煉鐵高爐高效節能除塵方法及設備的製作方法

2023-05-02 15:06:01

專利名稱：煉鐵高爐高效節能除塵方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於煉鐵高爐的高效節能除塵方法及設備。
背景技術：
我國鋼鐵工業煉鐵系統(煉鐵、燒結和焦化)能耗佔鋼鐵工業總能耗的67.2％，其中煉鐵工序佔46.4％。由此可見，高爐煉鐵工序是鋼鐵企業實施節能降耗的重中之重。在國民經濟快速發展的拉動下，中國鋼鐵工業進入快速發展階段，這也帶動了高爐煉鐵的快速發展。伴隨著中國生鐵產量的高速增長，中國高爐煉鐵技術水平也取得了一定進展。由於生鐵產量的高速增長造成了全國鐵礦石，焦碳供應緊張，價位攀升，質量下降，成分不穩定，導致了部分高爐技術經濟指標下滑。表現在入爐品位雖提高，但入爐焦比升高，噴煤比下降等現象。中國鋼鐵工業協會公布的另一份數據表明，目前，發達國家的高爐焦比已經達到300公斤/噸鐵以下，燃料比小於500公斤/噸鐵。我國重點鋼鐵企業的入爐焦比為426公斤/噸鐵，部分其他企業為488公斤/噸鐵左右，高爐工藝的能耗(標煤)比世界先進水平高出50公斤標煤/噸鐵至100公斤標煤/噸鐵。這一方面體現了我國高爐煉鐵與世界先進水平的差距，另一方而也說明了我國高爐煉鐵在節能方面還有較大潛力。
高爐除溼鼓風可以穩定鼓風溼度，增大噴煤比和降低焦比的作用。由於高爐錳鐵是典型的爐缸強吸熱直接還原反應、″上熱下涼″、焦比高、噸鐵耗風多、溼量大，特別是南方地區錳鐵高爐受氣候和季節影響，鼓風溼度不穩定造成錳鐵高爐技術經濟指標惡化而且波動大，在每年高溼度的6、7、8月期間生產錳鐵，這種影響和波動尤其明顯。目前高爐除溼鼓風普遍存在傳熱效率低、設備龐大，投資大、運行費用高的缺點。
目前，袋式除塵器以其除塵效率高，運行費用低，佔地面積小，結構簡單等特點成為工業除塵的主要設備之一，然而，它運用在高爐爐頂煤氣除塵方面受到煤氣溫度的較大限制，高溫煤氣使得袋式除塵器的濾料成本急劇增加，同時使袋式壽命縮短，整個除塵器袋式變得異常昂貴且需要經常更換。
高爐需要高風溫，高風溫給高爐主要帶來以下好處(1)用鼓風物理熱取代焦炭燃燒熱，可節約焦炭；(2)減少噸鐵煤氣量，促使爐頂溫度下降，可減少煤氣帶走熱量；(3)減少渣量，可降低爐渣帶走熱量損失；(4)相應增加產量，降低單位鐵熱損失；(5)使熱量焦中於爐缸，能提高風口前理論燃燒溫度(每提高100℃風溫，理論燃燒溫度提高60～80℃)，提高鼓風動能，有利於活躍爐缸，改善爐缸工作狀態，提高高爐熱能利用率，減少錳礦消耗；(6)為高爐噴煤提供熱補償，有利於增加噴煤量，提高煤焦置換比。
在目前我國生鐵高爐風溫範圍內，每提高100℃風溫，可節焦15～20kg/t鐵，相應增產3％左右。根據新鋼高爐生產統計數據及應用操作線圖理論計算，風溫由978.8℃提高到1300℃時，平均每提高100℃風溫可節焦60kg/t鐵(據俄羅斯科術納爾鋼鐵廠1019m3錳鐵高爐統計，每降低100℃風溫，焦比上升4％～5％。卡薩哥爾冶金廠880m3錳鐵高爐風溫在1000～1200℃範圍內，每提高100℃風溫，可節焦6％～8％)，帶來增產、降耗、優質的好效果。

發明內容
本發明的目的就是提供一種煉鐵高爐高效節能除塵方法和設備，以解決目前高爐煉鐵過程中存在的高爐除溼鼓風普遍存在傳熱效率低、設備龐大、投資大、運行費用高，袋式除塵器耐高溫性能差、成本高、壽命短，以及高爐煤氣餘熱餘壓回收利用不充分、熱風爐燃燒溫度水平低的問題。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種煉鐵高爐高效節能除塵方法首先將進入鼓風機之前的溼空氣進行預冷卻，然後將經過預冷卻後的溼空氣通過極速超導熱管冷卻器冷卻，通過極速超導熱管冷卻器後，溼空氣溫度被降低到與其空氣壓力及含溼量相對應的飽和溫度以下，溼空氣中的水份則凝結析出，這樣，溼空氣含水量降低，經過高爐鼓風機送入餘熱回收型袋式除塵裝置，經過在餘熱回收型除塵裝置中空氣與高爐爐頂煤氣換熱，空氣得到預熱溫度升高，再進入高爐熱風爐加熱，最後進入高爐，這樣進入熱風爐的空氣溫度提高，提高了熱風爐燃燒溫度和熱風爐效率，降低高爐焦比。
