本发明专利技术公开了基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，解决现有取样过程存在的取样头破损、堵塞等问题，技术方案包括高温转炉烟气经烟气取样口从转炉汽化冷却烟道引出，进入样气预处理单元冷却、净化等预处理后，送入烟气分析的质谱仪或红外分析仪进行烟气组成分析，所述高温转炉烟气在样气预处理单元内与固体颗粒介质填充床逆向直接接触换热，并在固体颗粒介质填充床的固体颗粒介质层过滤、拦截作用下，将高温转炉烟气所携带的绝大部分的烟尘颗粒物捕集下来。本发明专利技术方法系统免维护、结构紧凑、冷却效率高，可实现取样过程的连续稳定运行。定运行。
【技术实现步骤摘要】
基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法
[0001]本专利技术属于烟气分析检测及冶金能源环保领域，具体的说是涉及一种基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法。
技术介绍
[0002]转炉炉气分析动态控制技术的应用，可提高转炉冶炼的终点命中率、降低冶炼成本、提高钢水质量、提高转炉煤气回收率、减少出钢时温度和成分的波动、提高合金收得率等，具有广阔的应用前景。
[0003]转炉炼钢控制技术最重要的是对冶炼过程和吹炼终点温度、成分的准确控制。伴随现代转炉炼钢技术的发展，转炉冶炼过程及终点控制技术大致经历了人工经验、静态模型、动态模型三个发展阶段。动态控制技术是实现全自动化炼钢的基础，可以精确控制动态吹氧量和动态冷却剂加入量，减少补吹次数，提高终点命中率，为实现直接出钢创造了条件。目前国内外转炉采用的炼钢动态控制检测技术主要有烟气分析和副枪二种控制方式(或同时采用)，均在生产实践中得到有效应用。
[0004]副枪动态控制技术的应用显著提高了转炉终点命中率，但该技术也存在诸多不足：
[0005](1)在75％左右吹炼时间内(“TSC”测定前)，炉内反应状况(熔池成分、温度、脱碳速率等)不明；
[0006](2)由于炉料质量、成分、冷却能力等方面的误差(尤其是废钢)，相当数量炉次“TSC”测定结果偏离目标，此情况下多采取“过吹”去碳保终点温度的策略，造成钢水[O]和炉渣Fe
t
O含量较高；
[0007](3)副枪设备维护量大，投运率不高，约85％左右。检测探头费用较高，增加生产成本；
[0008](4)“TSC”测定时需降低供氧强度，吹炼结束后“TSO”测定需1min左右时间，等待试样化学分析结果则需更多时间，增加了转炉冶炼周期。
[0009]为了克服副枪动态控制技术存在的不足，通过对转炉烟气进行分析，根据转炉烟气组成的变化进行转炉冶炼过程及终点控制成为智能化炼钢控制的一个重要发展方向。近十几年来，在此领域，国内外许多相关机构开展了大量的研究和工业化尝试。
[0010](一)国外转炉烟气系统在自动化炼钢中应用现状
[0011](1)加拿大Dofasco
[0012]加拿大Dofasco公司隶属于阿赛洛
‑
米塔尔集团，年产450万t左右板材，包括汽车板、镀锡板、管线钢板等，其320tKOBM复吹转炉原装备有副枪动态控制系统。鉴于副枪控制系统在设备故障率(约20％)、控制精度(补吹和过吹比率)、测头成本、操作环境(人工更换副枪测头)等方面问题，该厂2005年开始研究开发炉气分析吹炼控制系统(离线运行)，2006年3月开始工业试验，5月份投入在线实际生产运行，2007年7月将副枪拆除，由炉气分析控制系统对转炉吹炼进行控制。
[0013]Dofasco公司转炉炉气分析吹炼控制系统在硬件配置方面具有2个特点：
①
炉气采样点不在转炉烟罩上方附近“热端”，而是放在炉气冷却、除尘后“冷端”，因而显著降低了采样头价格和维护成本。炉气由炉口运行至取样点时间为7s，Dofasco公司认为其对控制影响很小；
②
炉气分析没有采用质谱仪，而是采用了较低价格的远红外气体分析仪，Dofasco公司认为其对炉气CO、CO2、O分析能够满足吹炼控制精度的要求。
[0014]在控制模型方面，Dofasco公司不再主要依据碳的质量平衡计算在线钢液[C]、温度等，而是将数学模型重点放在吹炼后期，由该时间段炉气成分变化预测钢液[C]、温度等，对吹炼终点进行控制。控制模型中设置了专门模块，计算吸入的空气量和其对炉气CO、CO2含量的影响，显著提高了系统控制精度。
[0015]Dofasco的KOBM转炉炉气分析动态控制与原副枪动态控制的投运率、命中率如表1、控制精度如表2。
[0016]表1新、旧系统作业率、后吹率等的比较
[0017][0018]表2超低碳钢终点碳、氧、温度控制精度比较
[0019][0020](2)意大利ILVA Taranto公司
[0021]意大利ILVA Taranto公司采用的转炉炉气分析吹炼控制系统与Dofasco公司炉气分析控制系统相比，采集的信息量更多，除炉气成分、流量之外，还包括转炉炉口热辐射、炉口和烟道内炉气温度等，其控制模型也不仅对吹炼过程钢水[C]、温度进行计算预报，还能给出吹炼过程废钢熔化率、渣料熔化、炉渣SiO2、FeO含量等变化。表3为ILVA Taranto公司副枪“TSC”、“TSO”测定结果与炉气分析控制系统预测结果的比较，可以看到，两者测定结果相差很小。
