一种高炉煤气高效降温系统及方法
阅读说明：本技术 一种高炉煤气高效降温系统及方法 (High-efficiency cooling system and method for blast furnace gas ) 是由 徐伟 张天赋 矫继东 赵伟 何嵩 张函 陈鹏 高军 张炎 马光宇 于 2021-01-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及钢铁行业冶金煤气高效应用的技术领域,尤其涉及一种高炉煤气高效降温系统及方法。系统包括通过管路相连的高炉、炉顶喷雾装置、干法除尘装置、TRT发电装置、旁路喷雾装置、脱湿装置、旁路减压阀组、煤气降温塔、循环水冷却塔、循环水水池、CCPP发电装置与水泵。一种高炉煤气高效降温方法,具体包括两种运行状态,一是TRT发电装置运行状态,二是TRT发电装置停止运行状态。针对部分高炉产出的高炉荒煤气长期处于较高的250℃～300℃温度范围,实现了对高炉煤气的高效降温,在不明显增加循环水量的前提下,满足了早期湿法除尘工艺配套下CCPP发电机组对高炉煤气温度需求,解决了钢铁行业高炉煤气湿法除尘改干法除尘的制约瓶颈。(The invention relates to the technical field of high-efficiency application of metallurgical coal gas in the steel industry, in particular to a high-efficiency cooling system and a high-efficiency cooling method for blast furnace coal gas. The system comprises a blast furnace, a furnace top spraying device, a dry-method dust removal device, a TRT power generation device, a bypass spraying device, a dehumidification device, a bypass pressure-reducing valve bank, a coal gas cooling tower, a circulating water pool, a CCPP power generation device and a water pump which are connected through pipelines. A blast furnace gas efficient cooling method specifically comprises two operation states, namely a TRT power generation device operation state and a TRT power generation device stop operation state. Aiming at the condition that part of blast furnace raw gas produced by the blast furnace is in a higher temperature range of 250-300 ℃ for a long time, the blast furnace gas is efficiently cooled, the requirement of a CCPP generator set on the blast furnace gas temperature under the matching of an early wet dust removal process is met on the premise of not obviously increasing the circulating water amount, and the restriction bottleneck of changing the wet dust removal method into the dry dust removal method for the blast furnace gas in the steel industry is solved.)
技术领域
本发明涉及钢铁行业冶金煤气高效应用的技术领域，尤其涉及一种高炉煤气高效降温系统及方法。
背景技术
