煙氣處理裝置及轉底爐高溫高塵煙氣處理系統的製作方法

2023-05-27 10:57:26

本發明涉及一種煙氣處理裝置及配置有該煙氣處理裝置的轉底爐高溫高塵煙氣處理系統。

背景技術：

轉底爐是一種直接還原煉鐵工藝，在國外一些發達國家已經得到了比較廣泛的應用；近些年來，在國內一些鋼鐵企業也逐漸得到推廣和應用。轉底爐直接還原鐵生產過程中產生大量高溫煙氣和含鋅粉塵，具有餘熱利用和鋅資源回收的前景。然而，由於轉底爐煙氣高溫高塵的特性，煙氣溫度高達1000℃～1200℃，煙氣含鋅粉塵在高溫下粘性較高，因此轉底爐煙氣的餘熱利用和鋅資源回收存在如下問題：

一、堵塞，在高溫煙道和低溫煙道等處易發生堵塞問題。因為轉底爐煙塵灰成分及特性複雜、多變，灰熔點溫度範圍較大，在高溫下具有粘結性，容易發生堵塞，影響系統運行穩定性和運行時間。

二、腐蝕，水冷壁、過熱器及省煤器等換熱器易發生腐蝕。轉底爐本體工藝在進行直接還原煉鐵時，需要加入粘結劑，一般粘結劑中含有氯，造成在高溫高塵的轉底爐煙氣中含有多種氯鹽，在有水蒸汽存在時，會形成「鹽霧」，鹽霧對金屬材料表面造成腐蝕，會降低水冷壁、過熱器及省煤器等換熱器等的使用壽命，影響系統運行穩定性。

三、熱效率低，轉底爐煙氣一般採用常規電廠鍋爐進行餘熱回收利用，熱回收效率相對較低。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種煙氣處理裝置及配置有該煙氣處理裝置的轉底爐高溫高塵煙氣處理系統，至少可解決現有技術的部分缺陷。

本發明實施例涉及一種煙氣處理裝置，包括沉降爐、高溫餘熱鍋爐、低溫餘熱鍋爐及汽包，所述沉降爐、所述高溫餘熱鍋爐及所述低溫餘熱鍋爐沿煙氣流通方向依次連接，所述沉降爐的受熱壁面至少部分為水冷壁；

所述汽包具有進水口、出水口、進氣口及出氣口，所述出水口與各所述水冷壁的換熱介質入口連通，所述進氣口與各所述水冷壁的換熱介質出口連通，所述進水口與所述低溫餘熱鍋爐的換熱介質出口連通，所述出氣口與所述高溫餘熱鍋爐的換熱介質入口連通。

作為實施例之一，所述沉降爐內設有調質劑噴淋機構。

作為實施例之一，所述沉降爐、所述高溫餘熱鍋爐及所述低溫餘熱鍋爐的受熱面外側均設有在線清灰機構，所述高溫餘熱鍋爐和所述低溫餘熱鍋爐底部均對應設有灰倉。

作為實施例之一，所述在線清灰機構包括機械振打單元和彈性振打單元。

本實施例涉及一種轉底爐高溫高塵煙氣處理系統，包括如上所述的煙氣處理裝置，所述沉降爐的煙氣入口通過高溫煙氣管道與轉底爐的煙氣出口連通；所述系統還包括餘熱利用子系統及除塵子系統，所述餘熱利用子系統通過蒸汽管道與所述高溫餘熱鍋爐的換熱介質出口連通，所述除塵子系統通過低溫煙氣管道與所述低溫餘熱鍋爐的煙氣出口連通。

作為實施例之一，所述餘熱利用子系統包括汽輪機和發電機，所述汽輪機的蒸汽入口通過蒸汽管道與所述高溫餘熱鍋爐的換熱介質出口連通，所述汽輪機的蒸汽出口連接有蒸汽冷卻機構，所述蒸汽冷卻機構通過冷凝水回收管路與所述低溫餘熱鍋爐的換熱介質入口連通。

