘，所述除尘器的烟气入口与所述余热锅炉的烟气侧出口连通，所述煤气回收放散子系统与所述除尘器的烟气出口连通，对符合回收要求的烟气进行回收，对不符合回收要求的烟气进行点火放散。

在如上所述的一体化系统中，优选地，所述余热锅炉包括：包括炉墙、汽包以及沿烟气流向依次设置在由所述炉墙围成的炉膛内的过热器、蒸发器和省煤器，所述汽包位于所述余热锅炉的顶部；余热锅炉给水由所述水侧入口进入所述省煤器内，预热后的余热锅炉给水经所述汽包进入所述蒸发器内，吸热变成饱和蒸汽，再经所述汽包输出，然后进入所述过热器内，被烟气加热变成过热蒸汽，然后由所述蒸汽侧出口排出。

在如上所述的一体化系统中，优选地，所述余热锅炉还包括：蓄热器；所述蓄热器的进汽口与所述汽包连通以接收来自于蒸发器的饱和蒸汽，所述蓄热器的出汽口与所述过热器的进汽口连通。

在如上所述的一体化系统中，优选地，所述余热锅炉还包括：辅助燃烧装置；所述辅助燃烧装置设置在所述输入管道上，用于燃烧燃料使进入所述过热器内的饱和蒸汽变成过热蒸汽。

在如上所述的一体化系统中，优选地，所述燃料为转炉煤气，所述辅助燃烧装置与所述煤气回收放散子系统以接收转炉煤气。

在如上所述的一体化系统中，优选地，在所述输入管道的内壁上沿由内至外的方向依次设置耐热层和绝热层。

在如上所述的一体化系统中，优选地，所述水侧入口与所述汽轮机的乏汽出口连通。

本发明另一方面提供了一种采用上述转炉炼钢产生的烟气废热利用和除尘一体化系统的工艺，其包括：使转炉炼钢产生的烟气依次经所述转炉炼钢用汽化冷却烟道和所述输入管道由所述余热锅炉的上部进入所述余热锅炉内；余热锅炉给水由所述余热锅炉的下部进入所述余热锅炉内，并与烟气换热，变成过热蒸汽，然后由所述余热锅炉的上部排出并输送至所述汽轮机以驱动所述汽轮机发电；换热后的烟气由所述余热锅炉下部排出并进入所述除尘器除尘，得到除尘后的烟气；用所述煤气回收放散子系统对除尘后的烟气进行判断，若符合转炉煤气回收要求，则储存，否则点火放散；其中，所述转炉炼钢用汽化冷却烟道罩于转炉的炉口上方。

在如上所述的一体化工艺中，优选地，所述余热锅炉给水由所述余热锅炉的水侧入口进入所述余热锅炉的省煤器内，预热后的余热锅炉给水经所述余热锅炉的汽包进入所述余热锅炉的蒸发器内，吸热变成饱和蒸汽，再经所述汽包输出，然后进入所述余热锅炉的蓄热器内，然后输出至所述余热锅炉的过热器内，被加热变成过热蒸汽，然后排出至所述汽轮机内。

在如上所述的一体化工艺中，优选地，在所述转炉炼钢的吹炼期，将饱和蒸汽加热成过热蒸汽的热源为转炉炼钢产生的烟气；在所述转炉炼钢的非吹炼期，将饱和蒸汽加热成过热蒸汽的热源为由辅助燃烧装置启动燃烧燃料形成的热能。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1、能回收转炉炼钢生产过程中产生的烟气余热、能去除转炉炼钢生产过程中的烟气粉尘，烟气量变化范围较宽的要求，热效率达80％以上，除尘效率达99.95％。

2、在除尘器前设置一余热锅炉，将烟温降到200℃以下，使得在为后续的精除尘提供烟气处理温度的基础上，保证了除尘器的热安全性，有效地解决了除尘器入口烟温问题，提高了除尘器运行的可靠性；同时烟尘浓度也大幅降低，粉尘被收集在与余热锅炉落灰口连接的积灰斗中，通过气力输送回用，提高总的除尘效率；还同时利用烟气中热能产生蒸汽，并直接送至蒸汽轮机做功发电，热能转变成电能。与传统的烟气处理相比，由于烟气热能被充分利用，所以该系统及工艺具有效益高，运行费用少等优点。

