本发明涉及一种转炉烟气全干式冷却装置，还涉及一种烟气全干冷却方法。
背景技术：
由转炉炉口逸出的烟气温度约为1600℃，为满足后续烟气除尘的需求，需将转炉烟气降温处理。随着循环经济的深入人心，国内各企业的节能环保意识也在逐步加强，转炉烟气高温余热都已经普遍得到了回收，研究转炉烟气的中低温余热回收、探寻真正的干法除尘工艺，已经成为众多炼钢厂的关注点。
现有的“干法”系统烟气净化回收处理工艺设施主要由烟气净化系统、烟气回收系统组成。其缺点是使用过程中发生煤气爆炸的可能性大，烟气中的大量显热没有被利用，且还需消耗大量蒸汽，仍会产生工艺废水。
技术实现要素：
为了解决现有的干法烟气净化回收处理工艺容易爆炸的问题。本发明提供了一种转炉烟气全干式冷却装置及其冷却方法，该转炉烟气全干式冷却装置在转炉烟道和对流换热余热回收装置之间设置了火种捕集装置，从而能够在高于610℃温度区间清除了转炉烟气携带的火种，消除爆炸隐患。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种转炉烟气全干式冷却装置，包括依次设置的转炉烟道、火种捕集装置、对流换热余热回收装置、干式除尘器和风机。
转炉烟道含有膜式壁，转炉烟道的断面为圆形或方形。
该火种捕集装置包括交替设置的下降管段和上升管段，下降管段的入口位置高于下降管段的出口位置，上升管段的入口位置低于上升管段的出口位置，相邻的两根下降管段和上升管段之间通过上连接部或下连接部连通，下连接部内设有流场扰动结构。
该火种捕集装置含有依次设置的第一个下降管段、第一个上升管段、第二个下降管段、第二个上升管段和第三个下降管段，流场扰动结构为绝热体、耐磨管、凸起结构或凹陷结构。
流场扰动结构到上升管段的距离小于流场扰动结构到下降管段的距离；下连接部的下端设有颗粒物收集或排放结构，流场扰动结构的位置与颗粒物收集或排放结构的位置上下对应。
火种捕集装置与对流换热余热回收装置之间通过汽化烟道、绝热烟道或水冷烟道连接。
对流换热余热回收装置的内部设置有换热面，对流换热余热回收装置的底部设置出灰装置。
风机的出口通过切换阀与第一排出管路和第二排出管路连接，第一排出管路连接有烟囱，第二排出管路连接有煤气柜，切换阀能够使风机排出的烟气进入烟囱或煤气柜。
第二排出管路上设有空冷装置或低温换热装置，或者干式除尘器和风机之间设有空冷装置或低温换热装置。
一种烟气全干冷却方法，所述烟气全干冷却方法采用了上述的转炉烟气全干式冷却装置，所述烟气全干冷却方法依次包括以下步骤：
步骤1、转炉烟道将转炉排出的烟气冷却至800℃～1000℃；
步骤2、火种捕集装置将该烟气中携带的高温固体物分离；
步骤3、对流换热余热回收装置将该烟气冷却至150℃～250℃；
步骤4、干式除尘器对该烟气进行净化；
步骤5、风机将净化后的所述烟气排出。
本发明的有益效果是：
1、在高于610℃温度区间清除了转炉烟气携带的火种，消除爆炸隐患。
2、回收150℃～250℃以上的烟气显热，实现烟气余热的全回收；
3、实现转炉烟气的纯干式冷却。
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是本发明所述转炉烟气全干式冷却装置的结构示意图。
图2是火种捕集装置的结构示意图。
1、转炉烟道；2、火种捕集装置；3、对流换热余热回收装置；4、干式除尘器；5、风机；6、切换阀；7、空冷装置；8、煤气柜；9、烟囱；11、汽化烟道；12、换热面；13、转炉；
21、下降管段；22、上升管段；23、上连接部；24、下连接部；25、流场扰动结构；26、颗粒物收集或排放结构；
61、第一排出管路；62、第二排出管路。
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。
一种转炉烟气全干式冷却装置，包括依次设置的转炉烟道1、火种捕集装置2、对流换热余热回收装置3、干式除尘器4和风机5，如图1所示。
