转炉一次烟气处理系统及处理方法与流程

本发明涉及炼钢转炉一次烟气处理的技术领域，尤其涉及一种转炉一次烟气处理系统及处理方法。

背景技术：

一次烟气是指转炉在吹炼的过程中，产生的副产品，经过烟囱进行统一收集。炼钢转炉的一次烟气经过处理后能够回收大量热值较高的转炉煤气，转炉煤气是钢铁企业的重要煤气资源，炼钢转炉一次烟气处理系统的安全稳定运行一直是钢铁企业节能环保工作的重点。因此，保证炼钢转炉一次烟气处理系统的安全稳定运行对于钢铁企业来说至关重要。

目前，影响炼钢转炉一次烟气处理系统安全稳定运行的一个主要因素是汽化冷却烟道尾部经常发生爆燃事故，严重影响到钢铁企业的安全生产。

技术实现要素：

本申请实施例通过提供一种转炉一次烟气处理系统及处理方法，解决了现有技术中汽化冷却烟道尾部经常发生爆燃事故，严重影响到钢铁企业的安全生产的技术问题。

一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种转炉一次烟气处理系统，包括：汽化冷却烟道、电加热插件、热电偶、除尘系统；所述汽化冷却烟道的入口端与炼钢转炉连接，所述汽化冷却烟道的出口端与所述除尘系统连接；所述汽化冷却烟道靠近所述出口端的管道内设置有可抽出的所述电加热插件；所述热电偶设置在所述汽化冷却烟道位于所述电加热插件与所述出口端之间的管道内。

在一个实施例中，所述汽化冷却烟道靠近所述出口端的烟道壁上开设有插口，所述电加热插件通过所述插口插入所述汽化冷却烟道。

在一个实施例中，所述热电偶设置在所述汽化冷却烟道距离所述出口端1m以内的位置。

在一个实施例中，所述热电偶的测温点与所述汽化冷却烟道内壁的垂直距离不超过10cm。

另一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种转炉一次烟气处理方法，应用于上述任一实施例所述的转炉一次烟气处理系统，包括：当所述炼钢转炉开始吹炼时，将所述电加热插件插入所述汽化冷却烟道中；控制所述汽化冷却烟道对所述炼钢转炉出来的一次烟气进行冷却降温回收余热；控制所述热电偶对流过的所述一次烟气的温度进行检测；当所述一次烟气的温度低于第一预设阈值时，控制所述电加热插件开始加热所述一次烟气，其中，所述第一预设阈值大于一氧化碳的燃点；控制所述除尘系统对所述经过加热的一次烟气进行除尘。

