一种高炉炉顶均压煤气回收方法与流程

本发明涉及钢铁冶炼设备领域，具体的是一种高炉炉顶均压煤气回收方法。

背景技术：

伴随高炉炼铁正常生产长期排放的煤气包括两部分：一部分是炉顶装料时从料罐排出的煤气，称为均压煤气，另一部分是高炉内原燃料发生化学反应从炉顶排出的煤气，称为炉顶煤气。高炉因特殊原因中断生产、停止送风时，炉顶排出的煤气称为大放散煤气。

高炉生产所必需的炉顶均压煤气在每次装料前都是通过旋风除尘器和消音器后被放散到大气中(每天对空排放300次左右)，均压煤气是含有大量co、co2和灰尘的有毒、可燃物混合气体，均压煤气的放散量为6-8nm³/吨铁，含尘量超过10g/nm³，我国每年生产铁水产约7亿吨，经由高炉炉顶均压放散设备排放到大气中的煤气量高达55亿m³/年，高炉煤气单价按0.11元/nm³计算，这部分煤气造成的经济损失约为6亿元/年，排放的粉尘量达到5.5万吨/年。高炉炼铁生产过程的均压煤气直接排入大气，不但造成大气环境污染，同时也浪费了能源。

国内外已经有很多技术可以实现对高炉炉顶均压煤气的回收，有的已经取得了良好效果，如中国专利cn102031321a，公开日期2011年4月27，公开的一种“高炉炉顶均压煤气回收方法及回收装置”。但是这些技术都需要在原有高炉系统的基础上额外增加专用的均压煤气除尘设备，实现对均压煤气的除尘后再进行回收。对于大部分需要在原有场地上进行改造的高炉系统来说，改造过程的占地面积及额外的设备投资是难以回避的重要问题。

很多钢铁企业为降低焦比不同程度地喷吹烟煤或无烟煤，有的钢铁企业采用喷洒过海水的进口原料矿，有的钢铁企业为提高烧结矿强度采用含氯助剂(cacl2等)，由于以上各种原因，国内很多钢铁企业在生产过程中产生的炉顶煤气中含有大量酸性介质(氯离子和硫酸根离子)。

随着高炉的大型化和炉顶压力的提高，高炉煤气净化方法由湿式向干式发展，最新版的《高炉炼铁工程设计规范》(gb50427-2015)明确推荐“高炉煤气净化设计宜采用干法袋式除尘工艺”，因此，国内普遍采用干式布袋除尘器完成炉顶煤气的净化。干式除尘不能净化炉顶煤气中的酸性介质，这些酸性介质遇水后形成强酸性溶液，对煤气管道造成严重腐蚀。《高炉炼铁工程设计规范》(gb50427-2015)推荐“在净煤气氯离子等腐蚀性物质含量较高时，进入全厂煤气管网前宜设置碱液喷淋塔等控制煤气中氯离子含量的设施”。针对这种情况，国内很多钢铁企业在应用煤气全干法除尘技术的同时，采用喷碱塔作为炉顶煤气的除氯装置，如中国专利cn201864738u，公开日期2011年6月15日，公开的一种“高炉煤气喷碱除氯装置”。

高炉生产在工艺上要求解决炉顶煤气的腐蚀性问题，在环保上要求解决均压煤气的除尘和回收问题。由以上分析可知，现有技术对于大放散煤气没有好的处理方法，都是直接对空排放；对于高炉炉顶均压煤气，虽然现有技术已经提供了很多回收方法，但是都需要额外增加专用的均压煤气除尘设备，面临着改造过程中占地面积及额外设备投资的重要难题。作为消除煤气中酸性介质的喷碱塔，仅具有喷碱除酸的单一功能。

技术实现要素：

为了完成对高炉煤气的回收。本发明提供了一种高炉炉顶均压煤气回收方法，该高炉炉顶均压煤气回收方法中的喷碱洗涤塔具有洗涤除尘、喷碱除酸功能，该高炉炉顶均压煤气回收方法既能实现对炼铁生产的炉顶煤气的除酸处理，消除其腐蚀性，同时能够完成均压煤气的除尘及回收功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术发明是：

步骤1、高炉产生的均压煤气经过均压煤气回收管道进入喷碱洗涤塔，高炉产生的炉顶煤气经过炉顶煤气回收管道进入喷碱洗涤塔，该均压煤气和炉顶煤气在喷碱洗涤塔中形成混合气体；

