本发明涉及一种烟气处理装置及配置有该烟气处理装置的转底炉高温高尘烟气处理系统。
背景技术：
转底炉是一种直接还原炼铁工艺，在国外一些发达国家已经得到了比较广泛的应用；近些年来，在国内一些钢铁企业也逐渐得到推广和应用。转底炉直接还原铁生产过程中产生大量高温烟气和含锌粉尘，具有余热利用和锌资源回收的前景。然而，由于转底炉烟气高温高尘的特性，烟气温度高达1000℃～1200℃，烟气含锌粉尘在高温下粘性较高，因此转底炉烟气的余热利用和锌资源回收存在如下问题：
一、堵塞，在高温烟道和低温烟道等处易发生堵塞问题。因为转底炉烟尘灰成分及特性复杂、多变，灰熔点温度范围较大，在高温下具有粘结性，容易发生堵塞，影响系统运行稳定性和运行时间。
二、腐蚀，水冷壁、过热器及省煤器等换热器易发生腐蚀。转底炉本体工艺在进行直接还原炼铁时，需要加入粘结剂，一般粘结剂中含有氯，造成在高温高尘的转底炉烟气中含有多种氯盐，在有水蒸汽存在时，会形成“盐雾”，盐雾对金属材料表面造成腐蚀，会降低水冷壁、过热器及省煤器等换热器等的使用寿命，影响系统运行稳定性。
三、热效率低，转底炉烟气一般采用常规电厂锅炉进行余热回收利用，热回收效率相对较低。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种烟气处理装置及配置有该烟气处理装置的转底炉高温高尘烟气处理系统，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本发明实施例涉及一种烟气处理装置，包括沉降炉、高温余热锅炉、低温余热锅炉及汽包，所述沉降炉、所述高温余热锅炉及所述低温余热锅炉沿烟气流通方向依次连接，所述沉降炉的受热壁面至少部分为水冷壁；
所述汽包具有进水口、出水口、进气口及出气口，所述出水口与各所述水冷壁的换热介质入口连通，所述进气口与各所述水冷壁的换热介质出口连通，所述进水口与所述低温余热锅炉的换热介质出口连通，所述出气口与所述高温余热锅炉的换热介质入口连通。
作为实施例之一，所述沉降炉内设有调质剂喷淋机构。
作为实施例之一，所述沉降炉、所述高温余热锅炉及所述低温余热锅炉的受热面外侧均设有在线清灰机构，所述高温余热锅炉和所述低温余热锅炉底部均对应设有灰仓。
作为实施例之一，所述在线清灰机构包括机械振打单元和弹性振打单元。
本实施例涉及一种转底炉高温高尘烟气处理系统，包括如上所述的烟气处理装置，所述沉降炉的烟气入口通过高温烟气管道与转底炉的烟气出口连通；所述系统还包括余热利用子系统及除尘子系统，所述余热利用子系统通过蒸汽管道与所述高温余热锅炉的换热介质出口连通，所述除尘子系统通过低温烟气管道与所述低温余热锅炉的烟气出口连通。
作为实施例之一，所述余热利用子系统包括汽轮机和发电机，所述汽轮机的蒸汽入口通过蒸汽管道与所述高温余热锅炉的换热介质出口连通，所述汽轮机的蒸汽出口连接有蒸汽冷却机构，所述蒸汽冷却机构通过冷凝水回收管路与所述低温余热锅炉的换热介质入口连通。
作为实施例之一，所述蒸汽管道上设有喷水减温器。
作为实施例之一，所述冷凝水回收管路分支连接有一冷凝水喷淋管路，所述冷凝水喷淋管路出口端与所述喷水减温器连接，并于所述冷凝水喷淋管路上设有控制阀。
作为实施例之一，所述除尘子系统包括沿烟气流通方向依次连接的旋流混风器和布袋除尘器，所述旋流混风器设有由阀门控制的冷却气体入口。
作为实施例之一，所述高温烟气管道上设有进口阀，于所述转底炉与所述进口阀之间的管道上连接有放散旁路，所述放散旁路上设有放散阀。
