轉爐煉鋼產生的煙氣廢熱利用和除塵一體化系統的製作方法
2024-03-31 03:42:05
本實用新型涉及煙氣廢熱回收領域，特別涉及一種鋼鐵冶金中轉爐煉鋼生產過程中產生的煙氣廢熱利用和除塵一體化系統。
背景技術：
在轉爐煉鋼工業生產中，轉爐內鐵水中的碳與氧槍噴入轉爐中的氧發生化合反應，產生大量的一氧化碳和少量的二氧化碳以及極少量的其它氧化物，然後從轉爐爐口噴出，這些氣體統稱為爐氣；由於氧槍噴入氧氣氣流，劇烈攪拌鋼渣，蒸發的和噴濺的部分金屬雜質氧化物和散狀原料粉塵一起隨爐氣噴出，這些物質統稱為爐塵。爐氣衝出爐口以後叫煙氣。轉爐煉鋼產生的煙氣的特點是：溫度高、氣量多、含塵量大，氣體具有毒性和爆炸性，任其放散會汙染環境。轉爐煙氣和煙塵具有不同的特徵，根據所採用的處理方式不同，所得的煙氣性質也不同。
目前的處理方式有燃燒法和未燃法兩種：
(1)、燃燒法：爐氣從爐口進入與爐口連通的煙罩時，令其與足夠的空氣混合，使可燃成分燃燒形成高溫廢氣，高溫廢氣經過冷卻、淨化後，通過風機抽引並放散到大氣中。
(2)、未燃法：爐氣排出爐口進入與爐口連通的煙罩時，通過控制使空氣儘量少的進入爐氣，因此，爐氣中可燃成分CO只有少量燃燒。經過冷卻、淨化後，通過風機抽入回收系統中貯存起來，加以利用。
未燃法與燃燒法相比，未燃法中煙氣未燃燒，其體積小，溫度低，煙塵的顆粒粗大，易於淨化，煙氣可回收利用，投資少。目前轉爐煉鋼均採用未燃法。在未燃法這種處理方式中，有兩種處理方法：溼法(簡稱OG法)和幹法(簡稱LT法)。
(1)、溼法：轉爐煙氣經汽化冷卻煙道降溫冷卻後，溫度由1450℃～1400℃降到900℃-1000℃左右，通過高溫非金屬膨脹節進入特殊設計的高效噴霧洗滌塔，經洗滌降溫、粗除塵後，煙氣變為飽和煙氣，溫度降至70℃左右，並得到粗除塵。
降溫粗除塵後的飽和一次煙氣(轉爐煤氣)進入可調喉口文氏管(除塵文氏管)，可調喉口文氏管採用環縫文氏管，該文氏管控制煙氣流速，使高速氣流通過喉口進行精除塵。通過除塵文氏管精除塵後的煙氣溫度降至65℃左右，淨化後的飽和煙氣通過90°彎管進入漩流脫水器精脫水，經管道進入風機符合回收煙氣進入轉爐煤氣回收系統被利用，不符合回收煙氣送至放散煙囪點火放散。
溼法除塵後含塵能達到50mg/Nm3，不但耗水量大，還需要處理汙水和泥漿，對環境有一定汙染。
(2)、幹法：LT幹法除塵是經汽化冷卻煙道降溫冷卻後轉爐煙氣通過蒸發冷卻器冷卻降溫和粗除塵後，進入靜電除塵器進行精除塵，經精除塵後合格的煤氣通過切換站送往煤氣櫃，不合格的通過煙囪點火放散。
幹法除塵後含塵能達到20mg/Nm3，幹法不需設置汙水、泥漿處理設備。
不論溼法還是幹法都是將900℃-1000℃煙氣通過水來冷卻降溫，高溫煙氣顯熱浪費了。
技術實現要素：
為了解決現有技術中存在的高溫煙氣顯熱浪費的問題，本實用新型一方面提供了一種轉爐煉鋼產生的煙氣廢熱利用和除塵一體化系統，其包括：餘熱鍋爐、汽輪機、除塵器和煤氣回收放散子系統；所述餘熱鍋爐用於對轉爐煉鋼產生的煙氣進行除塵和利用煙氣廢熱產生過熱蒸汽，所述餘熱鍋爐的煙氣側入口經輸入管道與轉爐煉鋼用汽化冷卻煙道連通，蒸汽側出口與所述汽輪機的蒸汽入口連通，水側入口與餘熱鍋爐給水水源連通；所述除塵器用於對所述餘熱鍋爐排出的煙氣進行除塵，所述除塵器的煙氣入口與所述餘熱鍋爐的煙氣側出口連通，所述煤氣回收放散子系統與所述除塵器的煙氣出口連通，對符合回收要求的煙氣進行回收，對不符合回收要求的煙氣進行點火放散。
