一种转炉煤气干法除尘余热回收系统和工艺的制作方法

本发明涉及烟气回收利用技术领域，具体的是一种转炉煤气干法除尘余热回收系统，还是一种转炉煤气干法净化余热回收工艺。

背景技术：

一般情况下，转炉炼钢周期为36分钟，吹氧时间为15分钟，此过程中会有大量的高温高含尘烟气产生，烟气温度为1500℃～1600℃，粉尘主要成分为feo、fe2o3、cao和sio2等，含尘量达80g/m³～150g/m³。

由于转炉煤气间歇性产生，同时具有高温高含尘的特点，使得转炉煤气的除尘和余热回收比较困难。除尘方面，现有转炉放散煤气的除尘技术主要分为湿法除尘系统和干法除尘系统。

湿法除尘系统主要由烟气冷却、净化、煤气回收和污水处理等部分组成。湿法除尘系统存在如下缺点：一、除尘效率低，处理后的煤气含量约为50～100mg/nm³；二、系统阻损大，运行成本高；三、存在二次污染，有大量的污水产生需要处理；四、占地面积大。干法除尘系统主要由气化冷却烟道、蒸汽发生器、静电除尘器等部分组成，与湿法除尘系统相比，具有明显优势。一、除尘效率高，烟气含尘量可降至5～15mg/nm3；二、系统阻损小，运行成本低；三、无二次污染，无污水产生，回收粉尘可直接利用；四、占地面积小，便于管理和维护。干法除尘系统的不足之处主要在于存在爆炸隐患，需要安装泄爆阀，而大的爆炸有可能超过静电除尘器泄爆阀的承受范围而将静电除尘器炸毁。

在余热回收方面，上述湿法除尘系统和干法除尘系统均未进行有效回收。尤其是对经气化冷却烟道输出的转炉煤气900℃以下的显热能。陶瓷过滤器的干法除尘余热回收系统可以解决此问题，从气化冷却烟道输出的转炉煤气进入陶瓷过滤器进行除尘，经除尘净化后的转炉煤气进入余热锅炉将其显热进行利用。然而，因为转炉煤气的产生具有周期性，陶瓷过滤器干法除尘系统和余热锅炉系统只能间断使用，即在转炉吹氧周期内有转炉煤气产生时使用，不能保证供能的连续性。同时，当转炉煤气o2和co含量不符合回收要求时，需进行放散，无法将此部分转炉煤气的化学能加以利用，也会造成环境的污染。

名词解释：

载氧体：在化学链燃烧反应中，用来传递氧的固体氧化物称为载氧体。主要有cu基、ni基、fe基、ca基等载氧体。以cu基载氧体为例，一般为cuo为活性组分，以al2o3、sio2等为惰性载体进行制备。

技术实现要素：

为了上述供能不连续性的问题，本发明提供了一种转炉煤气干法除尘余热回收系统和工艺，该转炉煤气干法除尘余热回收系统和工艺可实现转炉煤气900℃以下温度显热能的回收，实现转炉煤气的零放散，无需设置泄爆阀，可间断性的处理转炉煤气实现连续的供能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种转炉煤气干法除尘余热回收系统，包括烟气过滤器、化学链燃烧设备和余热锅炉，化学链燃烧设备含有化学链燃烧反应装置，烟气过滤器的出口通过第一排气管道与化学链燃烧反应装置的入口连接，化学链燃烧反应装置的出口通过第二排气管道与余热锅炉的第一入口连接，烟气过滤器和余热锅炉之间还设有回收管道，回收管道与化学链燃烧反应装置并联设置。

第一排气管道上设有三通阀，三通阀含有一个入口和两个出口，回收管道的入口端与三通阀的一个出口连接，回收管道的出口端与余热锅炉的第二入口连接。

第一排气管道上还设有烟气分析仪，烟气分析仪位于烟气过滤器和三通阀之间，烟气过滤器的入口端外连接有能够对烟气进行降温的气化冷却烟道。

气化冷却烟道连接有储能装置，该储能装置能够储存气化冷却烟道中烟气的热量，气化冷却烟道内设有超声波清灰装置，烟气过滤器为陶瓷烟气过滤器，化学链燃烧反应装置外设有冷却水夹套。

