注入燃气式转炉煤气及转炉烟气显热的回收方法

摘要

一种注入燃气式转炉煤气及转炉烟气显热的回收方法，属于转炉煤气及转炉烟气显热的回收利用的技术领域。本发明要解决的主要技术问题在于：一方面要解决水的浪费问题，另一方面又要实现转炉烟气的物理显热的有效利用；还要消除现有系统存在的安全隐患、大幅度提高转炉煤气的收得率等等。本发明包括烟道换热装置、粗除尘装置和精除尘装置、引风机、管网和控制系统的配备，其特征在于：在回收系统中设置了燃烧室，且向所述的燃烧室注入燃气；在回收系统中还设置了换热装置，且该换热装置安装在所述的燃烧室之后。本发明适用于转炉煤气及转炉烟气显热的回收利用的技术领域，并具有节能、节水、安全和提高煤气收得率的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种注入燃气式转炉煤气及转炉烟气显热的回收方法，属于转 炉煤气及转炉烟气显热的回收利用的技术领域。

背景技术

转炉煤气回收系统是当前冶金行业中广泛采用的工艺环节之一。它的主要 工艺设备包括烟道换热装置、冷却装置、除尘装置、引风机、切换站、管网和 控制系统的配备。现有系统采用的冷却装置是一种汽化冷却塔，采用的除尘装 置是电除尘器等。

现有系统存在的主要问题在于：

1.转炉烟气中的物理显热在汽化冷却的过程中全部被浪费，由于转炉的烟 气量很大，因此，此种浪费是惊人的。

2.由于在汽化冷却塔中，来自烟道换热装置的经过初步冷却的转炉烟气的降 温速度很快，具有氧和煤气反应不充分的条件，存在剩余的氧和剩余的煤气共 存的机会，成为一种重要的安全隐患；当氧和燃气的量，处于能够通过燃烧相 互基本耗尽的过渡状态下，由于此时它们的浓度相对都较低，由于在汽化冷却 塔内的降温速度很快，更容易存在剩余的氧和剩余的煤气共存的状态，使氧过 剩和煤气过剩的气流段之间的、氧和可燃气的浓度都很低的安全隔离段的存在 不明显，也构成了一种重要的安全隐患。同时，当上述气流段进入切换站后， 会导致在煤气浓度仍然较高，例如煤气浓度为35％左右，的情况下，因为氧的 含量超标，例如≥2％，而放散，从而引发煤气的浪费。

3.由于具有危险浓度氧气进入精除尘器及其以后的系统难以避免，使系统存 在安全隐患。

4.汽化冷却不仅浪费了转炉烟气的大量显热，而且还要消耗大量的水，而且 由于水分的进入，还降低了转炉煤气的品质，提高了系统的防腐要求。

5.由于进入系统的水分存在冷凝的倾向，使得在现有系统中不能应用袋式除 尘器；而电除尘器的使用，不仅初次投资大，而且运行费用(包括维修费用和 能耗等)高。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种注入燃气式转炉煤气及转炉烟气显热的回收 方法，以克服现有技术存在的问题。

本发明要解决的主要技术问题在于：

1.消除转炉煤气中的含氧量大于某一规定的数值，例如2％，的可能性，使 一氧化碳含量具有利用价值的转炉煤气，例如一氧化碳含量大于20％的转炉煤 气，不再由于氧含量超标而燃烧放散，以大幅度提高转炉煤气的收得率。

2.消除转炉煤气中的含氧量大于某一规定的数值，例如2％，的可能性，以 消除现有系统存在的安全隐患。

3.将来自烟道换热装置的大约850℃的转炉烟气由汽化冷却改为利用换热装 置进行换热，一方面要解决水的浪费问题，另一方面又要实现转炉烟气的物理 显热的有效利用，以获取一箭双雕的效果。

