一种钢渣热焖容器的防爆系统
阅读说明：本技术 一种钢渣热焖容器的防爆系统 (Explosion-proof system of steel slag hot stewing container ) 是由 陈文亮 于 2021-09-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及钢渣冷却技术领域,特别是涉及一种钢渣热焖容器的防爆系统,更具体地,涉及一种为了有效地防止钢渣热焖冷却过程中氢气的累积引起的爆炸事故使用除氢装置的防爆系统,该除氢装置即便是对低浓度的氢气也能够有效去除,从而能够事先防止氢气累积。本发明通过一种钢渣热焖容器的防爆系统,即为了防止钢渣在热焖冷却过程中产生氢气爆炸使用除氢装置的防爆系统,其特征在于,包括：氢气收集装置,收集热焖容器内的氢气；内置有催化剂的除氢装置,通过催化剂对流体中的氢气进行氧化,从而去除氢气；能量释放装置,将氧化反应的能量转化为其他能量并释放出来。(The present invention relates to the field of steel slag cooling technology, and more particularly, to an explosion-proof system for a steel slag thermal-braising container, and more particularly, to an explosion-proof system using a hydrogen removal device capable of effectively removing hydrogen even at a low concentration to thereby prevent hydrogen accumulation in advance, in order to effectively prevent an explosion accident caused by hydrogen accumulation during the steel slag thermal-braising cooling process. The invention relates to an explosion-proof system of a steel slag hot-braising container, namely an explosion-proof system which prevents steel slag from generating hydrogen gas to explode in the hot-braising cooling process and uses a hydrogen removing device, which is characterized by comprising the following components: the hydrogen collecting device is used for collecting the hydrogen in the thermal stewing container; a hydrogen removal device with a built-in catalyst, which removes hydrogen by oxidizing the hydrogen in the fluid with the catalyst; and the energy release device is used for converting the energy of the oxidation reaction into other energy and releasing the energy.)
技术领域
本发明涉及钢渣冷却技术领域，特别是涉及一种钢渣热焖容器的防爆系统，更具体地，涉及一种为了有效地防止钢渣热焖冷却过程中氢气的累积引起的爆炸事故使用除氢装置的防爆系统，该除氢装置即便是对低浓度的氢气也能够有效去除，从而能够事先防止氢气累积。
背景技术
目前钢渣主要采用喷水方式进行冷却，冷却效果好、速度快，但在冷却过程中容易产生氢气爆炸性气体，为生产带来了安全隐患。
例如工艺技术成熟的钢渣热焖处理工艺，主要特点是高温液态钢渣（温度1200℃～1600℃）从炼钢炉排出后装入渣罐，经渣罐直接倒入热焖装置，然后加盖喷水热焖，工艺流程简单，处理后具有钢渣粉化效果好、金属回收率较高等优点。然而热焖过程中会产生氢气，经常发生爆炸危险，严重时焖盖炸飞造成生产施设和人身伤害。
氢气是最容易就爆炸一种气体，它和O2的混合气体在很大的浓度范围内都存在爆炸的危险，在氧气中爆炸浓度范围为（4%~94%），在空气中爆炸浓度范围为（4%~75%），且爆炸威力巨大。
