专利名称：炼钢转炉烟气纯干法除尘与同步热能回收工艺及余热锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种炼钢转炉烟气纯干法除尘与同步热能回收工艺及余热锅炉，特别 涉及炼钢转炉及电炉的干法除尘，属于干法除尘技术领域。
背景技术：
1、转炉炼钢概况炼钢转炉是指氧气顶吹转炉，含顶底复吹转炉。目前，高炉铁水进行转炉吹氧炼钢 已成为主要的炼钢工艺，全国转炉有数百座，转炉年钢产量已达到3亿吨以上。转炉在冶炼过程中，随着氧气的吹入，产生大量的烟气，在炉内称之为炉气。炉气 经汽化烟罩进入除尘系统的称为烟气主系统；从炉口及其它部位外逸的烟气，称为副系统， 也叫二次烟尘。主系统的烟气经净化后，CO > 30%,02 < 2%的，称为转炉煤气，进入转炉 煤气柜；CO < 30%,02 > 2%的，称为废气，送放散塔放散。转炉在冶炼周期内，烟气量很大，烟气量约为600匪3/t钢；炉内温度很高，最高超 过1600°C，致使其烟气温度也很高，至汽化烟罩III段出口，即进入除尘系统前，烟温高达 800 1000°C。烟气中含尘量很高，达80 150g/m3，有时瞬时达200g/m3。因此，无论是回 收煤气或是放散，都必须除尘净化。2、现行转炉烟气处理方法目前，国内外转炉烟气净化处理有两种工艺第一种日本新日铁和川崎公司于60年代联合开发研制成功的转炉煤气净化技 术，称为“0G”法，即烟气从汽化烟罩末段出来后，先进入“一级文氏管”除尘器，然后进入“二 级文氏管”除尘器，用水将烟温从800 1000°C降到73 65°C，含尘量由80 150g/m3降 至lOOmg/m3以下，然后进行煤气回收或放散。这种工艺流程称为湿法除尘工艺，这种工艺的 优点是系统安全可靠；缺点是耗水量很大，每吨钢约3 5吨水，以80t转炉为例，小时用水 量达300 500t，并且污水污泥处理量大，需设庞大的处理系统，能耗高且环境污染严重。第二种是德国蒂森公司和鲁奇公司在60年代末联合开发了在转炉煤气干法除尘 技术。简称“LT”法。系统主要由蒸发冷却器、静电除尘器和煤气冷却器组成，该流程烟气从 汽化烟罩末段出来后，先进入蒸发冷却器，采用双介质(蒸汽和水)将烟气从800 1000°C 降至200°C，进电除尘器，将烟气含尘量降到10mg/m3，然后进行煤气回收或放散。在全国和 全世界正处在推广扩大应用中。它耗水量较低，每吨钢耗水约0. 5 1. Ot，取消了庞大的水 处理系统，炉尘呈干粉状。但投资高，运行中管理和操作要求高。3、现行转炉烟气处理方法的缺点现行转炉烟气处理的方法中，无论是“0G”法还是“LT”法都存在共同的缺点，即都 需要喷入大量的水来冷却烟气，从而造成(1)800 1000°C的烟气高温显热不能回收利用。800 1000°C转炉烟气高温显热量转炉烟气从炉口到汽化烟罩末段出口，烟温从1600°C降到900°C，温差为700°C，这属于转炉设备本身回收的热能；烟气进入除尘系统，通过喷水，将烟温从900°C将到 200°C，温差也是700°C，回收这700°C温差的热能，相当于转炉烟气可回收总热能的45%， 吨钢约为30万KJ0(2)喷水冷却烟气的同时，水变成蒸气，被烟气带走，浪费大量水资源。