4.克服由于汽化冷却器的使用而带来的饱和蒸汽冷凝的问题，解决利用袋式 除尘器替代电除尘器时可能发生的粘袋问题，以降低除尘设备的初次投资和运 行费用高的问题。

5.解决由于汽化冷却塔的取消，或者说是由于蒸汽的稀释作用的取消而产生 的发生局部爆炸的敏感性增加的问题。

6.改善氧和煤气的反应条件，包括设置能够保持高温的足够空间和延长它们 的反应时间等。

本发明的基本技术方案是：一种注入燃气式转炉煤气及转炉烟气显热的回 收方法，包括烟道换热装置、粗除尘装置和精除尘装置、引风机、管网和控制 系统的配备，其特征在于：在回收系统中设置了燃烧室，且向所述的燃烧室注 入燃气；在回收系统中还设置了换热装置，且该换热装置安装在所述的燃烧室 之后。所述的燃气，建议首选包括本实施例自产的转炉煤气在内的转炉煤气或 高炉煤气，因为它们的燃烧产物中的水分很少；必要时，也可以采用焦炉煤气、 天然气等其它燃气。燃气注入燃烧室的方法，可以是直接地注入，也可以通过 管网间接地注入等。“向所述的燃烧室注入燃气”的量，是以耗尽蓄热式的燃烧、 粗除尘装置内的剩余的氧为基本要求，并建议注入的燃气量有较大的过剩，一 方面是为了提高使氧耗尽的可靠性，更是为了提高后续的转炉煤气的回收率， 因为这会使得处于放散边缘的煤气得以回收，取得附加收益。值得注意的是， 这里所说的“使氧耗尽”，并不是指使氧消耗到没有氧原子的程度，而是指残氧 的浓度已经不足以使燃烧过程继续进行或重新发生，其目的之一是保证系统的 安全性。

由于转炉的产气量及其可燃成分的浓度变化幅度很大，为了使燃烧过程能 够随时、自发地、充分(注：这里的充分，还包括反应时间的充分)地进行， 建议使所述的燃烧室是蓄热式燃烧室。所谓“蓄热式燃烧室”是指：在燃烧室 内设置数量、形状和结构不限的蓄热体，通过它们的蓄热作用，使燃烧室内的 温度保持在进入该燃烧室的燃气的燃点以上，一旦出现氧和煤气共存的情况， 就可以随时、自发地进行充分地燃烧，以保证不使残余的氧的浓度超过某一规 定值，例如0.5％或1％等。

为了使系统更加紧凑和/或降低系统的成本，建议将所述的粗除尘装置和包 括蓄热式燃烧室在内的燃烧室采用了共为一体的结构形式。所谓“共为一体的 结构形式”，就是实现它们的“一体化”。例如，可以在蓄热式燃烧室的基础上 增加其内部空间作为沉降空间；这时，就实现了燃烧、蓄热和沉降室式的粗除 尘的三位一体。再例如，可以在蓄热式燃烧室的基础上，将其构造成旋风除尘 器的形状，就实现了燃烧、蓄热和旋风式的粗除尘的三位一体。同理，如果仅 是采用了粗除尘装置和燃烧室的组合，它就是两位一体，等等等等，不一而足。

由于本发明取消了汽化冷却塔，消除的大量的物理水的注入，极大幅度地 降低了水分的冷凝风险，因此，可以使所述的精除尘装置选用袋式除尘器。

为了防止转炉在非吹氧冶炼操作(例如出钢、加料、补炉、等待以及其它) 时冷空气的进入，还可以在回收系统中设置使系统中的气流流量为零的时段。 要实现该系统中的气流流量为零的方法很多，可以在所述的燃烧室或蓄热式燃 烧室之前设置开关阀；也可以在所述的引风机处设置了自循环系统；还可以在 引风机与其驱动电机之间设置离合器，并通过该离合器在需要时停止引风机的 运动，来使该系统中的气流流量为零等。

为了尽量减少空气携带氧气进入系统，还建议在所述的开关阀之前设置惰 性气体的输入通道，通过引入惰性气体，扫除可能进入的空气。所述的惰性气 体，可以是氮气，也可以是燃烧废气等。

为了便于调节进入精除尘器的烟气温度，还建议在所述的精除尘器之前设 置水雾发生器。

本发明产生的主要有益效果在于：

1.由于向所述的燃烧室或蓄热式燃烧室注入了燃气，几乎耗尽了进入该燃烧 室或蓄热式燃烧室内的氧，避免了由于系统内混入较多的空气而引发的强制放 散，将显著提高转炉煤气的收得率。特别是能够避免在煤气含量超过20％的情 况下，由于氧的含量超过警戒值而引发的强制放散，对提高转炉煤气的收得率 将具有较高的贡献。

