高温烟气二级颗粒分离装置的制作方法

[0001]
本发明涉及炼钢技术领域，特别涉及一种高温烟气二级颗粒分离装置。


背景技术：

[0002]
转炉在炼钢生产过程中生成转炉煤气，其主要成分为co、co2、o2、n2和ar等，以及气体携带的feo、fe2o3、cao和sio2等粉尘，其总含尘量为80g/nm3～150g/nm3，必须将之除尘才能加以利用，吹炼一吨钢可回收含co浓度60％的转炉煤气80nm3～120nm3，是钢铁厂重要的二次能源。
[0003]
转炉生产方式为间歇式，生产时长一般不超过二十分钟，准备活动时长一般也不超过二十分钟。由于这种快速间歇式的生产方式，转炉烟气处理设施尤其是高温的设施，需要有很强的应对大温区冷热冲击、大浓度粉尘冲击和易爆气体聚集的能力。
[0004]
冶炼生产期间，随着冶炼强度的提高，由炉口逸出的烟气温度可达1600℃，烟气成分中co含量可高达90％，烟气携带的粉尘可达150g/nm3，粉尘的成分复杂，主要有feo、fe2o3和cao等，逸出的烟气及烟尘在随后的烟道中还将发生氧化放热等反应。
[0005]
现有技术中，能源回收利用效率最高的生产方式是：设置密封式的汽化冷却烟道，以辐射热形式为主将800℃以上的烟气显热转移给水蒸汽，设置喷淋或蒸发式直接冷却塔将烟气温度降低至70℃或250℃以下，回收并利用co含量高且o2含量低的转炉煤气。而800℃以下的烟气显热，由于烟气成分易爆，现有工艺均采用喷淋或蒸发式直接冷却，未能实现显热回收。
[0006]
然而，喷淋式直接冷却塔将烟气温度降低至70℃以下，在冷却烟气的同时可以将绝大部分烟尘清洗下来，但存在有显热未回收、水耗大和需处理污水的问题。蒸发式直接冷却塔将烟气温度降低至250℃以下，在冷却烟气的同时可以将部分大颗粒烟尘分离下来，但存在有显热未回收和汽耗大的问题。
[0007]
因此，为回收800℃以下的烟气显热，通常采用高温除尘技术将爆炸性气体中携带的大颗粒尘和泡沫渣等滤除，消除可能存在的火种，为中低温烟气显热回收创造条件，同时还可减少后续换热面的积灰和磨损。高温除尘技术是冶金、能源、化工、材料及焚烧等领域工业炉窑节能减排的重要设备。在高温除尘技术的研究中，主要有旋风除尘、高温电除尘、陶瓷滤管过滤、金属滤管过滤和颗粒床过滤等形式。
[0008]
旋风除尘器，其特点是结构简单、操作容易以及价格低廉，最高适用温度可高达800℃～900℃，但旋风除尘无法形成柱塞流，易形成爆炸烟气的滞留区，形成爆炸隐患；同时，对于含尘气体粘性变大，且具有交变热冲击的冶炼气体工况，设备寿命影响突出，其设备阻损大1000pa～1500pa，能耗高，经济效益较差。
[0009]
电除尘器高温除尘，能达到在650℃～790℃、570kpa下运行100小时的实验记录，除尘效率可达到95％～99.5％。但存在电晕放电不稳定、电极寿命短、对烟气成分敏感和高温绝缘等问题，短时间内，很难突破，且该技术仍然停留在实验室层面。
[0010]
陶瓷滤管的突出优点是过滤效率高，主要缺点是：烟气热震冲击下的脆性问题较
为突出：诸如管子与管板间密封失效；因交变热冲击和机械冲击造成过滤管脆断、密封松动而造成泄漏；管间灰桥热胀冷缩挤裂过滤管；热蠕变；与碱金属等成分反应烧结或局部高温烧结；永久性灰沉积结壳等问题。
[0011]
金属滤管比陶瓷滤管强度大、热导性好，滤层薄，阻降低，突出问题是抗氧化性、抗腐蚀性和耐温性低，氧化气氛下耐温低于450℃，还原气氛下低于600℃，而高温下的磨损，可能带来巨大的投资。
[0012]
颗粒层过滤器(包括耙式颗粒层过滤器、旋风式颗粒层过滤器和移动床式颗粒层过滤器等)，具有抗高温、抗冲击和滤料来源广泛等优点；其缺点为过滤风速要求低，需要巨大的过滤面积；过滤阻力损失大，能耗高。


技术实现要素：

[0013]
本发明的目的是提供一种能够将爆炸性气体中携带的大颗粒尘和泡沫渣等滤除且能减少后续换热面的积灰和磨损的高温烟气二级颗粒分离装置。
[0014]
为达到上述目的，本发明提供了一种高温烟气二级颗粒分离装置，其能设置于烟道内，所述高温烟气二级颗粒分离装置包括：
[0015]
壳体，其为中空结构，且所述壳体的侧壁上设有至少部分相对的进口和出口，所述壳体的底壁设有排灰口；
[0016]
灰斗，其连接于所述壳体的底壁并与所述排灰口相连通；
[0017]
第一分离组件，其设置于所述壳体内，所述第一分离组件包括由上至下设置的至少两层间隔排布的第一斜板，所述第一斜板沿烟气的流动方向朝向所述壳体的顶壁倾斜设置，且所述第一斜板与所述壳体的水平面之间的夹角为30