钢铁企业高炉煤气除尘工艺有干法除尘与湿法除尘之分，国内早期投产的大型高炉煤气除尘工艺基本采用湿法除尘方式，湿法除尘工艺会损失部分煤气余压及余热能量，且煤气洗涤用污环水处理困难，小微粒会在污环水处理系统中循环、富集，最终外排造成环境二次污染。近年来随着布袋技术的完善，解决了布袋在炉顶温度180℃～300℃之间易损坏的问题，使干法除尘成为各大钢厂高炉煤气除尘模式的首选。
干法除尘与湿法相比的优点是不仅能充分利用高炉煤气的压力能，而且还充分利用煤气显热，使TRT装置能够回收的能量大大增加。但原有湿法除尘配套的CCPP发电机组在设计之初，是根据湿法除尘后高炉煤气温度进行设计的，要求入口煤气温度在35℃～40℃左右，尤其是早期大型CCPP发电机组，以鞍钢的300MW大型CCPP发电机组为例，要求入口高炉煤气温度不高于35℃，高于这个温度CCPP不能满负荷运行降低发电量。
高炉煤气除尘湿法改干法，虽可提高TRT发电量，但如不能解决高炉煤气温度过高的问题而影响CCPP发电，这是得不偿失的，也是制约很多钢铁企业无法对高炉煤气进行干法改造的主因。因此，研究干法除尘下高炉煤气降温使其满足后续CCPP运行需求是非常必要的。
CN107604116A公开了“一种高炉煤气处理系统及其处理方法”，该方法通过TRT发电装置控制煤气温度，虽可将煤气温度控制在一定范围，但以牺牲发电效率控制煤气温度得不偿失的，存在一定争议。CN105950226A公开了一种“煤气立式喷淋降温脱水一体化系统”，该系统利用水雾化水对高温煤气进行喷淋降温以及对酸性物质和盐进行洗涤，再将含有机械水的煤气在立式煤气脱水装置中进行旋转脱除机械水滴，但这种管道喷淋降温方法很难将高炉煤气温度降到35℃～40℃左右。CN201525851U公开了“一种用于高炉煤气干法除尘工艺的煤气降温装置”，该装置通过安装在高炉煤气管道上的双介质雾化喷嘴向管道内喷射雾化冷却水对高炉煤气降温，使其进入干法除尘器中不会烧毁除尘器中的滤料；但该装置没有考虑后续煤气用户对煤气温度的要求。
综上所述，高炉煤气降温系统及方法还存在一些问题。主要体现在，部分高炉产出的高炉煤气长期处于较高温度时，将原有湿法除尘工艺改造为干法除尘工艺后，现有高炉煤气降温系统及方法不能有效的将高炉煤气降温至35℃左右，使其满足早期湿法除尘工艺配套下CCPP发电机组的温度需求。因此，探寻更加实用有效的高炉煤气高效降温系统及方法是非常必要的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，针对部分高炉产出的高炉煤气长期处于较高的250℃～300℃温度范围，本发明提供一种高炉煤气高效降温系统及方法。实现了对高炉煤气的高效降温，在不明显增加循环水量的前提下，满足了早期湿法除尘工艺配套下CCPP发电机组对高炉煤气温度需求，解决了钢铁行业高炉煤气湿法除尘改干法除尘的制约瓶颈。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高炉煤气高效降温系统，包括炉顶喷雾装置、干法除尘装置、旁路喷雾装置、脱湿装置、旁路减压阀组、煤气降温塔、循环水冷却塔、循环水水池；
以上设备均通过管路连接，高炉的煤气出口与炉顶喷雾装置连接，炉顶喷雾装置煤气出口与干法除尘装置入口连接；
干法除尘装置煤气出口与TRT发电装置和旁路喷雾装置入口连接，旁路喷雾装置出口与脱湿装置入口连接，脱湿装置出口与旁路减压阀组入口连接；
所述脱湿装置采用高效的膜分离技术进行脱湿；
TRT发电装置与旁路减压阀组的煤气出口与煤气降温塔的煤气入口连接，煤气降温塔的煤气出口与CCPP发电装置入口连接；
煤气降温塔的冷却水出口与循环水冷却塔入口连接，循环水冷却塔出口与循环水水池入口连接，循环水水池出口与煤气降温塔的冷却水入口连接。
还包括阀门与水泵。
所述水泵安装在循环水水池出口与煤气降温塔的冷却水入口连接管路上。
一种高炉煤气高效降温方法，具体包括两种运行状态，一是TRT发电装置运行状态，二是TRT发电装置停止运行状态。
TRT发电装置运行状态下：
1)高炉冶炼中产生的高炉煤气温度一般在220℃以上，会随着高炉炉况的波动而发生变化，甚至有时高炉炉顶荒煤气温度会长时间在250℃～300℃左右范围内；产生的高炉煤气进入炉顶喷雾装置，如温度高于180℃～200℃则进行喷雾降温，喷出的雾滴吸收高炉煤气显热汽化成水蒸汽达到对高炉煤气降温的目的；如温度没有高于180℃～200℃则不进行喷雾降温；炉顶喷雾装置降温后出口高炉煤气的含水量在10g/Nm3～40g/Nm3。