转炉烟气喷水蒸发量转炉烟气的降温一是靠水蒸发的汽化潜热，二是靠水升温，而水本身所带热量是 有限的。根据计算和实测，80t转炉，每炉钢蒸发约为32t水，年蒸发水量约38万吨。(3)喷水后产生的蒸汽增大了烟气量，后续除尘设备投资增大，运行费用增大，风 机电耗增加。转炉烟气喷水后体积的增加量转炉烟气在喷水降温时产生的蒸汽，随烟气进入除尘系统，经风机随废气放散。在 负压工况下，吨水蒸汽体积约为2000m3，约占烟气工况体积的1/3。 (4)炉尘无法直接转化利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种把国际国内目前被视为不可能回收利用的转炉800 1000°C烟气高温显热用直立烟道式抗爆型余热锅炉转变为蒸汽回收利用；并实现用直立烟 道式抗爆型余热锅炉冷却高温烟气的炼钢转炉烟气纯干法除尘与同步热能回收工艺及余 热锅炉。本发明的炼钢转炉烟气纯干法除尘与同步热能回收工艺是转炉烟气从汽化烟罩末段出口进入直立烟道式防爆型余热锅炉，将烟温从800 1000°C降至200°C以下，在这一工艺过程中将高温烟气的热能转化为蒸汽，实现烟气热能回 收利用；降温后的烟气进入初除尘器——环流式旋风除尘器，将烟气含尘量降至200mg/m3 以下；初除尘后的烟气进入卧式圆筒形电除尘器，使烟气含尘量降到10mg/m3，完成精除尘； 除尘器分离的炉尘经过配料、制球，返回转炉冶炼，实现炉尘资源化利用。实现本发明的工艺的关键设备是余热锅炉转炉800 1000°C烟气高温显热回收，按换热规律只能采用不喷水的间接式冷却 方式——余热锅炉对流式换热。对应转炉烟气有三个难点一是转炉烟气含尘浓度高—— 易堵塞烟气通道；二是转炉烟气含高CO—易产生爆炸；三是转炉烟气温度、烟气成分、烟 尘浓度、烟尘组成、炉尘粒度随冶炼周期性变化一易损害锅炉。本发明从防止烟气通道堵塞选择余热锅炉类型、从抗爆防爆设计余热锅炉结构、 从防氧腐蚀及循环方式完善余热锅炉系统，从而突破转炉烟气的限制性环节。为此，本发明提供一种可供转炉烟气高温显热回收的直立烟道式余热锅炉。转炉烟气高温显热回收的关键之一是转炉烟气含尘量高达80 150g/m3，余热锅 炉烟气通道不被堵塞。在诸多类型的余热锅炉及其清灰方式中，落丸对于立式、受热面横 向、换热管积灰层在管上半部的清灰是最有效的，直立烟道式余热锅炉是可以在高粉尘实 现不堵塞烟气通道的余热锅炉。转炉烟气高温显热回收的关键之二是转炉烟气含C0，余热锅炉必须安全不爆。本 发明对直立烟道式余热锅炉作系列创新设计，使之成为全密封、抗爆、防爆型余热锅炉。
转炉烟气高温显热回收关键之三是转炉烟气的不稳定状态——周期性变化，包括 烟气温度、烟气成分、烟尘浓度、烟尘粒度、烟尘组成，特别是烟气温度和成分的剧烈变动工 况下，通过创新设计使之成为适应非稳定性烟气余热锅炉。通过本发明的上述设计，使这种高温型、全密封、抗爆防爆型直立烟道式余热锅炉 成为氧气顶吹转炉冷却高温烟气(煤气)同步显热回收专用锅炉。这种直立烟道式锅炉应具有如下特点*适于转炉烟气高温(800 1000°C )——高温型锅炉；(普通型550_700°C )。*适于转炉煤气——全密闭、抗爆、防爆型锅炉；(普通型半密闭式)。