徐兆春 王軍 章香林
（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山243000）
【摘要】通過對(duì)馬鋼煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收和利用的現(xiàn)狀分析，結(jié)合轉(zhuǎn)爐煙氣產(chǎn)生的特點(diǎn)和目前相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，提出了馬鋼轉(zhuǎn)爐煙氣余熱深度回收利用的技術(shù)方案，全面回收轉(zhuǎn)爐煉鋼的煙氣余熱并加以充分利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼水平。
【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)爐煙氣；余熱深度回收；節(jié)能降耗
引言
目前，煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收普遍采用的是汽化冷卻系統(tǒng)，利用轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)釋放的高溫?zé)煔庥酂嶙鳛闊嵩串a(chǎn)生蒸汽。轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔饨?jīng)過汽化煙道冷卻，溫度降至900 ℃左右，然后通過噴水降溫、除塵，造成大量熱量浪費(fèi)的同時(shí)帶來水資源和能源的高消耗，嚴(yán)重制約了煉鋼轉(zhuǎn)爐工序節(jié)能降耗水平的提高，不符合國家提倡“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排”的基本國策，所以研究轉(zhuǎn)爐煙氣余熱深度回收利用是十分必要的。
1 馬鋼轉(zhuǎn)爐煙氣溫度損失的現(xiàn)狀
馬鋼現(xiàn)有300 t 轉(zhuǎn)爐3 座、120 t 轉(zhuǎn)爐3 座、75 t轉(zhuǎn)爐4 座，均采用濕法一次除塵。以120 t 轉(zhuǎn)爐為例，轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)爐口溢出1400~1600 ℃的含塵高溫?zé)煔饨?jīng)汽化冷卻煙道后降溫至800~900 ℃，然后經(jīng)過凈化系統(tǒng)，通過噴頭噴出大量煤氣洗滌水持續(xù)對(duì)煙氣降溫、除塵，煙氣溫度降至約70 ℃。雖然通過汽化冷卻煙道回收了一部分煙氣余熱，但是汽化煙道出口處的800~900 ℃煙氣余熱被直接噴水降至約70 ℃，這一部分的約800 ℃左右余熱資源被損失掉，造成大量熱量浪費(fèi)的同時(shí)帶來環(huán)境污染、水資源和能源的高消耗，傳統(tǒng)OG 系統(tǒng)都是以保證生產(chǎn)運(yùn)行和回收轉(zhuǎn)爐煤氣為出發(fā)點(diǎn)，而沒有重點(diǎn)考慮煙氣余熱的回收和能源利用率的提高，嚴(yán)重制約了煉鋼轉(zhuǎn)爐工序節(jié)能降耗水平的提升。
2 國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的技術(shù)探索之路
國內(nèi)某鋼廠在其80 t 轉(zhuǎn)爐進(jìn)行過余熱深度回收工業(yè)性試驗(yàn)，該工業(yè)性試驗(yàn)項(xiàng)目于2016 年4 月份投產(chǎn)，連續(xù)運(yùn)行731 爐，運(yùn)行期間每爐生產(chǎn)低壓蒸氣5.16 t，折合噸鋼回收蒸氣量為54 kg；鍋爐出口溫度穩(wěn)定保持在160～180 ℃，余熱鍋爐整體熱效率良好，能夠滿足EP（電除塵）的要求。該工業(yè)性試驗(yàn)項(xiàng)目也存在一定缺陷，主要包括以下幾點(diǎn)：
（1）積灰比較嚴(yán)重。設(shè)計(jì)時(shí)采用鍋爐直接替代轉(zhuǎn)爐一次除塵LT 系統(tǒng)中的蒸發(fā)冷卻塔，雖然降溫功能得到實(shí)現(xiàn)，但蒸發(fā)冷卻塔的除塵功能卻被忽視，導(dǎo)致鍋爐出口到電除塵間管道及電除塵入口部位粉塵濃度大幅度提高，以及管道設(shè)計(jì)流速不能滿足相應(yīng)行業(yè)規(guī)范的要求，使得上述連接管道及電除塵器入口出現(xiàn)嚴(yán)重積灰情況，需要定期進(jìn)行人工清理；