2)炉顶喷雾装置要保证高炉煤气温度低于180℃～200℃进入干法除尘装置，以防止煤气温度过高烧坏干法除尘装置中的布袋滤料；经过干法除尘装置除尘后高炉煤气进入TRT发电装置，利用其余压余热进行发电，从TRT发电装置出来后高炉煤气温度一般在60℃～80℃范围内，含水量在10g/Nm3～40g/Nm3，露点温度低于35℃。
3)高炉煤气从煤气降温塔底部向上流动与煤气降温塔上部的喷淋水进行逆流换热，高炉煤气利用喷淋水的显热降温，通过控制喷淋水的水量将煤气温度降至35℃以下。
4)喷淋水水温经过换热后水温升高至30℃，从煤气降温塔底部水路出口进入循环水冷却塔，通过冷却塔降至25℃流入循环水水池，之后循环水水池的冷却水由水泵循环泵入进入煤气降温塔对高炉煤气进行冷却降温。
TRT发电装置停止运行状态下：
1)高炉冶炼中产生的高炉煤气温度一般在220℃以上；产生的高炉煤气进入炉顶喷雾装置，如温度高于180℃～200℃则进行喷雾降温；如温度没有高于180℃～200℃则不进行喷雾降温；炉顶喷雾装置降温后出口高炉煤气的含水量在10g/Nm3～40g/Nm3；
2)炉顶喷雾装置要保证高炉煤气温度低于180℃～200℃进入干法除尘装置；经过干法除尘装置除尘后高炉煤气进入旁路喷雾装置进行降温，喷淋雾化的水滴吸收高炉煤气热量汽化成水蒸汽，将高炉煤气降温至100℃～120℃范围内。
3)降温后的高炉煤气含水量在50g/Nm3～90g/Nm3，压力一般在230Kp～240Kp左右，对应露点温度为59℃～72℃；如果此状态下的高炉煤气直接进入煤气降温塔降温至35℃，会降到高炉煤气露点温度以下，那么煤气降温塔循环水提供的冷量将会大部分用于水蒸汽冷却为水的潜热吸冷，预计会增加25％～90％循环水量；为了保证TRT发电装置运行状态和故障状态下煤气降温塔循环水量差别不大，本发明中旁路喷雾降温后高炉煤气进入脱湿装置，脱湿装置采用膜分离技术，当高炉煤气流经高分子分离膜的一侧时，在膜两侧压力差的作用下，水蒸气通过膜进入另一侧排除，留下干燥的高炉煤气；
4)以上属于气体膜分离过程，过程中利用高炉煤气自身压力运行，无需外加能源。通过以上脱湿装置后，高炉煤气中水蒸气脱除效率达90％以上，高炉煤气含水量降低至在5g/Nm3～9g/Nm3，脱湿后的高炉煤气经过旁路减压阀组将压力减至13Kp～16Kp，此时高炉煤气露点温度远低于35℃；
5)脱湿减压后的高炉煤气从煤气降温塔底部向上流动与煤气降温塔上部的喷淋水进行逆流换热，高炉煤气利用喷淋水的显热降温，通过控制喷淋水的水量将煤气温度降至35℃以下。
6)喷淋水水温经过换热后水温升高至30℃，从煤气降温塔底部水路出口进入循环水冷却塔，通过冷却塔降至25℃流入循环水水池，之后循环水水池的冷却水由水泵循环泵入煤气降温塔对高炉煤气进行冷却降温。
7)随着脱湿装置的运行，水蒸气透过高分子分离膜后会在下游侧膜表面积聚，造成浓度极化现象，使得膜分离效率下降，降低脱湿效果；因此，运行过程中还需要将高分子分离膜下游侧的积聚水进行吹扫分离，保证膜分离水蒸气脱除效率在90％以上，吹扫气源可利用脱湿装置脱湿后的高炉煤气；吹扫分离的水通过排水器排出，或可回流到循环水水池中作为补水。
与现有方法相比，本发明的有益效果是：
本发明通过TRT旁路喷雾装置和脱湿装置的使用，保证在高炉产出的高炉煤气长期处于较高的250℃～300℃温度范围，也能使得TRT发电装置停止运行状态下进入煤气降温塔的煤气温度、含湿量得到控制，与TRT发电装置运行状态下进入煤气降温塔的煤气温度、含湿量相差不大；在不明显增加循环水量的前提下，保证了煤气降温塔循环水量不会出现较大波动，也保证了煤气降温塔对高炉煤气温度降至35℃的降温效果，提高了整个煤气降温系统的运行稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明结构示意及工艺原理图。
图中：
1、高炉，2、炉顶喷雾装置，3、干法除尘装置，4、TRT发电装置，5、旁路喷雾装置，6、脱湿装置，7、旁路减压阀组，8、煤气降温塔，9、循环水冷却塔，10、循环水水池、11、CCPP发电装置、12、水泵，13、14、15、16开关阀，17开关调节阀。
具体实施方式
本发明公开了一种高炉煤气高效降温系统及方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
一种高炉煤气高效降温系统包括炉顶喷雾装置2、干法除尘装置3、旁路喷雾装置5、脱湿装置6、旁路减压阀组7、煤气降温塔8、循环水冷却塔9、循环水水池10、水泵12、开关阀13、14、15、16、开关调节阀17。
其中高炉1的煤气出口与炉顶喷雾装置2连接，炉顶喷雾装置2煤气出口与干法除尘装置3入口连接，干法除尘装置3煤气出口与TRT发电装置4和旁路喷雾装置5入口连接，旁路喷雾装置5出口与脱湿装置6入口连接，脱湿装置6出口与旁路减压阀组7入口连接。