[0022]表3 ILVA Taranto公司副枪“TSC”、“TSO”测定结果与炉气分析系统预测结果比较(平均值)
[0023][0024](3)日本NKK公司
[0025]1990年日本NKK公司报道了其福山钢铁厂250t转炉利用炉气分析进行吹炼控制的技术。
[0026]该厂采用质谱仪对吹炼过程炉气进行快速准确分析，根据炉气中CO、CO2、O2成分和炉气流量等变化，对熔池[C]、[O]、温度、喷溅等进行预测，并将其与副枪动态控制系统结
合，取得了很好控制效果。但是，在其后相当长时间内，由于控制精度较副枪系统低，该项技术推广应用得较慢，即便是后来配备炉气分析控制系统的钢厂(包括许多国内钢厂)，大多是将其与副枪动态控制系统配合，转炉吹炼控制以副枪系统为主，炉气分析系统的预测结果作为参考，在实际生产中发挥的作用不不大。
[0027](4)美国热电赛默飞
[0028]赛默飞转炉烟气分析采取的是热端取样，其动态控制系统分为三部分，分别为取样系统、预处理系统、分析仪表。
[0029]取样系统主要包含两个热端取样探头、高压反吹系统及冷却水控制系统。预处理系统(样气处理柜)主要包含二级过滤系统、切换箱、取样泵、温度监测、流量监测等部件。分析系统主要为质谱仪，可同时分析CO，CO2，N2，O2，H2，Ar。
[0030]取样器采用不锈钢管取样的结构，内用陶瓷取样管，使带粉尘的高温烟气不容易在陶瓷管内壁上冷凝结垢，取样口不易堵塞。取样管后接一级过滤装置，可对烟气进行初级过滤。取样系统采用双探头模式，一个探头工作，另一个探头做备用或反吹清扫，可自动切换或同时打开。
[0031]预处理系统(样气处理柜)主要包含二级过滤系统、切换箱、取样泵、温度监测、流量监测等部件。主要对样气进行二级过滤，除水。经过二级过滤后，样气粉尘≤1μm，流量在100
‑
200ml/min。
[0032]控制系统以SIEMENS－PLC为核心，所需信号为兑铁信号、吹炼开始信号、吹炼结束信号。
[0033]分析系统主要为质谱仪，型号为Prima Pro，可同时分析CO，CO2，N2，O2，H2，Ar。响应时间与精度见表4。
[0034]表4 Prima Pro质谱仪分析精度
[0035][0036](5)德国ABB<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，包括高温转炉烟气经烟气取样口从转炉汽化冷却烟道引出，进入样气预处理单元冷却、净化等预处理后，送入烟气分析的质谱仪或红外分析仪进行烟气组成分析，其特征在于，所述高温转炉烟气在样气预处理单元内与固体颗粒介质填充床逆向直接接触换热，并在固体颗粒介质填充床的固体颗粒介质层过滤、拦截作用下，将高温转炉烟气所携带的绝大部分的烟尘颗粒物捕集下来。2.如权利要求1所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，所述样气预处理单元为一个内部空间相对封闭的环形通道，依次由烟气冷却器、热料仓、粉料分离器、弯头、流化管道、旋风除尘器、灰斗、卸料阀以及滤膜、防水电子秤、筛板、孔板、滤网、灰斗电子秤等组成。3.如权利要求1或2所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，所述固体颗粒介质在所述环形通道内依次经过换热、冷却、洗涤、流化、填充等过程循环使用。4.如权利要求1或2所述的基于热态取样的转炉烟气样气干法预处理方法，其特征在于，所述高温转炉烟气在样气预处理单元内的预处理过程如下：
①
由安装于样气预处理单元下游的抽风机将高温转炉烟气从汽化冷却烟道中引出，通过转炉烟气进口管进入样气预处理单元内；
②
进气口位于样气预处理单元下部，进入样气预处理单元的高温转炉烟气与烟气冷却器内填充床中的固体颗粒介质逆向直接接触换热，并通过固体颗粒介质的冷却、冷凝和床层的拦截、过滤，捕集高温转炉烟气中的冷凝组分、粉尘等；
③
冷却并除尘后的样气经陶瓷滤膜过滤器过滤后，进入取样风机，通过风机送入二次陶瓷滤膜过滤器进一步除尘，颗粒物浓度降至1mg/Nm3以下；
④
烟气冷却器内填充的固体颗粒介质，在样气预处理单元下部热料仓的高压水喷嘴喷出的高压水的冲击作用下，越过粉料分离器，移动到流化管道下端的弯头处；
⑤
随着热料仓内的固体颗粒介质被高压水的冲离，烟气冷却器内填充的固体颗粒介质床层向下移动进入热料仓内，并被高压水冷却、冲洗，进入粉料分离器；
⑥
固体颗粒介质在高压水的冲刷作用下，在经过粉料分离器的过程中，固体颗粒介质捕集下来的烟尘颗粒物被冲洗下来，并通过筛板，进入灰斗内；
⑦
进入弯头处的...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴高明，李扬洲，陈明毅，柯西军，
申请(专利权)人：武汉立德激光有限公司，
类型：发明
国别省市：
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