转炉烟道1和对流换热余热回收装置3将烟气从1800℃干式冷却至150℃～250℃左右，并回收该部分烟气余热。火种捕集装置2将烟气在800℃～1000℃的温度区间干法去除大颗粒及团灰(火种)。火种捕集装置2能够将转炉烟气携带的大颗粒、团灰等高温固体物分离，并排出装置外。
在本实施例中，转炉烟道1含有膜式壁，转炉烟道1的断面为圆形或方形。转炉烟气在转炉烟道1中采用辐射换热，转炉烟道1采用膜式壁的形式，膜式壁的冷却介质一般采用水，也可为导热油、熔盐等。冷却方式一般为蒸发冷却，也可为无相变冷却。
膜式壁的冷却方式一般为蒸发冷却，也可为无相变冷却。转炉烟气辐射换热面的设计保证烟气流动顺畅。烟气在转炉烟气辐射换热面中的流动形式近似于柱塞流。在转炉烟气辐射换热面中不存在烟气滞留的漩涡等区域。
在本实施例中，该火种捕集装置2呈管状结构(也可以称为火种捕集烟道)，该火种捕集装置2包括交替设置的下降管段21和上升管段22，下降管段21的入口位置高于下降管段21的出口位置，上升管段22的入口位置低于上升管段22的出口位置，相邻的两根下降管段21和上升管段22之间通过上连接部23或下连接部24连通，下连接部24内设有流场扰动结构25，如图2所示。
该火种捕集装置2的入口连接有冷却烟道1，冷却烟道1采用柱塞流烟道，冷却烟道1的壁面设置有吸热体，在引导烟气的同时吸收高温烟气的辐射放热，烟气及所含尘均经冷却烟道1顶部的弯头进入火种捕集装置2，进入火种捕集装置2的烟气温度未达到爆炸温度区域。火种捕集装置2采用柱塞流烟道结构的同时，设置有流场扰动结构25，利用重力和离心力的作用快速捕集烟气中的大颗粒及团灰(火种)。其中，流场扰动结构3的作用在于：改变流速矢量分布，在颗粒物浓度较高的区域形成一定范围的低速区(可以理解为改变流场扰动结构3周围流体的流动方向，降低流场扰动结构3周围流体的流动速度)。
在本实施例中，该火种捕集装置2含有依次设置的第一个下降管段21、第一个上升管段22、第二个下降管段21、第二个上升管段22和第三个下降管段21，如图2所示。烟气进入该火种捕集装置2后将依次经历下降阶段、上升阶段、下降阶段、上升阶段和下降阶段。
在本实施例中，该火种捕集装置2的管壁可以为散热体也可以做成绝热体。当该火种捕集装置2的管壁为散热体时，即该火种捕集装置2的管壁为散热式管壁，该火种捕集装置的管壁为膜式壁时，该膜式壁的冷却介质可为水、导热油或熔盐等。冷却方式一般为蒸发冷却，也可为无相变冷却。
在本实施例中，流场扰动结构25的结构可以为绝热体、也可为耐磨管、也可为壁面的凸起或凹陷，或者流场扰动结构25为凸起和凹陷交替排列的结构(可以理解为类似于搓衣板表面的结构形状)。流场扰动结构25到上升管段22的距离小于流场扰动结构25到下降管段21的距离，如流场扰动结构25位于上升管段22的下方。下连接部24的下端设有颗粒物收集或排放结构26，流场扰动结构25的位置与颗粒物收集或排放结构26的位置上下对应，即颗粒物收集或排放结构26位于流场扰动结构25的正下方。
在本实施例中，颗粒物收集或排放结构26为灰渣排放口。灰渣排放口的设置为多个单一口并列设置。灰渣排放口的尺寸比较小，不影响烟气的柱塞流运动。灰渣排放口只有在烟气的成分为空气时才开启排放。
在本实施例中，该火种捕集装置2呈蛇形管结构，利用火种自身重力和惯性力，将团灰、大颗粒等从烟气中分离。该火种捕集装置2的管道设计应保证烟气流动顺畅。烟气在该火种捕集装置2中的流动形式近似于柱塞流。在该火种捕集装置2中不存在烟气滞留明显的漩涡等区域。
冷却烟道1的外观可以采用圆筒形，也可为方形。冷却烟道1可以采用膜式壁的形式，膜式壁的冷却介质一般采用水，也可为导热油、熔盐等。冷却方式一般为蒸发冷却，也可为无相变冷却。冷却烟道1的设计保证烟气流动顺畅。烟气在冷却烟道1中的流动形式近似于柱塞流。在冷却烟道1中不存在烟气滞留明显的漩涡等区域。
在使用时，转炉5在冶炼过程中产生的高温烟气，通过位于转炉上方的冷却烟道1对烟气以辐射换热为主降温至800℃～1000℃，再依次进入本发明所述的火种捕集装置2。火种捕集装置2能够将转炉烟气携带的大颗粒、团灰等高温固体物分离，并排出装置外。