作為實施例之一，所述蒸汽管道上設有噴水減溫器。

作為實施例之一，所述冷凝水回收管路分支連接有一冷凝水噴淋管路，所述冷凝水噴淋管路出口端與所述噴水減溫器連接，並於所述冷凝水噴淋管路上設有控制閥。

作為實施例之一，所述除塵子系統包括沿煙氣流通方向依次連接的旋流混風器和布袋除塵器，所述旋流混風器設有由閥門控制的冷卻氣體入口。

作為實施例之一，所述高溫煙氣管道上設有進口閥，於所述轉底爐與所述進口閥之間的管道上連接有放散旁路，所述放散旁路上設有放散閥。

本發明實施例至少實現了如下有益效果：通過對常規的電廠鍋爐進行改造，將過熱器和省煤器均挪置於沉降爐外，減少沉降爐內受熱面，一方面，可合理降低高溫煙氣的溫度，同時煙氣流速在沉降爐內得到有效控制，使煙氣中粉塵的沉降量明顯增大，可避免高溫、高塵的煙氣直接進入過熱器和省煤器，可減少過熱器、省煤器的本體煙道及後續煙道發生堵塞的情況出現；另一方面，通過控制煙氣的溫度和流速，結合沉降爐內設置的調質劑噴淋機構對煙氣進行調質處理，可有效改善煙氣對設備造成的腐蝕情況；另外，通過沉降爐內受熱面、沉降爐外過熱器和省煤器受熱面的優化布置，可有效提高煙氣的餘熱利用率及餘熱利用效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發明實施例提供的轉底爐高溫高塵煙氣處理系統的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例一

如圖1，本發明實施例提供一種煙氣處理裝置2，可用於處理鋼鐵廠產生的各種煙氣，尤其適用於處理轉底爐1產生的高溫高塵煙氣。該裝置包括沉降爐22、高溫餘熱鍋爐23、低溫餘熱鍋爐24及汽包21，所述沉降爐22、所述高溫餘熱鍋爐23及所述低溫餘熱鍋爐24沿煙氣流通方向依次連接，沉降爐22的煙氣入口作為該煙氣處理裝置2的煙氣入口，低溫餘熱鍋爐24的煙氣出口作為該煙氣處理裝置2的煙氣出口。沉降爐22優選為呈褲衩形，其煙氣入口位於其一褲腿的下部，沉降爐22的受熱壁面至少部分為水冷壁，其中，沉降爐22頂壁以下的各處受熱面均優選為採用水冷壁，該頂壁可視實際工況採用或不採用水冷壁；各水冷壁的入水口均位於其底部，出水口位於其頂部。如圖1，高溫餘熱鍋爐23優選為緊鄰沉降爐22設置，即高溫餘熱鍋爐23的煙氣入口與沉降爐22的煙氣出口直接對接，以縮短高溫煙氣在煙氣管道內的運動行程，避免造成管道堵塞。

所述汽包21具有進水口、出水口、進氣口及出氣口，所述出水口與各所述水冷壁的換熱介質入口連通，所述進氣口與各所述水冷壁的換熱介質出口連通，所述進水口與所述低溫餘熱鍋爐24的換熱介質出口連通，所述出氣口與所述高溫餘熱鍋爐23的換熱介質入口連通。汽包21內的水進入沉降爐22內的水冷壁內，與進入沉降爐22內的高溫煙氣進行換熱而被加熱為汽水混合物，汽水混合物進入至汽包21內；汽包21內的蒸汽進入高溫餘熱鍋爐23內，與進入高溫餘熱鍋爐23內的高溫煙氣進行換熱而被加熱為過熱蒸汽，過熱蒸汽可用於發電等進行餘熱利用；低溫餘熱鍋爐24接收冷卻水，並與進入其內的低溫煙氣進行換熱，以將冷卻水加熱升溫，加熱升溫的冷卻水進入汽包21內以補充汽包21內的水體。優選地，經高溫餘熱鍋爐23加熱得到的過熱蒸汽餘熱利用後冷卻得到的冷凝水可作為低溫餘熱鍋爐24的冷卻水，從而實現冷卻水的循環利用，有效節約能源。

