转炉煤气干法净化回收系统方案估算综述

1、中国重型机械研究院有限公司技术文件 40T 转炉煤气干法净化及回收系统初步方案 中国重型机械研究院有限公司 环保与节能装备研究所2010-1-111.转炉煤气干法净化及回收工艺基本说明氧气转炉炼钢采用吹氧冶炼，在吹炼过程中，其烟气量、烟气成份和烟气温度随冶炼阶段呈周期性变化。同时在吹炼过程中，会产生大量烟尘和CO气体，特别在吹炼中期CO浓度可达80%以上，一般情况下，转炉煤气成份中CO的含量占5566%（体积百分比），其烟尘成份中金属铁占13%，FeO占68.4%，Fe2O3占6.8%，当CO含量在60%左右时，其热值可达8000KJ/Nm3，而烟尘量一般为1020kg/t钢。从中可以看出，在

2、氧气转炉炼钢中，转炉煤气中CO含量很高，烟尘中铁含量也很高，因此都有很高的回收利用价值。转炉煤气干法净化及回收工艺是以转炉烟气含尘处理，冷却及净化冶炼中产生的所有气体，并回收含有CO的气体供将来使用为主要目的的工艺流程。2转炉煤气干法净化回收系统流程主要工艺流程为：转炉烟气通过气化冷却烟道进入蒸发冷却器，蒸发冷却器通过喷水，先将8001000的烟气降至200250，并对烟气进行粗除尘，粗除尘后的烟气进入干法圆筒电除尘器用于进一步精除尘，当烟气中氧含量2%且CO气体含量达到可回收条件时，通过切换站进入煤气冷却器将煤气冷却到70，然后进入煤气柜。当烟气中氧含量2%时，则通过切换站进入放散烟囱进行火

3、炬运行模式，经点火装置燃烧后排放至大气中。电除尘器收集下的粉尘通过输灰装置排出，送至烧结。经除尘后的放散烟气粉尘浓度20mg/ Nm3，回收煤气的含尘浓度10mg/ Nm3。转炉煤气干法净化回收系统流程简图放散塔蒸发冷却器汽化冷却烟道圆筒电除尘器煤气冷却器风机切换站细灰输送系统粗灰输送系统3转炉煤气干法净化回收系统技术说明3.1主要工艺参数l 转炉数量 1l 转炉工程容量 40吨l 每炉最大出钢量 ？吨l 冶炼周期 36 minl 吹氧周期 15 minl 铁水含碳量 4.5%l 供氧强度 4.54.6m3/t.minl 最大炉气量 23000 Nm³/hl 系统最大烟气量 3000

4、0 Nm³/hl 蒸发冷却器进口最大温度 10003.2转炉煤气干法净化回收系统主要设备组成l 蒸发冷却器l 圆形静电除尘器l 风机系统l 切换站l 煤气冷却器l 放散烟囱l 粗灰输送系统l 细灰输送系统3.3系统性能指标l 经除尘后的放散烟气含尘浓度 20mg/Nm3l 回收煤气的含尘浓度 10mg/Nm3l 煤气回收量 80Nm3/吨钢l 煤气回收温度 704系统主要机械设备功能描述4.1 蒸发冷却器（EC）蒸发冷却器位于厂房内部，转炉烟气经过汽化烟道冷却后直接进入蒸发冷却器，烟气在蒸发冷却器中通过双介质喷嘴喷入雾状水直接冷却。喷入的水量与系统烟气量的大小，蒸发冷却器进出口温度的

5、设置有关，因此必须要有合适的温控系统。喷入的雾状水全部在蒸发冷却器内全部蒸发，故烟气是以干气体形式离开蒸发冷却器。转炉烟气在温度和气体体积都有可能发生瞬间和相当大的数量变化，因此喷水的数量是由调节控制阀来进行控制的。蒸发冷却器除了具有烟气冷却的作用外，还具有捕集粗粉灰的作用，大约有30%的烟气中的粉尘将在这一过程收集下来。收集下来的干灰尘通过机械方式被排放出来。蒸发冷却器主要组成如下：l 气化烟道与蒸发冷却器连接的钢构膨胀节l 蒸发冷却器壳体及弯管l 壳体支撑环l 排灰及检修平台l 壳体保温l 水、蒸汽（氮气）喷雾系统（含喷枪、环管）4.2 圆筒型电除尘器（ESP）经蒸发冷却器冷却的烟气进入圆