步骤2、使该混合气体的气流均匀；

步骤3、对该混合气体喷洒碱液；

步骤4、清除该混合气体中的雾沫；

步骤5、除去该混合气体中的水汽。

本发明的有益效果是：

1、简化均压煤气回收的工艺流程、减少占地面积。

2、既能实现炉顶煤气的喷碱除酸功能，又能实现均压煤气的洗涤除尘功能。

3、均压煤气进入喷碱洗涤塔之前检测均压煤气的压力、温度和流量并及时反馈到高炉中控系统，能够优化高炉操作、促进高炉顺行。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述高炉炉顶均压煤气回收方法的原理示意图。

图2是本发明所述高炉炉顶均压煤气回收设备的结构示意图。

图3是本发明所述喷碱洗涤塔的结构示意图。

图4是一个碱液喷淋层的结构示意图。

1、高炉炉顶加料罐；2、二次均压阀；3、氮气罐；4、旋风除尘器；5、一次均压阀；6、消音器；7、均压放散阀；8、温度计；9、流量计；10、压力计；11、均压煤气回收阀；12、放散阀；13、喷碱洗涤塔；14、除水器；15、止回阀；16、净煤气管网；17、炉顶煤气截止阀；18、污水处理装置；19、一次均压系统；20、二次均压系统；

21、除水装置；22、喷淋装置；23、除沫器；24、高压雾化喷头；25、气体格栅；26、碱液喷淋层；27、长喷枪；28、短喷枪。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种高炉炉顶均压煤气回收方法，包括以下步骤：

步骤1、高炉产生的均压煤气经过均压煤气回收管道进入喷碱洗涤塔13，高炉产生的炉顶煤气经过炉顶煤气回收管道进入喷碱洗涤塔13，该均压煤气和炉顶煤气在喷碱洗涤塔13中形成混合气体；

步骤2、使该混合气体的气流均匀；

步骤3、对该混合气体喷洒碱液；

步骤4、清除该混合气体中的雾沫；

步骤5、除去该混合气体中的水汽，如图1所示。

在本实施例中，喷碱洗涤塔13内含有从下向上依次设置的气流均匀装置、碱液喷淋装置、除沫器23、上部喷淋装置22和除水装置21，沿竖直方向，所述气流均匀装置含有至少一层气体格栅25，所述碱液喷淋装置含有至少一个碱液喷淋层26，如图3所示。

具体的，在步骤2中，采用喷碱洗涤塔13内的该气流均匀装置使该混合气体的气流均匀；在步骤3中，采用喷碱洗涤塔13内的该碱液喷淋装置对该混合气体喷洒碱液；在步骤4中，采用喷碱洗涤塔13内的除沫器23清除该混合气体中的雾沫；在步骤5中，采用喷碱洗涤塔13内的除水装置21除去该混合气体中的水汽。

在本实施例中，喷碱洗涤塔13的均压煤气入口位于喷碱洗涤塔13的下部，所述气流均匀装置位于该均压煤气入口的上方，所述气流均匀装置含有三层气体格栅25，相邻的两层气体格栅25之间错开设定的角度，从而使进入塔内的高炉煤气均匀分布在整个塔内的横截面上。

在本实施例中，喷碱洗涤塔13呈直立的筒状结构，碱液喷淋层26含有沿喷碱洗涤塔13的周向均匀间隔排列的多个长喷枪27和短喷枪28，长喷枪27相交于喷碱洗涤塔13的中心线位置，长喷枪27和短喷枪28均为柱状结构，长喷枪27的长度大于短喷枪28的长度，长喷枪27和短喷枪28均沿喷碱洗涤塔13的径向设置，即长喷枪27的长度方向和短喷枪28的长度方向均沿喷碱洗涤塔13的径向设置，长喷枪27和短喷枪28上均设有多个高压雾化喷头24，如图4所示。

在本实施例中，所述碱液喷淋装置含有多个沿竖直方向间隔设置的碱液喷淋层26，在相邻的两个碱液喷淋层26中，一个碱液喷淋层26中的高压雾化喷头24的喷射方向全部朝上，另一个碱液喷淋层26的高压雾化喷头24的喷射方向全部朝下。例如，所述碱液喷淋装置含有四个碱液喷淋层26，如图3所示，该四个碱液喷淋层26按照从下向上的次序依次为第一碱液喷淋层、第二碱液喷淋层、第三碱液喷淋层和第四碱液喷淋层。

