一种用于转炉煤气干法除尘的余热回收装置

技术领域

本发明属于转炉煤气干法除尘余热回收技术领域，特别涉及一种用于转炉煤气干法除尘的余热回收装置。

背景技术

随着国内环保要的日益严格和除尘技术的发展进步，转炉煤气干法除尘净化技术的应用研究逐渐成为钢铁行业可持续发展的一项支撑技术，具有明显的节能减排效果和广泛的应用前景；目前，国内钢铁厂应用比较多的转炉煤气干法除尘技术还是LT法，该技术源于德国，其基本流程是对经汽化冷却烟道后800～1000℃的高温煤气直接喷水冷却，将煤气温度冷却降温到150～200℃再采用电除尘法进行烟气除尘处理回收煤气，近几年也有个别钢铁厂采用金属滤袋和耐高温陶瓷过滤干法除尘技术进行了工程应用实践，积累了一定的工程经验，但基于各钢铁厂对传统技术的习惯操作认同和对新技术熟练掌握的差别以及现场既有炼钢工序场所条件限制等原因，其更广泛的工程应用推广进展比较缓慢；在转炉煤气干法除尘技术中，根据不同干法除尘器的使用条件和耐温情况，目前主要是采用煤气蒸发冷却塔，对经汽化冷却烟道后800～1000℃的高温煤气直接喷水冷却，将煤气温度冷却降温至300℃以下，同时起到对煤气进行调质和预除尘作用，满足干法除尘器入口煤气温度和含尘浓度要求；在煤气蒸发冷却塔喷水冷却降温过程中，相当大的煤气显热热量无法回收，造成能源浪费，煤气中含水率增加，降低了煤气热值，增加煤气后续燃烧的热量，消耗大量生产水，增加了生产成本，严重制约了炼钢转炉工序节能降耗水平的提高。

综上所述，现有转炉煤气干法除尘技术普遍存在的主要问题是：

1、采用煤气蒸发冷却器对经汽化冷却烟道后800～1000℃的高温煤气直接喷水冷却，将煤气温度冷却降温至300℃以下，相当大的煤气显热热量无法回收，造成能源浪费；

2、在煤气蒸发冷却器直接喷水降温过程中，煤气中含水率增加，降低了转炉煤气热值，增加煤气后续燃烧的热量；

3、需要消耗大量生产水，增加了污水处理和生产运行成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于转炉煤气干法除尘的余热回收装置，解决常规转炉气化冷却烟道出口高温煤气显热回收困难的问题，满足转炉煤气干法除尘器入口温度和含尘浓度的要求，替代常规煤气蒸发冷却器，降低用水消耗，减少转炉煤气含水量，增加转炉煤气热值，节约能源，降低企业运行成本。

本发明的技术解决方案是：

1、在传统煤气蒸发冷却器的常规空间位置，把传统煤气冷却器直筒高度部分分成上直筒部分和下直筒部分，上直筒位置设置成高温冷却段，实现汽化冷却烟道后的高温煤气温度由800～1000℃冷却至650～700℃，下直筒位置设置成中温冷却段，实现煤气温度由650～700℃冷却至450～500℃；把传统煤气冷却器下部锥体和底部弯曲管道设置成低温弯曲冷却段，实现煤气温度由450～500℃冷却至350～400℃；同时，利用其内部空间增大，流速降低，起到对转炉煤气进行重力除尘的作用，重力除尘灰利用低温弯曲冷却段底部的刮板机输送外运；

2、在底部弯曲管道出口至除尘器入口之间的管道上设置热管换热装置，实现煤气温度由350～400℃进一步冷却至300℃以下，满足常规干法除尘器入口温度要求；

3、采用转炉煤气高温冷却段、中温冷却段、低温冷却段、热管换热装置和相匹配的高压蒸汽汽包、低压蒸汽汽包、除氧器、给水泵、汽、水管路等系统总成，在转炉煤气梯级冷却降温和预除尘的过程中，产生高压饱和蒸汽和低压饱和蒸汽，实现转炉煤气的余热梯级回收利用，节约能源，降低企业运行成本。