6、形静电除尘器，圆形静电除尘器位于厂房的外面，圆形静电除尘器是转炉干法除尘的关键设备之一，它的主要目的是从含有碳氧化物的转炉废气当中分离精细的灰尘，该静电除尘器的主要特点有：圆形静电除尘器阻力损失很低，这样系统需要提供的动力就比较小。除尘器外形为圆筒形结构，靠环形梁传递承载力。环型梁之间通过外护板连接来承受烟气压力。进、出风口为圆锥形结构，与管道连接由弧形过渡段。除尘器壳体能够承受3Kg以上的压力冲击。除尘器进出分口的合理位置设有安全泄爆阀，一旦设备内部压力增高, 泄爆阀将自动泄压并迅速自动恢复,确保设备不受损伤。根据粉尘特性及圆形结构特点专门设计了刮灰装置。合理的极配及符合圆形结构特点的阴阳极

7、排。圆筒型电除尘器的主要组成：l 圆筒形壳体，包括圆锥形进出口l 钢支架l 安全泄爆阀l 内部件（包括阴阳极、振打、分布板）l 刮灰系统l 高压电源系统，包括控制柜、隔离柜、变压器l 氮气吹扫系统l 细灰排放、输送系统（包括阀门、灰仓）l 走梯平台l 壳体保温4.3风机系统转炉干法除尘的一大特点是静电除尘器压力损失很低，这样系统需要提供的动力就比较小。整个系统烟气量的大小与转炉工艺相适应，确保炼钢工艺的需要。当烟气回收需要供给煤气柜时，要求烟气有一定的压力，而烟气放散时需要系统提供的压力要低一些，这些可以采用轴流风机或离心风机的变频电机和变频器进行变频调速，以适应炼钢工艺的周期性变化。由于电除

8、尘器的压损较小，因此风机对系统提供的压头较低。风机系统的主要组成：l 离心风机或轴流风机 l 变频电机 l 检修平台l 消音器4.4 切换站转炉烟气回收、放散是通过烟气分析仪和切换站来实现的，切换站主要由两个严密密封的具有调节性能的钟型阀门组成，一个钟型阀门用于煤气回收，另一个用于烟气放散。转化系统的信号由位于切换站前的气体分析仪给定，在点火放散烟囱和煤气柜回收间进行快速切换，以达到回收尽可能多的转炉煤气目的。切换站带有液压调节装置控制单元，保证阀门在快速切换的同时无压力波动现象，以防止干扰性的烟气喘振现象。此特殊设计确保了干法除尘系统可在转炉口处无任何压力冲击情况下进行切换。切换站的主要组成

9、：l 煤气回收钟型阀l 煤气放散钟型阀 l 眼镜阀l 配套液压装置l 钢结构l 检修平台4.5 点火放散烟囱切换站出口与放散烟囱和煤气冷却器连接在一起。放散烟囱配备有一个放散烟道和顶部放散点火装置，点火装置是为了点火排放没有回收价值的含一氧化碳烟气，在放散之前烟气被完全燃烧，防止CO对环境造成污染。点火装置位于放散烟道口处，通过热电偶监控烧嘴的预点火。放散烟囱的主要组成部件:l 烟囱底座、筒体、放散头l 走梯平台、支架l 点火装置l 氮气引射装置4.6 煤气冷却器经电除尘器净化后的合格转炉煤气温度大约为150170，在进入煤气柜之前煤气必须进行冷却，该项工作在煤气冷却器中完成。煤气冷却器根据气

10、流对流原理运行，气体从底部进入，顶部排出，水从顶部进入，底部排除，设置了两层喷嘴，冷却水可以循环使用。煤气气体在煤气冷却器中冷却到约70左右进入煤气柜。根据系统设置需要，煤气冷却器出口设置有盲板阀，通过它可以把煤气冷却器与气柜进行分离。煤气冷却器主要组成部件:l 煤气冷却器本体l 检修平台及支架l 喷淋水系统l 氮气、压缩空气清理系统l 眼镜阀4.7粉尘输送系统转炉干法除尘系统共有两个粉尘输送系统，粗灰输送系统指从蒸发冷却器下来的粗灰通过链式输灰机输送至灰仓部分，细灰输送系统指从电除尘器下来的细灰通过链式输灰机和斗提机进入灰仓部分。灰仓内的灰定期用卡车运至烧结厂回收利用。粉尘输送系统和灰仓都设

