纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统和方法以及纯氢竖炉系统与流程

本发明涉及纯氢竖炉，尤其涉及一种纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统和方法以及纯氢竖炉系统。

背景技术：

1、钢铁工业“氢冶金”是实现钢铁行业的二氧化碳超低排放和近零排放的关键技术。

2、纯氢冶金工艺技术尚属于研发阶段，而纯氢竖炉作为主要发展方向，无论从技术还是生产效费比看，气基竖炉更适宜发展纯氢冶金。

3、纯氢竖炉还原气主要来自绿电可再生能源电解水获得的纯氢，h2含量99.5％以上。还原后的炉顶气主要是h2、水蒸汽和粉尘。

4、由于纯氢还原是一个吸热反应，实际反应温度控制在950-1050℃，有比较快的反应速率，需要通过将大量的氢气加热到950-1050℃，补偿氢还原反应吸热、球团预热950℃的热量以及炉体散热损失，还原反应消耗氢气与入炉氢气总量比值约25-30％，有大量的剩余氢气、反应后产生的水蒸汽以及灰尘进入炉顶构成炉顶气，炉顶气中，氢气占70％以上，其余为水蒸汽和灰尘(含尘量4g/m3-5g/m3)。因此，纯氢竖炉还原工艺的一个关键技术就是炉顶气净化处理及循环利用的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统和方法以及纯氢竖炉系统，用以解决现有纯氢竖炉炉顶气净化处理及循环利用的问题。

2、一方面，本发明提供了一种纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统，所述纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统包括沿炉顶气流动方向依次连接的旋风除尘装置、换热器、雾化冷却装置、文氏管除尘装置和脱水除雾装置。

3、优选地，所述旋风除尘装置包括除尘器本体和集尘器，所述除尘器本体的下端出口与所述集尘器的上端入口连接。

4、优选地，所述除尘器本体包括自上而下连通设置的上筒体和下筒体，所述上筒体为圆柱体，所述下筒体为锥体。

5、优选地，所述雾化冷却装置为蒸发冷却喷淋塔，包括设置在塔顶入口的塔入口喷淋组件和设置在塔内部的塔内部喷淋组件，所述塔内部喷淋组件包括自上而下设置的多组雾化喷头。

6、优选地，所述雾化冷却装置通过弯管与所述文氏管除尘装置连接，所述弯管包括依次连接的出口管、竖直管和拱形管，所述出口管的入口与所述雾化冷却装置的下部连通，所述拱形管的出口与所述文氏管除尘装置的入口连通；

7、所述竖直管中设置有管内喷淋组件。

8、优选地，所述文氏管除尘装置为文丘里除尘器，所述文氏管除尘装置的入口设置有管入口喷淋组件。

9、优选地，所述文氏管除尘装置的出口与所述脱水除雾装置下部的入口管连通；

10、所述脱水除雾装置内部自上而下依次设置有离心式除雾器、内部喷淋组件和旋流板，所述入口管从脱水除雾装置的下部沿切线方向与脱水除雾装置相连，炉顶气通过旋流板呈现涡旋状上升，进行气水分离进一步脱水。

11、优选地，所述纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统还包括依次连通的氢气加压机和氢气冷干机，所述氢气加压机与所述脱水除雾装置的顶端出口连通。

12、第二方面，本发明还提供了一种纯氢竖炉炉顶气湿法净化方法，采用上述纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统，所述方法包括：

13、纯氢竖炉炉顶气进入旋风除尘装置进行粗除尘；

14、所述粗除尘后的炉顶气进入换热器进行换热；

15、所述换热后的炉顶气进入雾化冷却装置进行洗涤、冷却；

16、经过所述洗涤、冷却的炉顶气进入文氏管除尘装置进行深度除尘；

17、所述深度除尘后的炉顶气进入脱水除雾装置进行脱水除雾。

18、第三方面，本发明还提供了一种纯氢竖炉系统，所述纯氢竖炉系统包括上述纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统。

19、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

20、1、本发明纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统依次通过旋风除尘装置进行粗除尘，通过雾化冷却装置进行洗涤、冷却，通过文氏管除尘装置进行深度除尘，通过脱水除雾装置进行脱水除雾，净化后的炉顶气完全可以作为纯氢竖炉还原用氢气循环利用。

21、2、本发明净化后的炉顶气中氢气纯度可达99.5％以上，水分含量可达0.5％以下(体积)，含尘量可达5mg/m3以下。

22、3、本发明纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统集炉顶气粗除尘+余热回收+喷淋洗涤和冷却+深度除尘+离心脱水和除雾为一体，工艺完善简洁、设备紧凑。

23、4、该净化系统通过换热器实现对炉顶气显热的回收，同时又实现了对炉顶气进行降温。

24、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统，其特征在于，所述纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统包括沿炉顶气流动方向依次连接的旋风除尘装置(1)、换热器(5)、雾化冷却装置(2)、文氏管除尘装置(3)和脱水除雾装置(4)。

2.根据权利要求1所述的纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统，其特征在于，所述旋风除尘装置(1)包括除尘器本体(101)和集尘器(102)，所述除尘器本体(101)的下端出口与所述集尘器(102)的上端入口连接。

3.根据权利要求2所述的纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统，其特征在于，所述除尘器本体(101)包括自上而下连通设置的上筒体(1011)和下筒体(1012)，所述上筒体(1011)为圆柱体，所述下筒体(1012)为锥体。

4.根据权利要求1所述的纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统，其特征在于，所述雾化冷却装置(2)为蒸发冷却喷淋塔，包括设置在塔顶入口的塔入口喷淋组件(201)和设置在塔内部的塔内部喷淋组件，所述塔内部喷淋组件包括自上而下设置的多组雾化喷头(202)。

5.根据权利要求1所述的纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统，其特征在于，所述雾化冷却装置(2)通过弯管与所述文氏管除尘装置(3)连接，所述弯管包括依次连接的出口管(6)、竖直管(7)和拱形管(8)，所述出口管(6)的入口与所述雾化冷却装置(2)的下部连通，所述拱形管(8)的出口与所述文氏管除尘装置(3)的入口连通；

6.根据权利要求1所述的纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统，其特征在于，所述文氏管除尘装置(3)为文丘里除尘器，所述文氏管除尘装置(3)的入口设置有管入口喷淋组件(301)。

7.根据权利要求1所述的纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统，其特征在于，所述文氏管除尘装置(3)的出口与所述脱水除雾装置(4)下部的入口管(406)连通；

8.根据权利要求1所述的纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统，其特征在于，所述纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统还包括依次连通的氢气加压机和氢气冷干机，所述氢气加压机与所述脱水除雾装置(4)的顶端出口连通。

9.一种纯氢竖炉炉顶气湿法净化方法，采用权利要求1-8中任意一项所述的纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统，其特征在于，所述方法包括：

10.一种纯氢竖炉系统，其特征在于，所述纯氢竖炉系统包括权利要求1-8中任意一项所述的纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统。

技术总结
本发明涉及一种纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统和方法以及纯氢竖炉系统，属于纯氢竖炉技术领域，解决了现有技术中纯氢竖炉炉顶气净化处理及循环利用的问题。所述纯氢竖炉炉顶气湿法净化系统包括沿炉顶气流动方向依次连接的旋风除尘装置、换热器、雾化冷却装置、文氏管除尘装置和脱水除雾装置。该系统净化后的炉顶气可以作为纯氢竖炉还原用氢气循环利用。

技术研发人员：周和敏,郝晓东,张俊,何鹏,徐洪军,沈朋飞,高达,高亮,郝玉宽
受保护的技术使用者：临沂市钢铁产业协同创新中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14