一种转炉煤气高效回收装置及回收方法与流程

本技术涉及钢铁冶金行业，具体而言，涉及一种转炉煤气高效回收装置及回收方法。

背景技术：

1、转炉炼钢是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加热源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程，是目前使用最普遍的炼钢工艺。

2、转炉吹炼过程中会产生大量的副产物高温转炉煤气，转炉煤气出口温度高达1200～1600℃，具有很高的显热，一般采用汽化烟道余热锅炉回收烟气的物理显热。转炉煤气一般主要成分为(体积分数)：co为40～60％，h2<2％，co2为15～25％，o2为0.4～0.8％，n2为25～35％。

3、转炉煤气中含有较高的co成分，有毒性和爆炸性，然而转炉煤气中可燃气体主要为co和h2，同时又是一种很好的燃料。但是由于有o2的存在，当进入爆炸范围后就会爆炸，存在一定安全风险。

4、同时，转炉煤气中有较高含量的co2，大量的co2不仅降低了转炉煤气的燃烧热值与能源转换效率，增加了地球环境负荷，而且对煤气回收和储存设备具有一定的腐蚀作用。

5、转炉煤气回收工艺主要包括以下因素：

6、1、转炉煤气安全回收的问题，必须严格控制煤气中的氧含量，以减少煤气爆炸的安全风险。

7、2、由于转炉煤气中含有15～25％的co2，降低了转炉煤气热值。

8、3、co2排放有明确指标，减少co2排放对企业降本增效，提高竞争力有巨大优势。

9、4、转炉煤气热量回收只能采用湿法工艺，通过大量水洗涤来补充大量的水蒸气，从而稀释氧气含量，保证系统安全，但是并没有对co2进行转化。

10、转炉煤气中含有较高的co成分可作为制备高附加值化工产品的原料，因其具有较高的经济与环保价值，是钢铁行业重要的二次能源。如何回收和利用这些烟气中的热能，提高炼钢企业的能源利用效率和经济效益，同时减少环境污染，促进可持续发展是亟需解决的技术问题。

11、现有对于转炉煤气的催化转化中，绝大部分为固定床的形式，通过在固定床装填过量的催化剂，使转炉煤气在流经催化剂床层时进行还原反应，将co2还原为co的过程中消耗o2，降低o2并提高co的含量。

12、但是固定床形式的催化反应装置，需要定期将失效的催化剂床层进行更换，同时难以保证转炉煤气与催化剂的充分接触，不能有效地保证转炉煤气的转化效率。催化还原反应需要在高温条件下进行，而如何充分利用转炉煤气中的热量进行反应，在转炉煤气下游除尘降温工序之前进行转炉煤气的转化，也是需要重点考虑的技术方面。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种转炉煤气高效回收装置及回收方法，能够将转炉煤气中的自身组成转化为热值较高的co，降低了co2的排放量，转炉煤气实现全部回收，提高转炉煤气的热值，减少煤气燃烧放散量，在最大程度上达到绿色、低碳、减排的技术效果。

2、同时能够改善转炉煤气转化反应的形式，使作为催化剂的煤粉充分完全地与转炉煤气进行转化反应，保证反应效果，提高co2的转化率。

3、煤粉在经过转化反应后，能够通过转炉煤气下游的除尘降温工序得到回收处理，可在有效利用转炉煤气高温热量的前提下，减少废弃催化剂的回收操作。

4、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种转炉煤气高效回收装置，包括：煤粉储料装置以及煤粉给料装置，所述煤粉给料装置中的煤粉通过气力输送传输至转炉煤气烟道；

5、所述煤粉给料装置连接有变频给料装置，所述变频给料装置通过给料管道与送料气管道连接，所述给料管道与所述送料气管道的相接部位设置有气固混合器，所述送料气管道的末端连接有给料喷射组件，所述给料喷射组件的喷料口伸入所述转炉煤气烟道用于将气力输送的煤粉喷入转炉煤气烟道；

6、所述给料喷射组件包括多个，每个所述给料喷射组件相对所述转炉煤气烟道的轴心倾斜设置，且所述喷料口的喷射路径在所述转炉煤气烟道的轴心线上对中交汇；

7、所述转炉煤气烟道上安装有能够检测转炉煤气组成的气体检测器，所述气体检测器设置在所述给料喷射组件的下游；

8、所述变频给料装置包括变频给料阀，所述变频给料阀包括变频电机以及安装在所述给料管道中的给料叶轮；

9、还包括控制单元，所述变频电机以及所述气体检测器分别与所述控制单元电连接。

10、在可选的实施方式中，所述煤粉储料装置包括煤粉储槽以及煤粉锁斗，所述煤粉储槽与所述煤粉锁斗之间设置有煤粉锁斗进口阀，所述煤粉锁斗连接有氮气管线，所述氮气管线用于向所述煤粉锁斗内部充注氮气，所述煤粉锁斗的顶部设置有锁斗放空阀。