*适于转炉烟气温度、烟气成分、炉尘浓度、炉尘粒度、炉尘组成周期性变化——烟 气非稳定状态锅炉。(普通型烟气稳定状态)应用这种锅炉有效地对转炉烟气进行改性处理将转炉高温烟气变为低温烟气、 烟气工况体积将缩小40% ；同步回收烟气高温显热。本发明的余热锅炉是通过以下方式实现的本发明的余热锅炉包括炉体和炉体的外部支撑结构，其特征是炉体为直立的筒 状，炉体截面为长方形，在炉体的四个角各有一个方形的风冷立柱，四个风冷立柱间设置炉 墙，炉墙由炉内墙和炉外墙构成，炉内墙、炉外墙为钢板焊接，中间填充缓冲保温绝缘层，在 炉内墙、炉外墙间设有与风冷立柱连接的横向和立向的“# ”字型加强筋，在炉内墙的相邻的 两个面分别有模式壁和管式壁构成，在炉体的顶部设有汽包，汽包上连接有上升管和下降 管，在炉体内从上至下设有上部蒸发器、中部蒸发器、省煤器，在炉体的上部蒸发器是连接 有进烟口，作为烟气进入的通道，上部蒸发器、中部蒸发器、省煤器通过炉墙连接，蒸发器、 省煤器内部为烟气通道，锅炉中下部设置供水泵和真空除氧器，为锅炉供除氧水，供水泵和 真空除氧器用管道连接，真空除氧器通过管道和省煤器、蒸发器连接，在炉体的上、中、下部 安装有安全泄压阀共5组，确保安全可靠；蒸发器、省煤器内部交错设置有锅炉管，蒸发器、 省煤器下部的锅炉管连接有集水箱，给锅炉供水；上部锅炉管连接有集汽箱，集汽箱与上升 管连接将蒸汽送至汽包，在炉体的底部设有出烟管；炉体的外部支撑结构包括安装在炉体 外部的由四角的主立梁为支撑的框架结构，并以主立梁为接点，横向设6-8层平台，每层平 台由水平纵横梁及环梁与锅炉四角的风冷立柱连接，形成稳定的直立结构。上述余热锅炉配有落丸清灰系统。本发明的优点是除尘过程为纯干法除尘，不消耗水，可将转炉烟气冷却一步到 位，烟气温度从800 1000°C降至200°C以下；烟气净化一步到位，使烟气含尘浓度从80 150g/m3降到10mg/m3以下；并将高温烟气热能，转化为蒸汽，实现烟气余热回收。
四
图1是本发明的炼钢转炉烟气纯干法除尘与同步热能回收工艺的工艺流程图；图2是炼钢转炉烟气纯干法除尘与同步热能回收工艺所采用的设备的示意图；图3是余热锅炉的结构示意图；图4是图3的A-A向视图；图5是余热锅炉炉墙的示意图；图6是余热锅炉炉体内部结构图。
5
图中1—转炉，2—一直立烟道式余热锅炉，3——环流旋风除尘器，4——卧式 电除尘器，5——烟囱，6——煤气柜，7——落丸清灰系统，8——汽包，9——I级贮丸仓， 10——进烟口，11—II级贮丸仓，12——炉体的外部支撑结构，13——防爆门，14——集 汽箱，15——炉墙，16——平台，17——上部蒸发器，18——小车轨道，19——中部蒸发器， 20——省煤器，21——出烟管，22——锅炉炉底部落丸灰斗，23——隔离仓，24——振动筛， 25——落丸中间仓，26——落丸小车，27——上升管，28——下降管，29——供水泵，30—— 真空除氧器，31——模式壁，32——“#”字横筋，33——缓冲保温绝缘层，34——“#”字立筋， 35——锅炉外墙，36——锅炉内墙，37——风冷炉柱，38——管式壁，39——锅炉管40—— 横梁，41——集水箱。