现有技术的钢渣热焖池焖盖装置，包括盖体、泄压保护装置、冷却水喷洒装置和水封槽等组成，其中的防爆措施主要是泄压保护装置，是钢渣热焖过程中预防爆炸主要手段，根据近年来使用情况看，因焖渣时氢气爆炸威力极大，虽然焖盖装置上的泄压保护装置发挥了部分作用，但效果仍不理想。
中国专利CN201220524227.2公开了一种安全热焖盖装置，由于其焖盖装置上设置了爆炸保护装置作为最后一道安全保障，如果焖盖装置上的泄压保护装置失效，仍有爆炸保护装置可以起到作用，以提高钢渣热焖处理时的安全指数。
中国专利CN202020178753.2公开了一种泄爆装置和应用其的钢渣热焖处理设备。该泄爆装置包括：壳体，壳体的底壁用于与待泄爆设备进行固定且密封连通，壳体的顶壁和/或侧壁上形成有开口；和爆破片，爆破片密封且可拆卸的固定于壳体的开口处。其中，爆破片设置为：在工作温度下，当待泄爆设备内的气压使得壳体内部的压力大于爆破片的工作压力时，爆破片破裂。希望通过泄爆装置降低钢渣热焖处理设备发生爆炸的危险。
上述专利技术均通过泄压的方式达到提高钢渣热焖处理的安全目的，即涉及泄压保护装置，但仍然存在盖体被炸飞的危险，给人身和环境的安全造成威胁。
根据现有技术的不足，本领域的技术人员急需寻求一种防爆系统，使其能够有效地降低钢渣热焖处理设备发生爆炸的危险。
发明内容
解决的技术问题]
本发明的目的是为了解决上述问题而提出的，其目的是为热焖容器提供一种使用除氢装置的防爆系统，用于从根本上去除钢渣水冷在过程中产生氢气，从而防止爆炸发生。
本发明的另一个目的是提供一种钢渣热焖容器的防爆系统，监测热焖容器内氢气浓度，指导生产安全操作，有效地防止氢气引起的爆炸，提高安全系数。
技术方案]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种钢渣热焖容器的防爆系统，即为了防止钢渣在水冷却过程中产生氢气爆炸的使用除氢装置的防爆系统，包括：氢气收集装置，其在设置于热焖容器上部布置；内置有催化剂的除氢装置，当通过所述氢气收集装置收集到含氢气流体时，导入除氢装置，所属除氢装置对流体中含有的氢气进行氧化，从而去除氢气；能量释放装置，当通过所属除氢装置捕捉到氢气进行氧化时，与除氢装置连接的能量释放装置将氧化反应的能量转化并释放出来；安全指示装置；当通过除氢装置对氢气进行氧化和能量释放装置进行能量转化并释放时，安全指示装置显示热焖容器内氢气爆炸安全指数。
另外，所述氢气收集装置，其特征在于，包括：氢气导入口，其用于导入在热焖容器内部含有氢气的1#流体；1#中空的主体，其由所述导入口延伸，收集含有氢气的流体；净化器，其布置在所述主体内部，用于对流体内有害杂质进行净化；排氢气口，其沿所述主体的后部延伸。
优选的，热焖容器内部含有氢气的1#流体，还包括：主要成分为H2、O2、水蒸气、N2、粉尘等中的一种或多种。在一个生产周期内，各组分含量随时间变化而变化，H2含量和水蒸气含量在一定时间内达到顶峰，O2和N2等其余组分含量在一定时间内达到低谷。
优选的，氢气收集装置还包括：传感器单元，其在设置于氢气导入口附近，检测氢气；紧急排放口，当通过所述传感器单元检测到的氢气浓度超过预定浓度且安装指示装置显示氢气浓度较低时，紧急排放口将被打开。
另外，所述内置有催化剂的除氢装置，其特征在于，包括：催化反应区，内含1#催化剂，用于对流体中含有的氢气进行氧化，使含氢气体低温催化燃烧；电化学反应区，未被催化参与氧化反应的氢气进入电化学反应区，吸附于阳电极，通过2#催化剂的作用，氢原子变成一个正电荷的氢离子和一个负电荷的电子，其中氢离子通过电解质到达阴电极、负电荷的电子到通过外部电路达到阴电极，最终氢离子与阴电极附近氧原子结合为水；排出口，用于将反应生成的水顺利排出。
优选的，催化反应区的1#催化剂其特征在于，包括：催化作用为催化热焖容器的1#流体内部的氢气与氧气，在低温下发生化学反应，最终生成水。该反应反应过程平稳、安全、无污染。更优选的，1#催化剂含有Pt、Co、Ni、Fe、Ba、Ce、La、Sm、Pr、Pd等金属中的一种或多种。
催化反应区，反应原理：2H2+O2=2H2O（催化剂）。
优选的，所述电化学反应区其特征在于，主要包括：阳电极，内含2#催化剂，可促进氢氧反应生成水；电解质，用于传递反应离子；阴电极，内含2#催化剂，可促进氢氧反应生成水。更优选的，电化学反应区总反应为：2H2 + O2 = 2H20。更优选的，阳极主要反应为：H2 -==2H++2e-；阴极主要反应为：1/2O2+2e+2H+ -==H2O。
