一种高效利用熔融还原冶炼烟气余热的设备的制作方法

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1.本实用新型属于钢铁冶金领域，特别涉及一种高效利用熔融还原冶炼烟气余热的设备。


背景技术：

2.以hismelt熔融还原冶炼工艺为例，该工艺被认为是最有发展前途的绿色炼铁工艺。hismelt熔融还原冶炼过程中，从srv炉排出的烟气温度在1450℃左右，通过冷却烟道降温到1000℃左右，经过旋风除尘进入余热锅炉，从余热锅炉出来，经过水洗后进入煤气柜回收。冷却烟道产生的高温高压蒸汽通常用于驱动制氧汽轮机，余热锅炉产生的蒸汽用于发电。发电的能源转化率仅在30％左右，能源利用效率低，后部水洗煤气，既消耗水资源，又浪费了热能，而且还有污水产生，包括hismelt熔融还原在内的现有还原冶炼工艺普遍存在此类问题致使该类工艺的优势并没有完全发挥到位。为解决上述问题，本实用新型开发了用预热废钢的设备，高效回收烟气余热并冷却烟气，同时还可以回收锌、铅等有色金属，该预热废钢设备的使用还可以避免废钢烧损。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种高效利用熔融还原冶炼烟气余热的设备，适用于hismelt类熔融还原冶炼后面配套炼钢的工艺情况。
4.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种高效利用熔融还原冶炼烟气余热的设备，包括旋风除尘器，废钢预热竖炉1，烟气预处理装置18，除尘器19，换热器2，引风机3，煤气柜20，各部件之间依次连接；
6.所述的废钢预热竖炉1包括炉底5、炉身与炉顶，其中：
7.炉底下方连接设有出料等静压区6；
8.炉身设有n层机械手7，由下向上包括第一层机械手7-1，第二层机械手7-2，
…
，第n层机械手7-n，n＝2-4，炉底设有第一环形烟道4-1，所述的炉底上部侧壁设有m个进气孔均匀分布，进气孔通过支管与第一环形烟道4-1连通，进气口下沿距离炉底留有一定高度，保证进入竖炉的高温烟气不会对炉底设备造成热伤害，高度取决于进入气体温度和炉底设备材料的耐热能力；
9.炉顶上设有双层加料等静压仓，由下向上包括下加料等静压仓8和上加料等静压仓9，下加料等静压仓8与竖炉炉顶相连通，下加料等静压仓8底部与炉顶之间设有第一封闭翻板阀10，上加料等静压仓9与下加料等静压仓8之间设有第二封闭翻板阀11，上加料等静压仓9顶部设有密封门12。
10.第一层机械手7-1下部炉身侧壁设置若干个引气孔，用于引出部分烟气，所述的引气孔通过支气管连接第二环形管道4-2，第二环形管道4-2连接锌、铅、碱金属化合物回收脱除装置17，以用于去除锌、铅与碱金属化合物；
11.第二层机械手7-2下部炉身侧壁设置若干个引气孔，用于引入回收锌、铅、碱金属
化合物后的烟气，所述的引气孔通过支气管连接第三环形管道4-3；
12.所述的炉顶侧壁设有排气口，所述的排气口设于炉顶最上层料面以上，通过支气管与第四层环形烟道4-4连接，第四层环形烟道4-4通过烟道与后部的。烟气预处理装置18，除尘器19，换热器2和煤气柜20相连接。
13.所述的换热器2通过管路分别连通放散烟囱23和煤气柜20，所述的管路上分别设有引风机3和煤气检测系统24，放散烟囱23入口管道上设有放散阀22，煤气柜20入口管道上设有煤气阀门21。
14.所述的旋风除尘器a连接熔融还原炉b，用于处理熔融还原炉排出烟气。