在一个实施例中，在所述控制所述除尘系统对所述经过加热的一次烟气进行除尘之后，还包括：当所述炼钢转炉吹炼结束时，将所述电加热插件从所述汽化冷却烟道中抽出。

在一个实施例中，所述热偶的第一预设阈值为所述一氧化碳的燃点与所述电加热插件达到最大功率期间所述一次烟气的温降之和。

在一个实施例中，所述当所述一次烟气的温度低于第一预设阈值时，控制所述电加热插件开始加热所述一次烟气，包括：当所述一次烟气的温度低于所述第一预设阈值时，控制所述电加热插件开始加热所述一次烟气；当所述一次烟气的温度达到第二预设阈值时，控制所述电加热插件停止加热所述一次烟气，其中，所述第二预设阈值高于所述第一预设阈值。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请在汽化冷却烟道的尾部布置电加热插件对出口端一次烟气进行加热，并通过热电偶对加热后的一次烟气的温度进行检测，保证汽化冷却烟道的出口端一次烟气的温度始终高于co的燃点，防止汽化冷却烟道中co和o2混合物爆炸。即使炼钢转炉产生的一次烟气中co和o2浓度进入爆炸浓度范围后，通过保证汽化冷却烟道中一次烟气的温度始终高于co燃点，使烟气中co和o2混合物无法达到爆炸条件，从而保证炼钢转炉一次烟气汽化冷却烟道运行的安全稳定。本申请解决了现有技术中汽化冷却烟道尾部经常发生爆燃事故，严重影响到钢铁企业的安全生产的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请较佳实施例提供的一种转炉一次烟气处理系统的结构图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种转炉一次烟气处理系统及处理方法，解决了现有技术中汽化冷却烟道尾部经常发生爆燃事故，严重影响到钢铁企业的安全生产的技术问题。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种转炉一次烟气处理系统，包括：汽化冷却烟道、电加热插件、热电偶、除尘系统；所述汽化冷却烟道的入口端与炼钢转炉连接，所述汽化冷却烟道的出口端与所述除尘系统连接；所述汽化冷却烟道靠近所述出口端的管道内设置有可抽出的所述电加热插件；所述热电偶设置在所述汽化冷却烟道位于所述电加热插件与所述出口端之间的管道内。本申请能够保证汽化冷却烟道中一次烟气的温度始终高于co燃点，使烟气中co和o2混合物无法达到爆炸条件，从而保证炼钢转炉一次烟气汽化冷却烟道运行的安全稳定。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种转炉一次烟气处理系统，包括：

汽化冷却烟道2、电加热插件3、热电偶4、除尘系统5；

所述汽化冷却烟道2的入口端与炼钢转炉1连接，所述汽化冷却烟道2的出口端与所述除尘系统5连接；

所述汽化冷却烟道2靠近所述出口端的管道内设置有可抽出的所述电加热插件3；

所述热电偶4设置在所述汽化冷却烟道2位于所述电加热插件3与所述出口端之间的管道内。

具体处理过程：

炼钢转炉1冶炼过程中产生的一次烟气被抽入汽化冷却烟道2；需要说明的是，一次烟气是指转炉在吹炼的过程中，产生的副产品，经过烟囱进行统一收集；

一次烟气经汽化冷却烟道2回收烟气余热的同时，温度逐渐降低；

一次烟气依次经过设置在汽化冷却烟道2尾部的电加热插件3和热电偶4，具体先经过电加热插件3，然后经过热电偶4检测温度，若热电偶4检测到温度低于第一预设阈值，开启电加热插件3开始加热，保证汽化冷却烟道2出口端一次烟气的温度始终高于co燃点。

需要说明的是，造成汽化冷却烟道2尾部发生爆燃事故的主要原因在于炼钢转炉1一次烟气中含有大量的co和o2的混合气体，一旦烟气中co和o2的混合气体达到爆炸浓度范围，同时烟气温度低于co燃点，烟气中大量高温颗粒能够迅速将混合气体引爆，轻则造成炼钢转炉1炉口大量冒烟，重则引发泄爆阀动作导致炼钢中断，极端情况下会造成设备损毁和人员伤亡。

由于炼钢转炉1产生的一次烟气量随转炉吹炼时间呈周期性变化，转炉产生的烟气量自吹炼开始从零逐渐增大，至吹炼中期达到最大烟气量后逐渐降低至零，以210吨转炉为例，其吹炼中期一般最大烟气量在18万nm³/h。为解决汽化冷却烟道2尾部爆燃的问题，传统汽化冷却烟道2的冷却能力一般设计时需要满足最大烟气量时烟道出口温度达到设定温度，以210吨转炉为例，一般需要满足最大烟气量时出口温度达到900℃左右，以保证整个吹炼周期汽化冷却烟道2尾部不会爆燃。但co和o2混合物的爆炸温度点仅为610℃，现有的两种方式虽然在防止汽化冷却烟道2尾部爆燃方面取得了一定的效果，但并没有从根本上解决尾部烟道爆燃的问题，只是降低了爆燃发生的频率，同时也造成了能源的浪费。上述在最大烟气量时出口温度达到900℃的汽化冷却烟道2，在吹炼前期，即吹炼至2-3分钟时，能够将汽化冷却烟道2的出口温度稳定在700℃左右，提供大约100℃的安全余量来防止尾部烟道爆燃，此时烟气量一般为最大烟气量的一半，以210吨转炉为例大概在9-10万nm³/h。