在如上所述的一體化系統中，優選地，所述餘熱鍋爐包括：包括爐牆、汽包以及沿煙氣流向依次設置在由所述爐牆圍成的爐膛內的過熱器、蒸發器和省煤器，所述汽包位於所述餘熱鍋爐的頂部；餘熱鍋爐給水由所述水側入口進入所述省煤器內，預熱後的餘熱鍋爐給水經所述汽包進入所述蒸發器內，吸熱變成飽和蒸汽，再經所述汽包輸出，然後進入所述過熱器內，被煙氣加熱變成過熱蒸汽，然後由所述蒸汽側出口排出。
在如上所述的一體化系統中，優選地，所述餘熱鍋爐還包括：蓄熱器；所述蓄熱器的進汽口與所述汽包連通以接收來自於蒸發器的飽和蒸汽，所述蓄熱器的出汽口與所述過熱器的進汽口連通。
在如上所述的一體化系統中，優選地，所述餘熱鍋爐還包括：輔助燃燒裝置；所述輔助燃燒裝置設置在所述輸入管道上，用於燃燒燃料使進入所述過熱器內的飽和蒸汽變成過熱蒸汽。
在如上所述的一體化系統中，優選地，所述燃料為轉爐煤氣，所述輔助燃燒裝置與所述煤氣回收放散子系統以接收轉爐煤氣。
在如上所述的一體化系統中，優選地，在所述輸入管道的內壁上沿由內至外的方向依次設置耐熱層和絕熱層。
在如上所述的一體化系統中，優選地，所述水側入口與所述汽輪機的乏汽出口連通。
在如上所述的一體化系統中，優選地，所述除塵器為布袋除塵器或靜電除塵器。
本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：
1、能回收轉爐煉鋼生產過程中產生的煙氣餘熱、能去除轉爐煉鋼生產過程中的煙氣粉塵，煙氣量變化範圍較寬的要求，熱效率達80％以上，除塵效率達99.95％。
2、在除塵器前設置一餘熱鍋爐，將煙溫降到200℃以下，使得在為後續的精除塵提供煙氣處理溫度的基礎上，保證了除塵器的熱安全性，有效地解決了除塵器入口煙溫問題，提高了除塵器運行的可靠性；同時煙塵濃度也大幅降低，粉塵被收集在與餘熱鍋爐落灰口連接的積灰鬥中，通過氣力輸送回用，提高總的除塵效率；還同時利用煙氣中熱能產生蒸汽，並直接送至蒸汽輪機做功發電，熱能轉變成電能。與傳統的煙氣處理相比，由於煙氣熱能被充分利用，所以該系統及工藝具有效益高，運行費用少等優點。
3、餘熱鍋爐採用單通道立式結構，佔地小，布置緊湊，使現有的改造工程受場地的限制較少；餘熱鍋爐的模塊化設計，使得效率高，結構合理，不易堵塞，流動阻力小。
4、餘熱鍋爐設置有輔助燃燒裝置，使餘熱鍋爐產生的蒸汽、溫度、壓力流量穩定，從而進入汽輪機的蒸汽參數穩定，發電平穩。吹煉後期可啟動輔助燃燒裝置，將不符合回收煤氣就地燃燒換熱，提高了能量。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例提供的一種轉爐煉鋼產生的煙氣廢熱利用和除塵一體化系統的結構示意圖。
圖2為本實用新型實施例提供的另一種轉爐煉鋼的煙氣廢熱利用、發電、除塵一體化系統的結構示意圖。
圖中標記說明如下：
1轉爐、2轉爐煉鋼用汽化冷卻煙道、3輸入管道、4餘熱鍋爐、5除塵器、51布袋除塵器、52靜電除塵器、41煙氣側入口、42煙氣側出口、43蒸汽側出口、44水側入口、6軸流風機、7三通閥、8煤氣冷卻子系統、9放散煙囪、10轉爐煤氣櫃、11粉塵輸送子系統、12蓄熱器、13汽輪機、14輔助燃燒裝置。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。
參見圖1～2，本實用新型一實施例提供了一種轉爐煉鋼產生的煙氣廢熱利用和除塵一體化系統，其包括餘熱鍋爐4、汽輪機13、除塵器5和煤氣回收放散子系統。
