一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置及方法

摘要

本发明涉及一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置及方法，属于转炉烟气余热锅炉技术领域。技术方案是：在余热锅炉外壁（2）的外侧圆周上至少设置一组外部上支架（20）和外部下支架（21），余热锅炉外壁（2）、外部密封层（19）、外部上支架（20）和外部下支架（21）之间形成一个相对封闭的空间，该空间内填充保护层保温材料（18）；氮气支管（23）穿过外部密封层（19）进入保护层。本发明的有益效果：防止空气进入转炉烟气余热锅炉，并且能对转炉烟气余热锅炉外壁穿孔及时报警，能及时发现转炉烟气余热锅炉泄漏空气的现象，消除爆炸、煤气泄漏隐患。避免对转炉炼钢产生严重影响，杜绝重大安全生产事故发生。

权利要求

1.一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置，其特征在于：包含余热锅炉外壁（2）、氮气储罐（4）、氮气总管调压阀（5）、氮气总管压力变送器（6）、支管阀门（7）、支管电磁阀（8）、保护层氮气压力变送器（9）、保护层温度变送器（10）、转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器（11）、转炉烟气余热锅炉烟气压力变送器（12）、氧气传感器（14）、可编程控制器（15）、通信电缆（16）、电脑显示器（17）、保护层保温材料（18）、外部密封层（19）、外部上支架（20）和外部下支架（21）；在余热锅炉外壁（2）的外侧圆周上至少设置一组外部上支架（20）和外部下支架（21），外部上支架（20）和外部下支架（21）的内端部固定在余热锅炉外壁（2）上，外部上支架（20）和外部下支架（21）的外端部之间设有外部密封层（19），余热锅炉外壁（2）、外部密封层（19）、外部上支架（20）和外部下支架（21）之间形成一个相对封闭的空间，该空间内填充保护层保温材料（18），保护层保温材料（18）与外部密封层（19）一起构成保护层；氮气储罐（4）的氮气总管（22）通过氮气总管调压阀（5）和氮气总管压力变送器（6）与支管阀门（7）和支管电磁阀（8）连接，氮气总管（22）经过氮气总管压力变送器（6）后称为氮气支管（23），氮气支管（23）穿过外部密封层（19）进入保护层；保护层分别设置保护层氮气压力变送器（9）、保护层温度变送器（10）和氧气传感器（14），转炉烟气余热锅炉（1）内分别设置转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器（11）和转炉烟气余热锅炉烟气压力变送器（12）；氮气总管调压阀（5）、氮气总管压力变送器（6）、支管电磁阀（8）、保护层氮气压力变送器（9）、保护层温度变送器（10）、转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器（11）、转炉烟气余热锅炉烟气压力变送器（12）和氧气传感器（14）均受控可编程控制器（15），可编程控制器（15）通过通信电缆（16）连接电脑显示器（17）。

2.根据权利要求1所述的一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置，其特征在于：所述余热锅炉外壁（2）的外侧圆周上设置多组外部上支架（20）和外部下支架（21），将余热锅炉外壁（2）的外侧圆周分隔成多个相对封闭的空间，形成多块保护层；所述氮气总管（22）经过氮气总管压力变送器（6）后分成多条氮气支管（23），每条氮气支管（23）进入对应的一块保温层，对这块保温层单独进行监控。

3.根据权利要求1或2所述的一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置，其特征在于：所述氧气传感器（14）连接氧气传感器阀门（13）。

4.根据权利要求1或2所述的一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置，其特征在于：所述氮气储罐（4）的入口设有氮气总阀门（3），连接外部氮气管道。

5.根据权利要求1或2所述的一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置，其特征在于：所述外部上支架（20）和外部下支架（21）截面为T形结构，围绕转炉烟气余热锅炉的余热锅炉外壁（2）布置，所述T形结构由横面和纵面构成，横面垂直于余热锅炉外壁（2），纵面平行于余热锅炉外壁（2），外部密封层（19）设置在纵面上。