°
～70
°
，各所述第一斜板通过至少一根第一支撑杆与所述壳体相接；
[0018]
第二分离组件，其设置于所述壳体内，所述第二分离组件与所述第一分离组件并排且间隔设置，所述第二分离组件包括由上至下设置的至少两层间隔排布的第二斜板，所述第二斜板沿烟气的流动方向朝向所述壳体的顶壁倾斜设置，且所述第二斜板与所述壳体的水平面之间的夹角为30
°
～70
°
，各所述第二斜板通过至少一根第二支撑杆与所述壳体相接。
[0019]
如上所述的高温烟气二级颗粒分离装置，其中，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆均为中空杆体，且所述第一支撑杆的上端和所述第二支撑杆的上端均伸出所述壳体的顶壁，所述第一支撑杆的下端和所述第二支撑杆的下端均伸出所述壳体的底壁。
[0020]
如上所述的高温烟气二级颗粒分离装置，其中，所述第一支撑杆与所述壳体之间设有第一密封件，所述第二支撑杆与所述壳体之间设有第二密封件。
[0021]
如上所述的高温烟气二级颗粒分离装置，其中，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆的横截面呈圆环状或椭圆环状。
[0022]
如上所述的高温烟气二级颗粒分离装置，其中，所述灰斗对应于所述第一分离组件的位置设有第一接灰口，所述灰斗对应于所述第一分离组件与所述第二分离组件之间的位置设有第二接灰口。
[0023]
如上所述的高温烟气二级颗粒分离装置，其中，所述灰斗的侧壁上设有吹扫口。
[0024]
如上所述的高温烟气二级颗粒分离装置，其中，相邻两所述第一斜板相互平行设
置，相邻两所述第二斜板相互平行设置。
[0025]
如上所述的高温烟气二级颗粒分离装置，其中，各所述第一斜板等间隔设置，各所述第二斜板等间隔设置，且相邻两所述第一斜板之间的距离大于相邻两所述第二斜板之间的距离。
[0026]
如上所述的高温烟气二级颗粒分离装置，其中，相邻两所述第一斜板之间的间距10mm～350mm。
[0027]
如上所述的高温烟气二级颗粒分离装置，其中，所述第一斜板的长度和所述第二斜板的长度均为300mm～6000mm。
[0028]
与现有技术相比，本发明的优点如下：
[0029]
本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，通过设置第一分离组件和第二分离组件，既能使得烟气颗粒能够进行两次分离，将爆炸性气体中携带的大颗粒尘和泡沫渣等滤除，消除可能存在的火种，为中低温烟气显热回收创造条件，又能在一定程度上减小各个部件的体积，便于工程应用中的安装与拆卸，减少检修时间；
[0030]
本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，第一分离组件和第二分离组件之间的间隙即能作为落灰空间也能作为检修空间；
[0031]
本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，通过密排的各第一斜板将烟气中的颗粒可能存在的局部乱流和紊流进行了重整，形成稳定的气流，以减少局部涡流对第二分离组件的撞击和磨损，延了长第二分离组件的使用寿命，并减少了后续换热面的积灰和磨损；
[0032]
本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，各第一斜板和各第二斜板倾斜设置，使得沉降在各第一斜板或各第二斜板的颗粒从第一斜板或第二斜板上滑落的路径变短，从而使得颗粒不易沉积和粘连在第一斜板或第二斜板上，并且，当颗粒在第一斜板或第二斜上沉降一定厚度时，颗粒在重力作用下，从第一斜板或第二斜上滑落至下方的灰斗，通过灰斗对颗粒进行收集，不会污染环境；
[0033]
本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，通过在灰斗上设置放灰阀，使得灰尘的排放操作变得简单方便。
[0034]
本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，通过在灰斗上设置吹扫口，使得卸灰操作变得简单方便。
附图说明
[0035]
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
[0036]
图1是本发明的高温烟气二级颗粒分离装置的结构示意图。
[0037]
附图标号说明：
[0038]