本发明实施例至少实现了如下有益效果：通过对常规的电厂锅炉进行改造，将过热器和省煤器均挪置于沉降炉外，减少沉降炉内受热面，一方面，可合理降低高温烟气的温度，同时烟气流速在沉降炉内得到有效控制，使烟气中粉尘的沉降量明显增大，可避免高温、高尘的烟气直接进入过热器和省煤器，可减少过热器、省煤器的本体烟道及后续烟道发生堵塞的情况出现；另一方面，通过控制烟气的温度和流速，结合沉降炉内设置的调质剂喷淋机构对烟气进行调质处理，可有效改善烟气对设备造成的腐蚀情况；另外，通过沉降炉内受热面、沉降炉外过热器和省煤器受热面的优化布置，可有效提高烟气的余热利用率及余热利用效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图。
图1为本发明实施例提供的转底炉高温高尘烟气处理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1，本发明实施例提供一种烟气处理装置2，可用于处理钢铁厂产生的各种烟气，尤其适用于处理转底炉1产生的高温高尘烟气。该装置包括沉降炉22、高温余热锅炉23、低温余热锅炉24及汽包21，所述沉降炉22、所述高温余热锅炉23及所述低温余热锅炉24沿烟气流通方向依次连接，沉降炉22的烟气入口作为该烟气处理装置2的烟气入口，低温余热锅炉24的烟气出口作为该烟气处理装置2的烟气出口。沉降炉22优选为呈裤衩形，其烟气入口位于其一裤腿的下部，沉降炉22的受热壁面至少部分为水冷壁，其中，沉降炉22顶壁以下的各处受热面均优选为采用水冷壁，该顶壁可视实际工况采用或不采用水冷壁；各水冷壁的入水口均位于其底部，出水口位于其顶部。如图1，高温余热锅炉23优选为紧邻沉降炉22设置，即高温余热锅炉23的烟气入口与沉降炉22的烟气出口直接对接，以缩短高温烟气在烟气管道内的运动行程，避免造成管道堵塞。
所述汽包21具有进水口、出水口、进气口及出气口，所述出水口与各所述水冷壁的换热介质入口连通，所述进气口与各所述水冷壁的换热介质出口连通，所述进水口与所述低温余热锅炉24的换热介质出口连通，所述出气口与所述高温余热锅炉23的换热介质入口连通。汽包21内的水进入沉降炉22内的水冷壁内，与进入沉降炉22内的高温烟气进行换热而被加热为汽水混合物，汽水混合物进入至汽包21内；汽包21内的蒸汽进入高温余热锅炉23内，与进入高温余热锅炉23内的高温烟气进行换热而被加热为过热蒸汽，过热蒸汽可用于发电等进行余热利用；低温余热锅炉24接收冷却水，并与进入其内的低温烟气进行换热，以将冷却水加热升温，加热升温的冷却水进入汽包21内以补充汽包21内的水体。优选地，经高温余热锅炉23加热得到的过热蒸汽余热利用后冷却得到的冷凝水可作为低温余热锅炉24的冷却水，从而实现冷却水的循环利用，有效节约能源。
在上述沉降炉22内进一步设置有调质剂喷淋机构，用于喷淋调质剂，以去除烟气中含有的NOx、Cl、S等烟尘的污染物，减小烟气对设备造成的腐蚀度。
上述结构中，沉降炉22内设有水冷壁，即形成一蒸发器，高温余热锅炉23内设有换热器，即形成一过热器，低温余热锅炉24内设有换热器，即形成一省煤器。经沉降炉22、高温余热锅炉23和低温余热锅炉24依次处理，低温余热锅炉24的排烟温度在140℃～170℃。本实施例通过对常规的电厂锅炉进行改造，将过热器和省煤器均挪置于沉降炉22外，减少沉降炉22内受热面，一方面，可合理降低高温烟气的温度，同时烟气流速在沉降炉22内得到有效控制，使烟气中粉尘的沉降量明显增大，可避免高温、高尘的烟气直接进入过热器和省煤器，可减少过热器、省煤器的本体烟道及后续烟道发生堵塞的情况出现；另一方面，通过控制烟气的温度和流速，结合沉降炉22内设置的调质剂喷淋机构对烟气进行调质处理，可有效改善烟气对设备造成的腐蚀情况；另外，通过沉降炉22内受热面、沉降炉22外过热器和省煤器受热面的优化布置，可有效提高烟气的余热利用率及余热利用效果。
