劉林剛  鄧宏達  陳壽紅  趙建宏

（昆鋼新區煉鋼廠）    

摘要：介紹了昆鋼新區120 t轉爐干法除塵系統的工藝流程、技術特點及其至關重要的防爆措施。通過控制轉爐操作和關鍵除塵設備相關參數的研究優化，靜電除塵器泄爆次數減少了65.52％，并大大改善了除塵效果，凈化后的煙氣含塵量小于10 mg/m³，取得了顯著的經濟和社會效益。

關鍵詞：轉爐煉鋼；干法除塵；煙氣；含塵量   

1  前言

昆鋼新區煉鋼廠120 t轉爐煙氣除塵系統采用具有世界先進水平的干法除塵技術，該技術與原有濕法除塵相比，具有節電節水、除塵效果好等明顯優勢。但干法除塵系統很容易發生靜電除塵器泄爆，產生泄爆不僅會對設備造成嚴重危害，而且還會影響轉爐正常生產。新區煉鋼廠自投入運行以來，通過不斷摸索完善轉爐冶煉操控技術，并對除塵設備及參數進行優化，使干法除塵系統與轉爐操作得到了較好的結合，不僅實現了轉爐生產的安全穩定，還大大改善了除塵效果。

2  昆鋼新區120 t轉爐干法除塵技術系統簡況

2.1  工藝流程

昆鋼新區煉鋼廠建有2座120 t頂底復吹式轉爐，年設計產量200 萬t，二吹二生產模式，均采用干法除塵技術。工藝流程如下：

轉爐→活動煙罩→汽化冷卻煙道→蒸發冷卻器→電除塵器→軸流風機→消音器→切換站→煤氣冷卻器→煤氣柜及放散煙囪。

轉爐產生的高溫煙氣（約1 500 ℃）經汽化冷卻煙道冷卻至900 ℃左右，進入蒸發冷卻器，高壓水經霧化噴嘴噴出將煙氣直接冷卻到250 ℃左右，噴水量根據煙氣含熱量精確控制，所噴出的水完全蒸發；噴水降溫的同時對煙氣進行了調質處理，調整了粉塵的比電阻，有利于電除塵器的捕集，同時煙氣中的粗粉塵沉降到蒸發冷卻器的底部，由粗灰輸送系統排出。

冷卻和調質后的煙氣進入圓形電除塵器，煙氣得到凈化，電除塵進、出口裝有安全泄爆閥，以釋放可能產生的爆炸壓力。被收集的粉塵通過細灰輸送系統排出。凈化后的煙氣進入軸流風機。煙氣經過風機后進入切換站，切換站由兩個杯閥組成，對回收煤氣和放散燃燒兩種狀態進行快速切換。回收的煤氣在冷卻器中通過噴淋冷卻，由200 ℃降至75 ℃左右，然后送入煤氣柜供用戶使用。簡圖如下圖1：

圖 1  120t轉爐干法除塵工藝流程簡圖

2.2  主要工藝參數

昆鋼新區120 t轉爐干法除塵系統基本參數見下表1：

表 1  昆鋼新區120 t轉爐干法除塵系統基本參數

2.3  干法除塵系統與濕法除塵系統主要技術數據對比

濕法與干法系統相應設備的主要技術數據對比見下表2：

表 2  濕法與干法系統相應設備的主要技術數據對比

由表2可以看出，對比濕法，干法除塵主要優點：

1）凈化后的煤氣含塵量可在10 mg/Nm³以下，可供用戶直接使用，可省去煤氣柜后的精除塵器。濕法凈化系統凈化后含塵量約為50~100 mg/Nm³；

2）由于凈化后氣體含塵量低，因而風機使用壽命長，風機維護工作量小；

3）干法系統阻力約7 500 Pa，濕法系統阻力約23 000 Pa，因此干法系統耗電約為濕法系統的1/5，節能效益明顯；

4）干法除塵系統回收的是干粉塵，濕法系統需設置污水及污泥處理設施，對120 t級的轉爐系統用水量約15~30 m³/h，是濕法系統的1/3左右；

5）煤氣噸鋼回收率高，熱值不小于595 MJ/t鋼；

6）干法系統回收的干粉塵，壓塊后可供轉爐使用，采用這種方式可使鋼產量提高約1%，粉塵回收利用率高；濕式系統需設置污水及污泥處理設施，回收的濕粉塵要送燒結廠利用。

3  轉爐干法除塵的主要防泄爆措施

干法除塵由于靜電除塵器存在爆炸風險，因此需要通過各種措施來確保系統安全高效運行，這些措施包括通過對現場跟蹤調查總結出的防止泄爆措施、設備安全措施以及通過程序實現的安全聯鎖。

