本实用新型总体地涉及冶金技术领域，具体地涉及一种用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔。
背景技术：
中国是全球钢铁工业的主导力量，中国目前的钢产量几乎占了全世界的一半。炼钢之前必须先要炼铁，这是一个能源极为密集的过程，在传统联合炼铁炼钢过程中还会产生大量的气体排放。
海绵铁工艺(直接还原法)是无需通过熔化即可将铁矿石转化为金属铁，减少了尾气排放量，但是现有尾气洗涤器为单级洗涤，耗水量大，脱除杂质不彻底，而且简单的水洗过程也不能对尾气中杂质气体进行有效去除，影响了尾气的品质，同时也将颗粒物等杂质带入了下游设备。
技术实现要素：
本实用新型针对现有技术的缺陷，提供一种用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔，它采用两级除尘结构，且将二级除尘用水回路与一级除尘用水回路相连接，明显减少尾气颗粒含量提高尾气品质的同时，节约除尘用水，且两级除尘结构在一个塔内高度方向上下分别设置，节约了设备用量以及设备占地空间。
气基还原制备海绵铁的尾气组成和特性为：co，h2，co2，含水约24％，含尘约8.8g/nm3，温度150至160℃。因此，除尘、脱水和降温是尾气的处理要求。
本实用新型的技术方案是；一种用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔，它包括塔体部分和水循环部分；所述塔体为筒形结构，包括在筒内沿高度方向分离设置的预除尘段和精除尘段；所述预除尘段用于尾气的第一次除尘；所述精除尘段通过尾气管与预除尘段处理后的尾气连通，用于尾气的第二次除尘脱水；所述水循环部分包括与预除尘段连接第一循环回路，和与精除尘段连接的第二循环回路，分别用于将预除尘段和精除尘段中除尘用水循环出塔体进行冷凝降温；本实用新型尾气脱水除尘塔还包括进水管10，用于向精除尘段中输入干净的除尘用水；所述第二循环回路与第一循环回路之间连接有二级洗涤水管，以将第二循环回路中的除尘用水输送至第一循环回路中。
本实用新型中的塔体部分用于与尾气直接接触进行除尘、脱水和降温；循环水部分与塔体部分的除尘用水进行连通，将除尘用水循环出塔体进行换热冷凝然后再送回塔体内，以降低尾气温度。本实用新型在筒形塔体中设计了两个相互关联的除尘段，一段用于对另一段除尘后的尾气进行精除尘，这种在同一筒形塔体中的两段关联式设计一方面显著节省了设备占地空间，另一方面保证了除尘脱水后尾气的清洁度和温度。
更主要的是，大多数情况下，精除尘段因为进入尾气的杂尘含量已经降到较低含量，除尘量较低，其除尘后除尘用水中含尘量较低，将除尘用水完成精除尘段除尘后继续输送至除尘量较大的预除尘段进行尾气第一次除尘，不仅可以实现水的循环利用，节约除尘用水，并且可以及时将预除尘段底部的含尘污水排出，同时将干净水送入精除尘段中，提高除尘效率、保证出生后尾气的清洁度和温度。
进一步的，所述预除尘段从下向上依次包括第一锥型沉淀部、第一防堵填料或塔盘和第一分布器；还包括尾气进口，监测控制器和第一气动阀；所述第一气动阀设置在第一锥型沉淀部的底部，用于及时排出含尘污水；所述监测控制器包括监测器和控制器，所述监测器用于获取第一锥型沉淀部中除尘用水的状态数据；所述控制器连接监测器和第一气动阀，以根据监测器数据控制第一气动阀开合度；所述精除尘段包括在塔高度方向依次向上设置的第二锥型沉淀部、第二防堵填料或塔盘、第二分布器、除雾器、尾气出口；所述尾气管一端连通预除尘段顶部，另一端连通于精除尘段第二锥型沉淀部和第二防堵填料或塔盘之间的塔体侧壁。
两个除尘段内部的除尘构造基本相同，待除尘气体经各段口部进入除尘水中，除尘段中部的防堵填料或塔盘用于富集和阻挡水面漂浮的灰尘颗粒或形成的灰尘泡沫，分布器通过喷淋方式对防堵填料或塔盘中的灰尘或灰尘泡沫进行消除和再沉降；预除尘段底部的第一锥型沉淀部为尾气除尘过程中主要的灰尘聚集部，达到预定的含尘浓度或除尘时间，含尘污水从第一气动阀排出；精除尘段在上部还设置了除雾器，以实现脱水功能，经两段除尘降温和脱水后的干净尾气经精除尘段顶部的尾气出口排出，其中降温功能主要依靠与各除尘段连接的水循环回路实现。
更进一步的，进水管10经第二循环回路连通至精除尘段，进水管10的管路上设置有第三气动阀；所述预除尘段的监测控制器与第三气动阀连接，以在向第一气动阀(发送控制信号时，同步向第三控制阀发送相同信号控制第三气动阀开合度。