100、壳体；101、顶壁；102、底壁；1021、排灰口；103、侧壁；1031、进口；1032、出口；
[0039]
200、灰斗；201、第一接灰口；202、第二接灰口；
[0040]
300、第一分离组件；310、第一斜板；320、第一支撑杆；
[0041]
400、第二分离组件；410、第二斜板；420、第二支撑杆。
具体实施方式
[0042]
为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本发明
的具体实施方式。其中，形容词性或副词性修饰语“上”和“下”、“顶”和“底”、“内”和“外”的使用仅是为了便于多组术语之间的相对参考，且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。另外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，“高温”的含义是650℃～800℃。
[0043]
如图1所示，本发明提供了一种高温烟气二级颗粒分离装置，其能设置于烟道内，该高温烟气二级颗粒分离装置包括壳体100、灰斗200、第一分离组件300和第二分离组件400，其中：
[0044]
壳体100为中空结构，壳体100具有顶壁101、底壁102和侧壁103，壳体100的侧壁103上设有至少部分相对的进口1031和出口1032，即至少部分进口1031与至少部分出口1032的位置相对设置，壳体100的底壁102设有排灰口1021；
[0045]
灰斗200连接于壳体100的底壁102并与排灰口1021相连通，壳体100内的灰尘颗粒能经由排灰口1021进入灰斗200，具体的，灰斗200可以焊接连接于壳体100的底壁102上，也可以将灰斗200与壳体100一体制成，以确保灰斗200与壳体100之间的密封性，灰斗200的内表面为斜面，该斜面的倾角大于45
°
，使得灰能自行下落，避免沉积和板结；
[0046]
第一分离组件300设置于壳体100内，第一分离组件300包括由上至下设置的至少两层间隔排布的第一斜板310，相邻两第一斜板310之间形成第一烟气流通通道，第一斜板310沿烟气的流动方向朝向壳体100的顶壁101倾斜设置，且第一斜板310与壳体100的水平面之间的夹角α
1
为30
°
～70
°
，使得颗粒在第一烟气流通通道内随烟气流动时，下落距离缩短，从而能更快的触及第一斜板310，使得颗粒不易沉积和粘连在第一斜板310上，进而将颗粒分离出来，各第一斜板310通过至少一根第一支撑杆320与壳体100相接，即第一斜板310通过第一支撑杆320吊装于壳体100内，具体的，第一支撑杆320的上下两端分别与壳体100的顶壁101和底壁102相接，各第一斜板310连接于第一支撑杆320上，以使得第一斜板310不会与壳体100的内壁面接触，从而使得烟气在流动过程中形成连续柱塞流，消除烟气滞留区带来的爆炸风险，当设有多根第一支撑杆320时，多根第一支撑杆320并排设置，且各第一支撑杆320分别与各第一斜板310的侧面相接；
[0047]
第二分离组件400设置于壳体100内，第二分离组件400与第一分离组件300并排且间隔设置，具体的，第一分离组件300靠近进口1031设置，第二分离组件400靠近出口1032设置，第一分离组件300与第二分离组件400之间的形成间隙既能作为落灰空间也能作为检修空间，第二分离组件400包括由上至下设置的至少两层间隔排布的第二斜板410，相邻两第二斜板410之间形成第二烟气流通通道，第二斜板410沿烟气的流动方向朝向壳体100的顶壁101倾斜设置，且第二斜板410与壳体100的水平面之间的夹角α
2
为30
°
～70
°
，使得颗粒在第二烟气流通通道内随烟气流动时，下落距离缩短，从而能更快的触及第二斜板410，使得颗粒不易沉积和粘连在第二斜板410上，进而将颗粒分离出来，各第二斜板410通过至少一根第二支撑杆420与壳体100相接，即第二斜板410通过第二支撑杆420吊装于壳体100内，具体的，第二支撑杆420的上下两端分别与壳体100的顶壁101和底壁102相接，各第二斜板410连接于第二支撑杆420上，以使得第二斜板410不会与壳体100的内壁面接触，从而使得烟气在流动过程中形成连续柱塞流，消除烟气滞留区带来的爆炸风险，当设有多根第二支撑杆
420时，多根第二支撑杆420并排设置，且各第二支撑杆420分别与各第二斜板410的侧面相接。
[0048]
需要说明的是，壳体100的水平面为垂直于壳体100的中心线的平面。