在上述沉降爐22內進一步設置有調質劑噴淋機構，用於噴淋調質劑，以去除煙氣中含有的NOx、Cl、S等煙塵的汙染物，減小煙氣對設備造成的腐蝕度。

上述結構中，沉降爐22內設有水冷壁，即形成一蒸發器，高溫餘熱鍋爐23內設有換熱器，即形成一過熱器，低溫餘熱鍋爐24內設有換熱器，即形成一省煤器。經沉降爐22、高溫餘熱鍋爐23和低溫餘熱鍋爐24依次處理，低溫餘熱鍋爐24的排煙溫度在140℃～170℃。本實施例通過對常規的電廠鍋爐進行改造，將過熱器和省煤器均挪置於沉降爐22外，減少沉降爐22內受熱面，一方面，可合理降低高溫煙氣的溫度，同時煙氣流速在沉降爐22內得到有效控制，使煙氣中粉塵的沉降量明顯增大，可避免高溫、高塵的煙氣直接進入過熱器和省煤器，可減少過熱器、省煤器的本體煙道及後續煙道發生堵塞的情況出現；另一方面，通過控制煙氣的溫度和流速，結合沉降爐22內設置的調質劑噴淋機構對煙氣進行調質處理，可有效改善煙氣對設備造成的腐蝕情況；另外，通過沉降爐22內受熱面、沉降爐22外過熱器和省煤器受熱面的優化布置，可有效提高煙氣的餘熱利用率及餘熱利用效果。

本實施例中，沉降爐22、高溫餘熱鍋爐23和低溫餘熱鍋爐24的布置方式為防雨棚的半露天布置；上述高溫餘熱鍋爐23優選為採用臥式、單壓、自然循環餘熱鍋爐；沉降爐22、高溫餘熱鍋爐23、低溫餘熱鍋爐24的煙氣側均採用耐磨、防腐材料，水冷壁及高溫餘熱鍋爐23的受熱面均優選為採用金屬合金材料且表面噴塗耐磨及防腐層，低溫餘熱鍋爐24受熱面優選為採用厚壁管。汽包21內設置有汽水分離器，保證供汽質量符合《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準》(GB12145)；汽包21一般為橫置式，可布置於沉降爐22爐頂。在高溫餘熱鍋爐23和低溫餘熱鍋爐24的本體煙道外部包裹有保溫層，在沉降爐22的水冷壁外也設置有保溫層，各保溫層外均設置有護板；保溫層的設計應保證在本煙氣處理裝置2正常運行條件下，環境溫度為25℃時，護板表面溫度不大於50℃。

作為本實施例的一種優選結構，所述沉降爐22、所述高溫餘熱鍋爐23及所述低溫餘熱鍋爐24的受熱面外側均設有在線清灰機構，所述高溫餘熱鍋爐23和所述低溫餘熱鍋爐24底部均對應設有灰倉。在線清灰機構採用機械振打+彈性振打的除灰方式，其具體結構是本領域技術人員根據公知常識能夠得到的，具體結構此處不再贅述。在沉降爐22、高溫餘熱鍋爐23和低溫餘熱鍋爐24上都布置有檢修門、人孔及檢測孔等，滿足運行、檢修和測試的要求，人孔也可作為清灰通道使用。

實施例二

如圖1，本實施例涉及一種轉底爐高溫高塵煙氣處理系統，配置有上述實施例一所提供的煙氣處理裝置2，所述沉降爐22的煙氣入口通過高溫煙氣管道與轉底爐1的煙氣出口連通。所述系統還包括餘熱利用子系統3，所述餘熱利用子系統3通過蒸汽管道與所述高溫餘熱鍋爐23的換熱介質出口連通。

