一种烟气颗粒捕集装置

技术领域

本发明涉及转炉烟气回收技术领域，尤其是一种烟气颗粒捕集装置。

背景技术

随着节能环保意识的逐步加强，研究转炉烟气的全余热回收、探寻真正的干法除尘工艺，已经成为众多炼钢厂的关注点。而影响开发转炉全干法余热回收工艺的重要环节是解决工艺过程中转炉烟气的防爆问题。引起转炉煤气发生爆炸的三个必要条件分别为12.5％～75％的CO浓度、610℃以下的温度以及足够能量的火种。为防止爆炸的产生，必须从这三个必要条件来考虑，如果能限制其中一个必要条件，就能限制爆炸的产生。

转炉炼钢是一种间歇式的生产方式。在转炉正常冶炼生产阶段，烟气温度高，烟气量大，含尘量大，管道内烟气流速高，CO含量高；为防止因所携带的颗粒高温火种引燃烟气发生爆炸，需要在余热回收前完成高温颗粒，特别是忽米级颗粒(平均粒径在50μm及以上)的分离，以保证全余热回收阶段无爆炸现象发生。在转炉准备活动阶段，烟气温度降低，烟气量小，含尘量也有所降低，管道烟气流速小，CO含量介于爆炸上下限浓度区间，如果同时存在足够能量的颗粒火种，就很可能会引发爆炸，所以该阶段颗粒的捕集同样重要。

针对高温含尘烟气进行颗粒捕集的技术和装置有很多种，目前主要有：湿法或半干法分离、高温旋风分离、颗粒层过滤分离、陶瓷过滤分离等利用重力、离心力、惯性力及阻力，将颗粒从烟气中分离出来。由于湿法或半干法分离技术需要用到水，而粉尘颗粒(主要成分为Fe2O3)在高温有水存在的条件下理化性质会发生改变，影响灰尘的二次利用；高温旋风分离技术烟气容易产生涡流；陶瓷过滤耐高温，但容易发生堵塞现象，一旦堵塞后过滤装置清灰困难；颗粒层过滤分离装置对颗粒层滤料的要求较高，流速要求低，滤料需要定期更新，且存在过滤后灰尘二次回收难的问题。因此以上分离技术均不能适用于转炉烟气的全干法余热回收工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种烟气颗粒捕集装置，以解决现有分离技术不能适用于转炉烟气的全干法余热回收工艺的问题。

为达到上述目的，本发明提出一种烟气颗粒捕集装置，包括：内套筒，具有内腔和烟气进口，所述内套筒的侧壁上设有贯通孔；外套筒，套设在所述内套筒外，所述内套筒与所述外套筒之间具有环形捕集腔、落灰口和烟气出口，所述烟气进口、所述内腔、所述贯通孔和所述捕集腔依次连通；多层斜板，在所述捕集腔内沿所述捕集腔的轴向间隔布置，相邻两层所述斜板之间形成气流通道，各层所述斜板在所述捕集腔的径向方向上朝向外侧向上倾斜，所述落灰口位于多层所述斜板的下方，所述烟气出口与所述气流通道连通；冷却装置，具有在所述捕集腔内延伸的多条冷却路径。

如上所述的烟气颗粒捕集装置，其中，多层所述斜板与所述内套筒和所述外套筒相间隔，多层所述斜板与所述内套筒之间形成与所述气流通道连通的环形的落灰区，所述落灰区与所述落灰口连通，多层所述斜板与所述外套筒之间形成与所述气流通道连通的环形的烟气过流区，所述烟气过流区与所述烟气出口连通。

如上所述的烟气颗粒捕集装置，其中，所述冷却装置包括多个第一冷却管，各所述第一冷却管沿所述捕集腔的轴向延伸形成穿过多层所述斜板的第一冷却路径，各所述第一冷却管分别与多层所述斜板连接，多个所述第一冷却管沿所述捕集腔的周向间隔排布。

如上所述的烟气颗粒捕集装置，其中，所述内套筒与多层所述斜板之间还套设有导流筒，所述内套筒与所述导流筒之间具有环形空间，所述环形空间内沿轴向设有多层分层板，相邻两层所述分层板之间形成分层流道，多层所述分层流道与多层所述气流通道和所述内腔连通。

如上所述的烟气颗粒捕集装置，其中，所述冷却装置包括多个第二冷却管，各所述第二冷却管沿所述捕集腔的轴向延伸形成穿过多层所述斜板的第二冷却路径，各所述第二冷却管分别与多层所述斜板连接，多个所述第二冷却管沿所述捕集腔的周向间隔排布。

如上所述的烟气颗粒捕集装置，其中，所述内套筒的侧壁上设有与各所述分层流道对应的多层贯通孔，每层的贯通孔为多个且与对应的所述分层流道连通；所述导流筒的侧壁上设有与各所述分层流道对应的多层通孔，每层的通孔为多个且与对应的所述分层流道连通。

