呂平張春燕

( 西安西礦環(huán)保科技有限公司，西安高新710075)

摘要:本文簡要介紹了轉(zhuǎn)爐干法除塵工藝系統(tǒng)的技術優(yōu)勢、主要設備組成、工作原理及國產(chǎn)化創(chuàng)新應用。

關鍵詞 轉(zhuǎn)爐煤氣; 干法除塵; 設備組成; 國產(chǎn)化應用

1 引言

氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼采用吹氧冶煉，在吹煉過程中，其煙氣量煙氣成份和煙氣溫度隨冶煉階段呈周期性變化。同時在吹煉過程中，會產(chǎn)生大量煙塵和CO氣體，特別在吹煉中期CO濃度可達80%以上，一般情況下，轉(zhuǎn)爐煤氣成份中CO的含量占55 ～ 66%( 體積百分比) ，其煙塵成份中金屬鐵占13%，F(xiàn)eO 占68. 4%，F(xiàn)e₂O₃占6. 8%，當CO含量在60%左右時，其熱值可達8 000 KJ /Nm³，而煙塵量一般為10 ～ 20kg /t 鋼。從中可以看出，在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼中，轉(zhuǎn)爐煤氣中CO含量很高，煙塵中鐵含量也很高，因此都有很高的回收利用價值。通過轉(zhuǎn)爐煤氣的回收，不僅可以節(jié)約大量能源，而且對煙塵加以綜合利用，變廢為寶，同時又凈化了大氣環(huán)境。

2 工藝流程與技術特點

2． 1 工藝流程

轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)工藝流程為: 約1550℃的轉(zhuǎn)爐煙氣在ID 風機的抽引作用下，經(jīng)過煙氣冷卻系統(tǒng)( 活動煙罩、熱回收裝置及汽化冷卻煙道) ，使溫度降至800 ～ 1 200 ℃后進入蒸發(fā)冷卻器。蒸發(fā)冷卻器內(nèi)有若干個雙介質(zhì)霧化冷卻噴嘴，對煙氣進行降溫、調(diào)質(zhì)、粗除塵，煙氣溫度降低到150 ～ 200℃，同時約有40%的粉塵在蒸發(fā)冷卻器的作用下被捕獲，形成的粗顆粒粉塵通過鏈式輸送機輸入粗灰料倉。經(jīng)冷卻、粗除塵和調(diào)質(zhì)后的煙氣進入圓筒形靜電除塵器，煙氣經(jīng)靜電除塵器除塵后含塵量降至10 mg /m³ 以下。靜電除塵器收集的細灰，經(jīng)過扇形刮板器、底部鏈式輸送機和細灰輸送裝置排到細煙塵倉。經(jīng)過靜電除塵器精除塵的合格煙氣通過煤氣冷卻器降溫到70 ～ 80℃ 后進入煤氣柜，氧含量＞2%的煤氣通過火炬裝置放散。整套系統(tǒng)采用自動控制，與轉(zhuǎn)爐的控制相結合。

流程圖如下:

2 技術優(yōu)勢

目前國內(nèi)大多數(shù)轉(zhuǎn)爐一次煙氣處理使用的是濕法除塵工藝，只有2008 年以后新建項目的轉(zhuǎn)爐一次煙氣除塵采用的是干法除塵系統(tǒng)工藝技術，OG 法除塵工藝排放基本在80 ～ 100 mg /Nm³，遠高于國家新標準規(guī)定的50 mg /Nm³，且系統(tǒng)耗電量高( 噸鋼耗電量約10KWh) ，耗水量大( 噸鋼耗水量約0. 2m³ ) ，水處理復雜，煤氣回收量小，運行維護費用高，環(huán)境污染嚴重，工作環(huán)境差。

干法除塵相對于濕法除塵有以下優(yōu)勢:

1) 除塵效率高，進入煤氣柜煤氣的含塵量≤10mg /Nm³，回收的煤氣不用進行二次除塵;

2) 系統(tǒng)阻力小，耗能低，風機運行費低;

3) 設備占地面積小，基本為濕法的1 /2;

4) 設備壽命長，維修工作量小;

5) 全蒸發(fā)干式系統(tǒng)，省去污水處理系統(tǒng)和二次污染;

6) 回收煤氣相對較多，較濕式系統(tǒng)噸鋼多回收20 ～ 30 m³，回收的含鐵粉塵較多;