2.由于设置了燃烧室，特别是设置了蓄热式燃烧室以后，能够显著提高了燃 烧过程的充分性，使系统更加节能。

3.由于向所述的燃烧室或蓄热式燃烧室注入了燃气，几乎耗尽了进入燃烧室 或蓄热式燃烧室内的剩余的氧，可以显著提高系统的安全性。

4.向所述的燃烧室或蓄热式燃烧室注入的燃气，是以耗尽进入燃烧室或蓄热 式燃烧室内的剩余的氧为目的之一，其消耗量较小，但是，即使如此，它产生 的热量，也会被后面的换热装置所截获，不会导致能量的浪费。

5.当注入的燃气量有较大的过剩时，一方面提高了使氧耗尽的可靠性，更重 要的是可以提高后续的转炉煤气的回收率，因为这会使得处于放散边缘的煤气 得以回收，取得附加收益。

6.由于取消了汽化冷却塔，真正实现了转炉煤气回收的干法工艺，既避免了 水的消耗，又将高温转炉煤气转化为优质热能，能够做到一举两得。

7.由于避免了物理水直接进入系统，大大提高了转炉煤气的露点，为袋式除 尘器的使用铺平了道路，使初次投资和运行费用大大降低。

8.由于避免了物理水直接进入系统，可以大大降低转炉煤气的水分含量，改 善转炉煤气的品质，且有助于降低煤气输送系统的防腐要求。

9.由于在回收系统中设置了使系统中的气流流量为零的时段，能够明显地减 少冷空气进入系统，进一步提高了系统的热效率和安全性。

附图说明

本发明有附图2页，共2幅。

图1是本发明的实施例1的示意图。

图2是本发明的实施例2的示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式将结合实施例及附图进行说明。

实施例1，如图1所示。

在图1中，1是转炉。2是转炉的烟道换热装置。3是共为一体的、具有粗 除尘、蓄热和燃烧室功能的组合装置。4是换热装置。5是精除尘装置，具体来 说，它是袋式除尘器。6是风机。7是转炉煤气的回收通道。8是转炉煤气的燃 烧放散通道，以便于应急和/或将不具备回收价值的残气放散。9和10分别是设 置在放散通道8和回收通道7上的控制阀。11是安装在组合装置3和烟道换热 装置2之间的开关阀，不难看出，开关阀11也符合设置在燃烧室或蓄热式燃烧 室之前的特征，因为在本实施例中，所述的燃烧室或蓄热式燃烧室是设置在组 合装置3之中的。12是燃气的输入通道，燃气注入组合装置3的方法有多种： 可以是直接地注入，也可以通过管网间接地注入；可以从端部注入，也可以从 组合装置3的中间的适当部位注入等。13是风机6的回流开关阀，在必要时用 于形成风机的自循环通道。14是惰性气体的输入通道，它设置在所述的开关阀 11之前；当系统不采用设置开关阀11的方案时，它可以设置在组合装置3之前。 15是设置在袋式除尘器之前的水雾发生器，以便在必要时调控进入精除尘器的 烟气温度等。

下面就结合着转炉的不同冶炼阶段，对本实施例工作过程分别说明如下：

1.在转炉进行吹氧冶炼的高峰阶段：

在这一阶段，富含煤气的高温(通常在1200℃以上)转炉烟气首先进入转 炉的烟道换热装置2；同时，从水冷烟罩处漏入的空气中的氧，也立即与煤气发 生反应而耗尽。该烟气自烟道换热装置2排出时，温度大约降至850℃左右，且 其中夹带着大量的尘和尘粒。

然后，这部分烟气便进入组合装置3；由于在这一阶段，转炉烟气中并不存 在过剩氧的问题，因此，燃气的输入通道12处于阻断状态，没有、也不需要向 组合装置3(或燃烧室)中输送燃气。这时，组合装置3内的温度也将保持大约 850℃的温度，且由于其具备蓄热功能，还可以使该温度能够保持较长的时间； 同时，在组合装置3内，还使较大颗粒的尘粒沉降下来，以便与后续的换热装 置4和袋式除尘器的性能相匹配。由于组合装置3内部具有较大的空间，还有 利于使氧和燃气具有较长的反应时间。

通过组合装置3的转炉烟气随即进入换热装置4，并通过换热，使其温度降 低到150℃左右；然后进入袋式除尘器5；在袋式除尘器5的前面设有的水雾发 生器15，是用于调控进入袋式除尘器5的烟气温度的；然后，转炉烟气(即转 炉煤气)经由风机6和控制阀10进入回收通道7向外输出。此时，控制阀9是 关闭的。