餘熱鍋爐4用於對轉爐煉鋼產生的煙氣進行降溫、換熱和初除塵，其煙氣側入口41經輸入管道3與轉爐煉鋼用汽化冷卻煙道2連通，該汽化冷卻煙道2罩於轉爐1的爐口上方，其煙氣側出口42與除塵器5的煙氣入口連通，其蒸汽側出口43與汽輪機13的蒸汽入口121連通，其水側入口44與餘熱鍋爐給水水源連通。為了充分吸收煙氣廢熱，煙氣由上至下在餘熱鍋爐4內流動，即煙氣側入口41設於餘熱鍋爐4的上部的側壁上，煙氣側出口42設於下部的側壁上，水由下至上在餘熱鍋爐4內流動，實現了煙氣與水的換熱，換熱後，水變成蒸汽進入汽輪機13，降溫後的煙氣進入除塵器5。餘熱鍋爐4還能對煙氣進行除塵(餘熱鍋爐的除塵稱為初除塵)，經過餘熱鍋爐初除塵後的灰塵落入位於其底端的第一落灰口，然後再輸出。汽輪機13為蒸汽汽輪機，用於將機械能轉變成電能，並向外輸送。優選地，汽輪機13的乏汽出口經冷凝器與餘熱鍋爐4的水側入口44連通，使得做功完畢的乏汽冷凝成冷凝水後再回到餘熱鍋爐4與煙氣進行換熱，即汽輪機13的乏汽作為餘熱鍋爐給水水源，形成了蒸汽-凝結水-蒸汽循環利用過程，使得水資源得以循環利用。為了便於輸送，冷凝水經加壓後再回到餘熱鍋爐4進行換熱。除塵器5用於對煙氣進行除塵(除塵器的除塵稱為精除塵)，經除塵器5除塵獲得的灰塵落入位於其底端的第二落灰口，然後再輸出。由第一落灰口輸出的除塵和第二落灰口輸出的除塵可以經粉塵輸送子系統11輸送至待處理場所，例如燒結原料場或煉鋼KR脫硫系統或壓塊後迴轉爐以供煉鋼利用，從而可以減少輸送及冶煉環節，輸送動力優選為氮氣。煤氣回收放散子系統對除塵器5除塵後的煙氣的成分含量進行分析，若符合回收要求(例如煙氣中含氧量低於百分之一，一氧化碳含量高於百分之三十且低於百分之九十，二氧化碳含氧量低於百分之二十，此時煙氣可稱為轉爐煤氣)，則回收利用，否則點火放散。具體地，符合要求的煙氣由煤氣回收放散子系統的切換裝置，例如三通閥7，分配進入煤氣回收放散子系統的轉爐煤氣櫃10儲存，儲存的轉爐煤氣再由煤氣加壓機加壓後供煤氣用戶使用，優選地，煙氣經三通閥7後，再經煤氣回收放散子系統的煤氣冷卻子系統8冷卻後進入轉爐煤氣櫃10儲存；不符合回收要求的煙氣由三通閥進入煤氣回收放散子系統的放散煙囪9，再經點火放散，點火可由等離子點火系統操作。為了便於除塵後煙氣的輸送，在煤氣回收放散子系統和除塵器之間設置軸流風機6。為防範餘熱鍋爐4受煙氣磨損，餘熱鍋爐4內的煙氣流速優選為3～4m/s。
通過在除塵器5前設置餘熱鍋爐4，以及設置與餘熱鍋爐4連接的汽輪機13，使得轉爐煉鋼產生的煙氣的顯熱能量得以充分回收，吸收顯熱產生的蒸汽用於發電，產生巨大經濟效益。煙氣經過餘熱鍋爐4的初除塵處理和除塵器5的精除塵處理後，煙氣的含塵量既符合放散排放標準，也符合回收煤氣用戶要求，且從除塵器5排出的煙氣的含水量大大降低，大大提高了回收煙氣的品質。另外餘熱鍋爐4的設置為除塵器5的熱安全性提供了可靠的溫度保障。
具體地，餘熱鍋爐4包括爐牆、汽包以及沿煙氣流向依次設置在爐膛內的過熱器、蒸發器和省煤器。汽包位於餘熱鍋爐5的頂部。省煤器、蒸發器和過熱器均與汽包連接，餘熱鍋爐給水由水側入口44進入省煤器內，利用尾部溫度較低的煙氣預熱，預熱後的餘熱鍋爐給水經汽包進入蒸發器內，吸熱變成飽和蒸汽，經汽包輸出，然後進入過熱器內，被煙氣加熱變成過熱蒸汽，然後由蒸汽側出口43排出，進入汽輪機13內。由煙氣側入口41進入的煙氣溫度可達800～1000℃，經餘熱鍋爐降溫後，煙氣溫度降到200℃以下。蒸發器的數量可以為三組，分為第一蒸發器、第二蒸發器和第三蒸發器。第一蒸發器、第二蒸發器和第三蒸發器沿煙氣的流向依次設置在爐膛內。