化学链燃烧设备还含有第三排气管道和第四排气管道，第三排气管道的入口连接有空气风机，第三排气管道的出口与化学链燃烧反应装置的出口连接，第四排气管道的入口与化学链燃烧反应装置的入口连接，第四排气管道的出口与余热锅炉的第一入口连接。

第一排气管道上设有第一阀门，第二排气管道上设有第二阀门，第三排气管道上设有第三阀门，第四排气管道上设有第四阀门。

所述转炉煤气干法除尘余热回收系统还包括煤气冷却器、气柜和放散塔，余热锅炉的第一出口通过第一排烟管道与放散塔连接，余热锅炉的第二出口通过第二排烟管道与煤气冷却器的入口连接，煤气冷却器的出口通过第三排烟管道与气柜的入口连接。

一种转炉煤气干法净化余热回收工艺，该转炉煤气干法净化余热回收工艺与转炉炼钢周期同时进行，该转炉炼钢周期含有依次排列的准备阶段、吹炼阶段和出钢阶段，所述转炉煤气干法净化余热回收工艺采用了上述的转炉煤气干法除尘余热回收系统，所述转炉煤气干法净化余热回收工艺包括以下步骤：

步骤1、在准备阶段，使位于回收管道的入口端和化学链燃烧反应装置的入口之间的第一排气管道处于关闭状态；

步骤2、在吹炼阶段，判断烟气过滤器排出的烟气是否达到回收标准，当能够达到回收标准时，烟气过滤器排出的烟气仅通过回收管道进入余热锅炉；当不能达到回收标准时，烟气过滤器排出的烟气仅通过第一排气管道进入化学链燃烧反应装置中并发生还原反应，化学链燃烧反应装置通过第二排气管道将还原气体产物排入余热锅炉；

步骤3、在出钢阶段，使位于回收管道的入口端和化学链燃烧反应装置的入口之间的第一排气管道处于关闭状态。

在步骤1和步骤3中，从化学链燃烧反应装置的出口向化学链燃烧反应装置内吹入空气，该空气在化学链燃烧反应装置中并发生氧化反应，氧化气体产物从化学链燃烧反应装置的入口排出并进入余热锅炉。

所述回收标准为转炉煤气中co的体积分数≥35％且o2的体积分数≤2％；在步骤2中，当能够达到回收标准时，余热锅炉排出的气体依次进入煤气冷却器和气柜；当不能达到回收标准时，余热锅炉排出的气体进入放散塔；在步骤1和步骤3中，余热锅炉排出的气体进入放散塔。

本发明的有益效果是：该转炉煤气干法除尘余热回收系统和工艺采用了化学链燃烧反应装置，可以将成分达不到回收标准的转炉煤气进行处理，采用陶瓷过滤器，可以高效去除转炉煤气中的粉尘。本系统和工艺可以回收转炉煤气900℃以下的显热能和放散煤气的化学能，是一种除尘效率高、运行能耗少，煤气全热回收和煤气零排放的新干法除尘余热回收系统和工艺。

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是本发明所述转炉煤气干法除尘余热回收系统的结构示意图。

图2是余热锅炉的内部管道结构示意图。

1、转炉；2、气化冷却烟道；3、烟气过滤器；4、烟气分析仪；5、三通阀；6、化学链燃烧设备；7、余热锅炉；8、煤气冷却器；9、气柜；10、放散塔；

501、第一电磁阀；502、第二电磁阀；

600、化学链燃烧反应装置；601、第一阀门；602、第二阀门；603、第三阀门；604、第四阀门；605、空气风机；606、冷却水夹套；

611、第一排气管道；612、第二排气管道；613、第三排气管道；614、第四排气管道；

621、回收管道；

701、第一排烟管道；702、第二排烟管道；703、第三排烟管道。

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。

一种转炉煤气干法除尘余热回收系统，包括烟气过滤器3、化学链燃烧设备6和余热锅炉7，化学链燃烧设备6含有化学链燃烧反应装置600，烟气过滤器3的出口通过第一排气管道611与化学链燃烧反应装置600的入口连接，化学链燃烧反应装置600的出口通过第二排气管道612与余热锅炉7的第一入口连接，烟气过滤器3和余热锅炉7之间还设有回收管道621，回收管道621与化学链燃烧反应装置600并联设置，如图1所示。