本实施例中，沉降炉22、高温余热锅炉23和低温余热锅炉24的布置方式为防雨棚的半露天布置；上述高温余热锅炉23优选为采用卧式、单压、自然循环余热锅炉；沉降炉22、高温余热锅炉23、低温余热锅炉24的烟气侧均采用耐磨、防腐材料，水冷壁及高温余热锅炉23的受热面均优选为采用金属合金材料且表面喷涂耐磨及防腐层，低温余热锅炉24受热面优选为采用厚壁管。汽包21内设置有汽水分离器，保证供汽质量符合《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》(GB12145)；汽包21一般为横置式，可布置于沉降炉22炉顶。在高温余热锅炉23和低温余热锅炉24的本体烟道外部包裹有保温层，在沉降炉22的水冷壁外也设置有保温层，各保温层外均设置有护板；保温层的设计应保证在本烟气处理装置2正常运行条件下，环境温度为25℃时，护板表面温度不大于50℃。
作为本实施例的一种优选结构，所述沉降炉22、所述高温余热锅炉23及所述低温余热锅炉24的受热面外侧均设有在线清灰机构，所述高温余热锅炉23和所述低温余热锅炉24底部均对应设有灰仓。在线清灰机构采用机械振打+弹性振打的除灰方式，其具体结构是本领域技术人员根据公知常识能够得到的，具体结构此处不再赘述。在沉降炉22、高温余热锅炉23和低温余热锅炉24上都布置有检修门、人孔及检测孔等，满足运行、检修和测试的要求，人孔也可作为清灰通道使用。
实施例二
如图1，本实施例涉及一种转底炉高温高尘烟气处理系统，配置有上述实施例一所提供的烟气处理装置2，所述沉降炉22的烟气入口通过高温烟气管道与转底炉1的烟气出口连通。所述系统还包括余热利用子系统3，所述余热利用子系统3通过蒸汽管道与所述高温余热锅炉23的换热介质出口连通。
一般地，上述余热利用子系统3主要用于发电，即上述余热利用子系统3为发电系统，该余热利用子系统3包括汽轮机35，该汽轮机35连接有发电机36，所述汽轮机35的蒸汽入口通过蒸汽管道与所述高温余热锅炉23的换热介质出口连通。
进一步地，如图1，所述汽轮机35的蒸汽出口连接有蒸汽冷却机构，所述蒸汽冷却机构通过冷凝水回收管路与所述低温余热锅炉24的换热介质入口连通，通过上述结构可实现冷却水的循环利用。其中，上述蒸汽冷却机构包括冷凝器37，冷凝器37内设有换热器，该换热器的换热介质进出口与冷却塔38的循环水进出口管道连通，过热蒸汽在汽轮机35内进行能量转换后进入冷凝器37中换热凝结为冷凝水，以返回至低温换热器内进行利用。在上述冷凝水回收管路上沿水流方向依次设有上述冷凝器37、凝结水泵、回热加热器34、除氧器33和给水泵，通过回热加热器34将冷凝水加热至一定温度，以提高锅炉给水温度，从而提高系统热效率和余热回收效果。
作为实施例之一，如图1，所述蒸汽管道上设有喷水减温器31，由于转底炉1烟气性质常有波动，造成产生的过热蒸汽性质不稳定，而影响发电系统的正常运行，通过设置上述喷水减温器31，可将过热蒸汽的温度稳定在一合适的范围内，避免转底炉1烟气性质变化造成的系统运行不稳定而影响设备寿命。进一步优选地，所述冷凝水回收管路分支连接有一冷凝水喷淋管路32，所述冷凝水喷淋管路32出口端与所述喷水减温器31连接，并于所述冷凝水喷淋管路32上设有控制阀；当需要喷水减温时，引入部分冷凝水至喷水减温器31内，从而可进一步降低能源消耗。
作为实施例之一，如图1，所述高温烟气管道上设有进口阀6，于所述转底炉1与所述进口阀6之间的管道上连接有放散旁路5，所述放散旁路5上设有放散阀51。该放散旁路5主要包括放散管，该放散管连接于高温烟气管道上，放散阀51即设于该放散管上。通过设置放散旁路5，在上述烟气处理系统因故障停机时，转底炉1烟气可暂时通过该放散旁路5排放，保障了转底炉本体的正常生产。
实施例三
如图1，本实施例涉及一种转底炉高温高尘烟气处理系统，配置有上述实施例一所提供的烟气处理装置2，所述沉降炉22的烟气入口通过高温烟气管道与转底炉1的烟气出口连通。所述系统还包括除尘子系统4，所述除尘子系统4通过低温烟气管道与所述低温余热锅炉24的烟气出口连通。