烟气流程中，火种捕集装置2在干式除尘器4前；具有爆炸成分的气体，其温度高于610℃的烟气流程里设置火种捕集装置2。火种捕集装置2采用惯性原理，通过改变流动方向，利用火种自身重力和惯性力，将团灰、大颗粒等从烟气中分离。火种捕集装置2的设计保证烟气流动顺畅。烟气在火种捕集装置中的流动形式近似于柱塞流。在火种捕集装置中不存在烟气滞留的漩涡等区域。
在本实施例中，火种捕集装置2与对流换热余热回收装置3之间通过汽化烟道11、绝热烟道或水冷烟道连接。如火种捕集装置2的入口与转炉烟道1的出口连接，火种捕集装置2的出口与汽化烟道11的入口连接。对流换热余热回收装置3的内部设置有换热面12，对流换热余热回收装置3的底部设置出灰装置。
对流换热余热回收装置3一般采用横向冲刷、水平光管的形式，也可采用翅片管。管束一般采用错流布置，也可为顺流布置。一般在迎风面的头两排管束采用保护假管或加装防磨板。冷却介质一般采用水，也可为导热油、熔盐等。冷却方式一般为蒸发冷却，也可为无相变冷却。对流换热装置的设计保证烟气流动顺畅。烟气在对流换热装置中的流动形式近似于柱塞流。在对流换热装置中不存在烟气滞留的漩涡等区域。
在本实施例中，风机5的出口通过切换阀6与第一排出管路61和第二排出管路62连接，第一排出管路61连接有烟囱9，第二排出管路62连接有煤气柜8，切换阀6能够使风机5排出的烟气进入烟囱9或煤气柜8。
第二排出管路62上设有空冷装置7或低温换热装置，或者干式除尘器4和风机5之间设有空冷装置7或低温换热装置。空冷装置7能够实现将转炉烟气从150℃～250℃到70℃以下的纯干式冷却。空冷装置7一般采用竖向布置的多管束大气自然对流形式。单管外观一般采用圆筒形，也可为椭圆形。
空冷装置7的设计保证烟气流动顺畅。烟气在空冷装置中的流动形式近似于柱塞流。在空冷装置中不存在烟气滞留的漩涡等区域。转炉煤气进入煤气柜前，采用如：空冷装置或低温换热装置等的间接冷却装置进行深度冷却，满足进入气柜的温度要求。
下面介绍一种烟气全干冷却方法，该烟气全干冷却方法采用了上述的转炉烟气全干式冷却装置，所述烟气全干冷却方法依次包括以下步骤：
步骤1、转炉烟道1将转炉13排出的烟气冷却至800℃～1000℃；
步骤2、火种捕集装置2将该烟气中携带的高温固体物分离；
步骤3、对流换热余热回收装置3将该烟气冷却至150℃～250℃；
步骤4、干式除尘器4对该烟气进行净化；
步骤5、风机5将净化后的所述烟气排出。
转炉13的上端排出烟气，烟气通过位于转炉13上方的转炉烟气辐射换热装置(转炉烟道1)，烟气的降温至800℃～1000℃，进入到火种捕集装置2，再进入到对流换热余热回收装置3。对流换热余热回收装置3将烟气从800℃～1000℃降温至150℃～250℃左右，之后烟气进入空冷装置，烟温从150℃～250℃干式冷却至70℃以下。火种捕集装置将转炉烟气携带的大颗粒、团灰等高温固体物分离，并排出装置外。其特征在于采用全部间接换热的形式将烟气温度将至70℃以下，同时实现以下三方面的功能：1、转炉烟气在610℃以下时，不携带大颗粒、团灰等高温固体物，因而对流换热装置等处不存在由高温固体物携带能量带来的爆炸隐患。2、回收150℃～250℃以上的烟气显热，实现烟气余热的全回收；3、实现转炉烟气从150℃～250℃到70℃以下的纯干式冷却。
转炉冶炼过程中产生的高温烟气，通过位于转炉上方的转炉烟道1对烟气以辐射换热为主降温至1000℃，再依次经过火种捕集装置2、绝热烟道(或汽化烟道11、对流换热余热回收装置3降温至150℃～250℃、高效的干式除尘器4(如电除尘、陶瓷膜管除尘等)进行烟气净化、风机5、烟气切换站内换向阀，切换阀6后一路合格的转炉煤气再经过空冷装置7温降至70℃以下进入煤气柜8；一路不回收的煤气或烟气经烟囱9燃烧后排大气。烟气全干冷却系统收集下的粉尘可用于转炉冷料，替代转炉冶炼所需的废钢或铁矿石。全系统不喷入蒸汽或水，无水处理设施。
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。