11、在可选的实施方式中，所述煤粉给料装置包括煤粉给料仓，所述煤粉锁斗连接在所述煤粉给料仓的上方，所述煤粉给料仓上设置有给料仓放空阀，所述煤粉给料仓与所述煤粉锁斗之间设置有煤粉锁斗出口阀，所述煤粉锁斗进口阀、所述煤粉锁斗出口阀、所述锁斗放空阀以及所述给料仓放空阀均与所述控制单元电连接。

12、在可选的实施方式中，所述煤粉锁斗内部设置有笛管，所述煤粉锁斗包括位于底部的锥形料斗，所述笛管环绕布置在所述锥形料斗的里侧，所述氮气管线与所述笛管相接，所述煤粉锁斗上连接有氮气反吹管线，所述氮气反吹管线连接在所述锥形料斗上，且与所述锥形料斗相切设置。

13、在可选的实施方式中，所述锁斗放空阀以及所述给料仓放空阀分别通过放空管道与气固缓冲罐连接，所述气固缓冲罐连接有充压氮气管线，所述充压氮气管线与设置在所述气固缓冲罐内部的喷吹嘴连接，所述喷吹嘴用于使所述气固缓冲罐中的放空煤粉转化为悬浮状态，并在充压喷吹后由所述气固缓冲罐导出；

14、所述气固缓冲罐通过引射管道与所述气固混合器连接，用于将放空缓冲的煤粉引射回流至所述气固混合器。

15、在可选的实施方式中，所述气固混合器包括壳体，所述壳体内部构造为拉瓦尔管结构，包括混合器入口腔、混合器混合腔以及混合器扩口腔，所述混合器入口腔内部安装有喷射管，所述喷射管包括喷射直管以及渐缩尖锥管，所述喷射直管的尾端与所述送料气管道连接，所述混合器入口腔与所述混合器混合腔的相接部位设置有进料口，所述给料管道与所述进料口连接；

16、所述混合器入口腔包括入口腔直筒段以及入口腔渐缩段，所述入口腔渐缩段与所述混合器混合腔直通，所述喷射管安装在所述混合器入口腔中，且所述渐缩尖锥管的头端越过所述入口腔直筒段且位于所述入口腔渐缩段，所述入口腔直筒段设置有引射回流口，所述引射管道与所述引射回流口相接。

17、在可选的实施方式中，所述给料喷射组件包括一体结构的煤粉料嘴以及气流喷嘴，所述气流喷嘴设置在所述煤粉料嘴的里侧且两者同心设置；

18、所述煤粉料嘴包括气煤料嘴管以及气煤料喷头，所述气流喷嘴包括气体喷嘴管以及气体喷头，所述气煤料嘴管与所述送料气管道对接，所述气体喷嘴管连接有喷射气体管道，所述喷射气体管道用于通过喷射气体将所述气煤料嘴管中的气煤混合物喷入所述转炉煤气烟道；

19、所述气体喷头设置在所述气煤料喷头的径向里侧，所述气煤料喷头以及所述气体喷头共同构成所述喷料口；

20、所述气体喷嘴管与所述喷射气体管道在所述煤粉料嘴的外部相接，所述气体喷嘴管由所述气煤料嘴管的外部垂直伸入，且伸入部分的所述气体喷嘴管与所述气煤料嘴管平行延伸；

21、所述气煤料喷头以及所述气体喷头分别包括尖锥状结构，且分别包括位于尖端的气煤料喷口及气体喷口，所述气体喷嘴管以及所述气体喷头的外径小于所述气煤料喷口的内径，所述气体喷口设置在所述气煤料喷口的轴向里侧，且所述气体喷口与所述气煤料喷口之间至少具有一段轴向上的长度间隙。

22、在可选的实施方式中，所述气煤料喷头的尖锥角度大于所述气体喷头的尖锥角度，所述气煤料嘴管与所述气体喷嘴管之间设置有环状间隙，所述环状间隙的宽度不小于所述气体喷嘴管外径的二分之一。