7) 技術含量高，完全符合“循環(huán)經(jīng)濟”、“節(jié)能降耗”的政策方針。

3 主要設備組成及特點

3． 1 蒸發(fā)冷卻器( EC)

蒸發(fā)冷卻器是通過噴淋系統(tǒng)將霧化后的冷卻水噴入蒸發(fā)冷卻器中，直接冷卻煙氣，入口煙氣溫度為800 ～ 1 000 ℃，通過降溫后煙氣溫度達250 ～ 300℃。冷卻水的霧化通過雙流噴嘴實現(xiàn)，水量均由切斷閥和調(diào)節(jié)閥根據(jù)蒸發(fā)冷卻器的出入口溫度和煙氣量的數(shù)學計算模型進行在線自動控制調(diào)節(jié)。蒸發(fā)冷卻器還有對煙氣進行調(diào)節(jié)改善的功能，即在降低氣體溫度的同時提高其露點，改變粉塵比電阻，有利于在靜電除塵器中將粉塵分離出來。除了煙氣冷卻和調(diào)節(jié)以外，占煙氣中總灰塵含量約40%的粗灰也在蒸發(fā)冷卻器中進行收集，兩者的共同作用可有效提高電除塵器的收塵效率。蒸發(fā)冷卻器在整個干法除塵系統(tǒng)中起到降溫、調(diào)節(jié)煙氣比電阻、粗除塵三個作用。

3． 2 靜電除塵器( ESP)

靜電除塵器的作用是收集轉(zhuǎn)爐煙氣中的粉塵。含塵煙氣進入靜電除塵器后，通過高壓硅整流變壓器和其控制系統(tǒng)，施加給放電極負的高壓，使得在放電極和收塵極之間形成可電離氣體被電離，在電場力的作用下，向極性相反的方向運動，氣體正離子很快被放電極捕集，而大量氣體負離子在電場力作用下向收塵極運動，氣體負離子在運動過程中與粉塵碰撞并附著在粉塵上，使粉塵荷電，荷電粉塵向收塵極運動直至被收塵極捕獲。粉塵附著到極板一定厚度后，通過振打清灰裝置將粉塵震落到除塵器下部，再通過刮灰裝置將粉塵刮到內(nèi)置鏈式輸灰機內(nèi)，進而通過輸灰系統(tǒng)將粉塵輸送到儲灰倉。此外，為避免轉(zhuǎn)爐吹氧過程中除塵器內(nèi)發(fā)生爆燃，除塵器設計成耐壓力波動的結構，并且在入口和出口處裝有壓力釋放閥。泄爆閥的開關位置由三個限位開關檢測。

轉(zhuǎn)爐煤氣干法電除塵器主要由圓筒形殼體、收塵部分、清灰系統(tǒng)和輸灰系統(tǒng)等組成。由于轉(zhuǎn)爐煙氣中含有大量的CO 可燃氣體，易產(chǎn)生爆炸，除塵器被設計成圓筒形，并在進出口喇叭上設有相應的安全防爆門，以消除在生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的壓力沖擊波，一旦煤氣和空氣混合，發(fā)生突然燃燒壓力升高時，可有效地進行卸壓，不致?lián)p壞設備。

電除塵器一般配有四個電場，經(jīng)電除塵器處理的煙氣含塵濃度要求小于10 mg /Nm³，電除塵器收塵部分的極配形式必須適應轉(zhuǎn)爐要求的工藝特點，一般采用板線結構，集塵極捕集的粉塵通過機械振打和一種特殊的刮灰裝置，將粉塵集中到底部的鏈式輸送機中，經(jīng)雙層卸灰閥排出。

3． 3 軸流風機( ID) 系統(tǒng)

由于干法凈化回收系統(tǒng)的系統(tǒng)阻力較小，系統(tǒng)所要求的風機壓頭較低，功率消耗也相對較小，因此采用軸流風機。軸流風機將轉(zhuǎn)爐在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣和粉塵吸到除塵器內(nèi)，通過除塵器對轉(zhuǎn)爐煙氣進行凈化，凈化后的轉(zhuǎn)爐煙氣被送往煤氣柜或者排放到大氣內(nèi)。

當系統(tǒng)進入回收狀態(tài)時，風機出口需要較高的壓力( 根據(jù)回收系統(tǒng)阻力和煤氣柜的壓力確定) ，需要對系統(tǒng)的壓力和流量進行控制。這個功能是由電機通過變頻調(diào)速實現(xiàn)的。爐口微差壓也是通過軸流風機變頻調(diào)速來控制的。

