一种利用转炉废气预热废钢的装置及方法与流程

本发明涉及一种利用转炉废气预热废钢的装置及方法，属于钢铁冶金生产领域。

背景技术：

目前废钢存量巨大，需求将高炉通过产能置换升级为电炉的趋势正在加速，从而对废钢包括废钢精细料的需求也大幅提高。使用1吨废钢可节约0.4吨焦炭，可减少1.7吨铁矿石的消耗和1.6吨碳排放，多项政策规划明确提出2020年炼钢废钢比达到20％，2025年达到30％，废钢需求有望持续放量。

钢铁工业生产用总能约有70％会转换为二次能源(包括副产煤气)，但尚有30％左右的二次能源没有得到充分回收利用。目前，产品显热回收率为50.4％，烟气显热回收率在14.92％，冷却水显热回收率在1.9％，炉渣显热回收率在1.59％，钢铁工业余热回收率在25.8％，其中：高温余热回收率在44.4％，中温余热回收率在30.2％，低温余热回收率在1％。

目前多数企业平均煤气回收率低、消耗量大且放散严重，尤其是转炉炼钢副产炉气的成分co浓度和热值均较高，但放散率也较高，其物理显热及化学潜热所带来的价值每年损失重大，有必要对放散炉气进行资源化综合利用。

为了对转炉放散煤气的资源化综合利用进行研究，特别设计了一种利用转炉废气预热废钢的实验装置及方法。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种模拟转炉放散煤气的装置及方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种模拟转炉放散煤气的装置，其包括转炉、转炉烟罩、高温旋风除尘器、烟气成分检测器、预热废钢槽、对流换热器、蓄热器、余热锅炉和蒸汽冷凝发电机组，转炉上方活动式设有转炉烟罩，转炉烟罩通过烟道连接高温旋风除尘器的侧边偏下部的入气口，高温旋风分离器的正上方出气口连接烟成分检测器，烟成分检测器通过烟道连接废钢预热槽，废钢预热槽连通对流换热器，流换热器的蒸汽管道连接至蓄热器，蓄热器经蒸汽管连接余热锅炉，余热锅炉再与蒸汽冷凝发电机组相关设备直接连接工作，而对流换热器中的烟气管道连接至煤气柜中。

在一个优选的实施方案中，所述废钢预热槽的侧部以管道连接对流换热器，所述对流换热器的上方设有空气预热管连接废钢预热槽炉膛侧面中部的风口处。

在一个优选的实施方案中，所述预热废钢槽的一侧开设有入料门，入料门口设有废钢块传送带，所述预热废钢槽的底部设有可打开和关闭的活动门，所述活动门正对转炉的炉口设置，所述预热废钢槽的侧边设有烟气的出气口，出气口处设置了流量控制阀门，出气口经烟道连接至烟成分检测器与连接废钢预热槽的烟道。

在一个优选的实施方案中，所述转炉烟罩为筒罩式负压回收罩，所述对流换热器的侧部设有煤气管道连接煤气柜。

在一个优选的实施方案中，所述高温旋风除尘器为螺旋除尘；所述对流换热器内设有冷空气u形换热管和循环水u形换热管，冷空气u形换热管内为外供冷风，循环水u形换热管管内为冷循环水，烟气出口与冷风入口和循环水入口在同一端，烟气入口与冷风出口和循环水处口在对流换热器的另一端，烟气出口连接至煤气柜中。

在一个优选的实施方案中，所述烟气成分检测器的出口连接有高温烟气三通阀的入口，高温烟气三通阀的另两个出口烟道其中一个连通废钢预热槽，另一个连通煤气处理回收系统。高温烟气三通阀包括第一直通管、与第一直通管连通且向外弧形延伸的弯管和与第一直通管垂直连通的第二直通管，所述烟气成分检测器的出口连接作为入口的第一直通管，作为出口的第二直通管可通过烟道连通废钢预热槽，弯管可连接煤气处理回收系统；其中，当烟气中一氧化碳浓度小于40％时，控制分流阀通过管道使得烟气通入废钢预热槽，当烟气中一氧化碳浓度大于40％时，控制分流阀使得烟气通入煤气处理回收系统。

