用于处理含有一氧化碳的废气的系统和方法 |
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| 申请号 | CN201280069643.0 | 申请日 | 2012-12-13 | 公开(公告)号 | CN104114948B | 公开(公告)日 | 2017-04-12 |
| 申请人 | 哈茨有限公司; | 发明人 | M·特罗万特; D·R·库尔西斯基; M·R·哈克; B·沃斯芒德; | ||||
| 摘要 | 一个上气设备被布置用于从处理容器中抽出含有一 氧 化 碳 的废气气流。至少一个气体调节体系接收并调节该气流。一个出口排出至少一部分的该气流。该气流的一部分被分离形成再循环气流。一个排放设备将该气流与再循环气流合流，以降低该气流的 温度 并升高该气流的静态压 力 。该气流维持在一个正表压。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种在正表压下处理含有一氧化碳的废气的系统，该系统包含： |
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| 说明书全文 | 用于处理含有一氧化碳的废气的系统和方法技术领域背景技术[0002] 下文段落并不是承认其中讨论的任何内容为现有技术或本领域技术人员的部分知识。 [0003] 一些工业工艺产生富一氧化碳废气，包括高炉、炼焦炉、红土镍矿熔炉、钛铁矿熔炉、气化炉和碳化钙熔炉。这种废气还可含有氢气、烃和其他成分。在例如埋弧炉中进行的碳化钙的生产，将焦炭和石灰的供给混合物用在以下反应中： [0004] CaO+3C→CaC2+CO [0005] 通常，可通过一种废气系统处理富一氧化碳废气，该系统将废气从产生废气的处理容器中用导管输送出来。然而，一氧化碳是一种能够与空气形成爆炸性混合物的可燃物质。因此，需要防止空气向废气处理系统中的渗透。 [0006] 在负压力气体处理系统中，空气向废气系统中的渗透是通过尝试彻底密封所有潜在泄漏源尤其是接合处和管道连接处来解决的。此工艺不是无关紧要的；例如，其可包含手焊一个钢条环绕管道连接处的整个周圈并随后采用专用涂料。然而，这种接合处的长期老化可最终导致空气泄漏进系统中，并且，当在管道系统中没有在位监测设备时难以探测这种泄漏，而这种监测设备由于不利的环境具有较差的可靠性。随着时间的过去，废气系统中形成未被检测到的爆炸性气体混合物的风险升高。 [0007] 废气处理系统可以包括去除灰尘的装置。潮湿气体清洁和干燥气体清洁为两种去除灰尘的方法。 [0008] 潮湿气体清洁包括将废气通过一个除尘器，在该除尘器中该废气被用液体喷洒或穿过一池液体。该液体可以是例如水。灰尘颗粒通过在液体除尘剂中沉淀而去除。污染气体也可以通过吸附或溶解到除尘剂中而去除。潮湿气体清洁倾向于降低清洁的排放气流的温度和体积，以满足下游设备的较小的尺寸要求。然而，潮湿系统产生的流出气流要求废弃前的处理。 [0009] 灰尘去除的第二种方法是干燥气体清洁。该方法可包括将废气通过一系列过滤器，如袋滤室过滤器、静电沉积器或其他干燥部件来去除灰尘颗粒。干燥灰尘能够被捕获并被潜在利用，而非在流出气流中被排出。然而，易挥发混合物会在干燥气体清洁过程中凝结，这会阻塞设备如袋滤室过滤器。为了防止凝结，可采取措施在灰尘去除过程中维持足够高的温度。另外，由于废气在清洁过程中未被冷却到相同程度，下游设备尺寸要求可能高于与之相当的潮湿系统。清洁阶段的下游还可能要求专用气体冷却设备。发明内容 [0010] 以下概要旨在向读者介绍下文更详细的描述，而非定义或限制所要求保护的主题。 [0011] 根据本公开内容的一个方面，提供了一种在正表压(positive gauge pressure)下处理含有一氧化碳的废气的系统。该系统可包括：一个用于从处理容器中抽出废气气流的上气设备；至少一个用于接收和调节气流的气体调节体系，一个用于分离气流以形成至少一个再循环气流和一个出口气流的接头(junction)；一个用于排出出口气流的出口；以及一个用于接收气流与再循环气流并将气流与再循环气流合流以降低气流温度并升高气流静态压力的排放设备。 [0012] 该排放设备可布置在至少一个气体调节体系的上游。该排放设备可包括用于接收气流的第一入口管、用于接收再循环气流的第二入口管、以及一个用于排出气流的出口管。该出口管可被大致垂直地定向，从而使气流以大致垂直向下的方向被排出。该系统可进一步包括一个位于出口管下方用于接收气流中夹带的灰尘颗粒的排泄箱。 [0013] 该排放设备可包括一个喉管，再循环气流通过该喉管被排出。喉管的横截面积可以是可调整的以控制再循环气流的流速。可通过改变喉管内一个圆锥形部件的垂直位置来调整该横截面积。 [0014] 该系统可进一步包括一个再循环风扇，用于接收来自接头的再循环气流并给该再循环气流加压。 [0015] 可将该上气设备适配为冷却气流。该上气设备可包括一个水冷却管。该上气设备可包括一个环境冷却管。该水冷却管和环境冷却管可串联连接。该上气设备可被布置为使得上气设备出口位于高于上气设备入口的高度。 [0016] 该至少一个气体调节体系可包括一个用于给气流加压的废气风扇、一个用于清洁气流的干燥灰尘收集器、以及一个用于冷却气流的冷却器。该废气风扇可接收来自排放设备的气流，该干燥灰尘收集器可接收来自废气风扇的气流，而该冷却器可接收来自干燥灰尘收集器的气流。该废气风扇可被布置为使废气风扇入口位于高于上气设备入口的高度。 [0017] 该系统可包括两个或更多个气体调节体系。 [0018] 根据本公开内容的另一方面，提供了一种在正表压下处理含有一氧化碳的废气的方法。该方法可包括：从处理容器中抽出废气气流；使该气流通过至少一个气体调节体系以调节该气流，分离该气流以形成一个出口气流和一个再循环气流；排出出口气流；以及将该气流与再循环气流合流以降低该气流温度并升高该气流静态压力。 [0019] 该气流和再循环气流可在至少一个气体调节体系的上游合流。将气流通过至少一个气体调节体系的步骤可包括给该气流加压、清洁该气流和冷却该气流。 [0020] 可采用废气风扇给该气流加压，且该方法可进一步包括监测处理容器的压力，以及基于该压力改变废气风扇的流速。 [0021] 该方法可进一步包括：采用再循环风扇给该再循环气流加压；监测与再循环气流合流后的气流的温度，以及基于该压力改变再循环风扇的流速。 [0022] 采用排放设备可合流该气流和再循环气流，且该方法可进一步包括调整该排放设备中的再循环气流的流速。该方法可进一步包括监测再循环气流和在排放设备中与再循环气流合流后的气流之间的压力差，并基于该压力差调整再循环气流的流速。 [0023] 可采用上气设备抽出该气流，且该方法可进一步包括冷却该上气设备中的气流。该方法可进一步包括使该气流流经该上气设备的一个水冷却管。该方法可进一步包括使该气流流经该上气设备的一个环境冷却管。该气流可在上气设备入口和布置在高于该入口的高度的上气设备出口之间向上流动。该气流可在上气设备入口和布置在高于该上气设备的入口的高度的气体调节体系入口之间向上流动。 [0025] 为了使要求保护的主题内容能够被更全面地理解，将做出对附图的参考，其中： [0026] 图1为气体处理系统的一个实施例的示意图； [0027] 图2为使用图1中的系统的方法的流程图； [0028] 图3为图1中系统的上气设备和排放设备的细节侧视图； [0029] 图4为图1中系统的排放设备的进一步的细节侧视图； [0030] 图5为气体处理系统的另一个实施例，包括并联的气体调节体系的示意图；以及[0031] 图6为气体处理系统的再一个实施例，包括控制回路的示意图。 具体实施方式[0032] 在下文的描述中，通过提供所要求保护的主题内容的实施例来阐述具体细节。然而，下文描述的实施例不旨在限定或限制所要求保护的主题内容。本领域技术人员应该明确具体实施例的很多变化都可能在所要求保护的主题内容范围内。 [0033] 为了阐述的简单明了，当认为适合时，合适的附图标记会在附图之间重复出现，以指示对应的或相似的元件或步骤。 [0034] 由于富一氧化碳气体易燃和有毒的特性，设计用于处理富一氧化碳气体的废气系统可要求特殊的设计考虑。根据本文的描述，在产生作为废气混合物成分之一的一氧化碳的工业工艺中，正表压系统被用于将废气从一个或多个处理容器中去除，清洁并冷却废气，并引导废气至下游出口以进一步使用或储存。该系统保持在大气压之上，以致任何泄漏都涉及气体流出废气系统。克服压力梯度的向废气系统内的空气渗入一般是不可能的，因此可避免爆炸性气体混合物的形成。 [0035] 参照图1，大致图示了系统100的一个实施例。系统100包括一个处理容器101，一个上气设备111，一个排放设备130，一个废气风扇140，一个干燥灰尘收集器150，一个冷却器160，以及一个再循环风扇180。 [0036] 处理容器101可以是一个在工业工艺中产生富一氧化碳气体作为主要产物或副产物的封闭容器。作为一个实施例，处理容器101可以是一个电弧熔炉，用于碳化钙的制造。处理容器101包括至少一个出口用于向下游输送废气到系统100。 [0037] 根据所示，上气设备111可包括串联连接的一个水冷却管110和一个环境冷却管120。水冷却管110可以是具有双壁或通道型结构的向上倾斜的管，具有在内壁和外壁之间的空间(plenum)，通过该空间来供给冷却水112。冷却水112进入水冷却管110的空间，并通过强制对流冷却从处理容器101抽出的热废气。用过的冷却水114随后从水冷却管110排出。 冷却水112与用过的冷却水114的方向可以是相反的，从而水对于废气逆流而行。在一些实施例中，用过的冷却水114可通过例如将其通过热交换器而被冷却，并随后作为冷却水112再流通。 [0038] 环境冷却管120可以是从水冷却管110的一个出口延伸出的向上倾斜的管。已被水冷却管110冷却的废气气流115，进入环境冷却管120并通过辐射和自然对流被进一步冷却，例如环境冷却。半冷却废气气流125从环境冷却管120的出口离开。作为一个实施例，且并不旨在限制，半冷却废气气流125的温度可以约为450℃。 [0039] 在图示的实施例中，由于水具有高于空气的比热，并能够更有效地降低从处理容器101中抽出的废气气流的温度，将水冷却管110布置在环境冷却管120上游。水还会防止上气设备111的管道结构在处理容器101的操作中的不正常状况下被过度加热。然而，在其他实施例中，若环境冷却管120能够充分冷却废气气流，可省去水冷却管110。在一些实施例中，若废气气流在一个相对较低的温度下从处理容器101中抽出，还可省去环境冷却管120。 [0040] 废气被引导至从上气设备111到排放设备130的半冷却废气气流125中。在一些实施例中，排放设备130可采用Y形接头(wye-junction)形式，具有两个入口和一个出口，将在下文中进一步详细描述。半冷却废气气流125与再循环气流185通过分立的入口进入排放设备130并具有大致一致的流向。半冷却废气气流125与再循环气流185在排放设备130中合流，并通过稀释将半冷却废气气流125冷却。出口气流135在一个中间温度下离开排放设备130，该中间温度在半冷却废气气流125的温度与再循环气流185的温度之间。作为一个实施例，且不旨在限制，出口气流135的温度约为180℃，半冷却废气气流125具有约450℃的入口温度，再循环气流185具有约40℃的入口温度。 [0041] 在一些实施例中，为了维持一个正表压，用于传输气流115、125、135的管道具有相对较大的横截面积，以降低流速并进而限制静态压力损失。另外，同样的管道可采用低压降配件用于如肘管、凸缘和膨胀接头等部件，以限制气流115、125、135内的静态压力损失。 [0042] 系统100包括一个气体调节体系210，用于调节出口气流135。在所示实施例中，气体调节体系210包括用于给废气加压的废气风扇140，用于清洁废气的干燥灰尘收集器150，以及用于冷却废气的冷却器160。 [0043] 废气风扇140接收出口气流135，提高废气的静态压力，并排放被加压的废气气流145。在一些实施例中，废气风扇140可采取可变速、直接驱动、离心的风扇的形式。 [0044] 干燥灰尘收集器150接收被加压的废气气流145并过滤掉灰尘颗粒。在一些实施例中，干燥灰尘收集器150可包括一个或多个袋式除尘器。在其他实施例中，干燥灰尘收集器150可包括一个或多个静电沉淀器，或一个旋风分离器。干燥灰尘气流152从干燥灰尘收集器150中排出以进一步使用、储存或废弃。废气从干燥灰尘收集器150中以清洁废气气流155排放。 [0045] 冷却器160接收清洁废气气流155并冷却该废气至预期的出口温度，并排放经调节的废气气流165。在一些实施例中，冷却器160可采取强迫通风冷却器的形式，该强迫通风冷却器具有垂直的一排废气流经的管子。风扇水平地吹动周围空气遍及这排管子的外表面，进而通过强制对流冷却在内部流通的废气。在其他实施例中，冷却器160可采取水冷却热交换器的形式。通过举例方式，且不旨在限制，经调节的废气气流165的温度可以约为40℃。 [0046] 在系统100中，气流115、125、135、145、155、165一般维持在正表压下。应当注意的是，干燥灰尘收集器150可产生一个相对较大的压力降，因此将干燥灰尘收集器150布置在废气风扇140上游可能有产生负表压的风险。因此，如所示的，废气风扇140布置在干燥灰尘收集器150的上游，从而能够维持正表压。冷却器160可被放置在干燥灰尘收集器150的上游，但是由于灰尘在冷却器160内堆积的可能性，这一安排可能并不是很期望的。另外，去除灰尘前冷却可能会引起易挥发成分凝结在干燥灰尘收集器150中。 [0047] 经调节的废气气流165通过一个接头170被分离成再循环气流175和出口气流200。在各种不同实施例中，接头170可以是T形接头(tee-junction)、Y形接头或任何其他适合的分流部件。出口气流200从系统100中排出。 [0048] 再循环风扇180接收再循环气流175，提高其静态压力，并排放将被引导至排放设备130的再循环气流185。在一些具体实施例中，再循环风扇180可采取固定速度、直接驱动、离心风扇的形式。在其他实施例中，废气风扇140足够强大以使再循环气流175中产生一个足够高的静态压力，以至于不需要并可以省去再循环风扇180。在无再循环风扇180的实施例中，一个阻尼器组件可被用于替换再循环风扇180，以控制再循环气流185的流速。 [0049] 图2大致描述了一种使用系统100的方法500。在步骤502中，废气气流从处理容器中被抽出。在步骤504中，废气在水冷却管中冷却。在步骤506中，废气在环境冷却管中进一步冷却。在步骤508中，废气被加压，例如使用风扇。在步骤510中，废气被过滤。在步骤512中，废气被进一步冷却。在步骤514中，废气被分离以产生再循环气流。在步骤516中，剩下的废气从系统排放。在步骤518中，再循环气流被加压，例如使用风扇。最后，在步骤520中，再循环气流与废气合流，如在步骤508上游。 [0050] 图3示出了系统100的上气设备111和排放设备130。上气设备111包括水冷却管110，该水冷却管如图所示直接连接于处理容器101的一个出口，以及环境冷却管120，该环境冷却管直接延伸自水冷却管110的出口。 [0051] 由于上气设备111倾斜的布置，进入上气设备111的入口113的废气气流102与排放自上气设备111的出口116的半冷却废气气流125相比有相当低的高度。另外，由于在通过上气设备111时废气气流102的冷却，半冷却废气气流125与上气设备111的入口113处的废气气流102相比更冷并因而密度更大。此密度差导致向上浮力驱使的气流穿过上气设备111。废气的这种运动，可以被描述为“烟道效应”，在系统100中使静态压力上升。因此，上气设备 111的布置有助于系统100的正表压。 [0052] 从上气设备111的出口116流出的半冷却废气气流125比出口气流135的温度更高，并由于浮力将倾向于留在上气设备111的顶部。由于半冷却废气气流125从出口116被迫使朝向废气风扇140，此浮力引起烟道效应相反地运作，并导致静态压力下降。在一些实施例中，废气风扇140的一个入口被布置为比从上气设备111入口113具有更高的高度。