3． 4 煤氣切換站

從風機到放散煙囪、煤氣冷卻器之間的煙氣管道設有具備切換功能的閥門，即煤氣切換站，煤氣切換站位于軸流風機之后，負責根據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣的CO及O₂的含量情況進行放散或者回收操作。煤氣切換站的入口管道上安裝有激光式氣體分析儀，對轉(zhuǎn)爐煤氣中的CO及O₂進行檢查。當CO 含量小于30%，或O₂大于1%時切換站將煙氣送至放散塔放散。當CO含量大于30%，并且O₂小于1% 時切換站將轉(zhuǎn)爐煤氣送至煤氣冷卻器進行冷卻降溫。煤氣切換站主要由放散閥和回收閥構成。兩個閥均采用液壓站進行驅(qū)動控制，通過程序控制能實現(xiàn)放散與回收之間轉(zhuǎn)爐煤氣平穩(wěn)的切換，當實現(xiàn)放散時，液壓系統(tǒng)通過控制比例閥的開度，控制放散杯閥打開，回收杯閥關閉，將煤氣輸送到放散塔; 實現(xiàn)回收時，控制回收杯閥打開，放散杯閥關閉，將煤氣輸送給煤氣冷卻器，直至煤氣柜。

3． 5 煤氣冷卻器( GC)

煤氣冷卻器在靜電除塵器后主要起洗滌降溫作用，把經(jīng)過靜電除塵器除塵的合格煙氣( 150 ～ 200℃) 降溫到72℃以下后排入煤氣柜。煤氣冷卻器內(nèi)上部裝有噴水系統(tǒng)，通過對CO氣體直接噴水冷卻，使得回收的CO氣體溫度降低，體積縮小。含塵量達到10 mg /m³。

3． 6 放散煙囪

在吹煉過程中，由于轉(zhuǎn)爐煙氣中CO濃度是不斷變化的，在吹煉前期和后期，非吹煉期間的廢氣或不符合回收條件的煙氣則經(jīng)過除塵器凈化后，通過放散杯閥，進入放散煙囪排放。放散塔與放散閥的出口相連接，不合格的轉(zhuǎn)爐煤氣通過放散塔點火后進行放散。為了確保系統(tǒng)的安全，放散塔配有氮氣引射系統(tǒng)及氮氣滅火系統(tǒng)，當風機出現(xiàn)故障停機時，氮氣引射系統(tǒng)將管道中的剩余煤氣排出確保系統(tǒng)安全。

3． 7 粉塵排放設備( 即EC 粗輸灰系統(tǒng)和EP 細輸灰系統(tǒng))

主要通過雙排鏈式結構的輸灰鏈條將由EC 系統(tǒng)和EP 系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵輸送到儲灰罐中，達到粉塵的排放功能。

3． 8 控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐干法除塵控制系統(tǒng)共分三個控制回路: 蒸發(fā)冷卻器的溫度控制、風機流量控制、切換站氣體成分控制。

整個控制系統(tǒng)的關鍵之一是蒸發(fā)冷卻噴霧冷卻的控制，蒸發(fā)冷卻器的溫度根據(jù)生產(chǎn)的不同階段，控制蒸汽量和水量，使蒸發(fā)冷卻器出口煤氣溫度穩(wěn)定在合適區(qū)間。這個環(huán)節(jié)控制不好，直接影響到電除塵器的工作效果。

整個控制系統(tǒng)的關鍵之二是靜電除塵器的高壓變壓整流設備的控制，根據(jù)吹煉、停吹、振打等三種工作狀態(tài)，進行火花跟蹤控制、間歇供電、反電暈檢測、峰值跟蹤控制并提供各種保護功能，按設定好的程序?qū)﹄妷汉碗娏鬟M行調(diào)節(jié)，以發(fā)揮最大的電流效率，確保安全生產(chǎn)。

切換站氣體成分控制是在規(guī)定的時間內(nèi)根據(jù)煙氣成分分析確定切換站的動作。

轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)自動化控制范圍從汽化冷卻煙道開始到煤氣冷卻器結束，其自動化控制水平高，具有自適應功能的控制軟件，使得干法除塵系統(tǒng)的運行更加符合煉鋼工藝的實際變化情況。