一种利用转炉废气预热废钢的方法，使用上述装置，将转炉上方移入烟罩回收高温烟气，回收转炉头尾段高温烟气，经高温旋风除尘将烟气中的粉尘降至5g/nm³以下，烟气回收分阀可控，将废钢块经传送带从侧边进料门进入废钢预热槽，将烟气通入废钢预热槽，将废钢块加热；预热后的烟气经废钢预热槽右侧出气口进入烟道，重新回收至管道内，移开转炉顶部烟罩，将预热好的废钢经底部出料门漏入转炉内，移入转炉顶部烟罩，进行下一阶段废钢预热。

如上所述的方法，优选地，所述尾段高温烟气的温度为1400℃-1600℃，所述废钢块加热的温度为750℃-900℃。

如上所述的方法，优选地，所述烟气回收分阀可控是指烟气成分检测器控制高温烟气三通阀，当烟气中一氧化碳浓度小于40％时，控制高温烟气三通阀的分流阀使得烟气通入废钢预热槽，当烟气中一氧化碳浓度大于40％时，控制高温烟气三通阀的分流阀使得烟气通入煤气处理回收系统。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明装置中的预热过程相较于传统的煤气燃烧预热废钢，大大减少了煤气或天然气的消耗，节省了大量成本，1吨钢预热至800℃至少节省折合标准煤约15kg，以300t转炉炼钢目前一次加入18～24吨(6～8％)，每炉钢可节省660～890元，按国家要求废钢加入20～30％的要求时，每炉钢可节省2200～3300元，以我国年产9亿吨钢的产量，可节省26～67亿元(8％～20％废钢量)。同时整个过程废钢槽起着三个作用：一是废钢预热槽预热废钢的作用，二是燃烧室充分发挥烟气化学热的作用，三是缓冲室稳定烟气流量和压力的作用，余热利用率大大提高，相比过往将前后段烟气进行燃烧放散的方式也大大降低了二氧化碳的排放量，高温烟气可对废钢槽循环加热和保温，将废钢加热维持在750～950℃，大大降低了预热周期，提高了预热效率，同时实现了转炉烟气的余热循环综合利用，极大提高了余热回收率。

此外，本发明提供的装置和方法具有安全性高，操作简单，成本低，占空间小，预热温度高，输送稳定，预热周期短等优点。本发明的装置是实现钢铁流程资源能源大循环的重要探索和实践。

附图说明

图1为本发明装置的使用方法流程示意图；

图2为本发明装置的连接示意图；

图3为废钢预热槽的结构示意图。

【附图标记说明】

1：转炉；

2：转炉烟罩；

3：高温旋风分离器；

4：烟气成分检测器；

5：废钢预热槽；

6：对流换热器；

7：蓄热器；

8：余热锅炉；

9：蒸汽冷凝发电机组；

10：煤气柜；

11：废钢块传送带；

12：废钢块；

13：底部漏料门。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

一种模拟转炉放散煤气的实验装置，如图1和图2所示，装置包括转炉1、转炉烟罩2、高温旋风除尘器3、烟气成分检测器4、预热废钢槽5、对流换热器6、蓄热器7、余热锅炉8、蒸汽冷凝发电机组9。转炉1上方连接可活动位置的转炉烟罩2，转炉烟罩2经烟道连接高温旋风分离器3的侧边偏下部的入气口，高温旋风分离器3的正上方出气口连接烟气成分检测器4，烟气成分检测器4再以管道连接废钢预热槽5的顶部，烟气出气口从废钢预热槽5的侧部以管道连接对流换热器6，对流换热器6中的空气预热管连接废钢预热槽5炉膛侧面中部的风口处，对流换热器6中的蒸汽管道连接至蓄热器7中，蓄热器7经蒸汽管连接余热锅炉8，余热锅炉8再与蒸汽冷凝发电机组9相关设备直接连接工作，而对流换热器6中的烟气管道连接至煤气柜中。

为了使烟气能回收利用，在烟气成分检测器的出气口设有高温烟气三通阀，烟气成分检测器的出气口连通高温烟气三通阀的入口，高温烟气三通阀的另两个出口烟道，其中一个连通废钢预热槽，另一个连通煤气处理回收系统。具体的说，高温烟气三通阀包括第一直通管、与第一直通管连通且向外弧形延伸的弯管和与第一直通管垂直连通的第二直通管，所述烟气成分检测器的出气口连接作为入口的第一直通管，在第一直通管、第二直通管和弯管三者连通交汇处的第一直通管上设置有分流阀，作为出口的第二直通管可通过管道连通进入废钢预热槽，弯管可连接煤气处理回收系统；其中，当烟气中一氧化碳浓度小于40％时，控制分流阀通过管道使得烟气通入废钢预热槽，当烟气中一氧化碳浓度大于40％时，控制分流阀使得烟气通入煤气处理回收系统。