优选的，所述电化学反应区2#催化剂其特征在于，包括：催化作用为热焖容器的1#流体内部氢气与2#流体内部的氧气发生化学反应，最终生成水。反应过程平稳、安全、无污染。更优选的，2#催化剂含有Pt、Co、Ni、Fe、Ba、Ce、La、Sm、Pr、Pd等金属中的一种或多种。
另外，所述能量释放装置，其特征在于，包括：氧气导入口，其用于导入氧气，为除氢装置提供氧气；2#中空的主体，其由所述导入口延伸，收集含有氧气的2#流体；电能释放系统，连接于除氢装置内的阳电极和阴电极，形成电回路，将除氢装置内产生的电能转化其他能量进行释放，其他能量为光能、热能和动能中的一种或多种；2#流体出口，将参与反应后流体和反应物及时导出装置。
优选的，所述能量释放装置内的电能释放系统，其特征在于电能释放系统，包括：
风机，连接到除氢装置的电回路，将氧化反应能量转化为动能和热能进行释放，
更优的，风机位于2#中空的主体内部，用于驱动2#中空的主体内流体流动；
电热器或灯泡，连接到除氢装置的电回路，将氧化反应的能量转化为光能和热能进行释放，更优的，电热器部分位于2#中空的主体内部，驱动2#中空的主体内流体流动。
另外，所述安全指示装置，其特征在于，包括：电流电压检测元检和指示灯，连接到除氢装置的电回路，检测电回路电流电压，指示热焖容器内氢气状况，提供安全指示。
发明的效果]
如上所述，根据本发明的一种钢渣热焖容器的防爆系统，其通过收集热焖容器内的氢气进行氧化来除氢，从而能够从根本上防止由于氢气引发的爆炸。整个反应过程平稳、安全、无污染。
另外，本发明兼顾了热焖容器内流体各气体组分含量在一个生产周期内波动性变化，阶梯型进行除氢处理。初期氢气含量低、氧气含量高时，以催化反应区除氢为主，防止内部氢氧聚集爆炸，中后期氢气含量高时，以电化学反应区除氢为主，达到快速降氢气浓度目的，避免氢气泄露爆炸的发生。
另外，根据本发明的一种钢渣热焖容器的防爆系统，监测热焖容器内氢气浓度，指导生产安全操作，有效地防止氢引起的爆炸，提高安全系数。
此外，以往钢渣冷却处理工艺为了防止氢气爆炸，均将产生的氢气空放到大气中，而排放的氢气直接进入大气平流层，可能会扰乱臭氧的形成，进而可能会造成更大的、持续时间更长的臭氧空洞，威胁人类的生存环境。根据本发明的一种钢渣热焖容器的防爆系统，有效从源头将排放到大气中的氢气无害化，反应生成水，对保护环境有积极的意义。
附图说明
图1是根据本发明的热焖容器使用除氢装置的防爆系统；
图2是根据本发明的使用除氢装置的防爆系统的立面图；
图3是根据本发明的热焖容器使用除氢装置的防爆系统的另外一个实施例。
附图标记说明：
1、氢气收集装置；
11、氢气导入口；
12、净化器；
13、传感器单元；
14、1#中空的主体；
15、紧急排放口。
2、除氢装置；
21、催化反应区；
22、阳电极；
23、电解质（质子交换膜PEMFC）；
24、阴电极。
3、能量释放装置；
31、氧气到入口；
32、电热器；
33、风机；
34、2#中空主体；
35、2#流体排出口
4、安全指示装置
5、热焖容器。
具体实施方式
在本说明书中公开的对根据本发明概念的实施例的特定结构或者功能上的说明，仅仅是为了说明根据本发明概念的实施例而示出的，根据本发明概念的实施例，可以以各种不同的形式来实施，并且不限于在本说明书中说明的实施例。
根据本发明概念的实施例，可以对其进行各种变更，而且其可以具有各种形式，因此将在附图上示出实施例，并在本说明书中对此进行详细说明。但是这并不意味着将根据本发明概念的实施例限定 在特定的所公开的形式上，因此理应包括列入本发明的思想以及技术范围的所有变更、等同物或者替代物。
关于“第一”或者“第二”等的术语，其可以用于对各种构成要素的说明上，但是，所述构成要素不应该被所述术语限定。所述术语，其仅仅以将一个构成要素与另一个构成要素区别为目的而被命名的，例如，在不脱离根据本发明概念的权利要求范围的情况下，可以将第一构成要素命名为第二构成要素，同样，也可以将第二构成要素命名为第一构成要素。
涉及某种构成要素与其他构成要素“连接”或者“相连”的说明时，应理解为可能与其他构成要素直接连接或者相连，也有可能在它们中间存在其他的构成要素。相反，涉及某种构成要素与其他构成要素“直接连接”或者“直接相连”的说明时，应理解为在它们中间不存在其他的构成要素。同样，涉及构成要素之间关系的说明时使用的其他表述，如“在什么之间”和“直接在什么之间”或“在与什么相邻”和“直接在与什么相邻”等，也应该同上面所述的一样予以理解。
在本说明书中使用的术语只是为了说明特定的实施例，而并非用来限定本发明。关于单数的表述，如果在上下文中没有明确表示其他的意思，就应当理解为其包括复数的含义。在本说明书中使用的“包括”或者“具有”等术语，对其理应理解为只是想指定在本说明书中所记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素和零部件或者指定由这些来组合的存在物，而并不是通过这种术语的使用来排除一个或其以上的其他特征、数字、步骤、动作、构成要素和零部件或者由这些来组合的存在物或者其他可能性。