从进水管10经第二循环回路向塔体中送入干净水是与从第一锥型沉淀部底部经第一气动阀处排出含尘污水是同步的，均通过监测控制器进行控制，且同步控制，以保持两个除尘段内的循环水量总体平衡。
进一步的，上述精除尘段上设置有液位控制器，所述二级洗涤水管上设有第二气动阀；所述液位控制器与第二气动阀相连接，液位控制器监测精除尘段中的除尘用水液位高度，并根据获得的除尘用水液位高度数据控制第二气动阀的开合度。
为了实现整个塔体内部循环水流动自动化和精准化，在精除尘段上部设置液位控制器控制器，监测精除尘段的水量，在达到预定水位后，液位控制器向与其连接的第二气动阀发送开启信号，将其中除尘循环中的水送向第一循环水路中，补充经第一气动阀排出的含尘污水。结合预除尘段的监测控制器同步控制第一气动阀和第三气动阀，即实现了塔体内部总水量平衡以及每个塔内部的水量同步调整。
更进一步的，上述第一循环回路包括一级循环泵、一级冷凝管和连接管；所述预除尘段上部的塔体侧壁经连接管依次与一级冷凝管和一级循环泵连接后，最后连通至第一锥型沉淀部的第一排水口，且第一排水口与一级循环泵的进水口连接，以将预除尘段中的除尘脱热用水进行循环降温；所述第一排水口设置在第一锥型沉淀部整体高度的2/3以上位置；所述第二循环回路包括二级循环泵、二级冷凝管和连接管；所述精除尘段上部的塔体侧壁经连接管依次与二级冷凝管和二级循环泵连接后，最后连通至第二锥型沉淀部的底部，且第二锥型沉淀部的底部与二级循环泵的进水口连接，以将精除尘段中的除尘脱热用水进行循环降温。
两个循环回路均与对应的除尘段连接，用于将各自除尘段中的除尘用水循环出塔体与连接的冷凝器进行换热降温，其中各除尘段的排水口设置下部，进水口设置在上部，即水从下部进入连接的循环泵，经循环泵进入冷凝器冷凝后从各除尘段的上部送入塔体，这样设计的益处，一是各段的气体进口设置在下部，尾气进入后首先与各除尘段下部的水换热，使各除尘段下部水温度高于上部；二是除尘段下部水含尘量较高，处于已沉降或待沉降过程中，水的抽出过程相比于送入过程，不易影响沉降过程或者使已沉降的颗粒湍动；三是避免出水口设置在各除尘段上部导致的因各除尘段水位变化泵不循环水的状况。因此各除尘段下部水经泵出冷凝后送入塔体，经分布器喷淋。
另外，因为预除尘段底部有含尘量相对高的含尘污水要排出，因此将一级循环泵与预除尘段下部的连接位置相对设置的高一些，即第一排水口设置在第一锥型沉淀部整体高度的2/3以上位置，这样以防止将底部的高含尘量污水引入循环回路从而降低或者达不到除尘效果，即在第一锥型沉淀部底部留出合理静态空间供尘颗粒静置沉淀，保证含尘水中灰尘在第一锥型沉淀部的聚集和沉淀同时不影响第一排水口排水。
更进一步的，所述第一填料或塔盘，和/或第二所述填料或塔盘设置在所在除尘段的中部，其倾角大小均设设置在35度到45度之间；所述第一分布器和/或第二分布器均设置在所在除尘段的上部，第一分布器和/或第二分布器上设有一个或多个雾化喷头，喷淋面积不小于塔体横截面积的4/5。
填料或塔盘是为了富集除尘用水中的固体漂浮物或固体漂浮物形成的泡沫，设置倾角可以增大填料或塔盘与除尘用水的接触面，增强富集效果；分布器的作用
更进一步的，上述监测控制器中的监测器为含尘浓度检测器、除尘时间监测器、水浊度监测器中的一种或多种的结合。
对于尾气组分和含量相对固定的待处理尾气，可以通过设定预定间隔时间的方式进行排污，即通过计时器控制第一气动阀和第三气动阀开启，使预除尘段底部排出含尘污水，同时精除尘段通入干净水；当然，对于尾气组分和含量变动幅度比较大的使用环境，可以选用含尘浓度检测器和水浊度监测器等，根据预除尘段第一锥型沉淀部的含尘污水具体参数设定其控制第一气动阀和第三气动阀开启或关闭的条件。
进一步的，上述预除尘段设置在塔体下部，所述精除尘段设置在预除尘段上方的塔体上部，或者预除尘段设置在塔体上部，所述精除尘段设置在预除尘段下方的塔体下部。优选的方式是预除尘段设置在塔体下部，因为尾气向上流动，这种方式中两个除尘段之间的尾气管之间连通即可；而如果预除尘段设置在塔体上部，预除尘段处理之后的尾气向下流动存在阻力，可能需要借助额外的设备加快气体向下流动进入精除尘段。
本实用新型与现有技术相比的先进点在于：