一般地，上述餘熱利用子系統3主要用於發電，即上述餘熱利用子系統3為發電系統，該餘熱利用子系統3包括汽輪機35，該汽輪機35連接有發電機36，所述汽輪機35的蒸汽入口通過蒸汽管道與所述高溫餘熱鍋爐23的換熱介質出口連通。

進一步地，如圖1，所述汽輪機35的蒸汽出口連接有蒸汽冷卻機構，所述蒸汽冷卻機構通過冷凝水回收管路與所述低溫餘熱鍋爐24的換熱介質入口連通，通過上述結構可實現冷卻水的循環利用。其中，上述蒸汽冷卻機構包括冷凝器37，冷凝器37內設有換熱器，該換熱器的換熱介質進出口與冷卻塔38的循環水進出口管道連通，過熱蒸汽在汽輪機35內進行能量轉換後進入冷凝器37中換熱凝結為冷凝水，以返回至低溫換熱器內進行利用。在上述冷凝水回收管路上沿水流方向依次設有上述冷凝器37、凝結水泵、回熱加熱器34、除氧器33和給水泵，通過回熱加熱器34將冷凝水加熱至一定溫度，以提高鍋爐給水溫度，從而提高系統熱效率和餘熱回收效果。

作為實施例之一，如圖1，所述蒸汽管道上設有噴水減溫器31，由於轉底爐1煙氣性質常有波動，造成產生的過熱蒸汽性質不穩定，而影響發電系統的正常運行，通過設置上述噴水減溫器31，可將過熱蒸汽的溫度穩定在一合適的範圍內，避免轉底爐1煙氣性質變化造成的系統運行不穩定而影響設備壽命。進一步優選地，所述冷凝水回收管路分支連接有一冷凝水噴淋管路32，所述冷凝水噴淋管路32出口端與所述噴水減溫器31連接，並於所述冷凝水噴淋管路32上設有控制閥；當需要噴水減溫時，引入部分冷凝水至噴水減溫器31內，從而可進一步降低能源消耗。

作為實施例之一，如圖1，所述高溫煙氣管道上設有進口閥6，於所述轉底爐1與所述進口閥6之間的管道上連接有放散旁路5，所述放散旁路5上設有放散閥51。該放散旁路5主要包括放散管，該放散管連接於高溫煙氣管道上，放散閥51即設於該放散管上。通過設置放散旁路5，在上述煙氣處理系統因故障停機時，轉底爐1煙氣可暫時通過該放散旁路5排放，保障了轉底爐本體的正常生產。

實施例三

如圖1，本實施例涉及一種轉底爐高溫高塵煙氣處理系統，配置有上述實施例一所提供的煙氣處理裝置2，所述沉降爐22的煙氣入口通過高溫煙氣管道與轉底爐1的煙氣出口連通。所述系統還包括除塵子系統4，所述除塵子系統4通過低溫煙氣管道與所述低溫餘熱鍋爐24的煙氣出口連通。

作為實施例之一，所述除塵子系統4包括沿煙氣流通方向依次連接的旋流混風器41和布袋除塵器42，所述旋流混風器41設有由閥門控制的冷卻氣體入口。上述旋流混風器41的作用是：當出現布袋除塵器42濾袋不能承受的工況條件時，通過上述控制冷卻氣體入口的閥門的開啟，引入冷卻氣體(如室外空氣)與煙氣混合，使煙氣溫度降到合適值，以起到保護布袋除塵器42濾袋的目的。上述旋流混風器41通過煙氣急冷改變進入布袋除塵器42前的煙氣中粉塵的物態，保證布袋除塵器42不糊袋、不腐蝕。布袋除塵器42出口連接引風機43，經引風機43將除塵後的淨化氣體送至煙囪44排放。