作为实施例之一，所述除尘子系统4包括沿烟气流通方向依次连接的旋流混风器41和布袋除尘器42，所述旋流混风器41设有由阀门控制的冷却气体入口。上述旋流混风器41的作用是：当出现布袋除尘器42滤袋不能承受的工况条件时，通过上述控制冷却气体入口的阀门的开启，引入冷却气体(如室外空气)与烟气混合，使烟气温度降到合适值，以起到保护布袋除尘器42滤袋的目的。上述旋流混风器41通过烟气急冷改变进入布袋除尘器42前的烟气中粉尘的物态，保证布袋除尘器42不糊袋、不腐蚀。布袋除尘器42出口连接引风机43，经引风机43将除尘后的净化气体送至烟囱44排放。
上述布袋除尘器42包括袋式除尘器本体、输灰系统、电气及自控系统和保温层，袋式除尘器本体包括自上而下依次布置的上箱体(净气室)、中箱体(尘气室)、下箱体，另外还包括有喷吹装置、过滤装置(滤袋、滤袋框架)及卸灰装置等，其中，上箱体内设有上述喷吹装置，中箱体上设有含尘烟气进出口风管、气流分配装置，滤袋吊挂在中箱体空间内，灰斗作为下箱体设置在袋式除尘器本体的下部，用于收集从滤袋上清落的粉尘。进入布袋除尘器42的烟气经气流分配装置分配风量后进入中箱体，含尘气流由外向内流经滤袋进行过滤，大颗粒粉尘被阻留在滤袋外表，干净烟气在袋内上升，经袋口和上箱体后排出。滤袋表面的粉尘不断增加，导致过滤阻力不断增加，达到一定上限值时，需要对滤袋清灰；清灰采用脉冲喷吹方式，以氮气为动力，通过喷吹装置逐排对滤袋清灰；过滤阻力下降到下限值时停止清灰。清灰后滤袋表面的粉尘落入灰斗，经输灰装置收集后统一处理。
作为实施例之一，如图1，所述高温烟气管道上设有进口阀6，于所述转底炉1与所述进口阀6之间的管道上连接有放散旁路5，所述放散旁路5上设有放散阀51。该放散旁路5主要包括放散管，该放散管连接于高温烟气管道上，放散阀51即设于该放散管上。通过设置放散旁路5，在上述烟气处理系统因故障停机时，转底炉1烟气可暂时通过该放散旁路5排放，保障了转底炉1本体的正常生产。
实施例四
如图1，本实施例涉及一种转底炉高温高尘烟气处理系统，其结合上述实施例二和实施例三的结构，即上述实施例一所提供的烟气处理装置2中，沉降炉22的烟气入口通过高温烟气管道与转底炉1的烟气出口连通，低温余热锅炉24的烟气出口通过低温烟气管道连接有上述除尘子系统4，高温余热锅炉23的换热介质出口通过蒸汽管道连接有上述余热利用子系统3。
上述烟气处理系统的具体工作过程如下：
(1)打开进口阀6，关闭放散阀51，从转底炉1来的1100℃左右的高温高尘烟气进入沉降炉22，使烟气中的烟尘在沉降炉22内初步沉降，同时，高温烟气与沉降炉22的水冷壁进行换热，将水冷壁中的水加热为汽水混合物，由设置在汽包21中上部的进气口进入汽包21；
(2)在沉降炉22内初步沉降后，高温烟气进入高温余热锅炉23，与高温余热锅炉23的换热器进行换热，将换热器中的蒸汽加热为过热蒸汽，过热蒸汽由高温余热锅炉23的换热介质出口经喷水减温器31进入汽轮机35，推动汽轮机35转子转动，带动发电机36进行发电；
(3)蒸汽在汽轮机35内做功后排出进入冷凝器37，被冷凝为凝结水，凝结水由冷凝器37经凝结水泵被送至回热加热器34，经过换热后进入除氧器33，在除氧器33中除氧后的水经给水泵被送至低温余热锅炉24的换热器；
(4)从高温余热锅炉23出来的烟气通过烟道进入低温余热锅炉24，与低温余热锅炉24换热器进行换热，将低温余热锅炉24换热器中的水加热升温，加热的水送至汽包21；
(5)烟气从低温余热锅炉24经过烟道进入旋流混风器41，进行旋风除尘，同时根据设置在旋流混风器41内部的监测点的温控反馈，调整混风量，使烟气温度降到设计值，以起到保护除尘器滤袋的目的；
(6)从旋流混风器41出来的烟气通过烟道进入布袋除尘器42，进行除尘；
(7)从布袋除尘器42出来的烟气经引风机43通过烟道进入烟囱44，从烟囱44出口排入大气。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。