11、有正常排灰口和应急排灰口，确保粉尘输送系统不影响干法除尘系统和转炉冶炼。（1）粗灰输送系统组成：l 粗灰的链式输送机l 软连接、阀门l 包括排灰阀的粗灰仓l 氮封系统（2）细灰输送系统组成：l 细灰的链式输送机l 软连接、阀门l 细灰斗提机l 包括排灰阀的细灰仓l 氮封系统4.8管道系统 管道系统起到将气体从蒸发冷却器出口输送到放散塔和气柜的作用。主要组成：l 转炉煤气连接管道l 膨胀节l 支架5系统电气自动化、仪表设备功能描述5.1系统控制基本流程当转炉转入正常运行状态，蒸发冷却器的蒸汽阀自动打开，喷射蒸汽，在此过程中，风机高速运行，吸入预设的恒定的烟气。 随着烟气温度升高。当蒸发冷却器入口

12、温度大于设定温度值时，蒸发冷却器开始喷水，并根据温度的不同，自动调节喷水量，同时，风机从恒流量控制改为与炉口压力成比例控制。随着转炉运行中CO浓度增加，当CO浓度达到预定值，系统即可切换为回收操作，将煤气送至煤气冷却器进行冷却。当CO浓度未达到预定值或其他因素不能送至煤气冷却器时，则系统切换为放散操作。回收、放散操作通过回收、放散杯阀的动作完成。干法除尘控制系统控制范围从蒸发冷却器到煤气冷却器/放散烟囱。电气系统控制的设备包括：蒸发冷却器及粗灰输送，圆筒型电除尘器及细灰输送，风机系统，切换站，煤气冷却器，放散塔。5.2系统设备控制方式系统设备具有两种控制方式即手动控制和自动控制。手动控制方式是

13、为方便设备调试、检修等作业设置。在手动控制方式下各设备实现单动运行。手动控制在现场操作箱或在HMI监控站进行操作（部分设备）。自动控制方式完全在HMI监控站进行操作，是各设备正常运行的运行方式，不需进行人工干预。设备的运行均由PLC程序完成，现场采集的输入数字量、模拟量信号及输出数字量、模拟量信号均进入PLC系统，摒除了传统继电逻辑控制的控制水平低、控制速度慢、故障率高、不可靠性、维修率高等缺点。5.3系统控制功能l 系统具有就地手动和集中自动控制功能。主监控操作设在矿热炉中控楼监控,在系统现场操作室同时可对系统进行监控。l 系统生产操作与矿热炉冶炼工况联锁。l 煤气回收系统与回转窑联锁。l

14、风机采用变频调速。l 系统主要检测内容包括：炉压检测、烟气温度、压力、压差、烟气流量、煤气成分检测、供水参数、蒸汽参数、氮气参数等的显示、联锁、报警。5.4电气设备（1）变频电机l 交流鼠笼感应电机l 驱动单元（2） 10kV / 690V 供变频器的变压器（3）静电除尘器高压控制l 微处理器l 除尘器顶部的变压器/整流器（4）恒速电动机恒速电机装有交流感应电机，由MCC柜提供电源根据工艺需要确定名义功率和转速。5.5 自动控制设备（1）自控系统中一级控制可以供干法除尘控制系统和转炉自动控制系统进行数据通信。控制系统中电气设备、仪表、计算机和由PLC、处理器完成的系统监控功能成为一体。电除尘器

15、高压、低压硅整流变压器控制系统电源应单独供电，与干法除尘控制系统中的PLC要进行点对点连锁。 （2）系统自动化控制组成每条转炉线一套PLC系统，位于主控制室和本地电控室。系统基于siemens S7-400 系列PLC为基本设备控制核心，配置微机监控工作站。微机监控工作站用于系统设备管理、在线操作、数据及信号显示、故障诊断、历史数据保存及调用等先进、可靠的功能。代替传统的开关操作台、模拟信号显示屏和仪表盘的功能。微机监控工作站选用性能稳定的工业计算机，配置 LCD，内装图形组态软件。画面的设计本着直观实用的原则，并兼顾传统的操作习惯。图形画面按工艺流程基本上分系统总图和若干个子画面。系统总图显

