转炉烟气纯干式净化及余热深度回收系统的制作方法

本实用新型属于炼钢技术领域，具体涉及一种转炉烟气纯干式净化及余热深度回收系统。

背景技术：

转炉炼钢是当前最主要的炼钢方式，在国内占比高达85%以上，其过程是碳、氧反应为主的复杂高温氧化反应，会产生大量的高温含尘烟气；转炉产生烟气的主要成分为CO（约占66%）、CO2（约占16%）和N2（约占17%），还有少量的O2和Ar。由于转炉烟气中含有大量的CO，因此转炉烟气也称为转炉煤气，转炉煤气的初始温度在1600℃左右，其中包含了大量炼钢产生的粉尘，粉尘含量约为80～150g/m³，粉尘主要成分为FeO、Fe、CaO、MnO、SiO2以及C等。转炉煤气具有易燃易爆的特性，其爆炸产生条件为：1）CO含量处于爆炸极限范围内；2）CO在自燃点（650℃）以下与O2混合；3）遇到明火（达到最小点火能量）。

传统的转炉烟气处理方法有两种，第一种是OG法，也称为湿法除尘，其主要流程是使1600℃左右的转炉烟气通过汽化冷却烟道进行余热回收，在烟气温度降低至1000℃左右时喷大量的水冷却，同时起到粗除尘和防爆作用，进一步采用文氏管喷水精除尘后将高热值低氧含量的煤气回收、将低热值或含氧量高的煤气点燃排空；第二种是干法除尘，主要有LT法和DDS法，其主要流程是使1600℃左右的转炉烟气通过汽化冷却烟道进行余热回收，待烟气温度降至900℃左右时喷水雾冷却，然后通过电除尘器精除尘，再回收高质量煤气、点燃低质量煤气并排空。而上述转炉烟气除尘方式本质上均不是真正的全干式除尘，为防止转炉煤气在自燃点以下产生爆炸，在回收转炉烟气高温段（1600～900℃）余热后均采用喷水的处理方式，导致转炉烟气中温度余热（900～200℃）全部浪费，同时，还浪费的大量的水。

现有专利文献中也公开了区别于上述传统方法的转炉烟气净化和余热回收方法，例如，在不喷水直接冷却的条件下采用余热锅炉回收烟气的中低温余热，余热锅炉后接布袋除尘器或静电除尘器进行精除尘。但是，这些方法不仅未在实践中接受考验，单从理论上分析也存在如下弊端：1）上述方法不能很好的解决转炉烟气的粗除尘问题，常规的重力除尘器除尘效率过低，而常规的旋风除尘器又难以承受如此高温，导致余热锅炉容易粘结积灰，影响正常运行；2）布袋除尘或静电除尘的精除尘方式难以适应纯干法的烟气处理系统，在未喷水的条件下，转炉煤气一旦进入氧化性气氛，布袋就极易烧毁，如采用静电除尘器，通常会因为纯干灰的比电阻较大而除尘效果较差，同时还会因频繁泄爆而影响正常的生产。

技术实现要素：

本实用新型针对现有转炉烟气处理过程中存在的上述问题，提供了一种转炉烟气纯干式净化及余热深度回收系统及方法，至少解决了现有技术中的部分缺陷。

本实用新型的技术方案是提供了一种转炉烟气纯干式净化及余热深度回收系统，包括通过管道依次相连的汽化冷却烟道、水/汽冷旋风分离器、余热回收装置、陶瓷纤维过滤器、风机和三通切换阀，所述三通切换阀另两端分别连接煤气回收管路和烟气放散管路，所述风机和三通切换阀之间设置有烟气成分分析仪。

进一步的，所述汽化冷却烟道和水/汽冷旋风分离器之间通过绝热烟道连接，所述绝热烟道内部喷涂有隔热材料，外部为耐高温金属材料。

进一步的，所述水/汽冷旋风分离器的壳体由水冷或汽冷的金属管道弯制焊装而成，壳体外部覆有保温层，内部受热面上涂有一层高温耐磨浇注料，并布以销钉加固。

进一步的，所述水/汽冷旋风分离器为单个或两个串联或两个及两个以上并联。

进一步的，所述余热回收装置为对流式余热锅炉或对流式换热器，且余热回收装置采用立式布置，从上至下分为高温段、中温度和低温段，且转炉烟气在余热回收装置内从上至下流动；所述余热回收装置内设有泄爆阀门和清灰装置。