除非另有定义，在本说明书中使用的包括技术术语、科学术语在内的所有术语，其表示与作为本领域具有常识的技术人员通常能够理解的含义相等的意思。常用的、且在词典中已有定义的这些术语，应当根据记载相关技术的上下文意思来理解，如果在本说明书中没有对此作出明确的定义，就不应以理想的含义或者过度形式化的意义来加以解释。
下面，参照附图，对本发明的优选的实施例进行详细说明。
如图1-2所示，是根据本发明的热焖容器使用除氢装置的防爆系统，其包括：氢气收集装置1，其在设置于热焖容器5上部布置；内置有催化剂的除氢装置2，当通过所述氢气收集装置收集到含氢气流体时，导入除氢装置，所属除氢装置对流体中含有的氢气进行氧化，从而去除氢气；能量释放装置3，当通过所属除氢装置捕捉到氢气进行氧化时，与除氢装置连接的能量释放装置将氧化反应的能量转化并释放出来；安全指示装置4，当通过除氢装置3对氢气进行氧化和能量释放装置进行能量转化并释放时，安全指示装置显示热焖容器内氢气爆炸安全指数。
另外，所述氢气收集装置1，包括：氢气导入口11，其用于导入在热焖容器内部含有氢气的气体1#流体；1#流体引入后，先通过净化器12，过滤掉粉尘等有害杂质，降低对后续催化剂的危害；净化后，1#流体进入1#中空的主体14内开始聚集；传感器单元13用于检测氢气浓度，当氢气浓度超过4%时甚至更高时，传感器单元显示危险信号；紧急排放口15用于紧急情况快速排放氢气，本发明系统正常工作时紧急排放口15处于关闭状态。当通过所述传感器单元13检测到的氢气浓度超过预定浓度且安装指示装置4显示氢气浓度较低时，认定为除氢装置出现故障，从紧急排放口将氢气收集装置1内的剩余氢气吸到安全领域排放或储存。或生产中认为其他的紧急状态，也可将紧急排放口15打开，紧急排放氢气。由于氢气较轻，氢气收集装置1又位于热焖容器顶部且气体相通，氢气根据自身重量自动向氢气收集装置1顶部聚集，纯化后可将其他气体挤压到氢气导入口11。优选的，热焖容器内工作压力为5Pa~2Mpa。
另外，所述内置有催化剂的除氢装置2，包括：催化反应区21，内含1#催化剂，从氢气收集装置出来的氢气，先对流体中含有的氢进行催化氧化，使含氢气体低温催化燃烧；电化学反应区分别为有阳电极22、质子交换膜23和阴电级24，可进一步对未被催化参与氧化反应的氢气进行电化学催化反应，阳电极22和阴电级24含有2#催化剂的，氢气在2#催化剂的作用下发生原电池反应，氢原子先变成一个正电荷的氢离子和一个负电荷的电子，其中氢离子通过电解质到达阴电极、负电荷的电子到通过外部电路达到阴电极，最终氢离子与阴电极附近氧原子结合为水；水排出口25，用于将反应生成的水顺利排出。
另外，所述能量释放装置3包括：氧气导入口31，其用于导入氧气，为除氢装置提供氧气；2#中空的主体34，其由所述导入口延伸，收集含有氧气的2#流体；优选的，此处2#流体为空气；电能释放系统包括电热丝32和风机33，连接于除氢装置内的阳电极和阴电极，形成电回路，将除氢装置内产生的电能转化动能和热能进行释放；2#流体出口35，将参与反应后流体和反应物及时导出装置；风机位于2#中空的主体35内部，用于驱动2#中空的主体内流体流动，达到增加阴电极附近氧气流动，从而加速氢氧反应效果；电热器部分位于2#中空的主体35内部，通过加热附近气体产生气压差和烟囱效益，驱动2#中空的主体内空气流动，达到增加阴电极附近氧气流动，从而加速氢氧反应效果。
另外，所述安全指示装置4，包括电压检测器和指示灯，电压检测器并联到除氢装置的电回路，检测阳极和阴极间电压大小，通过换算指示出热焖容器内氢气状况，指示灯串联到除氢装置的电回路，氢氧发生反应时产生电流，指示灯亮，此时打开热焖容器为非安全状态。 当指示灯不亮并传感器单元13显示氢气浓度低于4%以下时，可以打开热焖容器。
另外，所述催化剂反应区，1#催化剂由形成多个孔的蜂窝状结构的构成，连接至1#中空主体14的内部。1#催化剂主要载体为Al2O3，活性组分为贵金属Pd，负载量为0.1%-5%。
另外，所述电化学反应区，阴阳电极上含有2#催化剂，2#催化剂电极主活性组分为铂合金中，此案例优选为PtCo/C，铂载量为0.02mg-1g/cm2。
综上所述，本发明参照附图以优选的实施例为中心进行了说明，但是作为本领域的技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的范畴的情况下，可以进行各种变更。因此，本发明的范畴由记载的权利要求书来确定，以便包括这些诸多的变更例子。
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