呂平張春燕

( 西安西礦環(huán)?？萍加邢薰?，西安高新710075)

摘要:本文簡(jiǎn)要介紹了轉(zhuǎn)爐干法除塵工藝系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、主要設(shè)備組成、工作原理及國產(chǎn)化創(chuàng)新應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)爐煤氣; 干法除塵; 設(shè)備組成; 國產(chǎn)化應(yīng)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(shí)在吹煉過程中，會(huì)產(chǎn)生大量煙塵和CO氣體，特別在吹煉中期CO濃度可達(dá)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(dāng)CO含量在60%左右時(shí)，其熱值可達(dá)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(jià)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(duì)煙塵加以綜合利用，變廢為寶，同時(shí)又凈化了大氣環(huán)境。

2 工藝流程與技術(shù)特點(diǎn)

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(fēng)機(jī)的抽引作用下，經(jīng)過煙氣冷卻系統(tǒng)( 活動(dòng)煙罩、熱回收裝置及汽化冷卻煙道) ，使溫度降至800 ～ 1 200 ℃后進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器。蒸發(fā)冷卻器內(nèi)有若干個(gè)雙介質(zhì)霧化冷卻噴嘴，對(duì)煙氣進(jìn)行降溫、調(diào)質(zhì)、粗除塵，煙氣溫度降低到150 ～ 200℃，同時(shí)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?zhǔn)捷斔蜋C(jī)輸入粗灰料倉。經(jīng)冷卻、粗除塵和調(diào)質(zhì)后的煙氣進(jìn)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(xì)灰，經(jīng)過扇形刮板器、底部鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)和細(xì)灰輸送裝置排到細(xì)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(jìn)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(dòng)控制，與轉(zhuǎn)爐的控制相結(jié)合。

流程圖如下:

2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

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(xiàng)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(shù)，OG 法除塵工藝排放基本在80 ～ 100 mg /Nm³，遠(yuǎn)高于國家新標(biāo)準(zhǔn)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(fù)雜，煤氣回收量小，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，環(huán)境污染嚴(yán)重，工作環(huán)境差。

干法除塵相對(duì)于濕法除塵有以下優(yōu)勢(shì):

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

2) 系統(tǒng)阻力小，耗能低，風(fēng)機(jī)運(yùn)行費(fèi)低;

3) 設(shè)備占地面積小，基本為濕法的1 /2;

4) 設(shè)備壽命長(zhǎng)，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(duì)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(shù)含量高，完全符合“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”、“節(jié)能降耗”的政策方針。

3 主要設(shè)備組成及特點(diǎn)

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(dá)250 ～ 300℃。冷卻水的霧化通過雙流噴嘴實(shí)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(xué)計(jì)算模型進(jìn)行在線自動(dòng)控制調(diào)節(jié)。蒸發(fā)冷卻器還有對(duì)煙氣進(jìn)行調(diào)節(jié)改善的功能，即在降低氣體溫度的同時(shí)提高其露點(diǎn)，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(jìn)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(gè)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(gè)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(jìn)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(fù)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(chǎng)力的作用下，向極性相反的方向運(yùn)動(dòng)，氣體正離子很快被放電極捕集，而大量氣體負(fù)離子在電場(chǎng)力作用下向收塵極運(yùn)動(dòng)，氣體負(fù)離子在運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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?zhǔn)捷敾覚C(jī)內(nèi)，進(jìn)而通過輸灰系統(tǒng)將粉塵輸送到儲(chǔ)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(shè)計(jì)成耐壓力波動(dòng)的結(jié)構(gòu)，并且在入口和出口處裝有壓力釋放閥。泄爆閥的開關(guān)位置由三個(gè)限位開關(guān)檢測(cè)。

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?xì)怏w，易產(chǎn)生爆炸，除塵器被設(shè)計(jì)成圓筒形，并在進(jìn)出口喇叭上設(shè)有相應(yīng)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(shí)，可有效地進(jìn)行卸壓，不致?lián)p壞設(shè)備。

電除塵器一般配有四個(gè)電場(chǎng)，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(yīng)轉(zhuǎn)爐要求的工藝特點(diǎn)，一般采用板線結(jié)構(gòu)，集塵極捕集的粉塵通過機(jī)械振打和一種特殊的刮灰裝置，將粉塵集中到底部的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)中，經(jīng)雙層卸灰閥排出。

3． 3 軸流風(fēng)機(jī)( 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(fēng)機(jī)壓頭較低，功率消耗也相對(duì)較小，因此采用軸流風(fēng)機(jī)。軸流風(fēng)機(jī)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(duì)轉(zhuǎn)爐煙氣進(jìn)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(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入回收狀態(tài)時(shí)，風(fēng)機(jī)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(duì)系統(tǒng)的壓力和流量進(jìn)行控制。這個(gè)功能是由電機(jī)通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)的。爐口微差壓也是通過軸流風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速來控制的。