上述按照传统炼钢转炉1汽化冷却烟道2的设计，一般将汽化冷却烟道2出口温度设置在700℃左右，提供大约100℃的安全余量来防止尾部烟道爆燃。但申请人发现，由于近年来炼钢转炉1废钢比逐渐增大，导致转炉冶炼过程中吹炼前期平均烟气量较以往普遍偏低，从而导致汽化冷却烟道2的出口温度在吹炼前期普遍偏低，甚至低于co燃点。并且，申请人进一步发现，吹炼前期是co和o2爆炸性混合气体形成的高发期，从而导致汽化冷却烟道2尾部爆燃率有所提高，约在1/5000炉-1/10000炉之间。

为解决汽化冷却烟道2尾部爆燃的问题，目前国内外钢铁企业还存在两种解决方式，一是选择较短的汽化冷却烟道2以保证较高的出口温度；二是部分采用强制循环汽化冷却烟道2的钢铁厂通过选择降低循环倍率的方式来提高汽化冷却烟道2的出口温度。通过这两种方式，目前国内外大部分钢铁厂汽化冷却烟道2出口温度处于900-100℃之间，而co和o2混合物的爆炸温度点仅为610℃。这两种处理方式虽然在防止汽化冷却烟道2尾部爆燃方面取得了一定的效果，但并没有从根本上解决尾部烟道爆燃的问题，只是降低了爆燃发生的频率。同时也造成了能源的浪费。采用缩短汽化冷却烟道2或者降低循环倍率的方式将烟道出口温度提高到900℃左右，尾部烟道的爆燃率降至约1/30000炉-1/40000炉之间，总体爆燃率虽然有所改善，但是并没有从根本上解决问题。而烟气900℃-700℃之间的余热没有得到有效回收，导致吨钢蒸汽回收量减少约15kg，吨钢综合能耗提高1.725kg，吨钢成本增加1.5元。按2018年，中国转炉粗钢产量8亿吨计算，全国钢铁行业增加能耗13.8亿，钢铁成本增加12亿元。

综合上述分析可以看出，现有的处理炼钢转炉1一次烟气汽化冷却烟道2尾部爆燃的方式并不能从根本上解决问题，同时还会减少余热回收量，增加吨钢综合能耗，提高吨钢成本。

作为一种可选的实施例，所述汽化冷却烟道2靠近所述出口端的烟道壁上开设有插口21，所述电加热插件3通过所述插口21插入所述汽化冷却烟道2。

具体的，电加热插件3只有当吹炼过程中才通过插口21插入烟道中使用，当炼钢转炉1吹炼结束后，电加热插件3从插口21中抽出，并及时清理电加热插件3上的渣和灰，电加热插件3插入插口21由氮气进行密封。

通过电加热插件3的插入式设计，保证在转炉非吹炼期电加热插件3能够撤出进行维护，保证了电加热插件3在烟道恶劣工况下的长期稳定工作。

作为一种可选的实施例，所述热电偶4设置在所述汽化冷却烟道2距离所述出口端1m以内的位置。

具体实施过程中，汽化冷却烟道2越靠近出口端温度越低，是致使爆燃的核心原因，因此，需要将热电偶4的测温点布置在所述汽化冷却烟道2距离所述出口端1m以内的位置。

作为一种可选的实施例，所述热电偶4的测温点与所述汽化冷却烟道2内壁的垂直距离不超过10cm。

具体实施过程中，汽化冷却烟道2内壁的温度比汽化冷却烟道2中心的温度低，容易致使爆燃，因此，需要将热电偶4的测温点布置在距离所述汽化冷却烟道2内壁不超过10cm的地方。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本申请在汽化冷却烟道的尾部布置电加热插件对出口端一次烟气进行加热，并通过热电偶对加热后的一次烟气的温度进行检测，保证汽化冷却烟道的出口端一次烟气的温度始终高于co的燃点，防止汽化冷却烟道中co和o2混合物爆炸。即使炼钢转炉产生的一次烟气中co和o2浓度进入爆炸浓度范围后，通过保证汽化冷却烟道中一次烟气的温度始终高于co燃点，使烟气中co和o2混合物无法达到爆炸条件，从而保证炼钢转炉一次烟气汽化冷却烟道运行的安全稳定。本申请解决了现有技术中汽化冷却烟道尾部经常发生爆燃事故，严重影响到钢铁企业的安全生产的技术问题。