1、将两级除尘的用水相连接，以将二级除尘中较为干净的用水回用至除尘量大的一级回水中，在二级除尘中补充干净水，这一是显著节约用水，耗水量低；二是进水量少会降低冷凝损耗，使冷却充分；三是使二级除尘后的尾气更干净，除尘效果更明显；
2、通过集成的预除尘段和精除尘段组合脱水除尘设计，除尘更彻底，能将尾气的含尘量控制在1mg/m3以内，同时洗涤后的尾气含水量低，从而避免后续单元压力降增加，以及因化学品中毒而影响整个系统长周期运行等问题；
3、采用将预除尘段和精除尘段组合集成于同一塔体内部，占地面积小，且节约设备用量；两级连续除尘，使设备运行维护简单、运行周期长。
附图说明
从下面结合附图对本实用新型实施例的详细描述中，本实用新型的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1为本实用新型实施例的用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔的结构示意图；
其中：
1、预除尘段，2、一级循环泵，3、一级冷凝器，4、精除尘段，5、二级循环泵，6、二级冷凝器，7、尾气进口，8、尾气管，9、尾气出口管道，10、净水管道，11、第二循环回路，12、二级洗涤水管，13、第二循环回路，14、含尘污水管道，15、一级循环水来水，16、一级循环水回水，17、二级循环水来水，18、二级循环水回水，19、第一气动阀，20、第一排水口，21、第二气动阀，22、第三气动阀。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
实施例1
一种气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔，其结构示意如图1所示，筒形塔体部分包括依次连接的预除尘段1、精除尘段4、两个除尘段均包括分布器、填料或塔盘、锥型沉淀部，两个除尘段之间用尾气管8连通，精除尘段4顶部还额外设置有除雾器，尾气进预除尘段侧壁的尾气进口7进入，在塔体中依次通过预除尘段1，尾气管8、精除尘段4以及除雾器，进行脱水除尘。与预除尘段1和精除尘段4分别相连接的水循环部分后续阐述
塔体部分的具体结构为，预除尘段1从下向上依次包括第一锥型沉淀部、第一填料或塔盘和第一分布器：第一锥型沉淀部底部设置有第一气动阀19，第一气动阀19与含尘污水管道14连通，当第一气动阀19打开时，第一锥型沉淀部底部的高含尘量污水经第一气动阀19排出；第一锥型沉淀部上占整个第一锥型沉淀部高度2/3左右甚至靠上的位置设置有第一排水口，与水循环部分连通，用作预除尘段1除尘用水的循环排出口；第一填料或塔盘位于预除尘段1中上部，倾角大小设为35度到45度之间；第一分布器位于预除尘段1主体上部，上设有若干喷头，均为雾化喷头，喷淋面积大于等于所述塔体横截面积的4/5；尾气管8位于预除尘段1顶部，与精除尘段4的下部连通；
气基还原制备海绵铁的尾气通过设置在第一锥型沉淀部上部的尾气进口7进入预除尘段1，在其中依次经第一锥型沉淀部、第一填料或塔盘和第一分布器，最后经尾气管8进入精除尘段4，尾气进口7设置在距离第一气动阀19至少0.5米的高度，以避免进气流影响灰尘颗粒在第一锥型沉淀部底部沉积；
与预除尘段1连通的水循环部分为第一循环回路13，即第一排水口依次连通一级循环泵2、一级冷凝器3和预除尘段1除尘用水上部形成，第一循环回路13入口，即第一排水口位于第一锥型沉淀部的靠上位置即第一锥型沉淀部整体高度的2/3以上位置，这样第一循环回路13的入口为含尘较少的上清液，可以保证在预除尘段1洗涤后的尾气不会被二次污染。与第一循环回路13中的除尘用水在一级冷凝器3中进行换热的第一循环来水15和第一循环回水16形成的换热回路，除尘用水水温被降低。
精除尘段4包括第二锥型沉淀部、第二填料或塔盘、第二分布器和除雾器：第二锥型沉淀部底部连接第二循环回路；第二填料或塔盘位于精除尘段4中上部，倾角大小设为35度到45度之间；第二分布器位于精除尘段4上部，上设有若干喷头，均为雾化喷头，喷淋面积大于等于所述脱水除尘塔主体的横截面积的4/5；除雾器位于精除尘段4上部，包括多根中空圆管，中空圆管串联固定在可旋转的转轴上。其中，经预除尘段1和精除尘段4洗涤后的尾气中还含有液滴，为避免后续单元压力降增加，以及因化学品中毒而影响整个系统长周期运行等问题，优选地，在精除尘段4顶部设置除雾器，有效地洗涤后的尾气脱水不彻底的问题。