在上述过程中，不允许风机6进行自循环运行，因此，风机6的回流开关 阀13是处于关闭状态。同时，惰性气体的输入通道14也处于关闭状态；而开 关阀11则处于打开状态。

2.在转炉进行吹氧冶炼的末期：

包括煤气在内的转炉烟气产出量逐渐减少；随着水冷烟罩的提升作业，进 入系统的空气量增加。这时，就存在残留的氧没有耗尽的风险，因此，宜通过 燃气的输入通道12向组合装置3内输送少量的燃气，以确保残氧的耗尽。假如 此时组合装置3内并无残氧的存在，输入的燃气最终还是被回收，并无大的浪 费；假如此时组合装置3内确有残氧的存在，燃气燃烧产生的热能必然会被换 热装置4截获，也不会造成大的浪费。

有必要指出的是，通过风机6的流量是与转炉的吹炼状态或者说产气量相 匹配的，因此，燃气的补充量是非常有限的。

在这一冶炼阶段，建议注入的燃气量有较大的过剩，一方面是为了提高使 氧耗尽的可靠性，更是为了提高后续的转炉煤气的回收率，因为这会使得处于 放散边缘的煤气得以回收，取得附加收益。

其它的过程，可以参照现有技术以及对转炉进行吹氧冶炼的高峰阶段的情 况说明进行解读。

3.在转炉进行吹氧冶炼的休止期：

这里所述的休止期，是指由于冶炼工艺的需要或者是其它的原因造成的转 炉停止吹氧的期间，例如在出钢、加料、补炉、等待以及其它情况下的停止吹 氧的期间等。需要注意的是，在这一时段，即使是在现有技术的背景下，系统 中的流量也是最小的。

在转炉进行吹氧冶炼的休止期，建议采用以下两种操作模式之一：

(1)使该系统中的气流流量为零的作业模式。

具体的做法可以是：

①使风机6停止运转，并关闭控制阀9和10。

②使风机6进入自循环的工作状态，即在风机6低速运行的状态下，打开 风机6的回流开关阀13，并关闭控制阀9和10。

③使风机6进入自循环的工作状态，即在风机6低速运行的状态下，打开 风机6的回流开关阀13，并关闭控制阀9和10，同时还要关闭开关阀11。

在这一作业模式下，由于使系统中的气流流量为零并使系统处于等待状态， 可以避免具有危险隐患的冷空气(指其中的氧)进入后续部分，同时，还可以 防止较冷的空气带走系统业已存在的热量和/或消耗业已存在的可燃成分。

(2)使系统进入燃烧作业的模式，即通过燃气的输入通道12向系统提供足量 的燃气，使之与此时进入系统的少量空气进行燃烧，并对产生的热量进行回收。

只要注意到：在这一时段，系统中的流量是最小的，因此，通过燃气的输 入通道12向系统提的燃气量并不大，但是它能够在不造成能源浪费的前提下， 保持换热装置4工作的连续性，可以防止系统内的温度的大幅度波动。

4.在转炉进行吹氧冶炼的初期：

随着转炉吹氧冶炼的休止期的结束，即将开始进行吹氧作业。这时，建议 首先通过惰性气体的输入通道14，向系统内吹入惰性气体，以清扫可能进入的 空气。所述的惰性气体，可以是氮气，也可以是燃烧废气等。

接着，就可以打开燃气的输入通道12，向系统提供燃气以及开始吹氧作业。 随着吹氧的进行，烟气的温度和其中的可燃成分迅速增加，便可以逐渐减少乃 至停止燃气的供应。只是需要坚持至少在所述的组合装置3内，就将剩余的氧 基本耗尽的基本原则。

其余情形，可以参照以上叙述加以解读。

至此，本实施例的几个主要的工艺环节的工作状态已经进行了明确，也实 现了主要工艺过程的衔接。当冶炼系统处于其它不同的状态时，其实际的工况 也可以从以上的介绍中加以解读，就不再赘述了。