15.所述的废钢预热竖炉1由第一环形烟道4-1和连接管道与旋风除尘器a出风口连接，具体的，炉底上方侧壁周向设有进气孔，进气孔通过支管与第一环形烟道4-1相连接；
16.所述的废钢预热竖炉1截面积和机械手之间的距离根据转炉每次废钢加入量和废钢堆比重设计，并留有余地。
17.所述的废钢预热竖炉1炉体截面形状为矩形、圆形或椭圆形，优选矩形。
18.所述的炉底上方侧壁周向进气孔设于炉底上方，以热烟气不损害炉底设备为原则，一般为300-500mm处。
19.所述的换热器2为水冷换热器。
20.所述的设备通过加热废钢实现烟气余热利用，竖炉顶部下方侧壁周向设有若干个引气孔，引气孔通过支气管连接第四环形管道4-4，第四环形管道4-4连接烟气预处理装置18，所述的烟气预处理装置18用于喷吹活性炭；废钢中经常会有有机物类物质，废钢预热过程会有各种高露点类物质，如果不处理会造成除尘滤袋糊堵或电除尘的极板极线结垢，因此在除尘器19前设置了烟气预处理装置18，喷吹活性炭吸附高露点有机废气，喷吹的活性炭与粉尘一并在除尘器19回收，除尘后煤气温度较高，需要进一步降温处理，因此设换热器2用冷水降温，然后进煤气柜20回收煤气。回收的煤气送回前端冶炼工序做原料。
21.所述的出料等静压区内6设有保温料槽15，用于对预热废钢进行保温；所述的出料等静压区设有封闭门14。
22.所述的机械手7用于托扶废钢。
23.所述的引风机3按照使用废钢阻力最大时系统阻力设计，采用变频电机。
24.一种高效利用熔融还原冶炼烟气余热的方法，采用上述设备，包括以下步骤：
25.步骤1，竖炉装料
26.(1)关闭密封翻板阀11，开启密封门12，将废钢加到上加料等静压仓9内后，关闭密封门12，开启封闭翻板阀11，将上等静压仓9内废钢卸入下加料等静压仓8后，关闭密封翻板阀11；
27.(2)开启封闭翻板阀10，向竖炉内加入废钢；
28.(3)加入竖炉的废钢落在最顶层机械手7-n上，然后撤回机械手7-n，让废钢落入到下层机械手7-(n-1)上，这样依次放到炉底；
29.步骤2，废钢预热
30.加完废钢后，关闭好上下等静压区阀门，启动引风机3，点燃启动熔融还原炉b，熔融还原炉热风经旋风除尘器a除尘后，排出烟气进入烟道、环形烟道，然后由炉底进气孔进入废钢预热竖炉1，向上运行，对废钢进行预热，炉底不会继续受热升温，只承受上部落下废
钢的热量，废钢由第一层机械手7-1落至炉底，烟气进入竖炉后上行，预热进气孔上部废钢，在竖炉顶部最后一层废钢料面上部的排气孔被负压引出炉外。
31.步骤3，竖炉出料
32.(1)开启炉底翻板阀13，将预热后废钢卸入出料等静压区6内，卸料后炉底翻板阀13恢复到关闭状态。
33.(2)第一层机械手7-1放料，落到炉底的翻板阀13上，放料后，第一层机械手7-1恢复到接料状态；第二层机械手7-2放料，第二层机械手7-2表面废钢落到第一层机械手7-1上，第二层机械手7-2放料后恢复到接料状态，打开炉顶封闭翻板阀10放料，下等静压仓8内的废钢落入到第二层机械手7-2上；
34.所述的步骤1(2)，密封翻板阀11和密封门12均处于关闭状态，双重密封以减少因炉顶负压造成的空气吸入。
35.所述的步骤2中，旋风除尘器排出烟气温度为800-1000℃，第二层废钢底部温度为500-700℃。
36.所述的步骤2中，排出烟气进入竖炉，第一层机械手7-1上废钢温度在500℃-700℃，炉底设备材料耐热达到700℃即可；第一层机械手7-1材料耐热达到700℃即可，第二层机械手7-1耐热达到500℃即可。