優選地，餘熱鍋爐4的結構為單通道立式結構，爐牆為膜式壁爐牆。組成省煤器、蒸發器和過熱器的受熱管優選為光管以保證換熱效率，且易於清灰，光管由無縫鋼管制造而成。省煤器、蒸發器和過熱器的多個受熱管的排列組合方式為順列模塊排列，即橫排和豎排都對齊的排列以降低煙氣流動阻力。由於轉爐煉鋼吹煉期釋放大量煙氣，非吹煉期煙氣釋放的很少，且煙氣灰塵濃度大，而灰塵聚集在受熱管的受熱面上會使得傳熱效果差，阻力增大，為此餘熱鍋爐還包括震打清灰裝置和激波清灰裝置，吹煉期啟動震打清灰裝置實現在線震打清灰；非吹煉期(即下述的輔助燃燒啟動期間)啟動激波清灰裝置。餘熱鍋爐4可採用模塊化、堆積木方式來製造安裝。
由於轉爐煉鋼吹煉期煙氣量集中釋放，非吹煉期幾乎沒有煙氣釋放，因此轉爐煉鋼產生的煙氣是間接不連續的，餘熱鍋爐4產生的蒸汽壓力和流量波動巨大，為平穩蒸汽壓力和流量，餘熱鍋爐4外還設置有蓄熱器12，其進汽口與汽包連通以接收來自於蒸發器的飽和蒸汽，其出汽口與過熱器的進汽口連通，如此可以削峰填谷，吹煉期將多餘蒸汽貯存在蓄熱器12中，非吹煉期蓄熱器12貯存的蒸汽釋放出來，使得進入汽輪機13的蒸汽是穩定的。
為了使進入汽輪機13的蒸汽壓力和流量更加平穩，保證發電功率恆定，不會造成用電負荷的波動，餘熱鍋爐4還包括輔助燃燒裝置14，設置在餘熱鍋爐4的前段，即輸入管道3上，可以設置在輸入管道3的末端，用於在吹煉期後期不回收煤氣時，啟動並燃燒燃料，使蓄熱器12儲存的蒸汽依然能在過熱器內被加熱成過熱蒸汽進入汽輪機13發電，且餘熱鍋爐4依然還能產生少量蒸汽，使汽輪機2高效穩定的運行，汽輪機12的發電機組能保證持續高效率發電。燃料優選為轉爐煤氣，例如轉爐煤氣櫃10與輔助燃燒裝置14連接以向輔助燃燒裝置14提供轉爐煤氣，將轉爐煤氣燃燒，使轉爐煤氣回收熱能最大化利用。應用中，輔助燃燒裝置14在轉爐吹煉後期煤氣不回收時點火啟動，使轉爐煤氣最大限度能量利用，待下次吹煉前期輔助燃燒裝置14自動熄火，保證下次轉爐煤氣的正常回收。
煙氣流經輸入管道2時，煙氣溫度高達800～1000℃，為了減少煙氣流經輸入管道2時產生的熱量損失，減少煙氣溫度的降低幅度，在輸入管道2內壁上沿由內至外的方向依次設置耐熱層和絕熱層，耐熱層的材質可以為耐火材料，絕熱成的材質可以為複合矽酸鋁纖維氈。為了補償輸入管道的熱伸長，輸入管道2經補償器與餘熱鍋爐2的煙氣側入口41連接，補償器優選為耐高溫波紋補償器。
除塵器5可以為布袋除塵器51，其煙氣進口位於下部，煙氣出口位於上部，如此利於達到好的除塵效果，延長布袋除塵器51的使用壽命，簡化了操作平臺，方便操作及維護。布袋除塵器51的外殼為圓形箱體(即布袋除塵器採用圓形箱體結構)，每個箱體設置若干個濾袋，每個濾袋內設有龍骨以對濾袋起到支撐作用，並設有反吹裝置以對濾袋進行吹掃使濾袋上的灰塵落入布袋除塵器51下方的灰倉內。由於有防爆要求，反吹裝置使用的介質為氮氣。箱體設有防爆裝置及人孔。為保證除塵的連續性且檢修需要，布袋除塵器51內設置有備用箱體。
除塵器5也可為靜電除塵器52，其外殼為圓筒狀(即靜電除塵器採用圓筒狀結構)，其內設置有進口氣流分布板，進入除塵器內的煙氣氣流首先通過進口氣流分布板實現均布氣流，然後氣流連續通過四個電場(如圖2所示)。靜電除塵器內設有震打清灰裝置，並設有防爆裝置。
為了提高轉爐煉鋼產生的煙氣廢熱利用和除塵一體化系統的自動化程度和可靠性，以便於實現轉爐煉鋼產生的煙氣廢熱利用和除塵一體化工藝，該一體化系統由DCS(Distributed control system，集散型控制系統)進行控制，能對本系統運行工況進行監測與控制；能顯示各種畫面或報表(參數或工況)；同時具備人工查詢、調校、幹預的操作界面。