该第一碱液喷淋层中的高压雾化喷头24的喷射方向全部朝上，该第二碱液喷淋层中的高压雾化喷头24的喷射方向全部朝下，该第三碱液喷淋层中的高压雾化喷头24的喷射方向全部朝上，该第一碱液喷淋层中的高压雾化喷头24的喷射方向全部朝下。喷碱洗涤塔13的底部设有排污口，该排污口外的下方有污水处理装置18。高炉炉顶均压煤气回收方法处理煤气后产生的含尘污水经该污水处理装置18处理后得到污泥和可循环利用的中水。

根据工艺需求，在不同高度上布置多个碱液喷淋层26及其附带的高压雾化喷头24。碱液从高压雾化喷头24喷出后在喷碱洗涤塔13内部形成雾化状态，雾化碱液均匀布满喷碱洗涤塔13的内部空间。高压雾化喷头24喷洒高压雾化状态的碱液，实现对煤气的除氯处理。

酸性含尘高炉煤气从喷碱洗涤塔13的下部侧面的煤气入口进入喷碱洗涤塔13，在雾化碱液的作用下，完成除酸、除尘处理：

1、喷碱除酸处理：布满喷碱洗涤塔13内部空间的雾化碱液与煤气中的酸性介质充分反应消除煤气腐蚀性。

2、洗涤除尘处理：由于雾化碱液与煤气粉尘之间的惯性碰撞、拦截和凝聚作用，较大颗粒的粉尘随雾化洗涤依靠重力沉降，与洗涤液一起排走，进入喷碱洗涤塔13底部的排污口外的污水处理装置18。含尘污水经喷碱洗涤塔13底部的污水处理装置18的处理后可循环利用。

在本实施例中，上部喷淋装置22含有多个能够向除沫器23喷射水流的喷嘴，除水装置21为填料除水装置，除水装置21位于喷碱洗涤塔13的上部。除沫器23可选用丝网除沫器(或折板除沫器等其他类型高效除沫器)，除沫器23布置在高压雾化喷头24的上方空间。较小颗粒的粉尘与雾化状态的碱液形成雾沫，带有雾沫的煤气以一定速度上升通过除沫器23，除沫器23完成对煤气中较小粉尘颗粒的处理，得到含水净煤气。除沫器23上方设置上部喷淋装置22，定期用高压水通过上部喷淋装置22对除沫器23进行喷淋冲洗，避免除沫器23长期使用后被堵塞。酸性含尘高炉煤气经过高压雾化喷头24喷出的雾化碱液和除沫器23的作用，可以得到含水量较大的煤气，如3所示。

本发明所述高炉炉顶均压煤气回收方法在高炉炉顶均压煤气回收设备上实现，该高炉炉顶均压煤气回收设备包括高炉炉顶加料罐1、旋风除尘器4、喷碱洗涤塔13和除水器14，高炉炉顶加料罐1通过煤气输送管道与旋风除尘器4的入口连接，旋风除尘器4的出口通过均压煤气回收管道与喷碱洗涤塔13的均压煤气入口连接，喷碱洗涤塔13的含水煤气出口通过煤气输送管线与除水器14的入口连接，除水器14可以对处理后的煤气二次除水。喷碱洗涤塔13还含有炉顶煤气入口，该炉顶煤气入口位于喷碱洗涤塔13的下部，喷碱洗涤塔13的炉顶煤气入口外连接有炉顶煤气回收管道，该炉顶煤气回收管道上设有炉顶煤气截止阀17，高炉产生的炉顶煤气经过炉顶煤气回收管道进入喷碱洗涤塔13。

在本实施例中，喷碱洗涤塔13的顶部设有两个气体出口，所述两个气体出口分别为含水煤气出口和放散煤气出口，该放散煤气出口外连接有放散阀12，该含水煤气出口外依次连接有除水器14、净煤气止回阀15和净煤气管网16，如图2所示。

上部喷淋装置22的上方接近喷碱洗涤塔13顶部出口处设置除水装置21(填料除水装置)。填料除水装置的内部填料可选用铝合金材质的花环填料(或不锈钢花环填料或其他类型填料)。含水煤气经过除水装置21时，煤气中的小水滴在填料的作用下汇聚成大水滴并在重力作用下实现初步除水。