与精除尘段4连通的水循环部分为第二循环回路11，即第二锥型沉淀部底部依次连通二级循环泵5、二级冷凝器6和精除尘段1除尘用水上部形成，干净的水经管道10及管道上的第三气动阀22送入第二循环回路11送入精除尘段1中，与第二循环回路11中的除尘用水在二级冷凝器6中进行换热的第二循环来水17和第二循环回水18形成的换热回路，除尘用水水温被降低；同时第二循环回路中设计了二级洗涤水管12，它连接第二循环回路11和第一循环回路13，二级洗涤水管12上有第二气动阀21，与设计在精除尘段4上的液位控制器lic连接，液位控制器lic根据监测的精除尘段4的液位数据控制第二气动阀21的开启，将第二循环回路11的水送往第一循环回路13中。
整个发明装置中的除尘用水控制部件及联动关系为：在预除尘段1下部设计监测控制器aic，它包括监测并获取第一锥型沉淀部除尘用水状态数据的监测器比如除尘时间的定时器、测定水浊度的检测器、监测含尘量的仪器和控制器，控制器同时连接监测器、第一气动阀19和第三气动阀22，根据监测器的数据，同步向第一气动阀19和第三气动阀22发送相同的控制信号，比如监测器显示第一锥型沉淀部中水含尘量超过预定值，控制器根据获得数据形成控制第一气动阀19和第三气动阀22开启的信号，含尘污水经第一启动阀流出进入管道14，干净的清水从管道10经第三气动阀22进入第二循环回路；同时，因管道10中净水注入第二循环回路11，导致精除尘段中水位升高，液位控制器lic监测液位升高后，开启第二气动阀21，将用水送往第一循环回路13。
实施例2
一种气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘过程，它利用实施例的尾气脱水除尘塔，过程如下：
高温含尘尾气经管道从尾气进口7进入预除尘段1与其中的一级洗涤水进行充分冷却洗涤，尾气中的灰尘冷却洗涤后在重力作用下与尾气分离沉降在第一锥型沉淀部底部，尾气通过尾气管8进入精除尘段4与其中的二级洗涤水继续充分冷却洗涤，上升通过设在精除尘段4上方的除雾器去除尾气中的大部分液滴，净化后尾气经尾气出口排出进入尾气管道9中，尾气出口温度40℃以下，尘除净，水为饱和含量3.5％以下，送入下游工段。
除尘降温去水过程中：精除尘段4底部的含尘洗涤水由二级循环泵5经二级冷凝器6对二级洗涤水冷却后送入精除尘段4上部的第二分布器布水，经第二填料或塔盘，循环洗涤尾气中的灰尘，设在连接管道12上的第二气动阀21随液位控制器lic控制开度，将第二锥型沉淀部底部中的含尘洗涤水作为补充水由管道12送到预除尘段1的洗涤水循环中，精除尘段4的洗涤水循环补水来自管道10的清水。
预除尘段1底部的含尘洗涤水由一级循环泵2经一级冷凝器3对一级洗涤水冷却后送到预除尘段1上部的第一分布器布水，经第一填料或塔盘，循环洗涤尾气中的灰尘，第一锥型沉淀部底部的第一气动阀19由监测控制器aic控制开度，可以设计控制含尘污水含尘量3％以下，将第一锥型沉淀部底部的含尘污水经第一气动阀19送入管道14排入下游的沉淀澄清池，上层清水循环到第一循环回路继续循环使用。
本实用新型尾气脱水除尘塔解决了现有洗涤系统对灰尘去除不彻底，尾气含水量大、所需设备多、耗水量多等问题。同时，经本实用新型尾气脱水除尘塔处理后，尾气出口温度40℃以下，尘除净，水为饱和含量3.5％以下。控制含尘污水含尘量3％以下。
以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
1.一种用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔，其特征在于，它包括塔体部分和水循环部分；
所述塔体为筒形结构，包括在筒内沿高度方向分离设置的预除尘段(1)和精除尘段(4)；
所述预除尘段(1)用于尾气的第一次除尘；所述精除尘段(4)通过尾气管(8)与预除尘段(1)处理后的尾气连通，用于尾气的第二次除尘脱水；
所述水循环部分包括与预除尘段(1)连接第一循环回路，和与精除尘段(4)连接的第二循环回路，分别用于将预除尘段(1)和精除尘段(4)中除尘用水循环出塔体进行降温；
还包括进水管10，用于向尾气脱水除尘塔中输入干净用水；
所述第二循环回路的与第一循环回路之间连接有二级洗涤水管(12)，以将第二循环回路中的除尘用水输送至第一循环回路中。