37.所述的步骤中，根据换热后烟气温度对应选择第一层机械手7-1材料，具体采用耐热不锈钢即可。
38.所述的步骤2中，第二层机械手7-2处温度不高于400℃，机械手材料更易选择。
39.所述的步骤2中，炉底出料的翻板阀13材料比较容易选择。
40.所述的步骤2中，将部分换热后烟气通过一层机械手下方支气管和环形管道引到炉外设置的锌、铅、碱金属化合物回收脱除装置17，脱除了锌、铅、碱金属化合物的烟气再通过二层机械手下方环形管道和支气管送回竖炉1内，动力来自于竖炉上下的压力差。
41.所述的步骤2中，二次换热后烟气依次经烟气预处理装置18，除尘器19，换热器2和引风机3处理，经烟气检测分析系统24检测分析，经放散烟囱23放散低浓度煤气，进入煤气柜20，回收安全值内氧气与煤气。
42.所述的方法中，根据前端炉料中锌、铅及碱金属的带入强度，定期启动锌、铅、碱金属化合物回收脱除装置17。
43.所述的步骤3(2)中，当每层预热废钢量小，顶层烟气温度高，可以再增加一层机械手增加一层预热段；或者为了提高余热利用效率，增加废钢预热量，可以降低冷却烟道冷却强度，甚至取消冷却烟道，此时需要增加废钢预热层数。
44.所述的方法中，在送取保温料槽15时封闭门14开启，取出保温料槽之后迅速封闭，为防止送取保温料槽15时炉内吸入空气，出料等静压区6设有保护气体喷吹装置16，开启封闭门14时向等静压区6内喷吹保护气体，所述的保护气体为氮气或二氧化碳气体。
45.所述的方法中，放散烟囱23设置以使煤气安全。由于增加了废钢预热系统和烟气处理系统等，设备刚刚启动时，设备中会存有大量空气，熔融还原炉刚刚启动时，炉内物料空隙中同样存有一定量空气，此时系统烟气中煤气浓度很低，氧气浓度很高，此类气体回收到煤气柜无意义且不安全，所以要把这部分气体放散掉，待烟气煤气浓度达到回收价值时，并且烟气中氧气浓度进入安全值时再做回收。即打开煤气阀21，关闭放散阀22，开始回收煤
气。因此需要在煤气阀前设置烟气检测分析系统24，检测烟气中煤气浓度和氧气浓度。
46.本实用新型的有益效果：
47.本实用新型核心通过连接熔融还原炉，利用熔融还原炉内高温煤气预热废钢冷却烟气，实现热能高效回收利用，替代锅炉法冷却或喷水冷却低效率回收或浪费热能的冷却工艺，本实用新型不仅限于熔融还原炉冶炼烟气，也使用与其它工业高温烟气的热能回收利用，具体在hismelt系统的旋风除尘器后，设废钢预热竖炉，用1000℃左右的高温烟气物理热预热废钢，同时烟气被降温200℃以下，并保持在露点以上，后接袋式除尘器除尘，在袋式除尘器后设水冷换热器降温脱水，然后进入煤气柜回收。由于hismelt熔融还原冶炼工艺具有处理钢铁粉尘污泥的优势，而钢铁粉尘中经常含有锌、铅、碱金属等，这些物质会在废钢预热竖炉内反复富集，造成炉壁结瘤和废钢粘连，影响透气性和物料顺行，为此，在竖炉上设置脱除并回收锌、铅、碱金属化合物的设备，既保证生产顺行，同时可以回收部分有价值副产品。由于炉气是还原性煤气，废钢预热过程不会产生废钢烧损。回收的锌、铅基本是金属态物质，避免二次冶炼。废钢预热过程余热利用率可达70％以上，大大提高余热回收效率。煤气不再需要水洗，避免污水产生。
附图说明：
48.图1为本实用新型实施例的高效利用熔融还原冶炼烟气余热的设备结构示意图；其中：