如上所述的烟气颗粒捕集装置，其中，所述内套筒、所述外套筒、所述斜板、所述导流筒和所述分层板的材质为耐高温材料。

如上所述的烟气颗粒捕集装置，其中，所述冷却装置包括沿所述捕集腔的径向间隔布置的多个冷却管组，每个所述冷却管组包括沿所述捕集腔的周向呈环形间隔布置的多个冷却管，每个所述冷却管沿所述捕集腔的轴向延伸形成一条所述冷却路径，至少一所述冷却管组穿设于多层所述斜板内。

如上所述的烟气颗粒捕集装置，其中，所述冷却装置还包括多个总管，多个所述总管在所述捕集腔外沿周向间隔布置，每个所述总管沿所述捕集腔的径向延伸，并将沿所述捕集腔的径向对应排列的多个冷却管连接固定，各所述总管与其连接的各所述冷却管连通。

如上所述的烟气颗粒捕集装置，其中，所述外套筒为汽化冷却烟道。

本发明的烟气颗粒捕集装置的特点和优点是：

1、本发明利用全干法重力沉降技术分离颗粒，通过设置多层斜板，增大了烟气流通面积，降低烟气流速，提高颗粒捕集效率，实现对忽米级颗粒的分离，消除颗粒火种带来的爆炸隐患；通过设置冷却装置对高温烟气冷却降温，实现烟气余热回收；

2、本发明通过在颗粒沉降区设置多个与斜板连接的冷却管，能进一步强化传热效果，增强烟气降温效果；

3、本发明通过设置多层分层板对高温烟气进行分层，不仅对烟气起到导流作用，还使烟气保持柱塞流形态，避免高温烟气因涡流、滞留原因产生爆炸隐患。

附图说明

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：

图1是本发明一实施例的烟气颗粒捕集装置的示意图；

图2是图1中多层斜板的结构示意图；

图3是图1中沿A-A线的剖视图。

主要元件标号说明：

1、内套筒；11、内腔；12、烟气进口；2、外套筒；21、捕集腔；

22、落灰口；23、烟气出口；24、落灰区；25、烟气过流区；

26、落灰过渡区；3、斜板；31、气流通道；4、冷却装置；

41、总管；42、第一冷却管；43、第二冷却管；

5、导流筒；6、分层板；61、分层流道。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照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”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”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。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，可以是可拆卸连接，可以是直接连接，可以是通过中间媒介间接连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

本文中提到的“高温烟气”的温度为600℃～1000℃，图中的箭头指向代表烟气流向，在此一并说明。

如图1、图2所示，本发明提供一种烟气颗粒捕集装置，包括内套筒1、外套筒2、多层斜板3和冷却装置4，内套筒1具有内腔11和烟气进口12，内套筒1的侧壁上设有贯通孔(图未示出)，外套筒2套设在内套筒1外，内套筒1与外套筒2之间具有环形捕集腔21、落灰口22和烟气出口23，烟气进口12、内腔11、贯通孔和捕集腔21依次连通，多层斜板3在捕集腔21内沿捕集腔21的轴向间隔布置，相邻两层斜板3之间形成气流通道31(如图2所示)，各层斜板3在捕集腔21的径向方向上朝向外侧向上倾斜，落灰口22位于多层斜板3的下方，烟气出口23与气流通道31连通，冷却装置4具有在捕集腔21内延伸的多条冷却路径。

使用时，高温烟气由烟气进口12以柱塞流的形式进入内腔11中，再经由贯通孔进入捕集腔21内，进入捕集腔21的高温烟气被多层斜板3分隔成多层扁薄的气流，各层气流分别沿着各层气流通道31流动，此过程中，高温烟气所携带的忽米级及以下的颗粒沉降在各层斜板3上，实现对忽米级颗粒的分离，消除颗粒火种带来的爆炸隐患，同时进入捕集腔21内的高温烟气与冷却装置4的多条冷却路径之间通过对流、辐射完成换热，高温烟气冷却降温，实现了烟气余热回收，沉降在各层斜板3上的颗粒依靠自身重力下落至落灰口22，从落灰口22排出，降温除尘后的净化烟气则从烟气出口23排出。

本发明通过设置多层斜板3，增大了烟气流通面积，降低烟气流速，提高颗粒捕集效率，实现对忽米级颗粒的分离，消除颗粒火种带来的爆炸隐患；通过设置冷却装置4对高温烟气冷却降温，实现烟气余热回收。

与现有技术相比，本发明的烟气颗粒捕集装置利用全干法重力沉降技术分离颗粒，而非采用水分离颗粒，避免了对颗粒的理化性质产生影响；高温烟气被多层斜板3分隔成多层扁薄的气流，烟气在流动过程中形成连续柱塞流，避免了产生涡流和滞留；颗粒沉降在各层斜板3上，再依靠自身重力下落至落灰口22，从落灰口22排出，避免现有过滤分离装置存在的堵塞、滤料需要定期更换、过滤后颗粒二次回收难等问题。因此本发明能适用于转炉烟气的全干法余热回收工艺。