该装置的具体运行流程如下：

1、转炉1产生的高温(1400℃～1600℃)的钢产烟气首先经转炉正上方的转炉烟罩2回收，转炉烟罩取消原本渐缩盘管式回收罩以及回收时离炉口1～2m的负压回收方式，改为筒罩式负压回收罩，回收时先将转炉炉口摇至水平，再将烟罩垂直落下，使得筒罩下端线超过炉口上端线1～2m，保证烟气不在炉口燃烧散失余热价值，尽可能完全地将之收集；

2、经过转炉烟罩2回收的高温转炉烟气直接通入高温旋风除尘器3的下端入气口，经螺旋除尘后，烟尘落至高温旋风分离器3的底部烟尘槽，经脱尘后的烟气从高温旋风除尘器3的上端排出，经过脱尘的烟气的烟尘量从30～100g/nm³降至5～10g/nm³；

3、在转炉生产过程中会经过三个阶段，分别是前期不充分氧化吹炼、中期剧烈氧化吹炼和吹炼结束期，此三个时期的区分是以烟气中一氧化碳的浓度(体积分数)的临界线(40％)作为判断的，其中以一氧化碳浓度小于40％(具体成分co20～40％，co220～30％，n230～60％)的时期为吹炼的前后期；因此经高温旋风除尘器3后的高温烟气首先要经过烟气样本的烟气成分检测器4的检测，烟气成分检测器连接高温烟气三通阀，并控制管道分流阀，当烟气中一氧化碳浓度小于40％时，控制分流阀使得烟气通入废钢预热槽；当烟气中一氧化碳浓度大于40％时，控制分流阀使得烟气通入煤气处理回收系统。

4、预热机理是利用钢产烟气的物理热和燃烧产生的化学热对废钢块加热，整个过程预热废钢槽5起着三个作用：一是废钢预热槽预热废钢的作用，二是燃烧室充分发挥烟气化学热的作用，三是缓冲室稳定烟气流量和压力的作用。本发明中的废钢预热槽与传统的简易预热槽(铁水罐)不同，专门设计了出/入气流量控制阀门、底部设有漏料门、侧边设有入料门、侧边入风口，外形与转炉形貌相近，与转炉烟罩同为活动设计，如图3所示，经分流烟道与废钢预热槽5顶部相连，废钢预热槽顶部入气口处设置了流量控制阀门，控制气体进入，废钢块12经废钢块传送带11从废钢预热槽5的侧边门加料，废钢预热槽5底部是可打开和关闭的底部漏料门13，当废钢预热完成即将加入转炉中时，将废钢预热槽吊转至转炉炉口正上方，打开底部漏料门13，将废钢块12加入转炉1中，同时废钢预热槽5的侧边设有烟气的出气口，出气口处设置了高温烟气三通阀，出气口经烟道连接至烟成分检测器与连接废钢预热槽的烟道，进行循环利用。

具体预热操作为：将150～250kg废钢块经传送带从预热废钢槽5侧面加入至预热废钢槽5内部，关闭加料门，打开废钢槽顶部入气阀门，高温烟气经预热废钢槽5的顶部入气口通入并对废钢块预热，侧面中部的入风口通入对流换热器6的气-气换热后的热空气，使烟气中的一氧化碳充分燃烧放热，加快废钢预热程度，缩短预热时间，达到预热温度后，将转炉1正上方的活动转炉烟罩摇开，将预热废钢槽5摇至转炉1正上方，废钢块经过底部漏料门落至转炉1内部，再将预热废钢槽5和转炉烟罩2切换，继续转炉烟气的收集和预热；