3、余热锅炉采用单通道立式结构，占地小，布置紧凑，使现有的改造工程受场地的限制较少；余热锅炉的模块化设计，使得效率高，结构合理，不易堵塞，流动阻力小。

4、余热锅炉设置有辅助燃烧装置，使余热锅炉产生的蒸汽、温度、压力流量稳定，从而进入汽轮机的蒸汽参数稳定，发电平稳。吹炼后期可启动辅助燃烧装置，将不符合回收煤气就地燃烧换热，提高了能量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种转炉炼钢产生的烟气废热利用和除尘一体化系统的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的另一种转炉炼钢的烟气废热利用、发电、除尘一体化系统的结构示意图。

图中标记说明如下：

1转炉、2转炉炼钢用汽化冷却烟道、3输入管道、4余热锅炉、5除尘器、51布袋除尘器、52静电除尘器、41烟气侧入口、42烟气侧出口、43蒸汽侧出口、44水侧入口、6轴流风机、7三通阀、8煤气冷却子系统、9放散烟囱、10转炉煤气柜、11粉尘输送子系统、12蓄热器、13汽轮机、14辅助燃烧装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1～2，本发明一实施例提供了一种转炉炼钢产生的烟气废热利用和除尘一体化系统，其包括余热锅炉4、汽轮机13、除尘器5和煤气回收放散子系统。

余热锅炉4用于对转炉炼钢产生的烟气进行降温、换热和初除尘，其烟气侧入口41经输入管道3与转炉炼钢用汽化冷却烟道2连通，该汽化冷却烟道2罩于转炉1的炉口上方，其烟气侧出口42与除尘器5的烟气入口连通，其蒸汽侧出口43与汽轮机13的蒸汽入口121连通，其水侧入口44与余热锅炉给水水源连通。为了充分吸收烟气废热，烟气由上至下在余热锅炉4内流动，即烟气侧入口41设于余热锅炉4的上部的侧壁上，烟气侧出口42设于下部的侧壁上，水由下至上在余热锅炉4内流动，实现了烟气与水的换热，换热后，水变成蒸汽进入汽轮机13，降温后的烟气进入除尘器5。余热锅炉4还能对烟气进行除尘(余热锅炉的除尘称为初除尘)，经过余热锅炉初除尘后的灰尘落入位于其底端的第一落灰口，然后再输出。汽轮机13为蒸汽汽轮机，用于将机械能转变成电能，并向外输送。优选地，汽轮机13的乏汽出口经冷凝器与余热锅炉4的水侧入口44连通，使得做功完毕的乏汽冷凝成冷凝水后再回到余热锅炉4与烟气进行换热，即汽轮机13的乏汽作为余热锅炉给水水源，形成了蒸汽-凝结水-蒸汽循环利用过程，使得水资源得以循环利用。为了便于输送，冷凝水经加压后再回到余热锅炉4进行换热。除尘器5用于对烟气进行除尘(除尘器的除尘称为精除尘)，经除尘器5除尘获得的灰尘落入位于其底端的第二落灰口，然后再输出。由第一落灰口输出的除尘和第二落灰口输出的除尘可以经粉尘输送子系统11输送至待处理场所，例如烧结原料场或炼钢KR脱硫系统或压块后回转炉以供炼钢利用，从而可以减少输送及冶炼环节，输送动力优选为氮气。煤气回收放散子系统对除尘器5除尘后的烟气的成分含量进行分析，若符合回收要求(例如烟气中含氧量低于百分之一，一氧化碳含量高于百分之三十且低于百分之九十，二氧化碳含氧量低于百分之二十，此时烟气可称为转炉煤气)，则回收利用，否则点火放散。具体地，符合要求的烟气由煤气回收放散子系统的切换装置，例如三通阀7，分配进入煤气回收放散子系统的转炉煤气柜10储存，储存的转炉煤气再由煤气加压机加压后供煤气用户使用，优选地，烟气经三通阀7后，再经煤气回收放散子系统的煤气冷却子系统8冷却后进入转炉煤气柜10储存；不符合回收要求的烟气由三通阀进入煤气回收放散子系统的放散烟囱9，再经点火放散，点火可由等离子点火系统操作。为了便于除尘后烟气的输送，在煤气回收放散子系统和除尘器之间设置轴流风机6。为防范余热锅炉4受烟气磨损，余热锅炉4内的烟气流速优选为3～4m/s。

通过在除尘器5前设置余热锅炉4，以及设置与余热锅炉4连接的汽轮机13，使得转炉炼钢产生的烟气的显热能量得以充分回收，吸收显热产生的蒸汽用于发电，产生巨大经济效益。烟气经过余热锅炉4的初除尘处理和除尘器5的精除尘处理后，烟气的含尘量既符合放散排放标准，也符合回收煤气用户要求，且从除尘器5排出的烟气的含水量大大降低，大大提高了回收烟气的品质。另外余热锅炉4的设置为除尘器5的热安全性提供了可靠的温度保障。