五具体实施例方式初除尘器配置配置初除尘器的目的因转炉烟气含尘量高达80 150g/m3，超过精除尘入口浓 度限制，配置初除尘除掉大部分炉尘，以确保精除尘达标。初除尘器选择选择原则必须适应转炉不同阶段烟气不能相混的特性一烟气流单向流动；必 须适应转炉烟气含CO的特性---密封、抗爆、防爆；同时要求阻损低、除尘效率高。按上述 原则选择---环流式旋风除尘器。环流旋风除尘器的结构和特点外型与普通旋风除尘器相似，在圆筒内加装同轴内件，粉尘在锥体内作二次分离。 其特点是阻损低约为IOOOpa ；分离效率高，切割粒径达到1. 2um，可除掉95%以上的炉尘。精除尘器配置精除尘器配置目的——为确保煤气、排放废气含尘浓度达标。精除尘器选择选择原则必须适应转炉不同阶段烟气不能相混的特性-烟气流单向流动；必须适应转炉烟气含CO的特性——密封、抗爆、防爆泄压；同时要求除尘必须达标、阻损宜低。按上述原则选择-卧式圆筒形电除尘器。卧式圆筒形电除尘器的结构和特点这是一种适于含CO烟气的除尘设备。它是由圆筒形外壳、气体分布板、集尘板、 放电极、振打清灰机构、电源、出灰机构组成。它具有良好的密封性、抗爆性(壳体耐压 0. 3MPa)、防爆性，设有4个安全泄压阀。它设有四个电场，净化效率高，入口浓度200mg/m3， 出口浓度10mg/m3。压降低约为500pa。实施方式卧式圆筒形电除尘器进口通过Φ 1400mm烟道与初除尘器出口接通，并保持系统 密封无泄漏；烟气经气体分布板进入I II III IV电场，炉尘被吸附、分离；净烟气经出口进 引风机；炉尘被分离后经振打由埋式链板机将炉尘输出。落丸清灰系统落丸清灰系统包括落丸灰斗、隔离舱、振动筛、皮带机、落丸中间仓、落丸小车，小车轨道，落丸灰斗设在锅炉底部与省煤器连接，灰斗下部与隔离仓连接。灰斗和隔离仓组成 锅炉出灰和出落丸系统；由设在锅炉下部的振动筛、皮带机以及落丸中间仓组成落丸筛分 系统，振动筛下部为粉尘皮带机，落丸中间仓在振动筛出口 ；落丸中间仓下部出口正对落丸 小车，落丸小车按小车轨道通过卷扬提升至炉顶。炉顶一侧设置I、II级贮丸仓，I级贮丸 仓位于落丸小车下方，I级贮丸仓下部连接II级贮丸仓，II级贮丸仓下部通过管道与锅炉 顶部连接。制球系统炉尘含铁达50%以上且含氧化钙等物质，是转炉好的原料。在“0G”法、“LT”法除 尘过程中，因喷水冷却烟气，炉尘不能直接返回转炉利用。采用本纯干法除尘工艺，炉尘可 就地转化为转炉料。实现粉尘就地资源化。实施方式首先进行配料、混料，根据炉尘成分，配加适量的CaO粉、CaF2粉；第二步压球及筛分；第三步成品料球贮存及料球输送。实施例80t转炉烟气量56000Nm3/h，烟气温度最高超过1600°C，至汽化烟罩三段出口，烟 温高达800 1000°C ；烟气中含尘量80 150g/m3，有时瞬时达200g/m3。转炉烟气从汽化烟罩末段出口进入直立烟道式防爆型余热锅炉，将烟温从800 1000°C降至200°C以下，在这一工艺过程中将高温烟气的热能转化为蒸汽，实现烟气热能回 收利用；降温后的烟气进入初除尘器——环流式旋风除尘器，将烟气含尘量降至200mg/m3 以下；初除尘后的烟气进入卧式圆筒形电除尘器，使烟气含尘量降到10mg/m3，完成精除尘； 除尘器分离的炉尘经过配料、制球，返回转炉冶炼，实现炉尘资源化。