（2）系統(tǒng)密閉性設(shè)計(jì)不合理，特別是余熱鍋爐采用現(xiàn)場(chǎng)焊接制作保溫結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致漏風(fēng)嚴(yán)重，致使電除塵器在工業(yè)性試驗(yàn)裝置投運(yùn)期間出現(xiàn)過18 次泄爆情況，最終使得電除塵器的陽極板變形嚴(yán)重。
3 可行性分析
3.1 轉(zhuǎn)爐一次煙氣冷卻和余熱回收利用的難點(diǎn)
在不用濁循環(huán)水處理系統(tǒng)和回收利用轉(zhuǎn)爐一次煙氣余熱方面，一直有三個(gè)難點(diǎn):急冷急熱、爆炸隱患和粘灰結(jié)垢。轉(zhuǎn)爐吹煉是間歇性的，煙氣溫度和煙氣量會(huì)頻繁大幅波動(dòng)，因此能長(zhǎng)期耐得住大幅急冷急熱的余熱回收設(shè)備的材料選擇是一大難題。
在整個(gè)轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，每爐都在多次循環(huán)發(fā)生空氣-煙氣-煤氣之間的轉(zhuǎn)換，含CO 的煤氣與含氧煙氣混合爆炸的條件隨時(shí)都具備，爆炸隱患很難徹底消除。轉(zhuǎn)爐粉塵中含有生石灰粉，遇到空氣中的水分會(huì)活化為熟石灰粉，再遇煙氣中的CO2就會(huì)反應(yīng)形成石灰石，這種結(jié)垢采用一般的清灰方法難以除凈。這三個(gè)難點(diǎn)加大了轉(zhuǎn)爐一次煙氣余熱回收設(shè)備設(shè)計(jì)選型、操作維護(hù)的難度。[1]
3.2 實(shí)踐應(yīng)用
經(jīng)過轉(zhuǎn)爐余熱深度回收工業(yè)性試驗(yàn)的實(shí)踐應(yīng)用，認(rèn)為余熱鍋爐驗(yàn)證性試驗(yàn)是成功的。試驗(yàn)初步證明只要在積灰清理、輸灰方式和系統(tǒng)密閉性等設(shè)計(jì)方面加以改進(jìn)，鍋爐不存在泄爆風(fēng)險(xiǎn)，安全穩(wěn)定運(yùn)行的問題是可以解決的。在轉(zhuǎn)爐一次除塵系統(tǒng)完整的情況下，把深度余熱回收納入進(jìn)來作為降溫措施，同時(shí)返過來又為一次除塵超低排放創(chuàng)造更加有利條件，實(shí)行節(jié)能環(huán)保技術(shù)集成優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)鋼綠色生產(chǎn)。
4 馬鋼改造方案
4.1 工藝及設(shè)備
根據(jù)對(duì)現(xiàn)有LT 系統(tǒng)和新OG 系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)的研究，并結(jié)合轉(zhuǎn)爐余熱深度回收的需求，馬鋼計(jì)劃采用一套轉(zhuǎn)爐余熱深度回收加一次除塵超低排放系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“DHE”系統(tǒng)），該系統(tǒng)主要包括汽化煙道鍋爐+余熱深度回收鍋爐+噴淋塔+環(huán)縫洗滌器+脫水塔+濕式徑流式電除塵器，凈化后的煤氣經(jīng)三通閥、水封逆止閥后進(jìn)入煤氣柜供用戶使用，不具備回收條件的煤氣經(jīng)三通閥至煙囪點(diǎn)火放散。
汽化煙道鍋爐+余熱深度回收鍋爐將煤氣溫度降至200 ℃左右生產(chǎn)飽和蒸汽供生產(chǎn)生活使用；余熱鍋爐對(duì)流受熱面和轉(zhuǎn)彎煙道具有粗除塵功能，大顆粒的粉塵流經(jīng)上述部位由于碰撞和慣性分離的作用得以沉降下來；經(jīng)過粗除塵后的煤氣通過煙道進(jìn)入精除塵系統(tǒng)：噴淋塔+環(huán)縫洗滌器+脫水塔+濕式徑流式電除塵器，在精除塵系統(tǒng)凈化后粉塵排放濃度可以達(dá)到≤10 mg/m3，已能夠滿足現(xiàn)行國家最嚴(yán)的環(huán)保排放要求，即國家2018 年5 月推出的《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》對(duì)煉鋼排放的要求。
余熱深度回收鍋爐進(jìn)口煙氣與現(xiàn)汽化煙道出口煙氣一致，煙溫、含塵量與汽化煙道出口完全一樣，余熱深度回收鍋爐主要由汽包、蒸發(fā)受熱面段、省煤器、循環(huán)泵及本體管路等組成。轉(zhuǎn)爐一次煙氣先經(jīng)過現(xiàn)有的汽化冷卻煙道冷卻，溫度降至700～800 ℃，粉塵濃度約100～150 g/m3，然后接入新建深度余熱鍋爐內(nèi)，煙氣流經(jīng)深度余熱鍋爐5 級(jí)蒸發(fā)受熱面后煙氣降溫300 ℃以下，隨后再經(jīng)省煤器繼續(xù)降溫到<200 ℃，然后進(jìn)入一次除塵系統(tǒng)。在煙氣降溫過程中，鍋爐生產(chǎn)飽和蒸汽，經(jīng)蓄熱器后送全廠低壓蒸汽管網(wǎng)供生產(chǎn)使用。省煤器出口煙氣溫度150~200 ℃，粉塵濃度小于90 g/m3。