实施例二

如图1所示，本实施例提供了一种转炉一次烟气处理方法，应用于实施例一中任一实施例所述的转炉一次烟气处理系统，包括：

当所述炼钢转炉1开始吹炼时，将所述电加热插件3插入所述汽化冷却烟道2中；

控制所述汽化冷却烟道2对所述炼钢转炉1出来的一次烟气进行冷却降温回收余热；

控制所述热电偶4对流过的所述一次烟气的温度进行检测；

当所述一次烟气的温度低于第一预设阈值时，控制所述电加热插件3开始加热所述一次烟气，其中，所述第一预设阈值大于一氧化碳的燃点；

控制所述除尘系统5对所述经过加热的一次烟气进行除尘。

作为一种可选的实施例，在所述控制所述除尘系统5对所述经过加热的一次烟气进行除尘之后，还包括：

当所述炼钢转炉1吹炼结束时，将所述电加热插件3从所述汽化冷却烟道2中抽出。

保证在转炉非吹炼期电加热插件3能够撤出进行维护，保证了电加热插件3在烟道恶劣工况下的长期稳定工作。

作为一种可选的实施例，所述热偶的第一预设阈值为一氧化碳的燃点与所述电加热插件3达到最大功率期间所述一次烟气的温降之和。

具体的，以某钢厂210吨转炉所配备的3.8米直径的汽化冷却烟道2为例，一般热电偶4的设定值为640℃，即co的燃点610℃加上电加热插件3达到最大功率所需时间内一次烟气的温降30℃。

作为一种可选的实施例，所述当所述一次烟气的温度低于第一预设阈值时，控制所述电加热插件3开始加热所述一次烟气，包括：

当所述一次烟气的温度低于所述第一预设阈值时，控制所述电加热插件3开始加热所述一次烟气；

当所述一次烟气的温度达到第二预设阈值时，控制所述电加热插件3停止加热所述一次烟气，其中，所述第二预设阈值高于所述第一预设阈值。

具体实施过程中，电加热插件3不宜频繁启停，一般会设置电加热插件3停止加热的第二预设阈值，保证电加热插件3将一次烟气加热至第二预设阈值才停止加热，并在一次烟气的温度低于第一预设阈值时，才开始加热，避免电加热插件3频繁启停，以某钢厂210吨转炉为例，电加热插件3第二预设阈值设定在670℃。例如：若检测到一次烟气的温度低于640℃，便控制电加热插件3对一次烟气进行加热，当热电偶4再次检测到一次烟气的温度高于640℃，便控制电加热插件3停止对一次烟气进行加热，那么，电加热插件3将频繁启停。特别是，由于烟气正常的波动范围、以及不同吹炼阶段的烟气温度变化规律，将导致热电偶4检测到的一次烟气的温度忽高忽低，进一步加剧了电加热插件3的启停次数。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本申请在汽化冷却烟道的尾部布置电加热插件对出口端一次烟气进行加热，并通过热电偶对加热后的一次烟气的温度进行检测，保证汽化冷却烟道的出口端一次烟气的温度始终高于co的燃点，防止汽化冷却烟道中co和o2混合物爆炸。即使炼钢转炉产生的一次烟气中co和o2浓度进入爆炸浓度范围后，通过保证汽化冷却烟道中一次烟气的温度始终高于co燃点，使烟气中co和o2混合物无法达到爆炸条件，从而保证炼钢转炉一次烟气汽化冷却烟道运行的安全稳定。本申请解决了现有技术中汽化冷却烟道尾部经常发生爆燃事故，严重影响到钢铁企业的安全生产的技术问题。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。