一种用于转炉煤气干法除尘的余热回收装置，包括：煤气入口变径导流管1、高温冷却段2、中温冷却段3、低温弯曲冷却段4、热管换热装置5、高压蒸汽汽包6、高压蒸汽用户7、低压蒸汽汽包8、低压蒸汽用户9、除氧器10、给水泵11、除盐水供水装置12、第一供水管13、第二供水管14、第一给水管15、第二给水管16、第三给水管17、连通管18、第四给水管19、第一下降管20、第一上升管21、高压蒸汽供气管22、第二下降管23、第二上升管24、第三下降管25、第三上升管26、第四下降管27、第四上升管28、除氧器供气管29、低压蒸汽供气管30；

煤气入口变径导流管1、高温冷却段2、中温冷却段3、低温弯曲冷却段4和热管换热装置5组成该装置的煤气侧预除尘及冷却降温系统，转炉煤气经过预除尘和冷却降温后，流入干法除尘器入口管道，满足干法除尘器入口温度和含尘浓度要求；高温冷却段2、高压蒸汽汽包6、第一下降管20、第一上升管21组成该装置的高压蒸汽系统，在高温冷却段2中的汽化冷却通道，对煤气进行冷却降温后吸收热量，产生高压蒸汽进入高压蒸汽汽包6内，经高压蒸汽供气管22，用于高压蒸汽用户7使用；中温冷却段3、低温弯曲冷却段4、热管换热装置5、低压蒸汽汽包8、第二下降管23、第二上升管24、第三下降管25、第三上升管26、第四下降管27、第四上升管28组成该装置的低压蒸汽系统，在中温冷却段3、低温弯曲冷却段4和热管换热装置5中的汽化冷却通道，进一步对煤气进行梯级冷却降温后吸收热量，产生低压蒸汽进入低压蒸汽汽包8内，经低压蒸汽供气管30，用于低压蒸汽用户9使用；除氧器10、给水泵11、第一给水管15、第二给水管16、第三给水管17、中温冷却段3、连通管18、高温冷却段2、第四给水管19组成该装置的给水系统，给水系统分成两个支路，一个支路直接由第三给水管17向低压蒸汽汽包8内给水，另一支路由第二给水管16依次经过中温冷却段3和高温冷却段2的密排管水流冷却通道，对煤气进行冷却降温吸收热量，使给水预热升温后，再由第四给水管19，用于向高压蒸汽汽包6给水，提高高压蒸汽汽包的给水温度，节约能源；除盐水供水装置12、第一供水管13、低温弯曲冷却段4、第二供水管14组成该装置的供水系统，除盐水供水先经过低温弯曲冷却段4的壁间水流通道，对煤气进行冷却降温吸收热量，使除盐水预热升温后，再由第二供水管14，用于向除氧器10供水，减少除氧器蒸汽消耗，节约能源。煤气入口变径导流管1的煤气进口端与转炉气化冷却烟道出口端连接，煤气入口变径导流管1的煤气出口端与高温冷却段2的进口端连接，高温冷却段2的出口端与中温冷却段3的进口端连接，中温冷却段3的出口端与低温弯曲冷却段4的进口端连接，低温弯曲冷却段4的出口端与热管换热装置5的进口端连接，热管换热装置5的出口端与干法除尘器入口管道连接；高压蒸汽汽包6的下降管出口与第一下降管20的进口端连接，第一下降管20的出口端与高温冷却段2的气化冷却通道进水口连接，高温冷却段2的气化冷却通道蒸汽出口与第一上升管21的蒸汽进口端连接，第一上升管21的蒸汽出口端与高压蒸汽汽包6的蒸汽进口连接，高压蒸汽汽包6的蒸汽出口与高压蒸汽供气管22的蒸汽进口端连接，高压蒸汽供气管22的蒸汽出口端与高压蒸汽用户7的入口连接；低压蒸汽汽包8的a1出口与第二下降管23的进口端连接，第二下降管23的出口端与中温冷却段3的气化冷却通道进水口连接，中温冷却段3的气化冷却通道蒸汽出口与第二上升管24的蒸汽进口端连接，第二上升管24的蒸汽出口端与低压蒸汽汽包8的b1蒸汽进口连接；低压蒸汽汽包8的a2出口与第三下降管25的进口端连接，第三下降管25的出口端与低温弯曲冷却段4的气化冷却通道进水口连接，低温弯曲冷却段4的气化冷却通道蒸汽出口与第三上升管26的蒸汽进口端连接，第三上升管26的蒸汽出口端与低压蒸汽汽包8的b2蒸汽进口连接；低压蒸汽汽包8的a3出口与第四下降管27的进口端连接，第四下降管27的出口端与热管换热装置5的进水口连接，热管换热装置5的蒸汽出口与第四上升管28的蒸汽进口端连接，第四上升管28的蒸汽出口端与低压蒸汽汽包8的b3蒸汽进口连接；低压蒸汽汽包8的c1蒸汽出口与除氧器蒸汽入口连接，低压蒸汽汽包8的c2蒸汽出口与低压蒸汽供气管30的蒸汽进口端连接，低压蒸汽供气管30的蒸汽出口端与低压蒸汽用户9的入口连接；除氧器10的给水口与给水泵11的进水端连接，给水泵11的出水端与第一给水管15的进水端连接，第一给水管15的出水端与第二给水管16的进水端连接，第二给水管17的进水口从第一给水管15上接出，第二给水管17的出水端与低压蒸汽汽包8的给水口连接，第二给水管16的出水端与中温冷却段3的密排管水流冷却通道进水口连接，中温冷却段3的密排管水流冷却通道出水口与连通管18的进水端连接，连通管18的出水端与高温冷却段2的密排管水流冷却通道进水口连接，高温冷却段2的密排管水流冷却通道出水口与第四给水管19的进水端连接，第四给水管19的出水端与高压蒸汽汽包6的给水口连接；除盐水供水装置12的出水口与第一供水管13的进水端连接，第一供水管13的出水端与低温弯曲冷却段4的壁间水流通道进水口连接，低温弯曲冷却段4的壁间水流通道出水口与第二供水管14的进水端连接，第二供水管14的出水端与除氧器供水口连接。