3.1  優化轉爐操作防止靜電除塵器泄爆

干法除塵與轉爐冶煉生產密切相關，干法除塵設備與轉爐工藝的有機結合是干法除塵系統良好運行的保障，保證兩者同時順利運行是關鍵，通過適當改變冶煉工藝，在不影響冶煉效果的基礎上保證干法除塵的安全運行。

只有在煤氣組分達到其爆炸極限時，靜電除塵器內才可能發生爆炸。轉爐煤氣爆炸極限有兩個：①CO%>9%；O₂%>6% ②H₂%>5%。所以，要減少或避免泄爆，就需將煤氣成分控制在爆炸極限之外。經過投產初期一個月的摸索，我們對靜電除塵器泄爆的控制非常理想，下表3是昆鋼新區煉鋼廠投產以來轉爐干法除塵靜電除塵器的泄爆次數。

表 3  昆鋼新區投產以來靜電除塵器泄爆次數

由表3可以看出，昆鋼新區煉鋼廠靜電除塵器的泄爆次數，通過轉爐冶煉操控技術的不斷優化減少了65.52%。通過實踐，得出了靜電除塵器飛槍、泄爆主要發生在轉爐加廢鋼、開吹2分鐘內、中期抬槍、后期的提槍再下槍點吹等階段，主要采取采取以下措施控制煙氣成分：

1）開始階段的吹氧量與氧槍的位置

開始煉鋼時，需要將氧槍控制在一個合適的高度，且減少吹氧量，這樣可保證生成的CO在爐內或者爐口處基本全部被氧化成了CO₂，通常情況下氧槍距離鐵水液面2.5 m左右開始吹氧，在5 s左右氧量升至設計吹氧量的50％～70%，穩定20 s左右再將吹氧量增加到最大，該操作的目的是將初生成的CO氧化為CO₂，使得煉鋼初期產生的氣體主要是空氣和CO₂，從而不會發生爆炸。

2）風機的控制

當轉爐煤氣干法除塵系統處在煤氣向空氣過渡或者空氣向煤氣過渡階段時，要加大風機的轉速，以盡量減少空氣和煤氣的混合，從而減少泄爆的概率。

3）轉爐噴濺控制

煉鋼過程中經常發生噴濺現象，尤其是在吹煉初期如果發生噴濺現象，將使得大量的CO進入除塵系統，而現在O₂含量還沒有降到足夠低，有可能發生爆炸現象。所以吹煉初期要注意防止噴濺且保證轉爐點火成功。

4）廢鋼、冷卻劑和造渣料等要盡量干燥

加入轉爐的廢鋼、造渣料、冷卻劑等要盡量干燥，尤其是活性石灰應避免受潮，否則帶入的水分最終將以H₂的方式進入除塵系統，H₂和O₂的爆炸極限很寬，容易因氫氣過多而引起爆炸。

5）利用氮氣稀釋煤氣

轉爐煤氣干法除塵系統的爆炸基本都發生在開始吹煉、緊急提槍和補吹階段，所以可考慮在下槍吹氧和緊急提槍時，在蒸發冷卻器出口處噴入一定量的N₂，其目的是同時降低CO、O₂和H₂的體積分數，使之遠離爆炸極限，從而減少爆炸的可能性，通常情況下吹入的N₂持續60～90 s即可。

6）雙渣法煉鋼

如果高爐鐵水Si、P較高，則在吹煉過程中會產生更多的爐渣，通常爐渣過多容易導致噴濺的發生而造成煤氣成分的不穩定，易引起泄爆。對于含Si、P量較高的鐵水應采用雙渣法煉鋼，即在開始吹煉4~6分鐘后，中斷吹氧，進行出渣操作，然后復吹，除塵系統按一次緊急提槍情況操作。

3.2　除塵設備的防泄爆措施

轉爐冶煉操作會引起靜電除塵器的泄爆，而干法除塵系統本身設備問題也會引起泄爆，新區煉鋼廠投產以來通過對干法除塵系統的一些關鍵設備進行設備及相關參數優化，取得了較好的防止靜電除塵器泄爆的控制措施。

3.2.1 電除塵器防泄爆措施

1）電除塵內部流場要盡量分布均勻避免產生渦流，從而避免H₂、CO聚集與O₂發生爆炸。

2）電除塵器設泄爆閥，切必須經過嚴格的質量把關，保證其在5 000±500 pa能夠順利泄爆。

3）電除塵器懸掛裝置加熱器溫度控制在100-120 ℃以確保絕緣瓷套上不會結露。該處氮封壓力為0.3-0.6 bar。

4）電除塵器潤滑系統主泵站有電加熱器，以防止潤滑油在低溫天氣凝固。

3.2.2 蒸發冷卻塔防泄爆措施

1）蒸發冷卻塔入口溫度須低于1 200 ℃，高于該溫度則停止吹煉保護設備，否則會損壞雙流噴嘴和測溫熱電偶。

2）蒸發冷卻塔出口溫度正常為180～290 ℃，高于380 ℃報警，高于420 ℃，停止吹煉。

3）主廠房內蒸發冷卻塔各層操作平臺都要安裝煤氣報警器，此外靜電除塵器前部、后部，軸流風機旁，切換站頂部，放散煙囪頂部和中部，煤氣冷卻器底部和中部都要安裝就地的煤氣報警器。