2.如权利要求1所述的用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔，其特征在于，所述预除尘段(1)从下向上依次包括第一锥型沉淀部、第一防堵填料或塔盘和第一分布器；还包括尾气进口(7)，监测控制器和第一气动阀(19)；
所述第一气动阀(19)设置在第一锥型沉淀部的底部，用于及时排出沉淀的含尘污水；
所述监测控制器包括监测器和控制器，所述监测器用于获取第一锥型沉淀部中除尘用水的状态数据；所述控制器连接监测器和第一气动阀(19)，以根据监测器数据控制第一气动阀(19)开合度；
所述精除尘段(4)包括在塔高度方向依次向上设置的第二锥型沉淀部、第二防堵填料或塔盘、第二分布器、除雾器、尾气出口；以及
所述尾气管(8)一端连通预除尘段(1)顶部，另一端连通于精除尘段(4)第二锥型沉淀部和第二防堵填料或塔盘之间的塔体侧壁。
3.如权利要求2所述的用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔，其特征在于，
所述进水管(10)经第二循环回路连通至精除尘段(4)，进水管(10)的管路上设置有第三气动阀(22)；
所述预除尘段的监测控制器与第三气动阀(22)连接，以在向第一气动阀(19)发送控制信号时，同步向第三气动阀(22)发送相同信号控制第三气动阀(22)开合度，使第三气动阀(22)与第一气动阀(19)同步开合。
4.如权利要求1或3所述的用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔，其特征在于，
所述精除尘段(4)上设置有液位控制器，所述二级洗涤水管(12)上设有第二气动阀(21)；
所述液位控制器与第二气动阀(21)相连接，液位控制器监测精除尘段(4)中的除尘用水液位高度，并根据获得的除尘用水液位高度数据控制第二气动阀(21)的开合度。
5.如权利要求2所述的用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔，其特征在于，
所述第一循环回路包括一级循环泵(2)、一级冷凝管(3)和连接管；所述预除尘段(1)第一分布器上部的塔体侧壁经连接管依次与一级冷凝管(3)和一级循环泵(2)连通，最后连通至第一锥型沉淀部的第一排水口(20)，且第一排水口(20)与一级循环泵(2)的进水口连接，以将预除尘段(1)中的除尘脱热用水进行循环降温；所述第一排水口(20)设置在第一锥型沉淀部整体高度的2/3以上位置；
所述第二循环回路包括二级循环泵(5)、二级冷凝管(6)和连接管；所述精除尘段(4)第二分布器上部的塔体侧壁经连接管依次与二级冷凝管(6)和二级循环泵(5)连通，最后连通至第二锥型沉淀部的底部，且第二锥型沉淀部的底部与二级循环泵(5)的进水口连通，以将精除尘段(4)中的除尘脱热用水进行循环降温；
所述二级洗涤水管(12)设置在精除尘段(4)的循环进水管和预除尘段(1)的循环进水管之间。
6.如权利要求2所述的用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔，其特征在于，
所述第一防堵填料或塔盘，和/或所述第二防堵填料或塔盘设置在所在除尘段的中部，其倾角大小均设置在35度到45度之间；
所述第一分布器和/或第二分布器均设置在所在除尘段上部循环进水的下部，第一分布器和/或第二分布器上设有一个或多个雾化喷头，喷淋面积不小于塔体横截面积的4/5。
7.如权利要求2所述的用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔，其特征在于，所述监测控制器中的监测器为含尘浓度检测器、除尘时间监测器、水浊度监测器中的一种或多种的结合。
8.如权利要求1所述的用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔，其特征在于，所述预除尘段(1)设置在塔体下部，所述精除尘段(4)设置在预除尘段(1)上方的塔体上部。
9.如权利要求1所述的用于气基还原制备海绵铁的尾气脱水除尘塔，其特征在于，所述预除尘段(1)设置在塔体上部，所述精除尘段(4)设置在预除尘段(1)下方的塔体下部。
技术总结