进一步，利用传统煤气蒸发冷却器的常规空间位置，在传统煤气冷却器直筒高度部分的上直筒位置，设置成高温冷却段，生产回收2.0～2.4MPa的高压蒸汽，用于高压蒸汽用户使用；

进一步，在传统煤气冷却器直筒高度部分的下直筒位置，设置成中温冷却段，把传统煤气冷却器下部锥体和底部弯曲管道设置成低温弯曲冷却段，在底部弯曲管道出口至除尘器入口之间的管道上设置热管换热装置，由中温冷却段、低温弯曲冷却段和热管换热装置对煤气进行梯级冷却后，热管换热装置出口煤气温度控制在300℃以下，满足转炉煤气干法除尘器入口温度要求，生产回收0.8～1.0MPa的低压蒸汽，用于低压蒸汽用户使用；

进一步，把高温冷却段和中温冷却段的内部空间增大，流速降低，起到对转炉煤气进行重力除尘的作用，满足转炉煤气干法除尘器入口粉尘浓度要求，重力除尘灰利用低温弯曲冷却段的底部刮板机输送外运；

进一步，热管换热装置根据现场煤气管道布置情况，可以是水平方向布置，也可以是垂直方向布置，减少该装置对炼钢主厂房其它工艺布置的影响。

进一步，该装置的除盐水供水，先经过低温弯曲冷却段的壁间水流通道对转炉煤气进行冷却降温，除盐水水温吸热升温后再向除氧器内供水，提高了供水温度，减少除氧器蒸汽消耗，节约能源；

进一步，除氧器向高压蒸汽汽包内的给水，依次经过中温冷却段和高温冷却段的密排管水流通道对转炉煤气进行冷却降温，给水吸热升温后再向高压蒸汽汽包内给水，提高了高压蒸汽汽包的给水温度，节约能源；