[0049]
在使用时，将转炉冶炼过程中产生的高温烟气，通过位于转炉上方的转炉烟道，对烟气以辐射换热为主降温至800℃左右，再以柱塞流的形式通过进口1031进入本发明的高温烟气二级颗粒分离装置；
[0050]
如图1所示，携带颗粒的高温烟气在流经各第一斜板310前，一部分大颗粒在重力作用下，先坠入灰斗200；烟气颗粒在经过各第一斜板310时，由于惯性和重力的作用，颗粒撞击在第一斜板310上，并被第一斜板310捕获，经过第一分离组件300进行整流和沉降后，烟气颗粒完成了一级颗粒分离，并将可能存在的局部乱流和紊流通过密排第一斜板310进行了重整，形成稳定的气流，随后烟气颗粒经过第二分离组件400进一步的颗粒沉降和分离，之后烟气由出口1032排出；当颗粒在各第一斜板310上和各第二斜板410上沉降一定厚度时，颗粒在重力作用下，从各第一斜板310上和各第二斜板410上滑落并通过排灰口1021进入灰斗200内。
[0051]
本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，通过设置第一分离组件300和第二分离组件400，既能使得烟气颗粒能够进行两次分离，将爆炸性气体中携带的大颗粒尘和泡沫渣等滤除，消除可能存在的火种，为中低温烟气显热回收创造条件，又能在一定程度上减小各个部件的体积，便于工程应用中的安装与拆卸，减少检修时间；通过密排的各第一斜板310将烟气中的颗粒可能存在的局部乱流和紊流进行了重整，形成稳定的气流，以减少局部涡流对第二分离组件400的撞击和磨损，延了长第二分离组件400的使用寿命；各第一斜板310和各第二斜板410倾斜设置，使得沉降在各第一斜板310或各第二斜板410的颗粒从第一斜板310或第二斜板410上滑落的路径变短，从而使得颗粒不易沉积和粘连在第一斜板310或第二斜板410上，并且，当颗粒在第一斜板310或第二斜上沉降一定厚度时，颗粒在重力作用下，从第一斜板310或第二斜上滑落至下方的灰斗200，通过灰斗200对颗粒进行收集，不会污染环境。
[0052]
进一步，第一斜板310的长度l
1
和第二斜板410的长度l
2
均为300mm～6000mm，这样的长度，能使得烟气携带的颗粒充分的接触第一斜板310或第二斜板410，从而提升分离效果。
[0053]
进一步，如图1所示，相邻两第一斜板310相互平行设置，相邻两第二斜板410相互平行设置，以使得烟气能够均匀的通过各第一烟气流通通道或各第二烟气流通通道。
[0054]
进一步，各第一斜板310等间隔设置，各第二斜板410等间隔设置，且相邻两第一斜板310之间的距离d
1
大于相邻两第二斜板410之间的距离d
2
，以使得烟气携带的极大部分颗粒在经历两级分离后被分离出来，从而提高分离效果。
[0055]
再进一步，相邻两第一斜板310之间的间距d
1
为10mm～350mm，这样的距离，既能使得烟气能够顺畅的通过第一烟气流通通道，又能使得颗粒下落距离缩短，从而能更快的触及第一斜板310。
[0056]
在本发明的一种实施方式中，第一支撑杆320和第二支撑杆420均为中空杆体，且第一支撑杆320的上端和第二支撑杆420的上端均伸出壳体100的顶壁101，第一支撑杆320的下端和第二支撑杆420的下端均伸出壳体100的底壁102，可以向第一支撑杆320和第二支
撑杆420内通入冷却水，以与高烟气进行换热，从而确保第一支撑杆320和第二支撑杆420在高温环境里的刚度和强度。
[0057]
进一步，第一支撑杆320与壳体100之间设有第一密封件，第二支撑杆420与壳体100之间设有第二密封件，第一密封件和第二密封件可以是密封圈，也可以是石棉绳等密封材料，以确保烟气不会经由第一支撑杆320与壳体100之间的缝隙以及第二支撑杆420与壳体100之间的缝隙泄漏。
[0058]
需要说明的是，若第一支撑杆320和第二支撑杆420与壳体100焊接连接，或者第一支撑杆320和第二支撑杆420与壳体100通过螺纹连接，则可以不设置第一密封件和第二密封件。
[0059]
进一步，第一支撑杆320和第二支撑杆420的横截面呈圆环状或椭圆环状，即第一支撑杆320和第二支撑杆420不会有棱角，从而不会影响烟气流动的顺畅性。
[0060]
在本发明的一种实施方式中，灰斗200对应于第一分离组件300的位置设有第一接灰口201，第一接灰口201用于收集烟气携带的灰及第一分离组件300分离出的灰，灰斗200对应于第一分离组件300与第二分离组件400之间的位置设有第二接灰口202，即第二接灰口202对应连通第一分离组件300与第二分离组件400之间的间隙，第二接灰口202收集烟气携带的灰及第二分离组件400分离出的灰。