高爐爐頂煤氣出來後，首先進入餘熱回收型袋式除塵裝置，在餘熱回收型袋式除塵裝置中與空氣換熱，高爐煤氣溫度降低，換熱後在餘熱回收型袋式除塵裝置中進行袋式除塵，由於溫度降低，對袋式除塵器的濾料要求比較底，提高了除塵效率，除塵器成本降低，延長了袋式壽命，最後降溫除塵後的高爐煤氣一部分通過減壓閥組減壓後送到用戶儲氣罐，大部分高爐煤氣送入透平膨脹機膨脹作功，帶動發電機發電。
本發明的設備包括預冷卻裝置、再冷卻裝置、熱風爐和餘熱回收型除塵裝置，預冷卻裝置、再冷卻裝置和熱風爐用管道依次順序連接，熱風爐的出口與高爐的進風口連接；高爐的排氣口與餘熱回收型除塵裝置的入口連接。
本發明的有益效果是1.極速超導熱管餘熱回收裝置極大提高了高爐煤氣餘熱回收利用效率，餘熱回收效率較現有平均回收效率高30％，同時提高熱風溫度80℃以上，提高熱風爐效率8％以上，降低高爐焦比15kg/t；2.極速熱管餘熱回收裝置對空氣進行高效的預冷預熱處理，除溼效率高，同時降低除溼設備功率，可將鼓風溼度降低至當地冬季大氣水平，使風機工作條件變成「四季如冬」。可多噴吹煤粉，同時提高風機在夏季的出力，滿足高爐強化的需要。溼度減少1g/m3相當於提高9℃風溫，通過除溼處理可降低空氣溼度10-15g/m3，高爐焦比降低約10-15kg/t；3.降低袋式除塵器成本，提高除塵效率，延長除塵器壽命；4.採用全冷凍脫溼方式，鼓風密度提高，相當於增加高爐鼓風量，鼓入風的風溫在6-9℃，當大氣溫度在30℃左右時，可使鼓入風的密度提高，這一提高相當於增加約9％的風量；5.設備投資小，佔地面積小，運行費用低。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。


圖1是本發明設備構成兼工藝流程圖；圖2是本發明的預冷卻和再冷卻除溼工藝流程及裝置圖；圖3是本發明預冷卻採用的極速超導熱管換熱器的結構示意圖；圖4是本發明再冷卻採用的極速超導熱管冷卻器的結構示意圖；圖5是本發明的餘熱回收型除塵裝置的結構示意圖；圖6是本發明餘熱回收型除塵裝置的餘熱回收裝置的煙氣走向示意圖；圖7是本發明餘熱回收型除塵裝置的餘熱回收裝置的低溫吸熱介質的走向示意圖；圖8是圖6的E-E剖視圖。
附圖標記說明
1.空氣過濾器；2.極速超導熱管換熱器；3.極速超導熱管冷卻器；4.制冷機組；5.入口空氣管道；6.電動機；7.變速箱；8.高爐鼓風機；9.防喘振閥；10.止回閥；11.排氣截止閥；12.熱風爐；13.高爐；14.餘熱回收型除塵裝置；15.減壓閥組；16.儲氣罐；17.電動蝶閥；18.快速旁通閥；19.透平膨脹機；20.發電機；21.勵磁機；22.消音器；31.熱管冷凝段；32.熱管絕熱段；33.熱管蒸發段；34.預冷前的溼空氣；35.預熱前的低溼空氣；36.預冷後溼空氣；37.冷凍水；141.極速超導熱管；142.氣包；143.上箱；144.中箱；145.濾袋；146.下箱；147.排灰口；148.支撐；149.絕熱隔層；150.排氣口。
具體實施例方式
