一种炼钢转炉煤气烟道降温工艺 【技术领域】
本发明属于炼钢工程领域，涉及对炼钢时转炉产生的高温煤气在烟道内降温的一种工艺。
背景技术
中国是《京都协定书》签约国，2012年后将承担温室气体减排的要求。每生产1t钢，采用高炉+转炉工艺将排放出2-2.5t的CO2，随着中国钢铁产量的提高，碳排放总量的上升趋势十分明显，2012年后将对钢铁行业的发展造成巨大的制约。因此，解决CO2的回收和利用是今后钢铁行业发展的关键。
转炉炼钢过程中进入烟道的转炉煤气中温度在1400℃-1650℃间，含有大量的热量及15％-20％的CO2，目前国内外对转炉煤气在烟道内的降温主要采取以下两种方式将烟道气从1400℃-1650℃降到约900℃：1)采用水冷系统冷却转炉煤气，外部设冷却系统形成冷却水循环；2)采用汽化冷却的方式冷却转炉煤气，外部加锅炉汽包，将煤气的热量转化为蒸汽并回收利用。
上述两种方法均为间接换热，换热效率和换热效果受限制，设备投资、占地、运行均要消耗较高费用，且对CO2没有处理，废气中CO2含量较大。
综上所述，目前传统的转炉煤气烟道降温方式存在设备投资、运行费用高，废气中CO2含量较大等不足，不符合国家节能减排以及减少碳排放的国情。
发明目的
本发明的目的是提供一种采用化学反应吸热的直接接触式换热的炼钢转炉煤气烟道降温工艺。
为了实现上述目的，采用以下技术方案：
一种炼钢转炉煤气烟道降温工艺，其特征在于：从转炉排放的高温转炉煤气进入转炉煤气烟道后，利用煤粉喷吹的方式，使煤气中的CO2与加入的煤粉发生C+CO2＝2CO的吸热反应，使转炉煤气温度下降为了增加煤粉与转炉煤气的接触面积，煤粉加入的方式为使用氮气对煤粉进行喷吹方式。
如外部厂区有脱碳设施，脱碳后的富CO2废气也可以作为喷吹气，由于喷吹的气体量不大，所以即使加入一小部分CO2进去的话，对整体结果并不影响，也可起到循环利用CO2的功能。
所述煤粉空气干燥基的固定碳含量≥50％(质量百分比)。
所述煤粉的粒度为50-100μm，所述降温后的转炉煤气中H2S＜50ppm。
所述转炉排放进入转炉煤气烟道的高温转炉煤气的温度为1400℃~1650℃，经过吸热反应后烟道出口的转炉煤气温度在800℃-900℃间。为了处理烟道中积碳或者积渣，可以通过少喷煤的方式来处理或者通过通入氧气来处理烟道内的积碳或者积渣。
本发明的有益效果为：
本发明利用直接接触式的化学吸热反应在烟道内对转炉煤气进行迅速降温，并回收利用部分转炉煤气中的CO2，以达到经济、节能、环保、减排的目的。从上述技术方案可知，本发明具有如下的有益效果：
(1)采用直接接触式的化学吸热反应降温，省去了传统的烟道外部水冷系统或汽化系统，使得设备投资、占地及运行费用较传统的煤气烟道降温方式大为减少。
(2)采用直接接触式的化学吸热反应降温，热效率高，降温速度快，可减少转炉煤气烟道的长度和横截面积，从而降低转炉煤气烟道的成本。
(3)采用直接接触式的化学吸热反应降温，在降温的同时，回收利用了部分转炉煤气中的CO2，使CO2变换成了CO，在减排CO2的同时，获得了利用价值较高的还原气CO。经过降温后的煤气，CO含量约70％，温度800℃-900℃，低热值约10000kJ/m3，可作为冶金上的还原气使用，也可用换热器回收其热量后作为化工产品的原料气使用。