23、在可选的实施方式中，所述给料喷射组件的对中交汇部位设置有渐扩管，所述渐扩管固定在所述转炉煤气烟道的轴心上，所述渐扩管与所述转炉煤气烟道之间留有间隙。

24、第二方面，本发明提供一种转炉煤气高效回收方法，包括以下步骤：

25、转炉煤气在转炉煤气烟道中流动，煤粉经煤粉给料装置以及变频给料装置的给料后，与送料气管道中的输送气在气固混合器中混合并得到加速输送；

26、加速输送的煤粉气混合物通过给料喷射组件喷射进入转炉煤气烟道，过量的煤粉作为催化剂与转炉煤气接触进行转化反应，在与过量的催化剂接触后，转炉煤气进行部分组成的转化反应，减少消除转炉煤气中的o2，提高转炉煤气中co；

27、转化反应后的转炉煤气通过转炉煤气烟道的出口进行回收。

28、本技术中的转炉煤气高效回收装置及回收方法，将煤粉给料装置中的作为催化剂的煤粉通过气力输送传输至转炉煤气烟道，使煤粉直接参与转炉煤气的转化反应，能够形成煤粉在转炉煤气烟道中的流化反应状态，相较于固定床的反应形式，喷入转炉煤气烟道内的流化状态的煤粉能够更加充分地与转炉煤气进行接触，使煤粉更加完全地与转炉煤气进行转化反应，并能够跟随转炉煤气在烟道中的流动进一步扩散，从最大程度上提高co2的转化率，降低o2的含量。

29、煤粉在进入烟道内，可利用转炉煤气的高温热量瞬时发生反应转化为具有高热值的co，使固相煤粉在瞬时反应中转化为气相。同时，未参与反应的过量煤粉能够跟随转炉煤气进行下游的降温除尘工序得到回收，减少了额外需对废弃催化剂的回收处理操作。

30、通过将煤粉以气力输送的形式传输至转炉煤气烟道内，能够使输送气与煤粉同时喷入烟道中，强化了煤粉的流化状态，并且改善了煤粉在烟道中的扩散效果，使气能够更加充分完全地与转炉煤气进行接触反应。

31、变频给料装置能够控制煤粉在上游的给料量，结合烟道中的组分含量，来控制煤粉的加入量，可在一定范围内控制煤粉的过量程度，减小转炉煤气下游降温除尘操作的负荷。

32、通过在变频给料装置连接的给料管道与气力输送的送料气管道相接部位设置气固混合器，能够提高送料气与煤粉的混合效果，使煤粉在送料气中能够更加均匀地进行分散，利于在喷入烟道后的流化扩散。

33、送料气管道的末端连接的给料喷射组件，通过将其喷料口伸入转炉煤气烟道，并将气力输送的煤粉喷入转炉煤气烟道中，可充分保证煤粉在烟道中的扩散喷射的补入状态，结合转炉煤气在烟道中的流动，以及煤粉在送料气中的均匀分散，能够最大程度上保证煤粉在烟道内的流化扩散状态，改善转化反应效果。

34、给料喷射组件包括多个，每个给料喷射组件相对转炉煤气烟道的轴心倾斜设置，能够降低进料喷射流对烟道内壁造成的冲刷，喷料口的喷射路径在转炉煤气烟道的轴心线上对中交汇，可从根本上避免对烟道内壁的喷射冲刷，同时能够使不同的进料喷射流在对中交汇部位得到撞击，构成爆破扰流的流动状态，通过各个不同进料喷射流的相互抵扰，可进一步增强扩散效果。

35、转炉煤气烟道上安装有能够检测转炉煤气中不同组成含量的气体检测器，气体检测器设置在给料喷射组件的下游，结合变频给料装置包括的变频电机以及安装在给料管道中的给料叶轮，能够结合不同组成含量来针对性调整变频电机以及给料叶轮的转速，进而控制煤粉的进料量。

36、通过将变频电机以及气体检测器分别与控制单元电连接，能够使控制单元接收气体检测器检测到的转炉煤气的不同组成含量，进一步结合转炉煤气的组成含量使控制单元控制调整变频电机的运行状态，最终形成动态检测以及控制反馈的控制回路，利于控制煤粉的进料量。

37、通过本技术中的转炉煤气高效回收装置，减少甚至消除了烟气中的o2含量，使具有较高危险因素的转炉煤气进入安全范围，实现危险废物治理的同时提高转炉煤气回收的安全性，同时由于co2与煤粉直接进行瞬时转化反应，减少了转炉煤气中co2含量，提高co产量，降低co2排放量，提高转炉煤气的热值，转炉煤气实现全部回收，减少煤气燃烧放散量，避免转炉煤气的直接排放对大气造成的污染，在最大程度上达到绿色、低碳、减排的技术效果。

38、本技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。