本實用新型另一實施例提供了一種採用上述轉爐煉鋼產生的煙氣廢熱利用和除塵一體化系統的工藝，具體包括：
使轉爐煉鋼產生的煙氣依次經轉爐煉鋼用汽化冷卻煙道2和輸入管道3由余熱鍋爐的上部進入餘熱鍋爐4內；餘熱鍋爐給水由余熱鍋爐4的下部進入餘熱鍋爐內，並與煙氣換熱，變成過熱蒸汽，然後由余熱鍋爐4的上部排出並輸送至汽輪機13以驅動汽輪機13發電；換熱後的煙氣由余熱鍋爐4的下部排出並進入除塵器5除塵，得到除塵後的煙氣；用煤氣回收放散子系統對除塵後的煙氣進行判斷，若符合轉爐煤氣回收要求，則儲存，否則點火放散；其中，轉爐煉鋼用汽化冷卻煙道2罩於轉爐1的爐口上方。
為了使得吹煉期和非吹煉期進入汽輪機12的蒸汽穩定，餘熱鍋爐給水由余熱鍋爐4的水側入口進入餘熱鍋爐4的省煤器內，預熱後的餘熱鍋爐給水經餘熱鍋爐4的汽包進入餘熱鍋爐4的蒸發器內，吸熱變成飽和蒸汽，再經汽包輸出，然後進入餘熱鍋爐4的蓄熱器12內，然後輸出至餘熱鍋爐4的過熱器內，被加熱變成過熱蒸汽，然後排出至汽輪機13內。
在轉爐煉鋼的吹煉期，將飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽的熱源為轉爐煉鋼產生的煙氣；在轉爐煉鋼的非吹煉期，將飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽的熱源為由輔助燃燒裝置14啟動燃燒燃料形成的熱能，如此進一步使得進入汽輪機的蒸汽穩定。關於輔助燃燒裝置的描述可參見上述實施例中關於輔助燃燒裝置的描述，此處不再一一贅述。
綜上所述，本實用新型帶來的有益效果如下：
1、能回收轉爐煉鋼生產過程中產生的煙氣餘熱、能去除轉爐煉鋼生產過程中的煙氣粉塵，煙氣量變化範圍較寬的要求，熱效率達80％以上，除塵效率達99.95％。
2、在除塵器前設置一餘熱鍋爐，將煙溫降到200℃以下，使得在為後續的精除塵提供煙氣處理溫度的基礎上，保證了除塵器的熱安全性，有效地解決了除塵器入口煙溫問題，提高了除塵器運行的可靠性；同時煙塵濃度也大幅降低，粉塵被收集在與餘熱鍋爐落灰口連接的積灰鬥中，通過氣力輸送回用，提高總的除塵效率；還同時利用煙氣中熱能產生蒸汽，並直接送至蒸汽輪機做功發電，熱能轉變成電能。與傳統的煙氣處理相比，由於煙氣熱能被充分利用，所以該系統及工藝具有效益高，運行費用少等優點。
3、餘熱鍋爐採用單通道立式結構，佔地小，布置緊湊，使現有的改造工程受場地的限制較少；餘熱鍋爐的模塊化設計，使得效率高，結構合理，不易堵塞，流動阻力小。
4、餘熱鍋爐設置有輔助燃燒裝置，使餘熱鍋爐產生的蒸汽、溫度、壓力流量穩定，從而進入汽輪機的蒸汽參數穩定，發電平穩。吹煉後期可啟動輔助燃燒裝置，將不符合回收煤氣就地燃燒換熱，提高了能量利用，提高了熱效率。
總的來說，本實用新型具有如下優點：安全、節能、環保，可靠運行，佔用空間少，阻力小，提高了轉爐煉鋼能效指標，熱效率高，提高了除塵器使用壽命,方便維修，投資小，效益高。
由技術常識可知，本實用新型可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特徵的實施方案來實現。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，並不是僅有的。所有在本實用新型範圍內或在等同於本實用新型的範圍內的改變均被本實用新型包含。