80t转炉直立烟道式锅炉炉墙截面尺寸为3060 X 2200mm、高为25800mm，余热锅炉 为高温全密封抗爆防爆型直立烟道式防爆型余热锅炉。外围框架呈方形为6000X7000mm。 锅炉四角设有风冷方形立柱，在立柱里侧含有钢板，成为炉内墙；以立柱160mm厚度，中间 垫三层轻质耐火毡；立柱外面制成密封筒体，全部为密封式结构，漏风率< 0. 5%。锅炉炉 墙3060 X 2200mm，高^OOOmm通过7层平台水平纵横梁将锅炉炉柱固定。锅炉内设六组蒸 发器(其中低温区2组)；高温区设膜式壁、管式壁；汽包ΦΜ00Χ12000πιπι设在锅炉上方。转炉烟气从上部进口进入，从下部出口出。烟温由800 1000°C降至200°C以下。 烟气工况体积减小40%以上。余热锅炉额定产汽量20t/h、产汽压力1.27Mpa，实际产气量 为 8 10t/ho配置环流旋风除尘器可将粉尘浓度降至200mg/m3以下，初除尘后烟气进入卧式电 除尘器完成精除尘，粉尘排放浓度可达到30mg/m3以下。流旋风除尘器和均卧式电除尘器为圆筒形外壳，耐压0. 3MPa。转炉高温烟气中含有大量的炉尘，防止阻塞对锅炉的正常运行极为重要，余热锅 炉配置与锅炉立式受热面横置结构相适应的落丸清灰系统，落丸通过提升装置提到锅炉顶 部，落丸直接冲击锅炉管体上的积灰层，将积灰清除击落，以保持锅炉管体的热交换效率， 并使烟气通畅。锅炉四个炉体立柱全部通风冷却；在炉柱横向上，每隔Im焊一组160mm环形横档，在其内侧焊有由厚板条组成#字承压结构的6mm厚锅炉板组成炉内墙；在其外侧焊5mm密 封板构成路外墙；内外墙之间，填充160mm耐火毡，其缓冲作用。这种有足够抗爆强度的炉 体结构，即使炉体内某个部位发生意外爆炸，也不会造成炉体损坏。80t转炉高温烟气热能回收系统安全措施转炉烟气随冶炼过程发生周期性变化，其特点烟温变化频繁、剧烈 (1600-300°C)；烟气可燃成分变化大(CO :0-86%体积百分比)；粉尘浓度80_150g/m3，而且 处于负压操作。对于这种特殊高温、高尘、高C0，且周期变化的烟气，热能回收利用，安全可 靠是第一位的。为此，采取如下措施(1)完全的密封结构一防外部空气进入①锅筒为双层钢板结构，分别与锅炉梁焊实；②落丸进出均设双仓，钟式阀分别开闭，锁气性能良好。上述措施，构成全密封锅炉，外部空气无法进入，含CO烟气在无氧状态下安全，不 会产生爆炸。(2)抗爆结构一防锅炉因爆损坏①锅炉四角设水冷立梁，具有相应强度；
②在水冷立梁周围，加焊环形横梁；③双层钢板内外焊实；④双层钢板中间添加耐高温缓冲层；⑤内层钢板炉墙内侧，设有水冷管式壁、膜式壁。这种结构，即使出现意外爆炸，也不会损坏锅炉炉体，伤及操作人员及设备。(3)泄压一为释放压力在锅炉锅筒本体五层平台分别设五个防爆门。每个防爆门上安装有泄压阀。本防爆门为450*450，具有泄压面积大的特点。防爆门开启静压力为；3500 5500pa ；防爆门靠重力和负压吸力自动关闭，安全可靠。80t转炉余热回收经济效益(1)可回收高温烟气显热按烟气900+50°C经余热锅炉降至200°C，吨钢烟气产生 蒸汽量为IOOkg左右，80t转炉年产蒸汽量约为8万吨。(2)节约蒸发掉的水量，约0. 4吨/吨钢；节约循环水约25wt%。