在本实施例中，第一排气管道611上设有三通阀5，三通阀5含有一个入口和两个出口，回收管道621的入口端与三通阀5的一个出口连接，三通阀5的一个出口设有第二电磁阀502，回收管道621的出口端与余热锅炉7的第二入口连接，化学链燃烧反应装置600的入口能够与三通阀5的另一个出口连通，三通阀5的另一个出口设有第一电磁阀501，烟气过滤器3的出口能够与三通阀5的入口连通。第一排气管道611上还设有烟气分析仪4，烟气分析仪4位于烟气过滤器3和三通阀5之间，烟气分析仪4能够分析出烟气过滤器3排出烟气的成分和含量，烟气过滤器3的入口端外连接有能够对烟气进行降温的气化冷却烟道2。

在本实施例中，气化冷却烟道2的入口端位于转炉1的上方，气化冷却烟道2中设有冷却水管，转炉煤气首先进入气化冷却烟道2，转炉煤气和烟道的管壁，通过冷却水间接换热，气化冷却烟道2的冷却水管连接有储能装置，该储能装置还与余热锅炉7连接，该储能装置能够储存气化冷却烟道2中烟气的热量，该储能装置能够储存余热锅炉7吸收的热量。气化冷却烟道2内还设有超声波清灰装置，烟气过滤器3为陶瓷烟气过滤器，化学链燃烧反应装置600外设有冷却水夹套606。

余热锅炉7含有两个入口和两个出口，余热锅炉7的第一入口通过第一内管道仅与余热锅炉7的第一出口连通，余热锅炉7的第二入口通过第二内管道仅与余热锅炉7的第二出口连通，即从余热锅炉7的第一入口进入的流体只能从余热锅炉7的第一出口排出而不能从余热锅炉7的第二出口排出，从余热锅炉7的第二入口进入的流体只能从余热锅炉7的第二出口排出而不能从余热锅炉7的第一出口排出，如图2所示。当转炉煤气达到回收标准时，不经过化学链燃烧反应器直接走回收管道621，进入到余热锅炉7进行热量回收后通过第二排烟管道702后进入煤气冷却器8和气柜9对煤气进行储存。当达不到回收标准时，经过化学链燃烧反应器通过第二排气管道612进入到余热锅炉7中，对余热进行回收利用后，通过第一排烟管道701进入放散塔10中进行排放。

在本实施例中，化学链燃烧设备6还含有第三排气管道613和第四排气管道614，第三排气管道613的入口连接有空气风机605，第三排气管道613的出口与化学链燃烧反应装置600的出口连接，第四排气管道614的入口与化学链燃烧反应装置600的入口连接，第四排气管道614的出口与余热锅炉7的第一入口连接，如图1所示。第一排气管道611上设有第一阀门601，第二排气管道612上设有第二阀门602，第三排气管道613上设有第三阀门603，第四排气管道614上设有第四阀门604。第一阀门601、第二阀门602、第三阀门603和第四阀门604均为电磁阀。

在本实施例中，所述转炉煤气干法除尘余热回收系统还包括煤气冷却器8、气柜9和放散塔10，余热锅炉7的第一出口通过第一排烟管道701与放散塔10连接，余热锅炉7的第二出口通过第二排烟管道702与煤气冷却器8的入口连接，煤气冷却器8的出口通过第三排烟管道703与气柜9的入口连接，如图1所示。

下面介绍本发明所述转炉煤气干法除尘余热回收系统中各装置的工作过程。

在转炉炼钢时，向转炉1中吹氧脱碳将产生大量的转炉煤气。

所述转炉煤气通过气化冷却烟道2时，该转炉煤气与烟道中的冷却水进行热交换，同时冷却水吸热蒸发成饱和蒸汽；所述气化冷却烟道2产生的饱和蒸汽以及余热锅炉7产生的水蒸气输出至蒸汽储能装置。

从气化冷却烟道2输出的转炉煤气进入烟气过滤器3(陶瓷过滤器)进行除尘；烟气过滤器3除尘捕集到的粉尘经输送机送到压块站，经热压将粉尘成型，得到的粉块用于转炉炼钢。所述陶瓷过滤器通过筛分作用对含尘的转炉煤气进行除尘，当所述陶瓷过滤器外表面积灰过多、除尘阻力过大时，对其进行反吹清灰。