进一步的，所述陶瓷纤维过滤器包括集尘器、陶瓷纤维管以及用于对陶瓷纤维管的滤面进行反吹的反吹组件，所述陶瓷纤维管安装到集尘器的孔板上，所述陶瓷纤维管为耐高温的陶瓷纤维制成的一端封闭的管道；转炉烟气在陶瓷纤维过滤器内从下至上流动。

进一步的，所述水/汽冷旋风分离器、余热回收装置和陶瓷纤维过滤器下方分别设置有泄灰斗一、泄灰斗二和泄灰斗三，所述泄灰斗一、泄灰斗二和泄灰斗三入口均设置有锁气式阀门。

进一步的，所述煤气回收管路上连接煤气冷却器和煤气柜，所述烟气放散管路上连接放散烟囱，所述放散烟囱出口设置有点火装置。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型提供的这种转炉烟气纯干式净化及余热深度回收系统可使转炉烟气在全干燥的条件下进行除尘，减少水和水蒸气的消耗，同时，大幅度的回收转炉烟气的中低温段余热，增加废热资源的回收利用，节能效果显著。

(2)本实用新型提供的这种转炉烟气纯干式净化及余热深度回收系统在汽化冷却烟道之后，采用水/汽冷旋风分离器进行粗除尘，可以有效的去除烟气中颗粒物，尤其是大颗粒火种，可避免后续过程中烟气的爆燃，减轻烟气中粉尘对余热回收装置的磨损，同时，减少粉尘在余热回收装置内的粘附，防止余热装置换热效率急剧降低。

(3)本实用新型提供的这种转炉烟气纯干式净化及余热深度回收系统通过水/汽冷旋风分离器采用水冷或汽化冷却的方式进行降温，能适用于汽化冷却烟道后1000℃左右的高温烟气，并有效进行粗除尘，克服了传统机械除尘方式难耐高温的弊端。

(4)本实用新型提供的这种转炉烟气纯干式净化及余热深度回收系统中采用新型的陶瓷纤维过滤器进行精除尘，避免了传统静电除尘器放电易引起煤气泄爆的问题，使生产更安全、更顺畅；同时，陶瓷纤维过滤器采用孔隙过滤的方式进行除尘，除尘效果更好，更加环保。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型转炉烟气纯干式净化及余热深度回收系统的结构示意图。

附图标记说明：1、转炉；2、烟罩；3、汽化冷却烟道；4、绝热烟道；5、水/汽冷旋风分离器；6、泄灰斗一；7、余热回收装置；8、泄灰斗二，9、陶瓷纤维过滤器；10、泄灰斗三；11、风机；12、三通切换阀；13、煤气冷却器；14、煤气柜；15、放散烟囱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本实施例提供了一种转炉烟气纯干式净化及余热深度回收系统，包括通过管道依次相连的汽化冷却烟道3、水/汽冷旋风分离器5、余热回收装置7、陶瓷纤维过滤器9、风机11和三通切换阀12，所述三通切换阀12另两端分别连接煤气回收管路和烟气放散管路，所述风机11和三通切换阀12之间设置有烟气成分分析仪。其中，该汽化冷却烟道3的入口端可通过烟罩2与转炉1连接，通过烟罩2捕集转炉1中产生的烟气进入汽化冷却烟道3；一般的，该汽化冷却烟道3与水/汽冷旋风分离器5通过绝热烟道4连接，可以避免烟气热量的散失，优选地，该绝热烟道4内部喷涂有隔热材料，外部为耐高温金属材料。

本实施例中转炉1冶炼产生的高温烟气先通过汽化冷却烟道3的辐射换热使烟气温度由1450～1650℃降至800～1200℃，而后采用水/汽冷旋风分离器5对烟气进行粗除尘，去除烟气中颗粒物，减轻了烟气中粉尘对后续余热回收装置7的磨损，而且，可有效避免粉尘粘附导致余热回收装置7热效率过低的问题；同时烟气经过水/汽冷旋风分离器5时，水/汽冷旋风分离器5通过水冷或汽化冷却的方式对烟气进行降温，产生的热水或蒸汽通入余热回收装置7中进行再利用，余热回收装置7回收烟气800～1200℃至150～350℃左右的中低温段余热，达到高效回收高温烟气显热的目的；降温后的烟气通过陶瓷纤维过滤器9进行精除尘，通过孔隙过滤的方式对烟气进行除尘，环保的同时还避免了传统静电除尘器放电易引起煤气泄爆的问题，使生产更安全、更顺畅；经过陶瓷纤维过滤器9过滤的烟气中粉尘含量达到排放要求后，烟气进入烟气成分分析仪，三通切换阀12则根据烟气成分检测结果来控制烟气的流向，实现烟气管路与煤气回收管路和烟气放散管路的通断切换。