3.2.3 放散煙囪等設備的防泄爆措施

1）放散煙囪底部有氮氣引射裝置，在風機故障停機時，氮氣引射裝置將系統內煤氣從放散煙囪燒掉。

2）在放散煙囪底部和煤氣冷卻器底部設計煤氣水封，以免煤氣泄漏。

3）兩個眼鏡閥之后及煤氣冷卻器放散口都裝有安全閥。

3.3  控制程序保障系統的防泄爆措施

除了干法除塵系統本身的安全措施外，轉爐系統與除塵系統的信息通訊和聯動控制對除塵系統的安全運行有重要作用，除塵系統要向轉爐提供允許煉鋼、允許吹氧、吹氧中斷等信息，轉爐系統要向除塵系統提供轉爐工作狀態（包括停止、預熱、待機、加料、吹煉、吹煉中斷、出鋼等）、氧氣閥開關狀態、氧氣設定流量、氧氣實際流量、氧氣消耗量等信息。為保證系統安全運行，避免電除塵器內的發生爆炸，除塵系統要根據轉爐工作階段和氧氣量對各種設定值進行即時自動調整，轉爐系統在各個階段要按特定要求操作，尤其在吹煉初期、吹煉中斷提槍及吹煉結束時，正確的操作對避免除塵器內爆炸有重要作用。

4　轉爐干法除塵實施效果

4.1　除塵率高

根據當地環保部門檢測，昆鋼新區煉鋼廠向大氣排放的煙氣含塵濃度小于15 mg/Nm³，與濕法除塵55 mg/Nm³的排放濃度比，每年按轉爐鋼產量200 萬t計算，干法除塵每年可減少向大氣排放粉塵約29.4 t，環境效益非常可觀。而且由于干法除塵回收煤氣中粉塵少，所回收煤氣可以直接利用。

4.2　耗電量小

濕法除塵采用文氏管除塵，阻力大。老廠（昆鋼安寧分公司）的濕法除塵風機全壓在高達25～28 kPa的情況下仍然抽不凈，還要配備龐大的高耗能進行二次除塵。根據測算，干法除塵阻力僅為濕法的1/5左右，噸鋼消耗電能降低約5 kWh。

4.3　耗水量小

干法除塵技術在蒸發冷卻器處用蒸汽霧化水，利用水的潛熱給煙氣降溫，本身就比濕法除塵技術節約用水。經過測量計算，老廠濕法除塵工序耗水在150 kg/t鋼。經過技術研發在蒸發冷卻器使用富裕氮氣代替蒸汽，霧化水給煙氣冷卻，這樣，干法除塵更具有節水效果，干法除塵工序耗水在29.2 kg/t鋼。每年按轉爐鋼產量200 萬t計算，干法除塵每年可減少用新水24.16 萬t。

4.4  CO回收率高

昆鋼新區煉鋼廠轉爐除塵系統，由于干法除塵采取了防止CO在爐口燃燒的措施，CO濃度平均在60％左右，比濕法除塵CO濃度高出10％左右。待新區煤氣柜擴容改造后，干法除塵CO回收量可達到115 Nm³/t鋼以上的水平，比濕法除塵煤氣回收高出15 Nm³/t鋼。如果按每年轉爐鋼產量200 萬t計算，干法除塵每年可減少向大氣排放CO約3000 萬m³。

4.5  設備維修量小

濕法除塵由于粉塵含量高，系統磨損周期短，且風機經常出現結垢等現象，維修量大，而干法除塵克服了以上問題，設備損耗小，使用周期長。

5  結語

1）昆鋼新區煉鋼廠120 t轉爐采用干法除塵技術已實現了安全穩定生產，通過相應關鍵技　術的研究優化，顯著減少了靜電泄爆次數，掌握了干法除塵防泄爆關鍵技術；

2）轉爐干法除塵應用效果良好，煙氣排放濃度達到小于10 mg/Nm³，耗電較濕法降低約5 kwh/t鋼，耗水較濕法降低約120.8 kg/t鋼，創造了較好的經濟和社會效益。

參考文獻 

[1]  梁廣.煉鋼轉爐煤氣干法凈化回收與利用技術[J].冶金環境保護,2007(6):46～49.

[2]  魏新民,李銳等.轉爐煤氣干法凈化回收技術在萊鋼的應用[J].冶金能源,2005,24(5):12~16.