具体地，余热锅炉4包括炉墙、汽包以及沿烟气流向依次设置在炉膛内的过热器、蒸发器和省煤器。汽包位于余热锅炉5的顶部。省煤器、蒸发器和过热器均与汽包连接，余热锅炉给水由水侧入口44进入省煤器内，利用尾部温度较低的烟气预热，预热后的余热锅炉给水经汽包进入蒸发器内，吸热变成饱和蒸汽，经汽包输出，然后进入过热器内，被烟气加热变成过热蒸汽，然后由蒸汽侧出口43排出，进入汽轮机13内。由烟气侧入口41进入的烟气温度可达800～1000℃，经余热锅炉降温后，烟气温度降到200℃以下。蒸发器的数量可以为三组，分为第一蒸发器、第二蒸发器和第三蒸发器。第一蒸发器、第二蒸发器和第三蒸发器沿烟气的流向依次设置在炉膛内。

优选地，余热锅炉4的结构为单通道立式结构，炉墙为膜式壁炉墙。组成省煤器、蒸发器和过热器的受热管优选为光管以保证换热效率，且易于清灰，光管由无缝钢管制造而成。省煤器、蒸发器和过热器的多个受热管的排列组合方式为顺列模块排列，即横排和竖排都对齐的排列以降低烟气流动阻力。由于转炉炼钢吹炼期释放大量烟气，非吹炼期烟气释放的很少，且烟气灰尘浓度大，而灰尘聚集在受热管的受热面上会使得传热效果差，阻力增大，为此余热锅炉还包括震打清灰装置和激波清灰装置，吹炼期启动震打清灰装置实现在线震打清灰；非吹炼期(即下述的辅助燃烧启动期间)启动激波清灰装置。余热锅炉4可采用模块化、堆积木方式来制造安装。

由于转炉炼钢吹炼期烟气量集中释放，非吹炼期几乎没有烟气释放，因此转炉炼钢产生的烟气是间接不连续的，余热锅炉4产生的蒸汽压力和流量波动巨大，为平稳蒸汽压力和流量，余热锅炉4外还设置有蓄热器12，其进汽口与汽包连通以接收来自于蒸发器的饱和蒸汽，其出汽口与过热器的进汽口连通，如此可以削峰填谷，吹炼期将多余蒸汽贮存在蓄热器12中，非吹炼期蓄热器12贮存的蒸汽释放出来，使得进入汽轮机13的蒸汽是稳定的。

为了使进入汽轮机13的蒸汽压力和流量更加平稳，保证发电功率恒定，不会造成用电负荷的波动，余热锅炉4还包括辅助燃烧装置14，设置在余热锅炉4的前段，即输入管道3上，可以设置在输入管道3的末端，用于在吹炼期后期不回收煤气时，启动并燃烧燃料，使蓄热器12储存的蒸汽依然能在过热器内被加热成过热蒸汽进入汽轮机13发电，且余热锅炉4依然还能产生少量蒸汽，使汽轮机2高效稳定的运行，汽轮机12的发电机组能保证持续高效率发电。燃料优选为转炉煤气，例如转炉煤气柜10与辅助燃烧装置14连接以向辅助燃烧装置14提供转炉煤气，将转炉煤气燃烧，使转炉煤气回收热能最大化利用。应用中，辅助燃烧装置14在转炉吹炼后期煤气不回收时点火启动，使转炉煤气最大限度能量利用，待下次吹炼前期辅助燃烧装置14自动熄火，保证下次转炉煤气的正常回收。

烟气流经输入管道2时，烟气温度高达800～1000℃，为了减少烟气流经输入管道2时产生的热量损失，减少烟气温度的降低幅度，在输入管道2内壁上沿由内至外的方向依次设置耐热层和绝热层，耐热层的材质可以为耐火材料，绝热成的材质可以为复合硅酸铝纤维毡。为了补偿输入管道的热伸长，输入管道2经补偿器与余热锅炉2的烟气侧入口41连接，补偿器优选为耐高温波纹补偿器。

除尘器5可以为布袋除尘器51，其烟气进口位于下部，烟气出口位于上部，如此利于达到好的除尘效果，延长布袋除尘器51的使用寿命，简化了操作平台，方便操作及维护。布袋除尘器51的外壳为圆形箱体(即布袋除尘器采用圆形箱体结构)，每个箱体设置若干个滤袋，每个滤袋内设有龙骨以对滤袋起到支撑作用，并设有反吹装置以对滤袋进行吹扫使滤袋上的灰尘落入布袋除尘器51下方的灰仓内。由于有防爆要求，反吹装置使用的介质为氮气。箱体设有防爆装置及人孔。为保证除尘的连续性且检修需要，布袋除尘器51内设置有备用箱体。