本发明的优点在于：1、转炉干法除尘系统中煤气蒸发冷却器作用，不需要喷水雾降温，增加转炉煤气热值，余热回收效率高，节约能源；2、采用转炉煤气高温冷却段、中温冷却段、低温弯曲水侧冷却段和热管换热装置及配套汽、水循环等系统总成，实现对汽化冷却烟道后的转炉煤气显热进行梯级回收利用，余热回收效率高；3、该装置利用传统煤气蒸发冷却器和煤气管道的空间位置，进行转炉煤气的梯级冷却降温，对炼钢其它工艺布置影响较小，能降低工程投资，尤其适合于旧有转炉煤气除尘系统的余热回收提标升级改造。

附图说明

图1为本发明的系统流程示意图。其中，1、煤气入口变径导流管，2、高温冷却段，,3、中温冷却段，,4、低温弯曲冷却段，5、热管换热装置，6、高压蒸汽汽包，,7、高压蒸汽用户，8、低压蒸汽汽包，9、低压蒸汽用户，10、除氧器，11、给水泵，12、除盐水供水装置，13、第一供水管，14、第二供水管，15、第一给水管，16、第二给水管，17、第三给水管，18、连通管，19、第四给水管，20、第一下降管，21、第一上升管，22、高压蒸汽供气管，23、第二下降管，24、第二上升管，25、第三下降管，26、第三上升，27、第四下降管，28、第四上升管，29、除氧器供气管，30、低压蒸汽供气管；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，本发明所述的一种用于转炉煤气干法除尘的余热回收装置及其方法，包括：煤气入口变径导流管1、高温冷却段2、中温冷却段3、低温弯曲冷却段4、热管换热装置5、高压蒸汽汽包6、高压蒸汽用户7、低压蒸汽汽包8、低压蒸汽用户9、除氧器10、给水泵11、除盐水供水装置12、第一供水管13、第二供水管14、第一给水管15、第二给水管16、第三给水管17、连通管18、第四给水管19、第一下降管20、第一上升管21、高压蒸汽供气管22、第二下降管23、第二上升管24、第三下降管25、第三上升管26、第四下降管27、第四上升管28、除氧器供气管29、低压蒸汽供气管30；