经预热废钢槽5侧边下部的出气阀，如图2所示，出来的烟气导流引入至对流换热器6中进行气-气换热，将冷空气换热加热至150～300℃，再将热空气通入至预热废钢槽5中，形成循环机制，经气-气换热后的烟气再经过气-液对流换热，对流换热器的换热部分内包括冷空气u形换热管和循环水u形换热管，冷空气u形换热管内为外供冷风，循环水u形换热管管内为冷循环水，烟气入口与入气口/入水口(入气口和入水口在同一端)在对流换热器的两端，烟气与冷风/循环水的流向相反，烟气出口与冷风入口和循环水入口在同一端，烟气入口与冷风出口和循环水处口在对流换热器的另一端，烟气出口经烟道连接至煤气柜中，热风出口经烟道连接至废钢预热槽5中，热蒸汽出口经蒸汽管道连接至蓄热器7中。蓄热器7和余热锅炉8经蒸汽管道相连，管道中有稳压控制阀门，产生的蒸汽一部分进入余热锅炉中，多余的蒸汽储存在蓄热器7中，通过余热锅炉的测压器实时检测，当余热锅炉8中的蒸汽不足时，由蓄热器7补充蒸汽至余热锅炉8中，一般蓄热器7中的蒸汽压要大于余热锅炉8，打开管道阀门蒸汽即补充至余热锅炉中，当余热锅炉中压力低于设置的工作压力时，稳压控制阀门自动打开阀门进行稳压，使得余热锅炉8的工作压力达到正常水平，当余热锅炉8的压力过高时，停止向余热锅炉8中通入蒸汽，待消耗至压力至正常工作压力时，再经稳压阀门通入蒸汽，以此保证余热锅炉8进行蒸汽冷凝发电9的运行稳定；

经多端余热利用后的烟气降温至60～70℃后储存至煤气柜中，以供其他处理和利用。

实施例1

转炉上方移入烟罩回收高温烟气，回收转炉头尾段高温(1400℃)烟气(成分co20％，co220％，n260％)，经高温旋风除尘将烟气中的粉尘从30g/nm³降至5g/nm³以下，烟气回收分阀可控，即可控制烟气进入预热管道或其他用途管道，将250kg废钢块经传送带从侧边进料门进入废钢预热槽，将烟气通入废钢预热槽，预热处理15分钟后将废钢块加热至750℃；预热后的烟气经废钢预热槽右侧出气口进入烟道，重新回收至管道内，移开转炉顶部烟罩，将预热好的废钢经底部出料门漏入转炉内，移入转炉顶部烟罩，进行下一阶段废钢预热。

实施例2

转炉上方移入烟罩回收高温烟气，回收转炉头尾段高温(1450℃)烟气(成分co25％，co225％，n250％)，经高温旋风除尘将烟气中的粉尘从40g/nm³降至5g/nm³以下，烟气回收分阀可控，即可控制烟气进入预热管道或其他用途管道，将200kg废钢块经传送带从侧边进料门进入废钢预热槽，将烟气通入废钢预热槽，预热处理15分钟后将废钢块加热至800℃；预热后的烟气经废钢预热槽右侧出气口进入烟道，重新回收至管道内，移开转炉顶部烟罩，将预热好的废钢经底部出料门漏入转炉内，移入转炉顶部烟罩，进行下一阶段废钢预热。

实施例3

转炉上方移入烟罩回收高温烟气，回收转炉头尾段高温(1500℃)烟气(成分co30％，co220％，n250％)，经高温旋风除尘将烟气中的粉尘从60g/nm³降至5g/nm³以下，烟气回收分阀可控，即可控制烟气进入预热管道或其他用途管道，将200kg废钢块经传送带从侧边进料门进入废钢预热槽，将烟气通入废钢预热槽，预热处理15分钟后将废钢块加热至850℃；预热后的烟气经废钢预热槽右侧出气口进入烟道，重新回收至管道内，移开转炉顶部烟罩，将预热好的废钢经底部出料门漏入转炉内，移入转炉顶部烟罩，进行下一阶段废钢预热。

实施例4

转炉上方移入烟罩回收高温烟气，回收转炉头尾段高温(1600℃)烟气(成分co35％，co225％，n240％)，经高温旋风除尘将烟气中的粉尘从80g/nm³降至5g/nm³以下，烟气回收分阀可控，即可控制烟气进入预热管道或其他用途管道，将200kg废钢块经传送带从侧边进料门进入废钢预热槽，将烟气通入废钢预热槽，预热处理15分钟后将废钢块加热至900℃；预热后的烟气经废钢预热槽右侧出气口进入烟道，重新回收至管道内，移开转炉顶部烟罩，将预热好的废钢经底部出料门漏入转炉内，移入转炉顶部烟罩，进行下一阶段废钢预热。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。