另外，本实施例还存在煤气回收制度的设计问题，建议采用以下的煤气回 收制度之一，并优先推荐煤气的全回收制度：

1.煤气的全回收制度

煤气的全回收制度的核心内容是：除了事故状态之外，净化后的转炉烟气 全部进入转炉煤气的回收系统。在这种制度下，控制阀9只有在事故状态下， 例如，有意外的氧的进入时，才被打开，进行强制燃烧放散。

建议采用的与煤气的全回收制度相适应的工艺措施是：①注入组合装置3 的燃气量有较大的过剩。②在冶炼的休止期，采用使该系统中的气流流量为零 的作业模式。

这一回收制度的优点是可以彻底消除转炉煤气的流失，大幅度提高回收的 转炉煤气的总热值；其缺点在于：回收后转炉煤气的平均单位热值会有所降低。

2.煤气的选择性回收制度

煤气的选择性回收制度的核心内容是：给转炉烟气中的煤气浓度设定一个 界限值，例如10％、15％或20％等，当转炉烟气中的煤气浓度超过该值时，便 进行回收；否则，便进行(燃烧)放散。由于在本发明的条件下，已经排除了 在正常状态下因氧含量超标造成的强制放散，因此其煤气回收率也会有较大幅 度的提高，且对已经回收的转炉煤气的平均单位热值影响较小，且回收后的转 炉煤气的平均单位热值还可以通过设定值的变化进行调整。

建议采用的与煤气的选择性回收制度相适应的工艺措施是：①对注入组合 装置3的燃气量进行控制，注意使燃气的过剩系数最小化，以避免能源的浪费。 ②可以在冶炼的休止期，仍然保持该系统中相对很小的气流流量，进行不间断 的燃烧作业，以避免系统内温度的较大波动，有利于换热装置的安全运行。

这一回收制度的优点，是在保持回收后的转炉煤气的平均单位热值较高的 条件下，进一步提高转炉煤气的回收总量，且可以避免系统内温度的较大波动， 有利于换热装置的安全运行；其缺点在于，有少量的煤气被浪费。

实施例2，如图2所示。

本实施例是对实施例1进行的简化。

与实施例1相比，它取消了组合装置3、开关阀11、惰性气体的输入通道 14、风机6的回流开关阀13和水雾发生器15；并利用新增的分立的粗除尘器 16和分立的燃烧室17来代替组合装置3；同时，还将换热装置4换成了火管式 的换热装置4-1。所述的分立的粗除尘器16和分立的燃烧室17最好也附加上蓄 热的功能，以便获得更好的使用效果。

本实施例的工作过程是：由烟道换热装置2排出的转炉烟气首先进入分立 的粗除尘器16进行初步除尘，并使粗除尘器16保持着较高的温度，并可以在 其中进行煤气和残氧的继续反应；接着，该烟气进入分立的燃烧室17。

在分立的燃烧室17内，烟气中的剩余氧与从燃气的输入通道12输入的燃 气进行反应，除非烟气中已经没有剩余的氧或者剩余的氧在本燃烧室中被耗尽。 这就意味着从分立的燃烧室17中排出的气体中，只有过剩的可燃气，没有过剩 的氧。当然，所述的没有过剩的氧，并不是指没有氧原子，而是指残氧的浓度 已经不足以使燃烧过程继续进行或重新发生，其目的之一是保证系统的安全性。

从分立的燃烧室17排出的烟气随即进入换热装置4-1，经换热后进入精除 尘器、即袋式除尘器5，并由风机6输出。

在如实施例1所述的煤气的全回收制度下，转炉烟气或者说是煤气便通过 控制阀10进入回收通道7实施回收，除非遇到了非正常状态，例如事故状态。

在如实施例1所述的煤气的选择性回收制度下，由风机6输出的烟气经过 检测后，符合回收条件的部分，便通过控制阀10进入回收通道7实施回收；否 则，便通过控制阀9进入(燃烧)放散通道8实施放散。

对本实施例说明的其它未尽部分，在参照了实施例1的有关说明以及现有 技术之后，就足以进行解读了。

必须指出，如果使分立的粗除尘器16兼具燃烧室的功能，则从形式上看， 分立的燃烧室17是可以取消的，但是，必须注意到：这不过是将分立的燃烧室 17隐含在分立的粗除尘器16之中而已，而不应理解成分立的燃烧室17是冗余 的。

另外需要注意的是：上述实施例是本发明的个案，它们的作用之一是对本 发明起解释的作用，而不应理解为对本发明做出的任何限制。