(4)采用喷嘴煤粉吸收CO2的方式进行降温，煤粉中的S随煤的气化生成少量的H2S(＜50ppm)，可抑制后续工艺金属管道在400℃-800℃温度范围内地粉化。
从上述分析可知，利用本发明可以对在烟道中转炉煤气进行迅速有效的降温，并回收利用部分转炉煤气中的CO2，同时可防止后续工艺金属管道粉化，在低投入、高效率(无需外围水冷或汽化冷却系统投资)的同时，达到节能、环保、减排的目的，是具有较大意义。
【附图说明】
附图1为应用本发明的烟道的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图及应用本发明的烟道对本发明做进一步说明。
应用本发明的烟道如附图1所示，包括4个组成部分，分别是：转炉1、活动烟罩2、转炉煤气烟道3和煤粉喷嘴4。通过管道、切断装置和输送装置将上述四个部分连接在一起，达到在烟道内将转炉煤气降温的目的。
首先从转炉1排放的高温转炉煤气(约1400℃~1650℃)由活动烟罩2吸入管道，进入转炉煤气烟道3之中。
在转炉煤气烟道3上布置有煤粉喷嘴4，煤粉喷嘴4的数量随转炉的规格变化，转炉产钢量越大，转炉煤气量越大，喷嘴也就越多；煤粉粒度50-100μm，喷吹量根据转炉煤气中CO2的量而定；煤的选择应注意S含量，或采用预脱硫技术，以降温后的转炉煤气H2S＜50ppm为宜；转炉煤气压力低，煤粉喷嘴4可采用低压喷嘴，以延长喷嘴寿命和保持运行稳定。
在转炉煤气进入转炉煤气烟道3的同时，煤粉喷嘴4使用氮气作为喷吹介质向转炉煤气烟道3内喷吹一定数量的煤粉，利用C+CO2＝2CO在高温下是无需催化剂的吸热反应(1000℃以上反应迅速)，且吸热量极大，很快的将部分转炉煤气中的CO2转化为CO，同时使气体温度迅速下降至800℃-900℃，然后从转炉煤气烟道3出来进入后续工艺。
另外，如外部厂区有脱碳设施，脱碳后的富CO2废气也可以作为喷吹气，由于喷吹的气体量不大，所以即使加入一小部分CO2进去的话，对整体结果并不影响，也可起到循环利用CO2的功能。
为降低成本，喷吹的煤粉可选用活性高的低价煤，但需注意煤粉空气干燥基固定碳的含量不宜低于50％。不计算外在水分的煤，其余成分的组合称空气干燥基，也称分析基。
喷吹的煤粉中含有S元素，在发生吸热反应的同时，S会随着煤的气化生成H2S，由于煤粉的量较少，故此时的H2S含量在50ppm以下，腐蚀性极小。且由于从烟道出来的煤气中含有H2S，有利于防止后续处理工艺(例如烟道后接热管或管壳式换热器)的金属管道粉化(粉化温度400℃-800℃)。
由于从转炉煤气烟道3出来的转炉煤气含有微量的H2S，后续工艺的金属管道可不考虑金属粉化的抑制措施。
从烟道出来的煤气，CO含量约70％，温度800℃-900℃，低热值约10000kJ/m3，可作为冶金上的还原气使用，也可用换热器回收其热量后作为化工产品的原料气使用。
随着反应的进行，转炉煤气烟道3内可能会出现积碳或者积渣，由于转炉煤气烟道3的温度在800~1000度以上，远离CO的析碳区(400~600℃)，因此，积碳和积渣主要是煤粉带来的，当本发明的后续除尘工艺的除尘负荷增10％-20％时，就要考虑如何除去积碳和积渣。
因此，可以通过定期或者不定期少喷煤的方式，用转炉煤气中的CO2将积碳反应掉，也可采用提升活动烟罩2，增加吸入的空气量的方法，利用过量的氧气将积碳烧掉，而积渣则随气流进入后续的除尘工艺。