49.a-旋风除尘器，b-熔融还原炉，1-竖炉，2-水冷换热器，3-引风机，4-1第一环形烟道，4-2第二环形管道，4-3第三环形管道，4-4第四环形管道，5-炉底，6-出料等静压区，7-1第一层机械手，7-2第二层机械，8-下加料等静压仓，9-上加料等静压仓，10-第一封闭翻板阀，11-第二封闭翻板阀，12-密封门，13-翻板阀，14-封闭门，15-保温料槽，16-保护气体喷吹装置，17-锌、铅、碱金属化合物回收脱除装置，18-烟气预处理装置，19-除尘器，20-煤气柜，21-煤气阀门，22-放散阀，23-放散烟囱，24-煤气检测系统。
具体实施方式：
50.实施例1
51.某钢厂有一套熔融还原工艺，同时拥有两座高炉炼铁生产线，炼钢有3座100吨转炉，由于炼钢能力大于炼铁能力，计划在转炉多加废钢，由于铁水热量有限，多加废钢炼钢热量不足，因此想采取废钢预热补充热量，经过调研发现，目前的废钢工艺热效率低，废钢预热过程废钢烧损严重，而且预热废钢过程产生的no
x
无法治理，最后决定选择本实用新型改进设备预热废钢。
52.在旋风除尘器后增加废钢预热竖炉，炉体采用矩形，进气孔下沿距离炉底400mm。获得高效利用熔融还原冶炼烟气余热的设备，其结构示意图如图1所示，包括旋风除尘器，废钢预热竖炉1，烟气预处理装置18，除尘器19，换热器2，引风机3，煤气柜20，各部件之间依次连接；
53.废钢预热竖炉1包括炉底5、炉身与炉顶，其中：
54.炉底下方连接设有出料等静压区6；
55.炉身设有n层机械手7，由下向上包括第一层机械手7-1，第二层机械手7-2，
…
，第n
层机械手7-n，n＝2-4，炉底设有第一环形烟道4-1，炉底上部侧壁设有m个进气孔均匀分布，进气孔通过支管与第一环形烟道4-1连通，进气口下沿距离炉底留有一定高度，保证进入竖炉的高温烟气不会对炉底设备造成热伤害，高度取决于进入气体温度和炉底设备材料的耐热能力；
56.炉顶上设有双层加料等静压仓，由下向上包括下加料等静压仓8和上加料等静压仓9，下加料等静压仓8与竖炉炉顶相连通，下加料等静压仓8底部与炉顶之间设有第一封闭翻板阀10，上加料等静压仓9与下加料等静压仓8之间设有第二封闭翻板阀11，上加料等静压仓9顶部设有密封门12。
57.第一层机械手7-1下部炉身侧壁设置若干个引气孔，用于引出部分烟气，引气孔通过支气管连接第二环形管道4-2，第二环形管道4-2连接锌、铅、碱金属化合物回收脱除装置17，以用于去除锌、铅与碱金属；
58.第二层机械手7-2下部炉身侧壁设置若干个引气孔，用于引入回收锌、铅、碱金属化合物后的烟气，引气孔通过支气管连接第三环形管道4-3；
59.炉顶侧壁设有排气口，排气口设于炉顶最上层料面以上，通过支气管与第四层环形烟道4-4连接，第四层环形烟道4-4通过烟道与后部的。烟气预处理装置18，除尘器19，换热器2和煤气柜20相连接。
60.换热器2通过管路分别连通放散烟囱23和煤气柜20，管路上分别设有引风机3和煤气检测系统24，放散烟囱23入口管道上设有放散阀22，煤气柜20入口管道上设有煤气阀门21。
61.旋风除尘器a连接熔融还原炉b，用于处理熔融还原炉排出烟气。
62.废钢预热竖炉1由第一环形烟道4-1和连接管道与旋风除尘器a出风口连接，具体的，炉底上方侧壁周向设有进气孔，进气孔通过支管与第一环形烟道4-1相连接；
63.废钢预热竖炉1截面积和机械手之间的距离根据转炉每次废钢加入量和废钢堆比重设计，并留有余地。
64.废钢预热竖炉1炉体截面形状为矩形、圆形或椭圆形，优选矩形。
65.炉底上方侧壁周向进气孔设于炉底上方，以热烟气不损害炉底设备为原则，一般为300-500mm处。
66.换热器2为水冷换热器。