[0061]
进一步，灰斗200的底部设有放灰阀，放灰阀的具体结构为现有技术，在此不再赘述，当灰斗200沿的灰尘颗粒积累到一定量的时，打开放灰阀，将灰斗200内的灰尘颗粒排出即可，简单方便。
[0062]
进一步，灰斗200的侧壁103上设有吹扫口，即在灰斗200的侧壁103开设贯通孔以形成吹扫口，吹扫口的具体形状可以根据实际使用需求设置，在此不做限制，吹扫口能连接用于向灰斗200内通入氮气或蒸汽的装置，在卸灰时，打开放灰阀，通过氮气或蒸汽将灰斗200内的灰尘颗粒吹向放灰阀，使灰尘颗粒经由放灰阀排出。
[0063]
下面结合附图，具体说明本发明的高温烟气二级颗粒分离装置的使用过程：
[0064]
如图1所示，第一分离组件300的各第一斜板310之间的间距d
1
为150mm，第一斜板310与水平面的夹角α
1
为50
°
，第一斜板310的长度l
1
为500mm；第二分离组件400的各第二斜板410之间的间距d
2
为80mm，第二斜板410与水平面的夹角α
2
为50
°
，第二斜板410的长度l
2
为1200mm。通过的烟气的温度为800～1000℃，烟气流速范围为0.5m/s～7m/s，烟气中含尘颗粒浓度为10g/nm
3
～150g/nm
3
；计入分析统计范围内的颗粒粒径范围为20μm～100μm；各第一支撑杆320和各第二支撑杆420的横向间距为300mm。
[0065]
携带颗粒的高温烟气在流经各第一斜板310前，一部分大颗粒在重力作用下，先坠入灰斗200；烟气颗粒在经过各第一斜板310时，由于惯性和重力的作用，颗粒撞击在第一斜板310上，并被第一斜板310捕获，经过第一分离组件300进行整流和沉降后，烟气颗粒完成了一级颗粒分离，并将可能存在的局部乱流和紊流通过密排第一斜板310进行了重整，形成稳定的气流，随后烟气颗粒经过第二分离组件400进一步的颗粒沉降和分离，之后烟气由出口1032排出；当颗粒在各第一斜板310上和各第二斜板410上沉降一定厚度时，颗粒在重力作用下，从各第一斜板310上和各第二斜板410上滑落并通过排灰口1021进入灰斗200内，当灰斗200内的烟尘颗粒积累到一定程度后，进行卸灰作业，打开放灰阀，通过吹扫口向灰斗200内吹入氮气或蒸汽，以将灰斗200内的灰尘颗粒吹向放灰阀，使灰尘颗粒经由放灰阀排
出。
[0066]
综上所述，本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，通过设置第一分离组件和第二分离组件，既能使得烟气颗粒能够进行两次分离，将爆炸性气体中携带的大颗粒尘和泡沫渣等滤除，消除可能存在的火种，为中低温烟气显热回收创造条件，又能在一定程度上减小各个部件的体积，便于工程应用中的安装与拆卸，减少检修时间；
[0067]
本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，第一分离组件和第二分离组件之间的间隙即能作为落灰空间也能作为检修空间；
[0068]
本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，通过密排的各第一斜板将烟气中的颗粒可能存在的局部乱流和紊流进行了重整，形成稳定的气流，以减少局部涡流对第二分离组件的撞击和磨损，延了长第二分离组件的使用寿命，并减少了后续换热面的积灰和磨损；
[0069]
本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，各第一斜板和各第二斜板倾斜设置，使得沉降在各第一斜板或各第二斜板的颗粒从第一斜板或第二斜板上滑落的路径变短，从而使得颗粒不易沉积和粘连在第一斜板或第二斜板上，并且，当颗粒在第一斜板或第二斜上沉降一定厚度时，颗粒在重力作用下，从第一斜板或第二斜上滑落至下方的灰斗，通过灰斗对颗粒进行收集，不会污染环境；
[0070]
本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，通过在灰斗上设置放灰阀，使得灰尘的排放操作变得简单方便。
[0071]
本发明的高温烟气二级颗粒分离装置，通过在灰斗上设置吹扫口，使得卸灰操作变得简单方便。
[0072]
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。