除水器14可选用挡板式除水器(或旋风式除水器等其他类型高效除水器)。初步除水后的含水煤气从喷碱洗涤塔13顶部的含水煤气出口排出，进入喷碱洗涤塔13顶部外侧设置的除水器14，完成含水煤气的除水处理，最终得到符合用户要求的合格煤气，经净煤气止回阀15进入净煤气管网16供用户使用。

喷碱洗涤塔13的顶部出口设有放散阀12，该放散阀12同时具有截止阀和安全阀的作用：喷碱洗涤塔13内部压力正常时，放散阀12处于关闭状态；压力超出设定值时，放散阀12自动打开减小内部压力。

该喷碱洗涤塔13根据工艺需求，可以分别处理高炉内原燃料发生化学反应从炉顶排出的炉顶煤气和炉顶装料时从料罐排出的均压煤气，也可以同时处理炉顶煤气和均压煤气。喷碱洗涤塔13根据工艺需求，可以处理高炉休风时的大放散煤气。处理煤气成分符合回收要求的炉顶煤气和均压煤气时，打开喷碱洗涤塔13顶部出口的止回阀15，关闭放散阀12，经过处理的炉顶煤气和均压煤气能够正常回收进入净煤气管网16。处理煤气成分不符合回收要求的大放散煤气时，关闭喷碱洗涤塔13顶部出口的止回阀15，打开放散阀12，把经过除尘除酸处理后符合排放要求的煤气放散到空气中。

在本实施例中，所述均压煤气回收管道上设置有温度计8、流量计9、压力计10和均压煤气回收阀11，旋风除尘器4的出口连接有并联的消音器6和一次均压系统19，所述煤气输送管道连接有串联的氮气罐3和二次均压系统20，如图2所示。

在本实施例中，喷碱洗涤塔13的直径和高度根据高炉煤气在塔内的平均流速来确定。本发明提出的高炉煤气综合处理装置通过检测高炉煤气入口处的煤气压力、流速和流量，自动调节高压雾化喷头24的喷水量，提高喷碱洗涤塔13内部酸性含尘煤气和雾化碱液的中和反应及除尘效果。

本发明所述喷碱洗涤塔13的除尘效率较高，可去除粒径为0.1-20微米的粉尘，处理后的煤气含尘量小于5mg/m³。含水净煤气经填料除水装置21和除水器14处理后机械水含量小于7g/m³。经本发明提出的所述高炉炉顶均压煤气回收方法处理后的炉顶煤气和均压煤气符合回收要求。

本发明中所述的气体格栅25、除沫器23、上部喷淋装置22和除水装置21均可以采用现有市售产品。因而，本发明提出的喷碱洗涤塔13具有简单、造价低廉、维护成本低、可动部件少、不易发生故障，作业率高等优点，可以减少空气污染，实现节能减排和资源的循环利用。

下面介绍本发明所述高炉炉顶均压煤气回收方法的工作细节。

在高炉装料系统进入向料罐装料程序后，开启均压煤气回收阀11，及净煤气管网的止回阀15，均压煤气从高炉炉顶加料罐1排出后进入旋风除尘器4进行粗除尘，粗除尘后的煤气进入所述均压煤气回收管道。均压煤气回收管道上安装测量均压煤气温度、流量和压力的温度计8、流量计9、压力计10，其检测值及时反馈到高炉中控系统，优化高炉操作、促进高炉顺行。

均压煤气经过均压煤气回收阀11后最终引至具有除酸、除尘功能的喷碱洗涤塔13；炉顶煤气经炉顶煤气截止阀17进入喷碱洗涤塔13。根据工艺需求，可以分别打开均压煤气回收阀11或炉顶煤气截止阀17，分别处理炉顶煤气和均压煤气；也可以同时打开均压煤气回收阀11或炉顶煤气截止阀17，同时处理炉顶煤气和均压煤气。

含尘污水经喷碱洗涤塔底部的污水处理装置18处理后得到污泥和中水，中水可循环利用；含水净煤气进入除水器14处理后经止回阀15直接进入净煤气管网16。

喷碱洗涤塔13顶部设置放散阀12。喷碱洗涤塔13内部压力正常时，放散阀12处于关闭状态；压力超出设定值时，放散阀12自动打开减小内部压力。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。