67.设备通过加热废钢实现烟气余热利用，竖炉顶部下方侧壁周向设有若干个引气孔，引气孔通过支气管连接第四环形管道4-4，第四环形管道4-4连接烟气预处理装置18，烟气预处理装置18用于喷吹活性炭；废钢中经常会有有机物类物质，废钢预热过程会有各种高露点类物质，如果不处理会造成除尘滤袋糊堵或电除尘的极板极线结垢，因此在除尘器19前设置了烟气预处理装置18，喷吹活性炭吸附高露点有机废气，喷吹的活性炭与粉尘一并在除尘器19回收，除尘后煤气温度较高，需要进一步降温处理，因此设换热器2用冷水降温，然后进煤气柜20回收煤气。回收的煤气送回前端冶炼工序做原料。
68.出料等静压区内6设有保温料槽15，用于对预热废钢进行保温；出料等静压区设有封闭门14。
69.机械手7用于托扶废钢。
70.引风机3按照使用废钢阻力最大时系统阻力设计，采用变频电机。
71.转炉每炉废钢加入量想达到30吨，该厂废钢堆比重2.5吨/立方米，为了安全，设计时选用2.0，避免使用轻薄料时影响机械手运行。竖炉内部有效容积尺寸为1500mmx5000mm，每层料空间按照2200mm设计，多留200mm空间，便于机械手操作运行。两长边侧设机械手和进、出气孔。设置两层机械手。
72.由于这个熔融还原炉需要处理公司内部含锌粉尘，原料锌负荷比较大，因此设置了锌回收装置，在第一层机械手下面的炉壁两侧设置了引气孔，引气孔用支气管与环形烟道4-2相连，环形烟道4-2与除锌设备前端进气口相连，除锌设备的排气口与环形烟道4-3相连，在第二层机械手下面炉壁两侧开引会气孔，并用支气管与环形烟道4-3相连，用第一层料面与第二层料面压力差为动力，将部分烟气引出，通过除锌设备捕捉烟气中的锌蒸汽，除锌后的烟气再回到第二层料面上，继续参与对第三层废钢的加热。除锌设备根据炉内锌富集情况，定期启动，锌负荷低时可以停止工作，待锌富集到一定量时再次启动。炉内锌蒸气压大时，炉内透气性变差，除尘灰中锌含量会升高。判断炉内锌富集量也可通过入炉料的锌负荷计算。在除锌设备的进气口和排气口都设有阀门，停止除锌设备工作时，只需关闭进气口和排气口阀门即可。在处理含锌粉尘时，每天需要启动两次除锌设备，每次启动工作2小时即可，偶尔炉料锌负荷大时，也有启动3次的。在处理含锌粉尘时，最多每天回收锌25吨，锌回收率达到95％。
73.为了更多预热废钢，相应减少气化冷却烟道长度，通过旋风除尘器后烟气温度在约1050℃。平均废钢预热到约700℃，平均30分钟出料一次。热能利用率远高于余热发电。由于废钢预热温度高，转炉废钢加入量可以达到30％，缓解了炼铁和炼钢能力不匹配矛盾，减少了废钢预热过程的烧损和能耗，解决了废钢预热的环保难题，同时又回收了部分高价值的金属锌、铅，经济效益非常显著。
74.废钢预热竖炉热回收率可达约80％，冷却烟道的热利用率不到40％，而且原来800℃-1000℃烟气的利用率更低，不到30％。
75.现有废钢预热工艺的热效率不到50％，烟气中的nox无法处理，废钢烧损8％-10％，而且废钢平均加热温度尽在400℃左右。
76.本实用新型优点：
77.通过应用实例可以看出采用本实用新型设备进行余热回收具有如下优点：
78.1、余热利用率高，减少了能源浪费，从而减少了碳排放；
79.2、环保效益好。烟气处理过程不再有废水产生，减少水消耗，同时解决废钢预热过程烟气治理难题；
80.3、减少废钢预热过程的废钢烧损难题，减少社会资源浪费；
81.4、除锌过程回收的为金属锌，无需二次冶炼，提高副产品的附加值，减少二次冶炼的能源消耗和费用，同时解决废钢预热过程锌富集的难题，降低竖炉阻力，节省运行能耗。
82.5、为熔融还原炉冶炼多金属复合矿及回收贵重提供技术支撑。