6.一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆方法，其特征在于采用权利要求1‑5任意一项所限定的转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置，包含如下步骤：高压氮气进入氮气储罐（4）储存，氮气经过氮气储罐（4）后，首先进行解压，调其压力略大于大气压，通过氮气总管调压阀（5）、氮气总管压力变送器（6）、支管阀门（7）和支管电磁阀（8）后进入并充满保护层，隔离外部空气，使之不能进入余热锅炉外壁（2）中。

7.根据权利要求6所述的一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆方法，其特征在于：当转炉烟气余热锅炉的被测参数任一项超限报警时，加大向保护层内充入氮气量，阻止空气进入转炉烟气余热锅炉和转炉烟气混合发生爆炸。

8.根据权利要求6或7所述的一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆方法，其特征在于：所述保护层氮气压力变送器（9）和保护层温度变送器（10）对保护层中温度和氮气空气压差检测，保护层氮气压力变送器（9）和保护层温度变送器（10）安装在该保护层的外部上支架（20）上，其检测探头进入保护层；所述氧气传感器（14）检测保护层中氧气，由于保护层的氮气压力略大于空气压力，正常情况下，氧气传感器（14）检测不到氧气，如有检测到氧气，那就说明余热锅炉外壁（2）有裂缝或有漏洞，需要加大氮气量，防止空气进入转炉烟气余热锅炉与转炉烟气混合，发生爆炸；氧气传感器（14）安装在该保护层的外部下支架（21）上，其检测探头进入保护层；所述转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器（11）和转炉烟气余热锅炉烟气压力变送器（12）对转炉烟气余热锅炉的转炉烟气进行温度和压力测量，转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器（11）和转炉烟气余热锅炉烟气压力变送器（12）安装在该保护层的外部下支架（21）上，其检测探头进入转炉烟气余热锅炉。

说明书

一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置及方法，属于转炉烟气余热锅炉技术领域。

背景技术

[0002] 目前，国内外普遍采用的是喷水、雾化冷却转炉高温烟气处理工艺（温度在1000~
800℃之间），消耗大量宝贵的水资源，形成的转炉烟气回收工艺复杂，设备故障率高，维护
维修的成本大，排放超标，造成转炉烟气热能和转炉灰渣（非常好的工业原料）浪费。为解决
上述问题，采用转炉烟气余热锅炉利用纯干法回收转炉高温烟气的热量，转炉烟气余热锅
炉可将烟气从1000‑‑800℃冷却到170‑‑200℃左右，转炉烟气余热锅炉是在变温（1000℃到
3
170℃）负压的状态运行，转炉烟气含尘量极高，约150—200mg/Nm ，余热锅炉长期受交变应
力及烟尘颗粒冲刷的影响，容易造成外壁裂缝或穿孔，外面空气很容易进入到余热锅炉内
部，当转炉烟气在600℃左右，在满足燃烧基础条件时，有燃烧或爆炸风险；另外，转炉烟气
余热锅炉在使用过程中，长期处在负压、高温（1000℃‑‑170℃）工作状态，焊接连接部位很
容易开裂出现漏洞，设备密封性能下降，空气中的氧气泄漏到余热锅炉中，便会产生爆炸，
对转炉炼钢生产秩序产生严重影响，同时还有造成重大安全生产事故的风险。

发明内容

[0003] 本发明目的是提供一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置及方法，防止空气进入转炉烟气余热锅炉，能快速发现转炉烟气余热锅炉泄漏空气的现象，并且能对转炉烟气
余热锅炉外壁穿孔及时报警，及时消除爆炸、煤气泄漏等安全隐患，保障人员、设备安全，能
减少余热锅炉维护维修，节省大量人力，物力；同时还有防止转炉烟气余热锅炉外壁高温氧
化作用，解决背景技术中存在的上述问题。