除尘器5也可为静电除尘器52，其外壳为圆筒状(即静电除尘器采用圆筒状结构)，其内设置有进口气流分布板，进入除尘器内的烟气气流首先通过进口气流分布板实现均布气流，然后气流连续通过四个电场(如图2所示)。静电除尘器内设有震打清灰装置，并设有防爆装置。

为了提高转炉炼钢产生的烟气废热利用和除尘一体化系统的自动化程度和可靠性，以便于实现转炉炼钢产生的烟气废热利用和除尘一体化工艺，该一体化系统由DCS(Distributed control system，集散型控制系统)进行控制，能对本系统运行工况进行监测与控制；能显示各种画面或报表(参数或工况)；同时具备人工查询、调校、干预的操作界面。

本发明另一实施例提供了一种采用上述转炉炼钢产生的烟气废热利用和除尘一体化系统的工艺，具体包括：

使转炉炼钢产生的烟气依次经转炉炼钢用汽化冷却烟道2和输入管道3由余热锅炉的上部进入余热锅炉4内；余热锅炉给水由余热锅炉4的下部进入余热锅炉内，并与烟气换热，变成过热蒸汽，然后由余热锅炉4的上部排出并输送至汽轮机13以驱动汽轮机13发电；换热后的烟气由余热锅炉4的下部排出并进入除尘器5除尘，得到除尘后的烟气；用煤气回收放散子系统对除尘后的烟气进行判断，若符合转炉煤气回收要求，则储存，否则点火放散；其中，转炉炼钢用汽化冷却烟道2罩于转炉1的炉口上方。

为了使得吹炼期和非吹炼期进入汽轮机12的蒸汽稳定，余热锅炉给水由余热锅炉4的水侧入口进入余热锅炉4的省煤器内，预热后的余热锅炉给水经余热锅炉4的汽包进入余热锅炉4的蒸发器内，吸热变成饱和蒸汽，再经汽包输出，然后进入余热锅炉4的蓄热器12内，然后输出至余热锅炉4的过热器内，被加热变成过热蒸汽，然后排出至汽轮机13内。

在转炉炼钢的吹炼期，将饱和蒸汽加热成过热蒸汽的热源为转炉炼钢产生的烟气；在转炉炼钢的非吹炼期，将饱和蒸汽加热成过热蒸汽的热源为由辅助燃烧装置14启动燃烧燃料形成的热能，如此进一步使得进入汽轮机的蒸汽稳定。关于辅助燃烧装置的描述可参见上述实施例中关于辅助燃烧装置的描述，此处不再一一赘述。

综上所述，本发明带来的有益效果如下：

1、能回收转炉炼钢生产过程中产生的烟气余热、能去除转炉炼钢生产过程中的烟气粉尘，烟气量变化范围较宽的要求，热效率达80％以上，除尘效率达99.95％。

2、在除尘器前设置一余热锅炉，将烟温降到200℃以下，使得在为后续的精除尘提供烟气处理温度的基础上，保证了除尘器的热安全性，有效地解决了除尘器入口烟温问题，提高了除尘器运行的可靠性；同时烟尘浓度也大幅降低，粉尘被收集在与余热锅炉落灰口连接的积灰斗中，通过气力输送回用，提高总的除尘效率；还同时利用烟气中热能产生蒸汽，并直接送至蒸汽轮机做功发电，热能转变成电能。与传统的烟气处理相比，由于烟气热能被充分利用，所以该系统及工艺具有效益高，运行费用少等优点。

3、余热锅炉采用单通道立式结构，占地小，布置紧凑，使现有的改造工程受场地的限制较少；余热锅炉的模块化设计，使得效率高，结构合理，不易堵塞，流动阻力小。

4、余热锅炉设置有辅助燃烧装置，使余热锅炉产生的蒸汽、温度、压力流量稳定，从而进入汽轮机的蒸汽参数稳定，发电平稳。吹炼后期可启动辅助燃烧装置，将不符合回收煤气就地燃烧换热，提高了能量利用，提高了热效率。

总的来说，本发明具有如下优点：安全、节能、环保，可靠运行，占用空间少，阻力小，提高了转炉炼钢能效指标，热效率高，提高了除尘器使用寿命,方便维修，投资小，效益高。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。