具体的，所述水/汽冷旋风分离器5的壳体由水冷或汽冷的金属管道弯制焊装而成，壳体外部覆有保温层，内部受热面上涂有一层高温耐磨浇注料，并布以销钉进行加固。一般的，水/汽冷旋风分离器5可设计为圆形、方形或其它形状；而根据转炉1产生烟气量的不同及除尘要求的区别，所述水/汽冷旋风分离器5可以设计为单个或两个串联或两个及两个以上并联。优化地，水/汽冷旋风分离器5下方设置有泄灰斗一6，用于排泄水/汽冷旋风分离器5分离并沉积下来的灰尘，泄灰斗一6设置有锁气式阀门，以防在泄灰时空气进入水/汽冷旋风分离器5。

上述余热回收装置7主要用于回收烟气800～1200℃至150～350℃左右的中低温段余热，可以选用对流式余热锅炉或对流式换热器等余热回收设备。进一步优化的，本实施例中余热回收装置7采用立式布置，从上至下分为高温段、中温度和低温段，分别与不同温度段的烟气进行热交换，最终达到经济、高效回收烟气中低温段余热的目的，而转炉烟气在余热回收装置7内从上口入、下口出，由上至下流动，这样更有利于余热的吸收和灰尘的沉积。

进一步优化的，所述余热回收装置7下方同样设置泄灰斗二8，用于排泄余热回收装置7中沉积下来的灰尘，此泄灰斗二8同样设置有锁气式阀门，以避免泄灰时空气进入余热回收装置7中。另外，所述余热回收装置7内部设置有清灰装置，可以定期对换热壁面粘附的灰尘进行清理；该所述余热回收装置7内部设置有4～8个泄爆阀门，在压力过大时可起到紧急泄爆的作用。

所述陶瓷纤维过滤器9包括集尘器、陶瓷纤维管以及用于对陶瓷纤维管的滤面进行反吹的反吹组件，所述陶瓷纤维管安装到集尘器的孔板上进行固定，所述反吹组件根据陶瓷纤维管上灰尘附着产生的压力变化定期进行反吹，以减少灰尘的附着，提高陶瓷纤维管的过滤效率，该反吹组件为本领域常规技术，其具体结构此处不再赘述。所述陶瓷纤维管为陶瓷纤维制成的具有高孔隙率、高的粉尘去除率和耐高温性能的管道，含尘烟气通过陶瓷纤维管壁面的孔隙时产生过滤效果；该陶瓷纤维管一端封闭、一端开口，开口端通常设置有法兰，陶瓷纤维管的内径通常在80～140mm之间，外径在120～180mm之间，开口端法兰的直径通常在165～225mm之间，总长度通常在1500～5000mm之间，集尘器的孔板直径大于陶瓷纤维管本体的外径而小于开口端法兰的外径。为了达到较好的除尘和清灰效果，转炉烟气从陶瓷纤维过滤器9的下方流入，上方流出。而在陶瓷纤维过滤器9的下方同样设置泄灰斗三10，用于排泄陶瓷纤维过滤器9过滤下来的灰尘，此泄灰斗三10同样设置有锁气式阀门，以避免泄灰时空气进入系统管道中。

所述风机11用于抽吸系统管道内的烟气，优化的可选用变频调速的引风机。而风机11抽吸的烟气通过管道进入三通切换阀12，三通切换阀12则根据烟气成分分析仪分析的烟气成分检测结果来控制烟气的流向，当烟气中CO体积含量大于20%且氧气体积含量小于1%时，则通过三通切换阀12的控制使烟气进入煤气回收管路，该煤气回收管路上连接煤气冷却器13和煤气柜14，烟气在煤气冷却器13中进行冷却，然后进入煤气柜14中；其余情况下则使烟气进入烟气放散管路，烟气放散管路上连接放散烟囱15；优化的，在放散烟囱15的出口处设置点火装置，可以将进入放散烟囱15出口处的烟气点燃后排空，以避免低浓度煤气直排对环境的不良影响。