上述布袋除塵器42包括袋式除塵器本體、輸灰系統、電氣及自控系統和保溫層，袋式除塵器本體包括自上而下依次布置的上箱體(淨氣室)、中箱體(塵氣室)、下箱體，另外還包括有噴吹裝置、過濾裝置(濾袋、濾袋框架)及卸灰裝置等，其中，上箱體內設有上述噴吹裝置，中箱體上設有含塵煙氣進出口風管、氣流分配裝置，濾袋吊掛在中箱體空間內，灰鬥作為下箱體設置在袋式除塵器本體的下部，用於收集從濾袋上清落的粉塵。進入布袋除塵器42的煙氣經氣流分配裝置分配風量後進入中箱體，含塵氣流由外向內流經濾袋進行過濾，大顆粒粉塵被阻留在濾袋外表，乾淨煙氣在袋內上升，經袋口和上箱體後排出。濾袋錶面的粉塵不斷增加，導致過濾阻力不斷增加，達到一定上限值時，需要對濾袋清灰；清灰採用脈衝噴吹方式，以氮氣為動力，通過噴吹裝置逐排對濾袋清灰；過濾阻力下降到下限值時停止清灰。清灰後濾袋錶面的粉塵落入灰鬥，經輸灰裝置收集後統一處理。

作為實施例之一，如圖1，所述高溫煙氣管道上設有進口閥6，於所述轉底爐1與所述進口閥6之間的管道上連接有放散旁路5，所述放散旁路5上設有放散閥51。該放散旁路5主要包括放散管，該放散管連接於高溫煙氣管道上，放散閥51即設於該放散管上。通過設置放散旁路5，在上述煙氣處理系統因故障停機時，轉底爐1煙氣可暫時通過該放散旁路5排放，保障了轉底爐1本體的正常生產。

實施例四

如圖1，本實施例涉及一種轉底爐高溫高塵煙氣處理系統，其結合上述實施例二和實施例三的結構，即上述實施例一所提供的煙氣處理裝置2中，沉降爐22的煙氣入口通過高溫煙氣管道與轉底爐1的煙氣出口連通，低溫餘熱鍋爐24的煙氣出口通過低溫煙氣管道連接有上述除塵子系統4，高溫餘熱鍋爐23的換熱介質出口通過蒸汽管道連接有上述餘熱利用子系統3。

上述煙氣處理系統的具體工作過程如下：

(1)打開進口閥6，關閉放散閥51，從轉底爐1來的1100℃左右的高溫高塵煙氣進入沉降爐22，使煙氣中的煙塵在沉降爐22內初步沉降，同時，高溫煙氣與沉降爐22的水冷壁進行換熱，將水冷壁中的水加熱為汽水混合物，由設置在汽包21中上部的進氣口進入汽包21；

(2)在沉降爐22內初步沉降後，高溫煙氣進入高溫餘熱鍋爐23，與高溫餘熱鍋爐23的換熱器進行換熱，將換熱器中的蒸汽加熱為過熱蒸汽，過熱蒸汽由高溫餘熱鍋爐23的換熱介質出口經噴水減溫器31進入汽輪機35，推動汽輪機35轉子轉動，帶動發電機36進行發電；

(3)蒸汽在汽輪機35內做功後排出進入冷凝器37，被冷凝為凝結水，凝結水由冷凝器37經凝結水泵被送至回熱加熱器34，經過換熱後進入除氧器33，在除氧器33中除氧後的水經給水泵被送至低溫餘熱鍋爐24的換熱器；

(4)從高溫餘熱鍋爐23出來的煙氣通過煙道進入低溫餘熱鍋爐24，與低溫餘熱鍋爐24換熱器進行換熱，將低溫餘熱鍋爐24換熱器中的水加熱升溫，加熱的水送至汽包21；

(5)煙氣從低溫餘熱鍋爐24經過煙道進入旋流混風器41，進行旋風除塵，同時根據設置在旋流混風器41內部的監測點的溫控反饋，調整混風量，使煙氣溫度降到設計值，以起到保護除塵器濾袋的目的；

(6)從旋流混風器41出來的煙氣通過煙道進入布袋除塵器42，進行除塵；

(7)從布袋除塵器42出來的煙氣經引風機43通過煙道進入煙囪44，從煙囪44出口排入大氣。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。