转炉煤气进入余热锅炉7后，与余热锅炉7内的水间接热交换，同时余热锅炉7内的水吸热后形成水蒸气。

转炉煤气经余热锅炉降温处理后，进入煤气冷却器8进一步降温后进入气柜9进行储存。或者转炉煤气经余热锅炉降温处理后，进入放散塔10放散。

化学链燃烧反应装置600中充填有金属载氧体。金属载氧体为cu基载氧体或fe基载氧体的一种或者两种的混合物。如所述的金属载氧体可以是以fe2o3为主成分的fe基载氧体和以cuo为主成分的cu基载氧体的混合物；所述的cu基载氧体的质量占金属载氧体总质量的5％～20％。该化学链燃烧反应装置600的外壳体内设置有冷却水夹套606。

以fe基载氧体为主的金属载氧体，其氧化反应的绝热反应温升很大，在本发明中，对化学链燃烧反应装置增设冷却水夹套606，用于稳定反应器温度，以避免温度飙升而损害金属载氧体。

本发明所述转炉煤气干法除尘余热回收系统中的各个装置均可以采用现有的装置，如化学链燃烧反应装置600、气化冷却烟道2、超声波清灰装置、冷却水夹套606和储能装置等。

下面一种转炉煤气干法净化余热回收工艺。

所述转炉煤气干法净化余热回收工艺与转炉炼钢周期同时进行，该转炉炼钢周期含有依次排列的准备阶段、吹炼阶段和出钢阶段，一个转炉煤气干法净化余热回收工艺过程与该转炉炼钢周期的三个阶段一一对应，所述转炉煤气干法净化余热回收工艺采用了上述的转炉煤气干法除尘余热回收系统，所述转炉煤气干法净化余热回收工艺包括以下步骤：

步骤1、在准备阶段，使位于回收管道621的入口端和化学链燃烧反应装置600的入口之间的第一排气管道611处于关闭状态；

步骤2、在吹炼阶段，判断烟气过滤器3排出的烟气是否达到回收标准，当能够达到回收标准时，烟气过滤器3排出的烟气仅通过回收管道621进入余热锅炉7；当不能达到回收标准时，烟气过滤器3排出的烟气仅通过第一排气管道611进入化学链燃烧反应装置600中并发生还原反应，化学链燃烧反应装置600通过第二排气管道612将还原气体产物排入余热锅炉7；

步骤3、在出钢阶段，使位于回收管道621的入口端和化学链燃烧反应装置600的入口之间的第一排气管道611处于关闭状态。

在步骤1和步骤3中，从化学链燃烧反应装置600的出口向化学链燃烧反应装置600内吹入空气，该空气在化学链燃烧反应装置600中并发生氧化反应，氧化气体产物从化学链燃烧反应装置600的入口排出并进入余热锅炉7。该转炉煤气干法净化余热回收工艺可实现转炉煤气900℃以下温度显热能的回收，实现转炉煤气的零放散，无需设置泄爆阀，可间断性的处理转炉煤气实现连续的供能。

由于一个转炉煤气干法净化余热回收工艺过程与该转炉炼钢周期的三个阶段一一对应，随着转炉炼钢周期的循环往复，该转炉煤气干法净化余热回收工艺也将相应的依次循环往复。

下面以转炉炼钢周期为36min为例详细介绍本发明所述的转炉煤气干法净化余热回收工艺。

假设转炉炼钢周期为36min，其中0min～10min为吹炼前期的准备阶段，10min～26min为吹炼阶段，其中12min～24min为煤气回收阶段，26min～36min为出钢阶段，则该转炉煤气干法净化余热回收工艺过程如下：

步骤1、在准备阶段，对应炼钢周期36min中的0min～10min，无转炉煤气产生，化学链燃烧反应装置600切换至氧化反应过程，将第一电磁阀501关闭，第一阀门601和第二阀门602关闭，第三阀门603和第四阀门604开启，同时，空气风机605开启。此时，在化学链燃烧反应装置600中发生氧化反应：

cu+1/2o2＝cuo△h＝-35.971kcal/mol

2fe3o4+1/2o2＝3fe2o3△h＝-57.776kcal/mol

2feo+1/2o2＝fe2o3△h＝-66.403kcal/mol

该氧化反应的温度为900℃～1000℃，氧化气体产物为n2进入余热锅炉7，在余热锅炉7中，氧化气体产物与水间接换热，转炉煤气温度降低至150℃～200℃，水吸热后变成水蒸气进入蒸汽包。氧化气体产物通过放散塔10排空。