权利要求
1.一种炼钢转炉烟气纯干法除尘与同步热能回收工艺，其特征是转炉烟气从汽化烟 罩末段出口进入直立烟道式防爆型余热锅炉，将烟温从800 1000°C降至200°C以下，在这 一工艺过程中将高温烟气的热能转化为蒸汽，实现烟气热能回收利用；降温后的烟气进入 初除尘器——环流式旋风除尘器，将烟气含尘量降至200mg/m3以下；初除尘后的烟气进入 卧式圆筒形电除尘器，使烟气含尘量降到10mg/m3，完成精除尘；除尘器分离的炉尘经过配 料、制球，返回转炉冶炼，实现炉尘资源化利用。
2.一种专用于权利要求1所述的炼钢转炉烟气纯干法除尘与同步热能回收工艺的余 热锅炉，包括炉体和炉体的外部支撑结构，其特征是炉体为直立的筒状，炉体截面为长方 形，在炉体的四个角各有一个方形的风冷立柱，四个风冷立柱间设置炉墙，炉墙由炉内墙和 炉外墙构成，炉内墙、炉外墙为钢板焊接，中间填充缓冲保温绝缘层，在炉内墙、炉外墙间设 有与风冷立柱连接的横向和立向的“#”字型加强筋，在炉内墙的相邻的两个面分别有模式 壁和管式壁构成，在炉体的顶部设有汽包，汽包上连接有上升管和下降管，在炉体内从上至 下设有上部蒸发器、中部蒸发器、省煤器，在炉体的上部蒸发器是连接有进烟口，作为烟气 进入的通道，上部蒸发器、中部蒸发器、省煤器通过炉墙连接，蒸发器、省煤器内部为烟气通 道，锅炉中下部设置供水泵和真空除氧器，为锅炉供除氧水，供水泵和真空除氧器用管道连 接，真空除氧器通过管道和省煤器、蒸发器连接，在炉体的上、中、下部安装有安全泄压阀共 5组；蒸发器、省煤器内部交错设置有锅炉管，蒸发器、省煤器下部的锅炉管连接有集水箱， 给锅炉供水；上部锅炉管连接有集汽箱，集汽箱与上升管连接，在炉体的底部设有出烟管； 炉体的外部支撑结构包括安装在炉体外部的由四角的主立梁为支撑的框架结构，并以主立 梁为接点，横向设6-8层平台，每层平台由水平纵横梁及环梁与锅炉四角的风冷立柱连接， 形成稳定的直立结构。
全文摘要
本发明涉及一种炼钢转炉烟气纯干法除尘与同步热能回收工艺及余热锅炉，其工艺是转炉烟气从汽化烟罩末段出口进入直立烟道式防爆型余热锅炉，将烟温从800～1000℃降至200℃以下，在这一工艺过程中将高温烟气的热能转化为蒸汽；降温后的烟气进入环流式旋风除尘器，将烟气含尘量降至200mg/m3以下；初除尘后的烟气进入卧式圆筒形电除尘器，使烟气含尘量降到10mg/m3；除尘器分离的炉尘经过配料、制球，返回转炉冶炼，实现炉尘资源化利用。其优点是除尘过程为纯干法除尘，不消耗水，可将转炉烟气冷却一步到位，烟气温度从800～1000℃降至200℃以下；烟气净化一步到位，使烟气含尘浓度从80～150g/m3降到10mg/m3以下，并实现烟气余热回收。
文档编号F27D17/00GK102094104SQ201010603498
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者刘光耀, 刘延光, 刘成, 刘海永, 吕湘提, 孔启新, 孙树理, 王瑞军, 赵尚武, 赵殿清 申请人:包头市磁力节能环保设备有限公司