在圖1和圖2中，進口溼空氣首先進入空氣過濾器1，出來後進入作為預冷卻裝置的極速超導熱管換熱器2的預冷端，經過預冷的溼空氣進入作為再冷卻裝置的極速超導熱管冷卻器3進行冷卻，溼空氣中的水蒸汽在極速熱管冷卻器3中被冷凝析出，除溼後的空氣進入極速超導熱管換熱器2的預熱端，提高了空氣溫度。接著經過消音器22消音後進入高爐鼓風機8，鼓風機8將空氣送入極速熱管餘熱回收及除塵一體化裝置14，在餘熱回收型除塵裝置14中，空氣與高爐13爐頂煤氣進行熱交換，從而空氣得到預熱溫度升高，最後進入熱風爐12。
高爐13爐頂煤氣首先進入餘熱回收型除塵裝置14，首先經過餘熱回收型除塵裝置14內的餘熱回收裝置與空氣換熱，將高爐排放的煙氣溫度降低。然後經過餘熱回收型除塵裝置14進行袋式除塵，除塵後的高爐煙氣除一部分經過減壓閥組15被送到儲氣灌16為用戶提供燃氣，其餘大部分高爐煤氣進入透平膨脹機19，帶動發電機20勵磁機21發出交流電。
制冷機組4為極速熱管冷卻器3提供冷源。若現場有蒸汽熱源，則制冷機組4可採用溴化鋰制冷機組，若現場無合適熱源，則可採用壓縮式制冷機組。
參見圖3和圖4，本發明的極速超導熱管換熱器2和極速超導熱管冷卻器3由多根熱管構成，熱管由冷凝段31、絕熱段32和蒸發段33連接而成。溼空氣首先經過極速超導熱管換熱器2的蒸發段33，通過橫向衝刷蒸發段33，溼空氣傳熱給熱管內工質，工質蒸發吸熱，溼空氣得到預冷，溫度降低。在熱管換熱器2的冷凝段31，除溼後的空氣橫向衝刷冷凝段31，熱管內工質冷凝發熱。空氣得到預熱，溫度升高。
在圖4中，預冷後的溼空氣36橫向衝刷熱管冷卻器的熱管蒸發段33，溼空氣傳熱給熱管內工質，工質蒸發吸熱，當溫度降低到溼空氣飽和溫度之下，則有水分凝結析出，達到了除溼的目的。熱管冷卻器冷凝段3 1採用冷凍水37吸取工質的冷凝放熱。
參見圖5，本發明的餘熱回收型除塵裝置14為一體化整體裝置，包括極速超導熱管141、氣包142、上箱143、中箱144、下箱146、排灰口147、濾袋145和支撐148，上箱143和下箱1 45分別連接在中箱144的上下端，在中箱144內安裝濾袋144，下箱146的底端連接有排灰口147。上述各部分均裝於支撐147上。極速超導熱管141連接在上箱143的一側，極速超導熱管141的煙氣通道與上箱143的一端連接，在對應於極速超導熱管141的中部的絕熱段處裝有絕熱隔層149。在上箱143的頂端設有氣包142。
該除塵裝置14的工作過程為高溫含塵煙氣(圖5中箭頭為煙氣的流向)首先進入餘熱回收型除塵裝置的熱管141餘熱回收部分，煙氣通過極速超導熱管141換熱將熱量傳遞給採暖循環水、鍋爐給水或者鍋爐助燃空氣等等，降低溫度後的含塵煙氣進入袋式除塵部分後，從上箱143花板進入濾袋145，粉塵被捕集在濾袋145的內表面。淨化後的煙氣進入濾袋室的清潔室，匯集到下部的排氣口150排出。該裝置用於熱風爐鼓風的預熱，通過熱風爐之前鼓風與高爐爐頂煤氣在極速超導熱管餘熱回收裝置141中的換熱，將熱風爐之前高爐鼓風溫度提高200℃以上。
參見圖6，是本發明餘熱回收型除塵裝置14的餘熱回收部分的煙氣走向示意圖，高溫含塵煙氣(圖中箭頭A)橫向衝刷極速超導熱管141的蒸發段放熱，放熱後除塵煙氣(圖中箭頭B)送入器除塵部分。
圖7是本發明餘熱回收型除塵裝置14的餘熱回收部分的低溫吸熱介質的走向示意圖，低溫吸熱介質(圖中箭頭C，如鍋爐給水、採暖循環水、鍋爐助燃空氣等等)橫向衝刷超導熱管141的冷凝段，吸收來自熱管141冷凝段的熱量後的介質(圖中箭頭D)，溫度升高。
圖8是本發明餘熱回收型除塵裝置的餘熱回收部分的煙氣及吸熱介質走向示意圖，煙氣走向(箭頭A→B)與低溫吸熱介質流向(C→D)在俯視平面內為互相垂直，即低溫吸熱介質從煙氣流向的垂直方向進入超導熱管141，被超導熱管加熱。
權利要求