煤气入口变径导流管1、高温冷却段2、中温冷却段3、低温弯曲冷却段4和热管换热装置5组成该装置的煤气侧预除尘及冷却降温系统，转炉煤气经过预除尘和冷却降温后，流入干法除尘器入口管道，满足干法除尘器入口温度和含尘浓度要求；高温冷却段2、高压蒸汽汽包6、第一下降管20、第一上升管21组成该装置的高压蒸汽循环系统，在高温冷却段2中的汽化冷却通道，对煤气进行冷却降温后吸收热量，产生高压蒸汽进入高压蒸汽汽包6内，经高压蒸汽供气管22，用于高压蒸汽用户7使用；中温冷却段3、低温弯曲冷却段4、热管换热装置5、低压蒸汽汽包8、第二下降管23、第二上升管24、第三下降管25、第三上升管26、第四下降管27、第四上升管28组成该装置的低压蒸汽循环系统，在中温冷却段3、低温弯曲冷却段4和热管换热装置5中的汽化冷却通道，进一步对煤气进行梯级冷却降温后吸收热量，产生低压蒸汽进入低压蒸汽汽包8内，经低压蒸汽供气管30，用于低压蒸汽用户9使用；除氧器10、给水泵11、第一给水管15、第二给水管16、第三给水管17、中温冷却段3、连通管18、高温冷却段2、第四给水管19组成该装置的给水系统，给水系统分成两个支路，一个支路直接由第三给水管17向低压蒸汽汽包8内给水，另一支路由第二给水管16依次经过中温冷却段3和高温冷却段2的密排管水流冷却通道，对煤气进行冷却降温吸收热量，使给水预热升温后，再由第四给水管19，用于向高压蒸汽汽包6给水，提高高压蒸汽汽包的给水温度，节约能源；除盐水供水装置12、第一供水管13、低温弯曲冷却段4、第二供水管14组成该装置的供水系统，除盐水供水先经过低温弯曲冷却段4的壁间水流通道，对煤气进行冷却降温吸收热量，使除盐水预热升温后，再由第二供水管14，用于向除氧器10供水，减少除氧器蒸汽消耗，节约能源。煤气入口变径导流管1的煤气进口端与转炉气化冷却烟道出口端连接，煤气入口变径导流管1的煤气出口端与高温冷却段2的进口端连接，高温冷却段2的出口端与中温冷却段3的进口端连接，中温冷却段3的出口端与低温弯曲冷却段4的进口端连接，低温弯曲冷却段4的出口端与热管换热装置5的进口端连接，热管换热装置5的出口端与干法除尘器入口管道连接；高压蒸汽汽包6的下降管出口与第一下降管20的进口端连接，第一下降管20的出口端与高温冷却段2的气化冷却通道进水口连接，高温冷却段2的气化冷却通道蒸汽出口与第一上升管21的蒸汽进口端连接，第一上升管21的蒸汽出口端与高压蒸汽汽包6的蒸汽进口连接，高压蒸汽汽包6的蒸汽出口与高压蒸汽供气管22的蒸汽进口端连接，高压蒸汽供气管22的蒸汽出口端与高压蒸汽用户7的入口连接；低压蒸汽汽包8的a1出口与第二下降管23的进口端连接，第二下降管23的出口端与中温冷却段3的气化冷却通道进水口连接，中温冷却段3的气化冷却通道蒸汽出口与第二上升管24的蒸汽进口端连接，第二上升管24的蒸汽出口端与低压蒸汽汽包8的b1蒸汽进口连接；低压蒸汽汽包8的a2出口与第三下降管25的进口端连接，第三下降管25的出口端与低温弯曲冷却段4的气化冷却通道进水口连接，低温弯曲冷却段4的气化冷却通道蒸汽出口与第三上升管26的蒸汽进口端连接，第三上升管26的蒸汽出口端与低压蒸汽汽包8的b2蒸汽进口连接；低压蒸汽汽包8的a3出口与第四下降管27的进口端连接，第四下降管27的出口端与热管换热装置5的进水口连接，热管换热装置5的蒸汽出口与第四上升管28的蒸汽进口端连接，第四上升管28的蒸汽出口端与低压蒸汽汽包8的b3蒸汽进口连接；低压蒸汽汽包8的c1蒸汽出口与除氧器蒸汽入口连接，低压蒸汽汽包8的c2蒸汽出口与低压蒸汽供气管30的蒸汽进口端连接，低压蒸汽供气管30的蒸汽出口端与低压蒸汽用户9的入口连接；除氧器10的给水口与给水泵11的进水端连接，给水泵11的出水端与第一给水管15的进水端连接，第一给水管15的出水端与第二给水管16的进水端连接，第二给水管17的进水口从第一给水管15上接出，第二给水管17的出水端与低压蒸汽汽包8的给水口连接，第二给水管16的出水端与中温冷却段3的密排管水流冷却通道进水口连接，中温冷却段3的密排管水流冷却通道出水口与连通管18的进水端连接，连通管18的出水端与高温冷却段2的密排管水流冷却通道进水口连接，高温冷却段2的密排管水流冷却通道出水口与第四给水管19的进水端连接，第四给水管19的出水端与高压蒸汽汽包6的给水口连接；除盐水供水装置12的出水口与第一供水管13的进水端连接，第一供水管13的出水端与低温弯曲冷却段4的壁间水流通道进水口连接，低温弯曲冷却段4的壁间水流通道出水口与第二供水管14的进水端连接，第二供水管14的出水端与除氧器供水口连接。

进一步，利用传统煤气蒸发冷却器的常规空间位置，在传统煤气冷却器直筒高度部分的上直筒位置，设置成高温冷却段，生产回收2.0～2.4MPa的高压蒸汽，用于高压蒸汽用户使用；

进一步，在传统煤气冷却器直筒高度部分的下直筒位置，设置成中温冷却段，把传统煤气冷却器下部锥体和底部弯曲管道设置成低温弯曲冷却段，在底部弯曲管道出口至除尘器入口之间的管道上设置热管换热装置，由中温冷却段、低温弯曲冷却段和热管换热装置对煤气进行梯级冷却后，热管换热装置出口煤气温度控制在300℃以下，满足转炉煤气干法除尘器入口温度要求，生产回收0.8～1.0MPa的低压蒸汽，用于低压蒸汽用户使用；