從省煤器出來的轉(zhuǎn)爐煙氣接至噴淋塔進(jìn)行進(jìn)一步降溫和洗塵，然后約70 ℃的飽和濕煙氣進(jìn)入環(huán)縫洗滌器、脫水塔和布置在廠房外的濕式靜電除塵器進(jìn)行除塵，最終煙氣粉塵濃度≤10 mg/m3。然后約70 ℃的飽和濕煙氣進(jìn)入濕式徑流式電除塵器進(jìn)行精除塵，確保轉(zhuǎn)爐一次煙氣粉塵濃度≤10 mg/m3，達(dá)到超低排放。出轉(zhuǎn)爐車間的一次除塵煙道、主引風(fēng)機(jī)及放散回收系統(tǒng)均利舊。
深度余熱鍋爐和轉(zhuǎn)彎煙道沉降下來的是干灰，為了便于系統(tǒng)統(tǒng)一和粉塵處理，采用濁環(huán)水混合送入現(xiàn)有OG 濁環(huán)水溜槽。噴淋塔、環(huán)縫洗滌器、脫水塔的污水排入現(xiàn)有的OG 濁環(huán)水溜槽。濕式靜電除塵器內(nèi)的污水排入水封池，再用污泥泵送至現(xiàn)有的OG 系統(tǒng)濁環(huán)水處理系統(tǒng)。余熱噴淋塔和濕式電除塵內(nèi)的污水排入水封池，再用污泥泵送至現(xiàn)有的OG 系統(tǒng)濁環(huán)水處理系統(tǒng)。
4.2 輔助系統(tǒng)
（1）清灰及除灰系統(tǒng)
在應(yīng)對(duì)鍋爐蒸發(fā)受熱面積灰的問題上，首先，高溫區(qū)鍋爐蒸發(fā)受熱面采用光管受熱面、管間距適當(dāng)放大；其次，適當(dāng)提高流經(jīng)受熱面的煙氣流速，以達(dá)到自清灰的目的。再有采取了高效的在清灰裝置，能夠伴隨煉鋼的進(jìn)程實(shí)時(shí)進(jìn)行清灰作業(yè)，自清灰和在線清灰裝置配合進(jìn)行鍋爐清灰，鍋爐本體采用全自動(dòng)機(jī)械振打清灰裝置，此裝置安裝在蒸發(fā)對(duì)流受熱面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)流管的清潔。蒸發(fā)受熱面上掉落的灰塵進(jìn)入余熱鍋爐下部的灰斗，灰斗底部設(shè)流化氮?dú)鈬娮欤缓蠼?jīng)2 組星型卸灰閥（卸灰閥間設(shè)置有氮?dú)饷芊猓┢扑榕湃霛岘h(huán)水管，再經(jīng)由排水密封罐進(jìn)入原老OG 濁環(huán)水溜槽。
（2）排污取樣系統(tǒng)
余熱鍋爐在運(yùn)行中為了調(diào)節(jié)鍋水的酸堿度，會(huì)加入一定量的藥劑，隨著鍋水的不斷蒸發(fā)，藥劑的濃度也會(huì)不斷增加，需要時(shí)時(shí)進(jìn)行取樣檢測(cè)，設(shè)置爐水取樣裝置一套。鍋爐運(yùn)行中需定期排出沉積在鍋爐底部的污垢和高濃度鍋水，鍋爐排出水均為高溫高壓飽和水，需設(shè)置排污擴(kuò)容器降溫降壓后排放。該系統(tǒng)排污擴(kuò)容器與現(xiàn)汽化冷卻系統(tǒng)共用。
4.3 設(shè)備布置
由于轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)產(chǎn)生的煤氣中含有大量CO，且粉塵含量高達(dá)100~150 g/m3；首先，CO 為易燃易爆氣體，且有毒；其次，粉塵含量高，極易在鍋爐受熱面上積灰。所以，深度余熱回收鍋爐的整體布置易采用上下直通型，確保氣體流通順暢，沒有死角，在氣體轉(zhuǎn)彎處設(shè)置有氮?dú)獍脖４胧?/p>
5 結(jié)論
經(jīng)過技術(shù)創(chuàng)新和改造，汽化煙道鍋爐后設(shè)置余熱深度回收鍋爐，煙氣溫度降至200 ℃以下，將對(duì)轉(zhuǎn)爐汽化煙道后煙氣余熱進(jìn)一步回收，滿足后續(xù)一次除塵要求溫度的同時(shí)多生產(chǎn)與汽化冷卻煙道等質(zhì)2.5 MPa 的飽和蒸汽，噸鋼可多回收50 kg 左右飽和蒸汽，所生產(chǎn)的蒸汽可并入現(xiàn)汽化冷卻蒸汽系統(tǒng)。同時(shí)余熱鍋爐及轉(zhuǎn)彎煙道具有粗除塵功能，粗除塵效率約為40% 左右（出口濃度≤90 g/m3），減輕后續(xù)一次除塵系統(tǒng)負(fù)荷同時(shí)，也為降低系統(tǒng)排放指標(biāo)創(chuàng)造條件，保證了整個(gè)系統(tǒng)除塵效果即出口濃度≤10 mg/m3。
[參考文獻(xiàn)]
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