[0004] 本发明的技术方案是：

[0005] 一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置，包含余热锅炉外壁、氮气储罐、氮气总管调压阀、氮气总管压力变送器、支管阀门、支管电磁阀、保护层氮气压力变送器、保护层温
度变送器、转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器、转炉烟气余热锅炉烟气压力变送器、氧气传
感器、可编程控制器、通信电缆、电脑显示器、保护层保温材料、外部密封层、外部上支架和
外部下支架；在余热锅炉外壁的外侧圆周上至少设置一组外部上支架和外部下支架，外部
上支架和外部下支架的内端部固定在余热锅炉外壁上，外部上支架和外部下支架的外端部
之间设有外部密封层，余热锅炉外壁、外部密封层、外部上支架和外部下支架之间形成一个
相对封闭的空间，该空间内填充保护层保温材料，保护层保温材料与外部密封层一起构成
保护层；氮气储罐的氮气总管通过氮气总管调压阀和氮气总管压力变送器与支管阀门和支
管电磁阀连接，氮气总管经过氮气总管压力变送器后称为氮气支管，氮气支管穿过外部密
封层进入保护层；保护层分别设置保护层氮气压力变送器、保护层温度变送器和氧气传感
器，转炉烟气余热锅炉内分别设置转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器和转炉烟气余热锅炉
烟气压力变送器；氮气总管调压阀、氮气总管压力变送器、支管电磁阀、保护层氮气压力变
送器、保护层温度变送器、转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器、转炉烟气余热锅炉烟气压力
变送器和氧气传感器均受控可编程控制器，可编程控制器通过通信电缆连接电脑显示器。

[0006] 所述氧气传感器连接氧气传感器阀门。

[0007] 所述余热锅炉外壁的外侧圆周上设置多组外部上支架和外部下支架，将余热锅炉外壁的外侧圆周分隔成多个相对封闭的空间，形成多块保护层；所述氮气总管经过氮气总
管压力变送器后分成多条氮气支管，每条氮气支管进入对应的一块保温层，对这块保温层
单独进行监控。例如：根据转炉烟气余热锅炉的换热管布置位置，同步划分相应的区域，每
个区域形成一块保护层。

[0008] 所述氮气储罐的入口设有氮气总阀门，连接外部氮气管道。

[0009] 所述外部上支架和外部下支架截面为T形结构，围绕转炉烟气余热锅炉的余热锅炉外壁布置，所述T形结构由横面和纵面构成，横面垂直于余热锅炉外壁，纵面平行于余热
锅炉外壁，外部密封层设置在纵面上。

[0010] 一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆方法，采用上述装置，包含如下步骤：

[0011] 高压氮气进入氮气储罐储存，氮气经过氮气储罐后，首先进行解压，调其压力略大于大气压，通过氮气总管调压阀、氮气总管压力变送器、支管阀门和支管电磁阀后进入并充
满保护层，隔离外部空气，使之不能进入余热锅炉外壁中，保护层中的保护层保温材料确保
保护层中充满氮气，又使氮气的使用量达到最小化，既能达到安全生产，又能降低运行成
本。

[0012] 本发明利用空分装置分离出来的高纯度的氮气作为防爆隔离气源，当已有的转炉烟气余热锅炉安全监测系统中的温度、氧气、CO等被测参数任一项超限报警时，加大向保护
层内充入氮气量，阻止空气进入转炉烟气余热锅炉和转炉烟气混合发生爆炸。

[0013] 所述保护层氮气压力变送器和保护层温度变送器对保护层中温度和氮气空气压差检测，保护层氮气压力变送器和保护层温度变送器安装在该保护层的外部上支架上，其
检测探头进入保护层。

[0014] 所述氧气传感器检测保护层中氧气，由于保护层的氮气压力略大于空气压力，正常情况下，氧气传感器检测不到氧气，如有检测到氧气，那就说明余热锅炉外壁有裂缝或有
漏洞，需要加大氮气量，防止空气进入转炉烟气余热锅炉与转炉烟气混合，发生爆炸。氧气
传感器安装在该保护层的外部下支架上，其检测探头进入保护层。

[0015] 所述转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器和转炉烟气余热锅炉烟气压力变送器对转炉烟气余热锅炉的转炉烟气进行温度和压力测量，转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器和
转炉烟气余热锅炉烟气压力变送器安装在该保护层的外部下支架上，其检测探头进入转炉
烟气余热锅炉。