步骤2、在吹炼阶段，对应炼钢周期36min中的10min～26min，在转炉1中吹氧脱碳因而产生大量的转炉煤气，输出的转炉煤气温度大约为1500℃，高温含尘的转炉煤气首先进入气化冷却烟道2，转炉煤气和烟道的管壁，通过冷却水间接换热，煤气温度由1500℃降至900℃，冷却水吸热蒸发成饱和蒸汽。900℃的转炉煤气进入烟气过滤器3进行除尘。

经陶瓷过滤器除尘后的转炉煤气通过烟气分析仪4判定是否达到回收标准，如果达到回收标准(如转炉煤气中co的体积分数或摩尔分数≥35％且o2的体积分数或摩尔分数≤2％)，一般为炼钢周期36min中的12min～24min时间段，即煤气回收阶段，三通阀5的回收侧的第二电磁阀502打开，放散侧的第一电磁阀501关闭，烟气过滤器3排出的转炉煤气经过回收管道621直接进入余热锅炉7，在余热锅炉7中，转炉煤气和水间接换热，转炉煤气温度进一步降低，至150℃～200℃，水吸热后变成水蒸汽进入蒸汽包。之后，转炉煤气进入煤气冷却器8中，将转炉煤气从150℃～200℃降至70℃，然后进入气柜9进行储存。

如果经过烟气过滤器3排出的转炉煤气不能达到回收标准(如转炉煤气中co的体积分数≥35％或o2的体积分数≤2％)时，一般为吹炼阶段的前2min内和后2min内，此时三通阀5的回收侧的第二电磁阀502关闭，放散侧的第一电磁阀501打开，第一阀门601和第二阀门602开启，第三阀门603和第四阀门604关闭，转炉煤气进入化学链燃烧反应装置600。在化学链燃烧反应装置600中，转炉煤气与金属氧化物发生还原反应：

3fe2o3+co＝2fe3o4+co2△h＝-9.768kcal/mol

fe2o3+co＝2feo+co2△h＝-1.163kcal/mol

cuo+co＝cu+co2△h＝-31.595kcal/mol

还原反应温度为900℃～1000℃，还原气体产物co2进入余热锅炉7，在余热锅炉7中，还原气体产物与水间接换热，转炉煤气温度进一步降低，至150℃～200℃，水吸热后变成水蒸气进入蒸汽包。还原气体产物通过放散塔10排空。

步骤3、在出钢阶段，对应炼钢周期36min中的26min～36min，无转炉煤气产生时，化学链燃烧反应装置600切换至氧化反应过程，第一电磁阀501关闭，第一阀门601和第二阀门602关闭，第三阀门603和第四阀门604开启，同时，空气风机605开启。此时，在化学链燃烧反应装置600中发生氧化反应：

cu+1/2o2＝cuo△h＝-35.971kcal/mol

2fe3o4+1/2o2＝3fe2o3△h＝-57.776kcal/mol

2feo+1/2o2＝fe2o3△h＝-66.403kcal/mol

氧化反应温度为900℃～1000℃，氧化气体产物为n2进入余热锅炉7，在余热锅炉7中，氧化气体产物与水间接换热，转炉煤气温度降低至150℃～200℃，水吸热后变成水蒸气进入蒸汽包。氧化气体产物通过放散塔10排空。

其中，该气化冷却烟道2装有超声波清灰装置，以除去内壁灰尘，提高煤气-水的换热系数，增加蒸汽回收量。所述气化冷却烟道2产生的饱和蒸汽以及余热锅炉产生的水蒸气输出至蒸汽储能装置，可用于炼钢工艺、也可用于供暖。

烟气过滤器3可以为陶瓷过滤器，该陶瓷过滤器属于耐高温除尘器，陶瓷过滤器采用脉冲清灰方式，除尘效率达99.9％，陶瓷过滤器主要通过筛分作用对含尘煤气进行除尘。当陶瓷过滤器外表面积灰过多，除尘阻力过大时，需要对其进行反吹清灰。陶瓷过滤器采用脉冲清灰方式，气源为高温高压氮气。陶瓷过滤器捕集的粉尘经输送机送到压块站，采用热压块的方式将粉尘压制成型，成型的粉块可直接用于转炉炼钢。

另外，有不详之处可以参见中国专利cn104388627a，公开日期2015年3月4日，公开的《一种转炉煤气除尘方法及系统》。

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、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。