同时TRT发电装置4与旁路减压阀组7的煤气出口与煤气降温塔8的煤气入口连接，煤气降温塔8的煤气出口与CCPP发电装置11入口连接；煤气降温塔8的冷却水出口与循环水冷却塔9入口连接，循环水冷却塔9出口与循环水水池10入口连接，循环水水池10出口与煤气降温塔8的冷却水入口连接。循环水水池10出口与煤气降温塔8的冷却水入口相连的管路上设有水泵12。
干法除尘装置3与旁路喷雾装置5相连的管路上设有开关阀13，旁路减压阀组7出口处管路设有开关阀14，干法除尘装置3与TRT发电装置4相连的管路上设有开关阀15，TRT发电装置4出口处管路设有开关阀16，脱湿装置6出口与旁路减压阀组7入口相连的管路上设有开关调节阀17。
实施例1：
一种高炉煤气高效降温方法，在TRT发电装置运行状态下：
TRT发电装置运行状态下，开关阀15、16处于开启状态，开关阀13、14和开关调节阀17处于关闭状态。
高炉1中产生的高炉煤气温度为280℃，高炉煤气进入炉顶喷雾装置2，炉顶喷雾装置2将25℃的水进行喷射雾化，喷出的雾滴吸收高炉煤气显热汽化成水蒸汽达到对高炉煤气降温的目的，将高炉煤气降温至200℃，炉顶喷雾装置2出口高炉煤气的含水量为38.7g/Nm3左右。
降温后高炉煤气经过干法除尘装置3除尘后，再进入TRT发电装置4，利用其余压余热进行发电，从TRT发电装置4出来后高炉煤气温度为75℃，含水量为38.7g/Nm3，压力为16Kp，露点温度为34℃。
75℃的高炉煤气从煤气降温塔8底部向上流动与煤气降温塔8上部的喷淋水进行逆流换热，高炉煤气利用喷淋水的显热降温，通过控制喷淋水的水量将高炉煤气出口温度降至35℃左右，降温后的高炉煤气供给CCPP发电装置11进行发电。
煤气降温塔8的喷淋水水温为25℃，经过换热后水温升高至30℃，从煤气降温塔8底部水路进入循环水冷却塔9，通过冷却塔降至25℃流入循环水水池10，循环水水池10中的冷却水由水泵12循环进入煤气降温塔8对高炉煤气进行冷却降温。
实施例2：
一种高炉煤气高效降温方法，TRT发电装置停止运行状态下：
TRT发电装置停止运行状态下，开关阀13、14和开关调节阀17处于开启状态，开关阀15、16处于关闭状态。
高炉1中产生的高炉煤气温度为280℃，高炉煤气进入炉顶喷雾装置2，炉顶喷雾装置2将25℃的水进行喷射雾化，喷出的雾滴吸收高炉煤气显热汽化成水蒸汽达到对高炉煤气降温的目的，将高炉煤气降温至200℃，炉顶喷雾装置2出口高炉煤气的含水量为38.7g/Nm3左右。
之后高炉煤气经过干法除尘装置3除尘后进入旁路喷雾装置5进行二次降温，喷淋雾化的水滴吸收高炉煤气热量汽化成水蒸汽，将高炉煤气降温至110℃；降温后的高炉煤气含水量在88g/Nm3左右，压力在235Kp左右，对应露点温度为71℃左右。
降温后煤气进入脱湿装置6，高炉煤气借助自身压力流经高分子分离膜的一侧，在膜两侧压力差作用下，水蒸气通过膜进入另一侧排除，脱除效率达90％以上，高炉煤气含水量降低至在8.8g/Nm3左右。
脱湿装置6中会通过开关调节阀17将除湿后少量高炉煤气引回作为气源用于高分子分离膜下游侧积聚水的吹扫分离，并将分离后的水排出；脱湿后的高炉煤气经过旁路减压阀组7将压力减至15Kp，此时高炉煤气露点温度远低于35℃。
之后高炉煤气从煤气降温塔8底部向上流动与煤气降温塔8上部的喷淋水进行逆流换热，高炉煤气利用喷淋水的显热降温，将煤气温度降至35℃以下，降温后的高炉煤气供给CCPP发电装置11进行发电。
喷淋水水温为25℃，经过换热后水温升高至30℃，从煤气降温塔8底部水路进入循环水冷却塔9，通过冷却塔降至25℃流入循环水水池10，循环水水池10中的冷却水由水泵12循环进入煤气降温塔8对高炉煤气进行循环冷却降温。
本发明通过TRT旁路喷雾装置和脱湿装置的使用，使得TRT发电装置停止运行状态下进入煤气降温塔的煤气温度、含湿量得到控制，与TRT发电装置运行状态下进入煤气降温塔的煤气温度、含湿量相差不大；保证了煤气降温塔循环水量不会出现较大波动，也保证了煤气降温塔对高炉煤气温度降至35℃的降温效果，提高了整个煤气降温系统的运行稳定性和可靠性。
本发明解决了高炉煤气湿法除尘改干法除尘后高炉煤气温度与CCPP发电装置需求不匹配的问题，实现了对高炉煤气降温至35℃，保证了CCPP发电装置对高炉煤气温度的需求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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