[0016] 所述可编程控制器（PLC）布置在转炉烟气余热锅炉现场设置，将氮气总管压力、调节后氮气压力、氮气电磁阀、保护层中的氮气空气压差和温度、保护层中的氮气中氧气浓
度、转炉烟气余热锅炉内转炉烟气的温度和压力等信号传输给可编程控制器，再通过通信
电缆，将各种参数传到控制室，在电脑显示器显示出来。

[0017] 本发明的有益效果：防止空气进入转炉烟气余热锅炉，并且能对转炉烟气余热锅炉外壁穿孔及时报警，能及时发现转炉烟气余热锅炉泄漏空气的现象，消除爆炸、煤气泄漏
隐患。避免对转炉炼钢产生严重影响，杜绝重大安全生产事故发生。减少余热锅炉维护维
修，节省大量设备，人力，物力。防止余热锅炉外壁（在高温时）被氧化，能有效延长余热锅炉
的使用寿命。

附图说明

[0018] 图1 本发明实施例结构示意图；

[0019] 图2 本发明实施例转炉烟气余热锅炉示意图；

[0020] 图中：转炉烟气余热锅炉1、余热锅炉外壁2、氮气总阀门3、氮气储罐4、氮气总管调压阀5、氮气总管（调压后）压力变送器6、支管阀门7、支管电磁阀8、保护层氮气压力变送器
9、保护层温度变送器10、转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器11、转炉烟气余热锅炉烟气压
力变送器12、氧气传感器阀门13、氧气传感器14、可编程控制器15、通信电缆16、电脑显示器
17、保护层保温材料18、外部密封层19、外部上支架20、外部下支架21、氮气总管22、氮气支
管23。

具体实施方式

[0021] 以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

[0022] 一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆装置，包含余热锅炉外壁2、氮气储罐4、氮气总管调压阀5、氮气总管压力变送器6、支管阀门7、支管电磁阀8、保护层氮气压力变送器9、
保护层温度变送器10、转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器11、转炉烟气余热锅炉烟气压力
变送器12、氧气传感器14、可编程控制器15、通信电缆16、电脑显示器17、保护层保温材料
18、外部密封层19、外部上支架20和外部下支架21；在余热锅炉外壁2的外侧圆周上至少设
置一组外部上支架20和外部下支架21，外部上支架20和外部下支架21的内端部固定在余热
锅炉外壁2上，外部上支架20和外部下支架21的外端部之间设有外部密封层19，余热锅炉外
壁2、外部密封层19、外部上支架20和外部下支架21之间形成一个相对封闭的空间，该空间
内填充保护层保温材料18，保护层保温材料18与外部密封层19一起构成保护层；氮气储罐4
的氮气总管22通过氮气总管调压阀5和氮气总管压力变送器6与支管阀门7和支管电磁阀8
连接，氮气总管22经过氮气总管压力变送器6后称为氮气支管23，氮气支管23穿过外部密封
层19进入保护层；保护层分别设置保护层氮气压力变送器9、保护层温度变送器10和氧气传
感器14，转炉烟气余热锅炉1内分别设置转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器11和转炉烟气
余热锅炉烟气压力变送器12；氮气总管调压阀5、氮气总管压力变送器6、支管电磁阀8、保护
层氮气压力变送器9、保护层温度变送器10、转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器11、转炉烟
气余热锅炉烟气压力变送器12和氧气传感器14均受控可编程控制器15，可编程控制器15通
过通信电缆16连接电脑显示器17。

[0023] 所述氧气传感器14连接氧气传感器阀门13。

[0024] 所述余热锅炉外壁2的外侧圆周上设置多组外部上支架20和外部下支架21，将余热锅炉外壁2的外侧圆周分隔成多个相对封闭的空间，形成多块保护层；所述氮气总管22经
过氮气总管压力变送器6后分成多条氮气支管23，每条氮气支管23 进入对应的一块保温
层，对这块保温层单独进行监控。例如：根据转炉烟气余热锅炉的换热管布置位置，同步划
分相应的区域，每个区域形成一块保护层。

