[发明专利]一种转炉煤气降温改质的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于转炉高温煤气降温改质的装置与方法。

背景技术

随着中国钢铁产量的逐年提高，CO₂排放量上升的趋势也十分明显，中国是《京都协定书》签约国，2012年后必须承担温室气体减排的责任，这对钢铁行业的发展必将造成巨大的制约，所以解决CO₂的回收和利用是今后钢铁行业发展的关键问题之一。

转炉炼钢时，每生产一吨钢水通常要产生60-70m³的转炉煤气，其主要成分按体积百分数计一般是：CO为45-55％、H₂＜2％、CO₂为15-27％、O₂为0.4-0.8％、其余为N₂，其煤气发热值在6500-8400KJ/m³。由于操作以及钢水成分等原因，转炉煤气发生量并不均衡，同时煤气成分也有一定幅度的波动。

转炉煤气由炉口喷出时，温度高达1450-1500℃，并夹带大量氧化铁粉尘，需经降温、除尘，方能使用，但无论采用哪种方法，煤气中CO₂含量仍将占有相当的比例。因此有必要对其进行有效的改质，以适应转炉煤气的充分利用和节能减排的时代要求。

发明内容

针对以上问题，本发明设计出利用碳基填充床加喷吹水蒸气进行转炉煤气改质的新方法，此种方法不仅可以有效实现转炉煤气降温，同时还能明显提高其化学能，收到降温改质的双重效果。

本发明的原理是依据以下两种化学反应：

C+CO₂＝2CO    (1)

C+H₂O＝CO+H₂  (2)

从而实现了对于转炉煤气的有效处理。

本发明的具体方法是将转炉炼钢过程中产生的转炉煤气通入到一种填充有碳基物的改质炉内，在高温少氧状态下发生前述的两种吸热反应。

本项发明所使用的改质炉如附图1所示，图中1为煤气入口、2为下煤气室、3为下隔板、4为炉壁、5为碳基填充床、6为填充介质入口、7为上隔板、8为上煤气室、9为煤气出口。其中装置内的碳基填充床为圆柱形，其直径为120-160cm，下煤气室的底部为倒圆锥形，上煤气室的顶部为正圆锥形，装置的总体高度为260-340cm，下煤气室的高度为60-80cm，碳基填充床高度为160-180cm，填充介质入口共有4个，均为圆形孔洞，其直径为15-20cm，填充介质入口中心线的具体位置和分布如附图1和附图2所示，对称分布在处于碳基填充床距上隔板10-20cm的同一水平截面且为碳基填充床外壁圆周上，上煤气室的高度为40-80cm，碳基填充介质选择粒度为1.5-3.0cm的焦炭或块煤，下隔板和上隔板均用耐热不锈钢制作，板体厚度约5-8cm，上隔板和下隔板的形状如附图3所示，每一隔板垂直开有圆孔10，每一圆孔的直径约1.0-1.2cm，均匀分布在下隔板和上隔板上；上隔板或下隔板同一直径上开有的圆孔约80-100个，炉壁用隔热材料和耐热钢板制成。

工作时，转炉煤气和水蒸气在外力作用下自煤气入口进入，然后通过下隔板上的圆孔进入到碳基填充床内，在此过程中将会发生前述的化学反应(1)和化学反应(2)，从而实现了转炉煤气降温和改质、增加了煤气的化学能，然后煤气透过上隔板进入到上煤气室，并由煤气出口排除。这里碳基填充床上部的上煤气室属于自由空间，可以使煤气成分得到有效混合，稳定成分，减少其波动，从而更加有利于煤气的后续使用。

为了保证本项发明的煤气改质炉获得更好的使用效果，为其设计了一套相关的系统装置，该系统装置如附图4所示，主要是由转炉煤气收集罩11、液渣收集装置12、水蒸气发生装置13、管道14、改质炉15、抽风机16组成，其中转炉煤气收集罩、液渣收集装置和水蒸气发生装置通过管道并联在一起，然后接改质炉，再经管道同抽风机串联在一起，圆形液渣收集装置的中心线应和连接改质炉的管道中线同在一条中轴线上，本系统的改质炉即为前面表述本项发明的改质炉。工作时，在抽风机的作用下，转炉煤气和水蒸气发生装置发生的汽体被一起吸入改质炉15内，经过碳基填充床时，高温之下发生前述的反应(1)和反应(2)，反应后剩下的焦炭或块煤的灰分形成了液态渣，这些液态渣可顺着管道壁下流到液渣收集器中，反应后的煤气依然在抽风机的作用下排到煤气收集系统中得以有效利用。

实施本项发明可以获得非常显著的效果。主要表现在：