本实施例还提供了一种转炉烟气纯干式净化及余热深度回收方法，包括如下步骤：

(1)根据转炉1的吨位和生产规模，构建一套上述转炉烟气纯干式净化及余热深度回收系统。

(2)在转炉1兑入铁水并开始吹氧冶炼时，开启风机11，通过风机11的抽吸力将转炉1产生的烟气经过烟罩2进入汽化冷却烟道3，并进行辐射换热，使烟气温度从1450～1650℃降至800～1200℃。

进一步优化的，在转炉1吹炼初期约0～100秒左右的时间内，将烟罩2适当上提，以使更多的空气进入转炉1上部并发生燃烧反应并与吹炼产生的煤气发生燃烧反应生成二氧化碳，包含大量二氧化碳的烟气进入管道内可以对管道内的空气进行吹扫，避免管道内残留的空气与后续产生的高浓度煤气混合而发生爆燃。

(3)汽化冷却烟道3的出口烟气进入水/汽冷旋风分离器5进行初步净化，过滤烟气中的大颗粒粉尘。

具体的，通过汽化冷却烟道2进行初步热交换后的烟气首先进入绝热烟道4，通过绝热烟道4进入水/汽冷旋风分离器5，含有大量粉尘的中温烟气在水/汽冷旋风分离器5的分离作用下，可以分离出大颗粒粉尘，去掉烟气中携带高能量的点火源，尽量避免系统中的煤气爆燃；同时水/汽冷旋风分离器5分离出来的大颗粒粉尘落入其下方的泄灰斗一6中，并通过锁气式阀门将收集的粉尘排出。

(4)初步净化后的烟气进入余热回收装置7进行对流换热，使烟气温度降至150～350℃。

具体的，经过水/汽冷旋风分离器5初步净化后的烟气进入余热回收装置7进行对流换热，烟气依次经过余热回收装置7的高温段、中温段和低温段，温度逐步降低，低温段出口烟气的温度为150～350℃之间；而余热回收装置7内通过软水与烟气的间接换热，产生饱和蒸汽，饱和蒸汽可并入企业的蒸汽管网或用于其它场合。另外，优化的，为了确保余热回收装置7保持较高的换热效率，余热回收装置7内的清灰装置每隔2～20小时左右就会清理一次灰尘，使余热回收装置7换热壁面上的粘附灰尘脱落至其下部的管道和泄灰斗二8中。

(5)余热回收装置7出口的低温烟气进入陶瓷纤维过滤器9进行深度净化，含有细颗粒粉尘的低温烟气在陶瓷纤维过滤器9的孔隙过滤作用下，烟气中颗粒物的含量达到低于10mg/m³的排放要求。陶瓷纤维过滤器9过滤下来的粉尘一部分落在其下方的泄灰斗三10中，另一部分附着在陶瓷纤维过滤器9的孔隙周边。而为确保陶瓷纤维过滤器9的过滤效果，避免过滤阻损过大，对于附着在陶瓷纤维过滤器9孔隙周边的粉尘，根据粉尘附着产生的压力变化检测情况，每间隔一段时间对陶瓷纤维过滤器9反吹一次，使过滤面上粘附的粉尘落入管道或其下方的泄灰斗三10中，以保证系统保持较高的除尘效率和较低的阻力。

(6)深度净化后的烟气经烟气成分分析仪进行检测分析其中CO和O2体积含量，若烟气中CO体积含量大于20%且氧气体积含量小于1%时，通过三通切换阀12控制烟气进入煤气回收管路,通过煤气冷却器13并进入煤气柜14中，否则三通切换阀12控制烟气进入烟气放散管路，通过放散烟囱15出口设置的点火装置，一直处于点火状态，使低热值烟气经过放散烟囱15出口时被点燃排空。

上述方法中，泄灰斗一6、泄灰斗二8和泄灰斗三10中的灰尘收集满之后，选择转炉1吹炼的间隙期，将集满灰尘的泄灰斗中的灰尘排泄出来，并通过汽车转运至其它地方进行处理，以保持系统持续稳定的运行。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。