4 國產(chǎn)化應用

隨著對轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收工藝與系統(tǒng)裝備基理的研究深化，加之節(jié)能環(huán)保形勢的迫切性，將大大加速轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收成套技術裝備的國產(chǎn)化進程，并將取得更大的經(jīng)濟社會效益。通過多年實踐，我公司在轉(zhuǎn)爐煙氣凈化回收領域積累了豐富的經(jīng)驗，不斷優(yōu)化和改進，在轉(zhuǎn)爐干法凈化回收技術裝備國產(chǎn)化方面取得了長足的進步。

4． 1 泄爆閥的國產(chǎn)化應用

電除塵器是轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)工藝中精除塵的重要設備，而電除塵器上部的泄爆閥是轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)中的安全設備，特別是在雙聯(lián)冶煉的工藝操作下，煉鋼廢氣系統(tǒng)在電除塵器的內(nèi)部通道中形成柱塞型式的流動狀態(tài)，邊界時常由于電除塵器內(nèi)部構件產(chǎn)生渦流而形成具有爆炸危險的混合氣體，嚴重威脅著轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)的安全運行，通過設置泄爆閥能夠很好地實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

電除塵器上部的泄爆閥是整個除塵系統(tǒng)運行的關鍵設備，長期依賴進口，價格昂貴。我公司通過系統(tǒng)全面地研究泄爆閥的工作原理、結構型式、主要材質(zhì)、試驗元素，搭建試驗臺，進行性能試驗，完成泄爆閥的設備開發(fā)，極大地促進了國內(nèi)轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術的發(fā)展與推廣。

4． 2 放電極振打方式改進

改進前: 頂部凸輪機構改進后: 撥叉振打機構改進后優(yōu)點:

1) 凸輪提升系統(tǒng)易出現(xiàn)故障，檢修更換較為困難; 而撥叉振打運行穩(wěn)定，不易出現(xiàn)故障，且檢修維護簡單易行;

2) 撥叉振打加工簡單，加工周期短;

3) 可實現(xiàn)放電極振打錘的旋轉(zhuǎn)，避免像凸輪提升振打造成的粉塵的二次飛揚;

4) 我公司已為此申請了相關專利;

5) 撥叉振打已在轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵項目中廣泛應用，業(yè)主反映強烈，部分凸輪提升業(yè)主以主動要求改造。

4． 3 振打砧子改進

改進后優(yōu)勢:

1) 大幅度增加振打砧子強度，使其不易變形，可有效減少振打錘打偏等故障;

2) 砧頭由圓鋼加工而成加工簡單，可縮短加工周期及加工成本;

3) 此砧子已在我公司各類型電除塵器上廣泛使用超過百臺，效果明顯。

4． 4 極線的改進

放電極陰極線由整體螺桿線代替原來的焊接線。整條極線是用圓鋼一次軋制而成，徹底解決了原焊接線因螺桿點焊不牢、長期使用腐蝕等原因而引起的斷線、掉線問題，整體極線為國內(nèi)首創(chuàng)，已獲國家專利。

4． 5 “豆芽”錘應用

改進后優(yōu)點:

1) 更改錘與軸的連接形式，減少掉錘和打偏現(xiàn)象;

2) 更改后振打錘的加工工藝更加簡單( 易于加工) ;

3) 更改后振打錘具有較小的回轉(zhuǎn)半徑獲得較大振打力的優(yōu)勢，增加了清灰效果;

4) 已獲國家專利;

5) 已廣泛使用于我公司生產(chǎn)的電除塵器中，并在使用過程中得到了業(yè)主的一致好評!

4． 6 國產(chǎn)化應用業(yè)績( 部分)

5 前景

“十二五”期間是我國由鋼鐵大國向鋼鐵強國轉(zhuǎn)變的關鍵時期，鋼鐵工業(yè)結構調(diào)整、淘汰落后、優(yōu)化布局、節(jié)能減排的任務繁重。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟是從源頭實現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑，也是緩解鋼鐵工業(yè)發(fā)展過程中的資源、能源短缺的客觀需要。隨著轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的發(fā)展及煉鋼工藝的日趨完善，相應的除塵技術也在不斷地發(fā)展完善，它可以部分或完全補償轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的全部能耗，有望實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐無能耗煉鋼的目標，符合國家和地方產(chǎn)業(yè)政策，已被認定為今后轉(zhuǎn)爐一次煙氣凈化的發(fā)展方向，同時從更嚴格的環(huán)保節(jié)能要求來看，轉(zhuǎn)爐干法除塵能滿足鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。