[0025] 所述氮气储罐4的入口设有氮气总阀门3，连接外部氮气管道。

[0026] 所述外部上支架20和外部下支架21截面为T形结构，围绕转炉烟气余热锅炉的余热锅炉外壁2布置，所述T形结构由横面和纵面构成，横面垂直于余热锅炉外壁2，纵面平行
于余热锅炉外壁2，外部密封层19设置在纵面上。

[0027] 一种转炉烟气余热锅炉氮气保护防爆方法，采用上述装置，包含如下步骤：

[0028] 高压氮气进入氮气储罐4储存，氮气经过氮气储罐4后，首先进行解压，调其压力略大于大气压，通过氮气总管调压阀5、氮气总管压力变送器6、支管阀门7和支管电磁阀8后进
入并充满保护层，隔离外部空气，使之不能进入余热锅炉外壁2中，保护层中的保护层保温
材料18确保保护层中充满氮气，又使氮气的使用量达到最小化，既能达到安全生产，又能降
低运行成本。

[0029] 本发明利用空分装置分离出来的高纯度的氮气作为防爆隔离气源，当已有的转炉烟气余热锅炉安全监测系统中的温度、氧气、CO等被测参数任一项超限报警时，加大向保护
层内充入氮气量，阻止空气进入转炉烟气余热锅炉和转炉烟气混合发生爆炸。

[0030] 所述保护层氮气压力变送器9和保护层温度变送器10对保护层中温度和氮气空气压差检测，保护层氮气压力变送器9和保护层温度变送器10安装在该保护层的外部上支架
20上，其检测探头进入保护层。

[0031] 所述氧气传感器14检测保护层中氧气，由于保护层的氮气压力略大于空气压力，正常情况下，氧气传感器14检测不到氧气，如有检测到氧气，那就说明余热锅炉外壁2有裂
缝或有漏洞，需要加大氮气量，防止空气进入转炉烟气余热锅炉与转炉烟气混合，发生爆
炸。氧气传感器14安装在该保护层的外部下支架21上，其检测探头进入保护层。

[0032] 所述转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器11和转炉烟气余热锅炉烟气压力变送器12对转炉烟气余热锅炉的转炉烟气进行温度和压力测量，转炉烟气余热锅炉烟气温度变送
器11和转炉烟气余热锅炉烟气压力变送器12安装在该保护层的外部下支架21上，其检测探
头进入转炉烟气余热锅炉。

[0033] 所述可编程控制器（PLC）15布置在转炉烟气余热锅炉现场设置，将氮气总管压力、调节后氮气压力、氮气电磁阀、保护层中的氮气空气压差和温度、保护层中的氮气中氧气浓
度、转炉烟气余热锅炉内转炉烟气的温度和压力等信号传输给可编程控制器15，再通过通
信电缆，将各种参数传到控制室，在电脑显示器17显示出来。

[0034] 本发明的气体流程：氮气总阀门‑‑‑氮气储罐‑‑‑氮气总管调压阀‑‑‑氮气总管压力变送器‑‑‑支管阀门‑‑‑支管电磁阀‑‑‑保护层氮气压力变送器‑‑‑保护层温度变送器‑‑‑
转炉烟气余热锅炉烟气温度变送器‑‑‑转炉烟气余热锅炉烟气压力变送器‑‑‑氧气传感器
阀门‑‑‑氧气传感器。

[0035] 本发明的信号控制流程：烟气温度‑‑‑‑‑氮气温度‑‑‑‑‑烟气压力‑‑‑‑‑氮气压力‑‑‑‑‑氧气浓度‑‑‑‑可编程控制器‑‑‑‑通信电缆‑‑‑‑‑计算机。

[0036] 通过可编程控制器15和计算机的程序编制，实现本发明的自动控制，是本领域公知公用的技术内容。

[0037] 保护层中间使用的保护层保温材料18，尽量使用环保、耐高温和保温效果好的材料，充氮防爆隔离，能防止转炉烟气余热锅炉外壁被氧化，能有效延长转炉烟气余热锅炉的
使用寿命。