这保证了烟道效应导致上气设备111的入口113与废气风扇140之间静态压力的净升高。另外，由于上气设备111中的高冷却速度，半冷却废气气流125与废气气流102之间的温度差可显著高于半冷却废气气流125与出口气流135之间的温度差。因此，上气设备111中静态压力的上升一般高于随后的出口116与废气风扇140之间的静态压降，尽管上气设备111的入口113和废气风扇140的入口在大致相同的高度。 [0053] 与上气设备111相反，排放设备130以向下倾斜的方式安装。在所示的实施例中，排放设备130具有两个入口气流：半冷却废气气流125通过一个入口管129进入；再循环气流185通过一个再循环入口管189进入。出口气流135通过一个出口管134排出，并具有在半冷却废气气流125的温度与再循环气流185的温度之间的中间温度。作为排放设备130中的气体温度的一个实施例，且不旨在限制，半冷却废气气流125在450℃下进入，再循环气流185在40℃下进入，且出口气流135在180℃的温度下排出。 [0054] 因此，应当注意的是，排放设备130的布置达到两种功效。第一，如提到的，再循环气流185与半冷却废气气流125的合流导致出口气流135具有降低的温度(与半冷却废气气流125相比)。第二，再循环气流185与半冷却废气气流125的合流导致出口气流135具有升高的静态压力(与半冷却废气气流125相比)。因此，排放设备130的布置有助于系统10的正表压。另外，由于摩擦力和负烟道效应(若可应用)，当半冷却废气气流125从上气设备111的出口116流至废气风扇140时，将引起静态压力的连续下降。因此，废气风扇140紧邻的上游区域可能为最易于下降至大气压以下，因此将排放设备130布置在这一区域可降低出口气流135中负表压的风险。 [0055] 图3描述了成垂直或近乎垂直的方向的上气设备111、排放设备130、入口管129、再循环入口管189、出口管134和废气风扇入口管139。这种布置可降低当灰尘气体混合物通过水平管区段时可能发生的灰尘在这些部件表面的附着和累积。在一些实施例中，水平面以上60°或更多的倾斜被应用于这些部件以防止灰尘累积。 [0056] 继续参照图3，一个排泄箱154安装于排放设备130的下游和废气风扇140上游。出口管134朝向大致垂直的方向，从而使出口气流135以垂直向下的方向流动。排泄箱154可位于出口管134正下方，从而使进入出口气流135中的更大量的灰尘颗粒易于收集在排泄箱154中，而非继续穿过废气风扇入口管139至废气风扇140。收集于排泄箱154中的灰尘可作为干燥的灰尘气流158排出，作进一步使用或处理。 [0057] 现参照图4，半冷却废气气流125通过入口管129进入排放设备130。类似地，再循环气流185通过再循环入口管189进入排放设备130。排放设备130包括一个内部垂直管370，该内部垂直管下端有一个锥形喉管371。一根行经内部垂直管370的长度的轴310的下端与一个圆锥形部件311附接。该轴通过一个轴向对准导向件374保持在内部垂直管370内。轴310的上端延伸到轴凸缘密封件350上方，并与一个直线形致动器340附接。 [0058] 一个外部垂直管372包围着内部垂直管370并限定了二者之间的环形空间，该环形空间包括密封件373以防止废气经过该空间向上行进。在轴310工作故障的情况下，可从排放设备130拆除圆锥形部件311与/或喉管371、内部垂直管370来进行维修。当拆除了内部垂直管370，可继续通过外部垂直管372将再循环气流185主要地供给至混合管380。 [0059] 再循环气流185通过通道300进入排放设备130的内部垂直管370。再循环气流185垂直向下流经通道300和内部垂直管370，并通过喉管371排入混合管380中。可通过改变圆锥形部件311的垂直位置来调整喉管371的横截面，例如，使用直线形致动器340来控制再循环气流185在喉管371出口处的流速。当半冷却废气气流125和再循环气流185产生相当低的流速时，可调整性可以保证在喉管371出口处的流速在减小的情况下是足够的。 [0060] 被喉管371加速的再循环气流185排放至混合管380中并与半冷却废气气流125以大致相同的流向布置混合。热从半冷却废气气流125传递至再循环气流185(具有较低的温度)，产生中间温度下的出口气流135。另外，动量从再循环气流185转移至半冷却废气气流125(具有较低的速度)，因而相对于半冷却废气气流125提高了出口气流135的静态压力。在一些实施例中，响应于已知运行条件，可通过改变喉管371的面积、进而改变流速来优化静态压力的升高。 [0061] 现参照图5，100a大致描述了气体处理系统的另一个实施例。系统100a类似于图1中的系统100，系统100a包括一个并联的气体调节体系211。 [0062] 在所述实施例中，出口气流135被分离为辅助级出口气流136和137，从而随后通过两个体系并联实施通常的加压、清洁和冷却步骤。在其他实施例中，可应用三个或更多的气体调节体系。 [0063] 第一辅助出口气流136通过废气风扇140被加压，通过干燥灰尘收集器150被清洁，并通过冷却器160被冷却(与以上关于系统100的描述大致一样)以产生第一经调节的废气气流166。类似地，在并联的气体调节体系211中，第二辅助出口气流137通过废气风扇141被加压以产生加压的废气气流146。加压的废气气流146通过干燥灰尘收集器151被清洁以产生清洁废气气流156。清洁废气气流156通过冷却器161被冷却以产生第二经调节的废气气流167。辅助干燥灰尘气流153从干燥灰尘收集器151中排出作进一步使用、储存或废弃(与干燥灰尘气流152一起)。第一和第二经调节的废气气流166，167合流以形成经调节的废气气流165。 [0064] 现参照图6，100b大致描述了气体处理系统的另一个实施例。系统100b类似于系统100，100a，系统100b进一步包括附加仪器以控制废气温度和压力。 [0065] 具体来讲，压力控制回路410可包括一个监测处理容器101压力的压力测量装置411，以及一个连接于废气风扇140的连接件412。压力测量装置411包括一个或多个换能器。 基于来自压力测量装置411的压力读数，可调整废气风扇140的流速以维持处理容器101中的压力为预期设定值。在一些实施例中，可使用旁路阻尼器设备调整废气风扇140的流速，该旁路阻尼器设备可包括一个旁路管，该旁路管由废气风扇140的一个出口管旁路出来并返回废气风扇140的一个入口管，允许再流通。一个可变的阻尼器位于该旁路管内并控制再流通气流。 [0066] 另外，温度控制回路420可包括一个监测出口气流135温度的温度测量装置421，以及一个连接于再循环风扇180的连接件422。温度测量装置421可包括一个或多个换能器。基于来自温度测量装置421的温度读数，可调整再循环风扇180的流速以维持出口气流135的温度为预期设定值。在一些实施例中，可使用如所描述的用于废气风扇140的旁路阻尼器设备调整再循环风扇180的流速。为了降低出口气流135的温度，再循环风扇180的流速可能被升高从而使更大量的再循环气流185与半冷却废气气流125混合。相反地，为了升高出口气流135的温度，再循环风扇180的流速可能被降低从而使更小量的再循环气流185与半冷却废气气流125混合。例如，温度控制回路420可用于维持出口气流135的温度在大约180℃。 [0067] 另外，差动压力控制回路430包括一个用于监测再循环气流185和出口气流135之间压力差的差动压力测量装置431，以及一个连接于排放设备130的连接件432。差动压力测量装置431可包括一个或多个换能器。基于来自差动压力测量装置431的压力读数，可调整排放设备130的喉管371面积(图4示出)，从而根据给定压力差来优化出口气流135中静态压力的升高。 [0068] 应当注意的是，本领域技术人员做出的许多变化可能在所要求保护的主题内容的范围内。上述实施例旨在作为解释性说明而非定义或限制。 |
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