3． 4 煤氣切換站

從風(fēng)機(jī)到放散煙囪、煤氣冷卻器之間的煙氣管道設(shè)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(fēng)機(jī)之后，負(fù)責(zé)根據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣的CO及O₂的含量情況進(jìn)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(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣中的CO及O₂進(jìn)行檢查。當(dāng)CO 含量小于30%，或O₂大于1%時(shí)切換站將煙氣送至放散塔放散。當(dāng)CO含量大于30%，并且O₂小于1% 時(shí)切換站將轉(zhuǎn)爐煤氣送至煤氣冷卻器進(jìn)行冷卻降溫。煤氣切換站主要由放散閥和回收閥構(gòu)成。兩個(gè)閥均采用液壓站進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，通過程序控制能實(shí)現(xiàn)放散與回收之間轉(zhuǎn)爐煤氣平穩(wěn)的切換，當(dāng)實(shí)現(xiàn)放散時(shí)，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(guān)閉，將煤氣輸送到放散塔; 實(shí)現(xiàn)回收時(shí)，控制回收杯閥打開，放散杯閥關(guān)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(duì)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(dá)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(jìn)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(diǎn)火后進(jìn)行放散。為了確保系統(tǒng)的安全，放散塔配有氮?dú)庖湎到y(tǒng)及氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)，當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，氮?dú)庖湎到y(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(shè)備( 即EC 粗輸灰系統(tǒng)和EP 細(xì)輸灰系統(tǒng))

主要通過雙排鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)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(chǔ)灰罐中，達(dá)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(gè)控制回路: 蒸發(fā)冷卻器的溫度控制、風(fēng)機(jī)流量控制、切換站氣體成分控制。

整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)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(gè)環(huán)節(jié)控制不好，直接影響到電除塵器的工作效果。

整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵之二是靜電除塵器的高壓變壓整流設(shè)備的控制，根據(jù)吹煉、停吹、振打等三種工作狀態(tài)，進(jìn)行火花跟蹤控制、間歇供電、反電暈檢測(cè)、峰值跟蹤控制并提供各種保護(hù)功能，按設(shè)定好的程序?qū)﹄妷汉碗娏鬟M(jìn)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(shí)間內(nèi)根據(jù)煙氣成分分析確定切換站的動(dòng)作。

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

4 國產(chǎn)化應(yīng)用

隨著對(duì)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(shì)的迫切性，將大大加速轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收成套技術(shù)裝備的國產(chǎn)化進(jìn)程，并將取得更大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。通過多年實(shí)踐，我公司在轉(zhuǎn)爐煙氣凈化回收領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化和改進(jìn)，在轉(zhuǎn)爐干法凈化回收技術(shù)裝備國產(chǎn)化方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

4． 1 泄爆閥的國產(chǎn)化應(yīng)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(shè)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(shè)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(dòng)狀態(tài)，邊界時(shí)常由于電除塵器內(nèi)部構(gòu)件產(chǎn)生渦流而形成具有爆炸危險(xiǎn)的混合氣體，嚴(yán)重威脅著轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)的安全運(yùn)行，通過設(shè)置泄爆閥能夠很好地實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

電除塵器上部的泄爆閥是整個(gè)除塵系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，價(jià)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(jié)構(gòu)型式、主要材質(zhì)、試驗(yàn)元素，搭建試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行性能試驗(yàn)，完成泄爆閥的設(shè)備開發(fā)，極大地促進(jìn)了國內(nèi)轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術(shù)的發(fā)展與推廣。

4． 2 放電極振打方式改進(jìn)

改進(jìn)前: 頂部凸輪機(jī)構(gòu)改進(jìn)后: 撥叉振打機(jī)構(gòu)改進(jìn)后優(yōu)點(diǎn):

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(yùn)行穩(wěn)定，不易出現(xiàn)故障，且檢修維護(hù)簡(jiǎn)單易行;

2) 撥叉振打加工簡(jiǎn)單，加工周期短;

3) 可實(shí)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(yáng);

4) 我公司已為此申請(qǐng)了相關(guān)專利;

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

4． 3 振打砧子改進(jìn)

改進(jìn)后優(yōu)勢(shì):

1) 大幅度增加振打砧子強(qiáng)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(jiǎn)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(tái)，效果明顯。

4． 4 極線的改進(jìn)

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(diǎn)焊不牢、長(zhǎng)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(yīng)用

改進(jìn)后優(yōu)點(diǎn):

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(jiǎn)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(shì)，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(píng)!

4． 6 國產(chǎn)化應(yīng)用業(yè)績(jī)( 部分)

5 前景

“十二五”期間是我國由鋼鐵大國向鋼鐵強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，鋼鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、淘汰落后、優(yōu)化布局、節(jié)能減排的任務(wù)繁重。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是從源頭實(shí)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(yīng)的除塵技術(shù)也在不斷地發(fā)展完善，它可以部分或完全補(bǔ)償轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的全部能耗，有望實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐無能耗煉鋼的目標(biāo)，符合國家和地方產(chǎn)業(yè)政策，已被認(rèn)定為今后轉(zhuǎn)爐一次煙氣凈化的發(fā)展方向，同時(shí)從更嚴(yán)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。