采用本发明的烟气颗粒捕集装置，对流速为1.5m/s～7m/s、颗粒浓度高达200g/Nm

在一些实施例中，如图1、图3所示，冷却装置4包括沿捕集腔21的径向间隔布置的多个冷却管组，每个冷却管组包括沿捕集腔21的周向呈环形间隔布置的多个冷却管，比如图1中的第一冷却管42和第二冷却管43，每组冷却管组的冷却管数量为两个以上，每个冷却管沿捕集腔21的轴向延伸形成一条冷却路径，至少一冷却管组穿设于多层斜板3内，例如两冷却管组穿设于多层斜板3内。

本实施例中，冷却管内具有换热介质，例如换热介质为水、水蒸汽、导热油或其它导热流体，换热升温后的换热介质可被回收再利用，从而实现烟气余热回收。

进一步，如图1所示，冷却装置4还包括多个总管41，多个总管41在捕集腔21外沿周向间隔布置，每个总管41沿捕集腔21的径向延伸，且将沿捕集腔21的径向对应排列的多个冷却管连接固定，即每个总管41承载沿捕集腔21径向排列的一排冷却管，各总管41与其连接的各冷却管连通，换热介质从总管41分流至各冷却管内。

例如，冷却装置4的各冷却管和总管41的材质为普碳钢，成本较低。

在一些实施例中，如图1所示，多层斜板3与内套筒1和外套筒2相间隔，多层斜板3与内套筒1之间形成与气流通道31连通的环形的落灰区24，即落灰区24位于各层斜板3的位置较低端的一侧，落灰区24与落灰口22连通，各层斜板3上沉降的颗粒滑落至落灰区24，再下落至落灰口22，多层斜板3与外套筒2之间形成与气流通道31连通的环形的烟气过流区25，即落灰区24位于各层斜板3的位置较高端的一侧，烟气过流区25与烟气出口23连通，从各层气流通道31流出的烟气在烟气过流区25汇流，再从烟气出口23排出。

例如，多层斜板3的倾斜角度相同，长度也相同，但本发明并不以此为限，多层斜板3的倾斜角度也可以不完全相同，长度也可以存着差别，比如多层斜板3的长度为长短交替形式；每层斜板3的结构可以是锥形筒，当然也可以是其它结构的斜板3，比如弧形板。

进一步，如图1所示，落灰区24下方设有落灰过渡区26，落灰区24通过落灰过渡区26与落灰口22连通，各冷却管延伸至落灰过渡区26内，以回收颗粒的温度，对颗粒进行降温。

在一些实施例中，如图1、图3所示，冷却装置4的多个冷却管包括多个第一冷却管42，各第一冷却管42沿捕集腔21的轴向延伸形成穿过多层斜板3的第一冷却路径，各第一冷却管42分别与多层斜板3连接，以强化传热，增强烟气降温效果，另外各第一冷却管42还对多层斜板3起到固定支撑作用，多个第一冷却管42沿捕集腔21的周向间隔排布。

例如，各第一冷却管42通过钢连接件连接，以进一步强化传热效果，增强烟气降温效果。

在一些实施例中，如图1、图3所示，内套筒1与多层斜板3之间还套设有导流筒5，内套筒1与导流筒5之间具有环形空间，环形空间内沿轴向设有多层分层板6，相邻两层分层板6之间形成分层流道61，多层分层流道61与多层气流通道31和内腔11连通，进入捕集腔21的高温烟气首先在分层流道61内被分隔为多层气流，多层气流再穿过导流筒5的侧壁流向多层气流通道31。

本实施例通过设置多层分层板6对高温烟气进行分层，不仅对烟气起到导流作用，还使烟气保持柱塞流形态，避免高温烟气因涡流、滞留原因产生爆炸隐患。

本实施例中，如图1所示，当设有落灰区24时，落灰区24位于导流筒5和多层斜板3之间。

进一步，内套筒1的侧壁上设有与各分层流道61对应的多层贯通孔(图未示出)，每层的贯通孔为多个且与对应的分层流道61连通，以供内腔11中的高温烟气流出进入多层分层流道61，导流筒5的侧壁上设有与各分层流道61对应的多层通孔(图未示出)，每层的通孔为多个且与对应的分层流道61连通，以供多层分层流道61内的高温烟气流出。

进一步，如图1、图3所示，冷却装置4的多个冷却管包括多个第二冷却管43，各第二冷却管43沿捕集腔21的轴向延伸形成穿过多层斜板3的第二冷却路径，各第二冷却管43分别与多层斜板3连接，以强化传热，增强烟气降温效果，多个第二冷却管43沿捕集腔21的周向间隔排布。

例如，各第二冷却管43通过钢连接件连接，以进一步强化传热，增强烟气降温效果。

在一些实施例中，内套筒1、外套筒2、斜板3、导流筒5和分层板6的材质为耐高温材料，例如最高耐温不低于1000℃。

在一些实施例中，外套筒2为汽化冷却烟道，进一步对烟气余热回收。

本发明的烟气颗粒捕集装置可以连接在转炉烟气汽化冷却烟道末端，以将转炉高温烟气中所携带的颗粒进行捕集分离，消除颗粒火种带来的爆炸隐患，达到对转炉高温烟气除尘的目的，还对转炉烟气进行降温，并借助换热介质实现烟气余热回收。

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。