16、示系统的设备组成形式、系统工艺流程、设备当前运转状况及主要工艺参数值，比较全面地反映出系统的总体状态。子画面包括设备操作开关、曲线显示等，并由系统总图以弹出窗口方式调用。所有操作画面形象直观，全中文提示，符合操作习惯。这种操作方式易学易用，全为无触点操作，既可靠又形象直观。微机监控工作站对除尘系统的各电控设备如蒸发冷却器及粗灰输送、圆筒型电除尘器及细灰输送、风机站、切换站、煤气冷却器、放散塔电控设备进行在线操作；温度控制器、水流量控制器、风机流量控制器、炉口微差压控制器、杯阀差压控制器、杯阀位置控制器等参数设定输入；故障报警；信息显示及温度；压力；流量参数显示和趋势记录。结合siemens公司

17、的wcc组态软件，在微机监控工作站上能够得到完美的体现，实现电除尘系统电控水平达到计算机、仪表、自动化控制一体化功能。并通过工业以太网交换机与转炉系统以及其他系统联网，最终实现网络在线监控和信息资源共享功能。每套PLC系统必须完成有关控制、连锁、监测和工厂维护的所有要求。（3） PLC-设备 l PLC采用siemens S7-400 系列，PLC应与就近柜子内放置的220v UPS相连l 冷却风扇（如果需要）l PLC电源 (220V AC)l 主开关l 电压检测l 与操作站的通信接口l 遥控 I/O 站l 系统需要的应用软件l 完成所有工艺需要后I/O点数应有20%的冗余。（4）操作站l

18、工厂控制和监控提供2套操作站l 系统功能包括：液压阀的流量显示，报警显示，曲线记录，手动控制，系统监控，时间控制，分级的用户入口。系统包括软件，组建，修改，显示等。（5）本地操作箱本地操作箱主要组成：1 箱； 2 按钮(ON,OFF)； 1 选择开关(本地,远程)； 3 灯(ON, OFF, Remote)；保护等级 IP54（6）不间断电源供应l UPS 应当向PLC设备包括负载输出、操作站、仪表设备提供电源。l 供电能力在全负荷条件下超过30分钟。（7）自控系统网络基本自控系统网络基本由PLC、HMI、驱动装置、遥控I/O、终端操作器和其他装置的各种通信连接组成，并且完成车间需求。5.6仪

19、表设备（1）系统仪表功能转炉煤气干法净化回收系统根据工艺需要，除配置满足系统控制的仪表外，还为了能够及时监测和掌握系统的运行状态，系统中配置相关现场检测仪表。实现完善的电仪系统。 同时信号远传仪表检测在HMI站进行显示、报警。（2）操作控制方式自动化仪表过程监控采用仪、电一体的基础自动化控制系统完成。在系统中控室（主操作室）操作站、现场操作室内的HMI操作站上进行操作，过程参数的设定、调整和报警确认等均通过HMI完成。不另设后备仪表盘。所有进出基础自动化控制系统的模拟量信号均隔离。控制方式有自动和手动方式（操作站上通过鼠标等手动），也可在现场通过现场操作箱受动进行操作。现场仪表设备选型:选用高

20、精度、高可靠性、性能稳定、先进实用的产品。执行器主要采用气动(调节阀和切断阀)。（3）主要仪表根据P&I图和仪表清单确定仪表类型和数量，采用2线制和4-20mA信号传输，热电偶和铂热电阻PT100采用2/3线制。仪表满足工艺工程和周围环境要求。所有模拟数值保存在操作站，以供显示、报告和历史趋势使用。压力传感器：l 精度：0.5%l 4-20mA输出，本地显示水的电磁流量计：l 电源：220V 50HZl 精度：0.5%l 保护等级：IP67l 4-20mA输出，本地显示气体分析仪：l 测量范围：0.100% CO； 0.25% O2； 0.40% CO2l 响应时间：(T90) <10secl 测量原理：激光l 精度：1%l 保护等级：IP65/55l 4-20mA输出，本地显示6. 40吨转炉煤气干法净化回收系统分交范围6.1设计范围及内容（初步）l 40吨转炉煤气干法回收净化系统设计。l 圆筒型电除尘器及输灰系统的设计。l 蒸发冷却器及输灰系统的设计。l 风机系统的设计。l 切换站系统的设计。l 煤气冷却器的设计。l 放散烟囱的设计。l 系统烟气管道及阀门的设计。l 三电系统及系统各用电设备的电气设计。l 系统设备的水、电、汽能源介质管网系统设计（设备1米范围内）。注：不包括系统土建设计（设备、风机、烟囱及管道支架的基础、电控室