1.一種煉鐵高爐高效節能除塵方法，其特徵是包括以下步驟(1)預冷卻首先將進入鼓風機之前的溼空氣進行預冷卻；(2)再冷卻然後將經過預冷卻後的溼空氣再冷卻，溼空氣溫度被降低到水蒸汽分氣壓對應的飽和溫度以下時，溼空氣中的水份則凝結析出，隨後將經過再冷卻後的空氣由所述的鼓風機送入高爐；(3)餘熱回收將所述的高爐排出的煙氣經過熱交換裝置回收部分餘熱並降溫，回收的餘熱可用於預熱經過所述的再冷卻後的空氣，這樣進入熱風爐的空氣溫度提高，提高了熱風爐燃燒溫度和熱風爐效率，降低高爐焦比；(4)袋式除塵經過餘熱回收降溫後的高爐所排出的煙氣進入袋式除塵裝置進行除塵，由於煙氣的溫度降低，對袋式除塵器的濾料要求比較底，提高了除塵效率，除塵器成本降低，延長了布袋壽命。
2.根據權利要求1所述的煉鐵高爐高效節能除塵方法，其特徵是經過降溫除塵後的高爐煙氣一部分通過減壓閥組減壓後送到用戶儲氣罐，另一部分高爐煤氣送入透平膨脹機膨脹作功，帶動發電機發電。
3.一種實施權利要求1或2所述的煉鐵高爐高效節能除塵方法的設備，其特徵是包括預冷卻裝置、再冷卻裝置、熱風爐和餘熱回收型除塵裝置，預冷卻裝置、再冷卻裝置和熱風爐通過管道依次順序連接，熱風爐的出口與高爐的進風口連接；高爐的排氣口與餘熱回收型除塵裝置的入口連接。
4.根據權利要求3所述的煉鐵高爐高效節能除塵設備，其特徵是所述的預冷卻裝置採用極速超導熱管換熱器，其預冷端與進入鼓風機之前的溼空氣連接，其預熱端與再冷卻裝置的輸出端連接；該預冷卻裝置用於溼空氣的預冷和除溼後的空氣的預熱，通過除溼前的溼空氣和除溼後的空氣在極速超導熱管換熱器中換熱，達到溼空氣的預冷和除溼後的空氣的預熱的目的，採用超導熱管制作；所述的再冷卻裝置採用極速超導熱管冷卻器其輸入端與所述的預冷卻裝置的預冷端的輸出端連接，該再冷卻裝置的輸出端經過所述的預冷卻裝置的預熱端和熱風爐後與鼓風機的入風口連接；用於高爐鼓風溼空氣的冷卻除溼，通過溼空氣和制冷機組生產的冷凍水在極速超導熱管冷卻器中的換熱，將溼空氣溫度降低到與其相同壓力和含溼量相對應的飽和溫度以下，達到溼空氣除溼的目的，採用超導熱管制作；所述的餘熱回收型除塵裝置包括在袋式除塵裝置的入口連接有餘熱回收裝置，該餘熱回收裝置採用極速超導熱管換熱器，其冷卻端串聯在高爐爐頂煙氣排放通道，用於降低煙氣的溫度；該極速超導熱管換熱器的預熱端串聯在所述的鼓風機與熱風爐之間，用於對高爐鼓風的預熱。
5.根據權利要求4所述的煉鐵高爐高效節能除塵設備，其特徵是所述的餘熱回收裝置與袋式除塵裝置為一體化整體裝置，餘熱回收與除塵可在一個裝置內完成。
6.根據權利要求3所述的煉鐵高爐高效節能除塵設備，其特徵是所述的再冷卻裝置採用溴化鋰制冷機組或壓縮制冷機組生產的冷凍水進行冷卻，或採用換熱器通過冷卻水對溼空氣進行直接冷凍；在有蒸汽熱源的現場，宜採用溴化鋰制冷機組，無合適蒸汽熱源，則採用壓縮式制冷機組。
全文摘要
一種煉鐵高爐高效節能除塵方法及設備，首先將進入鼓風機之前的溼空氣進行預冷卻；然後將經過預冷卻後的溼空氣再冷卻，溼空氣溫度被降低到飽和溫度以下，溼空氣中的水份則凝結析出，隨後將經過再冷卻後的空氣由所述的鼓風機送入高爐，高爐排出的煙氣經過熱交換裝置回收部分餘熱並降溫，然後袋式除塵；經過降溫除塵後的高爐煙氣可以儲存或發電。本發明的設備採用了極速超導熱管換熱器進行預冷卻、再冷卻裝置和餘熱回收，有效解決了目前高爐煉鐵過程中存在的高爐除溼鼓風普遍存在傳熱效率低、設備龐大、投資大、運行費用高，袋式除塵器耐高溫性能差、成本高、壽命短，以及高爐煤氣餘熱餘壓回收利用不充分、熱風爐燃燒溫度水平低的問題。
文檔編號C21B9/14GK101074453SQ200610127368
公開日2007年11月21日 申請日期2006年9月13日 優先權日2006年9月13日
發明者童裳慧, 何家駒, 劉景明, 吳曉光 申請人:童裳慧