进一步，把高温冷却段和中温冷却段的内部空间增大，流速降低，起到对转炉煤气进行重力除尘的作用，满足转炉煤气干法除尘器入口粉尘浓度要求，重力除尘灰利用低温弯曲冷却段的底部刮板机输送外运；

进一步，热管换热装置根据现场煤气管道布置情况，可以是水平方向布置，也可以是垂直方向布置，减少该装置对炼钢主厂房其它工艺布置的影响。

进一步，该装置的除盐水供水，先经过低温弯曲冷却段的壁间水流通道对转炉煤气进行冷却降温，除盐水水温吸热升温后再向除氧器内供水，提高了供水温度，减少除氧器蒸汽消耗，节约能源；

进一步，除氧器向高压蒸汽汽包内的给水，依次经过中温冷却段和高温冷却段的密排管水流通道对转炉煤气进行冷却降温，给水吸热升温后再向高压蒸汽汽包内给水，提高了高压蒸汽汽包的给水温度，节约能源；

上述转炉煤气干法除尘的余热回收装置及其方法请参看实施例1

实施例1

所述转炉煤气干法除尘的余热回收装置及其方法，具体步骤及控制参数如下：

1、根据转炉煤气干法除尘系统设备及管道布置情况，利用传统煤气蒸发冷却器和煤气管道的常规空间位置，确定对转炉高温煤气进行梯级冷却降温的高温冷却段2、中温冷却段3、低温弯曲冷却段4和热管换热装置5的外形控制尺寸，减少对炼钢其它工艺布置的影响，降低工程投资；

2、利用传统煤气蒸发冷却器的空间位置，在传统煤气冷却器直筒高度的上直筒位置，设置成高温冷却段2，实现汽化冷却烟道后的高温煤气温度由800～1000℃冷却至650～700℃；

3、在传统煤气冷却器直筒高度的下直筒位置，设置成中温冷却段3，实现煤气温度由650～700℃冷却至450～500℃；

4、把传统煤气冷却器下部锥体和底部弯曲管道设置成低温弯曲冷却段4，实现煤气温度由450～500℃冷却至350～400℃；

5、在底部弯曲管道出口至除尘器入口之间的管道上设置热管换热装置5，当转炉煤气干法除尘器采用布袋除尘器时，实现煤气温度由350～400℃进一步冷却至200℃以下，满足转炉煤气干法除尘器入口温度要求；

6、把高温冷却段2和中温冷却段3的内部空间增大，流速降低，起到对转炉煤气进行重力除尘的作用，满足转炉煤气干法除尘器入口粉尘浓度要求，重力除尘灰利用低温弯曲冷却段4的底部刮板机输送外运；

7、除盐水供水装置12的供水，先经过低温弯曲冷却段4的壁间水流通道对转炉煤气进行冷却降温，除盐水水温吸热升温后再向除氧器10内供水，提高了供水温度，减少除氧器10的蒸汽消耗，节约能源；

8、除氧器10向高压蒸汽汽包6的给水，依次经过中温冷却段3和高温冷却段2的密排管水流通道对转炉煤气进行冷却降温，给水吸热升温后再向高压蒸汽汽包6内给水，提高了高压蒸汽汽包6的给水温度，节约能源；

9、由高温冷却段2对煤气进行冷却后，生产回收2.0～2.4MPa的高压蒸汽，用于高压蒸汽用户7使用；由中温冷却段3、低温弯曲冷却段4和热管换热装置5对煤气进行梯级冷却后，生产回收0.8～1.0MPa的低压蒸汽，用于低压蒸汽用户9使用。

采用一种转炉煤气干法除尘的余热回收装置及其方法，能够替代常规转炉干法除尘系统中煤气蒸发冷却器作用，解决了常规转炉气化冷却烟道出口高温煤气显热回收困难的问题，满足转炉煤气干法除尘器入口温度和含尘浓度的要求，不需要喷水降温，减少转炉煤气含水量，增加转炉煤气热值，余热回收效率高，节约能源，降低企业运行成本，有较好的节能效益和经济效益。