提釩轉爐一次煙氣干法除塵系統技術要點及工程應用

紀世昌

提釩轉爐一次煙氣干法除塵系統技術要點及工程應用

紀世昌

（中冶南方工程技術有限公司，湖北武漢430223）

簡要介紹了提釩轉爐一次煙氣干法除塵系統的工藝流程，然后對一次煙氣干法除塵系統技術要點進行了詳細分析及工程實例進行列舉，重點分析了其控制、防泄爆技術及系統非標設備及管網設計技術。

干法除塵；技術要點；工程應用

1 前言

釩是現代工業材料的重要添加劑，同時也是一種重要的戰略資源，廣泛應用于釩鐵、航天、化工、新型能源等領域。中國的釩產量居世界第一位，約占世界釩產量的54.8%，在釩產品市場需求日益擴大的背景下，需充分利用釩資源優勢，并使其發揮最大的效益。由于含釩礦物種類及生產條件的差異，提釩的工藝方法也不盡相同，國內用含釩鐵水提釩的主流方法是轉爐提釩法，隨著國家對環境保護的重視，提釩轉爐的一次煙氣除塵凈化也被擺上了重要的位置。

對應的提釩轉爐一次煙氣除塵技術有干法除塵和濕法除塵兩種。由于干法除塵相對濕法除塵具有節水、節電、節省運行費用及占地面積等優點，且使用濕法除塵系統的管道及設備在使用一段時間之后會出現腐蝕及變薄的現象，大大降低了系統的使用壽命，因此提釩轉爐一次煙氣采用干法除塵系統是今后發展的方向。

2 提釩轉爐一次煙氣干法除塵系統工藝流程

提釩轉爐的工作原理就是利用選擇性氧化的原理，采用高速氧射流在轉爐中對含釩鐵水進行攪拌，將鐵水中的釩氧化成釩氧化物，以便制取釩渣的一種物理化學反應過程。在反應過程中，通過加入冷卻劑控制熔池溫度在碳釩轉化溫度以下，達到去釩保碳的目的。

在吹煉過程中由于鐵水脫碳較少，產生的爐氣中一氧化碳含量也較低而不具有回收的價值，因此一次煙氣干法除塵系統不設回收系統。轉爐爐口不設活動煙罩，將產生的煤氣盡量全部燃燒掉，在汽化冷卻煙道中將煙氣熱量回收轉化成飽和水蒸汽。由于采用全燃法，進入后續電除塵器內的煙氣基本上不具備可燃性，因此發生爆炸的風險大大降低，基于此原因提釩轉爐選用干法除塵系統也是合理的。

2.1 一次煙氣干法除塵工藝流程簡述

（1）轉爐產生的高溫煙氣經汽化冷卻煙道冷卻至900℃左右，進入蒸發冷卻塔。

（2）在蒸發冷卻塔內，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，有利于靜電除塵器的捕集。同時煙氣中的粗粉塵沉降到蒸發冷卻塔的底部。

（3）在蒸發冷卻塔的底部，沉降的粗粉塵由粗灰輸送系統排出。

（4）冷卻和調質后的煙氣進入圓形靜電除塵器，煙氣得到凈化。

（5）圓形靜電除塵器的進、出口裝有安全泄爆閥，以釋放可能產生的爆炸壓力。

（6）在靜電除塵器被收集的粉塵通過細灰輸送系統排出。

（7）凈化后的煙氣進入引風機。

（8）煙氣經過風機后進入消聲器進行吸聲降噪。

（9）最后煙氣接至煙囪高空排放。

2.2 一次煙氣干法除塵工藝流程簡圖

3 提釩轉爐一次煙氣干法除塵系統的技術要點

3.1 轉爐煤氣干法除塵系統的控制技術

轉爐煤氣干法除塵系統的主要工藝設備（組）包括：蒸發冷卻塔、粗灰系統、靜電除塵器、細灰系統、引風機系統、放散煙囪。每部分完成不同的功能，滿足整個系統的需要。

3.1.1 蒸發冷卻塔噴水量控制

蒸發冷卻塔具有煙氣的降溫和調質功能，研發中采用了雙流噴槍，通過噴蒸汽和霧化水來實現，要求保證蒸發冷卻塔出口煙氣溫度降至250℃左右，且噴入冷卻水全部蒸發，蒸發冷卻塔底部不允許存在液態水。蒸汽壓力通過蒸汽切斷閥和調節閥控制，噴水量通過冷卻水切斷閥和調節閥控制。

蒸發冷卻塔的控制目標是出口煙氣溫度，控制量為冷卻水流量，影響出口溫度的因素包括入口溫度、煙氣流量、噴入冷卻水的流量以及混合煙氣的密度和比熱容，這些因素都是隨時變的，要控制出口溫度穩定在設定值，且噴入冷卻水量不能過多，保證蒸發冷卻塔底部無液態水存在。

對系統采用前饋-串級控制方法，主控對象為出口溫度，副控對象為冷卻水流量。由于影響主控對象的因素除了冷卻水流量外，其他的擾動因素無法包含副控回路中，且擾動較大，單靠主控回路的反饋控制難以克服擾動影響，系統響應慢，因此在副控制器輸入端引入前饋補償，利用蒸發冷卻塔入口溫度、出口設定溫度、煙氣流量計算出一個預設水量，該水量與主控制器輸出的控制量之和作為副控制器的設定值。計算預設水量時由于煙氣流量檢測存在滯后，煙氣密度和比熱容根據經驗取常數，所以通過前饋補償不能完全消除誤差，穩態誤差由主控回路消除。

3.1.2 爐口微差壓控制

爐口微差壓控制是通過控制引風機轉速，調節爐口差壓，使爐口保持±15 Pa，保證轉爐吹煉時煙氣不外溢。爐口差壓受轉爐煙氣流量的擾動影響較大，這里同樣采用前饋-串級控制，主控對象為爐口壓差，副控對象為風機轉速，煙氣流量與轉爐吹氧量基本呈線性關系，因此采用氧氣流量計算煙氣預設流量。

3.1.3 高壓電源控制

高壓電源的控制精度很高、各種保護復雜，由專門的電源廠家成套提供，針對轉爐周期間歇性工況和節能需要，高壓電源通常設有重載和輕載模式，在轉爐吹煉時采用重載模式，充分發揮除塵能力；轉爐不吹煉時，采用輕載模式，節約電能。

3.2 干法除塵系統的防泄爆技術

轉爐煤氣發生爆炸必須同時具備三個條件：（1）煤氣與空氣（或者氧氣）混合物在爆炸極限以內；（2）煤氣與空氣（或者氧氣）混合物在最低著火點溫度以下；（3）煤氣與空氣（或者氧氣）混合物遇到足夠能量的火種。

靜電除塵器的工作原理決定了其不可避免地存在電火花放電而產生足夠能量的火種；轉爐煤氣在空氣中的著火點為610℃左右，靜電除塵器中的煤氣溫度約200℃；所以只要在煤氣組分達到其爆炸極限時，靜電除塵器內就可能發生爆炸。轉爐煤氣爆炸極限有兩個：①CO%＞9%，O2%＞6%；②H2%＞3%，O2%＞4%。

由于靜電除塵器的存在，轉爐煤氣干法除塵系統發生泄爆的情況在所難免，我們可以通過一系列的手段來減少或者避免泄爆的發生。通過研究，我們發現要減少轉爐煤氣干法除塵系統的泄爆次數，其核心思想是：

（1）減少煤氣和空氣的接觸時間；

（2）在煤氣和空氣間的過渡階段，盡量減少CO而將之氧化為CO2；

（3）所有添加料盡量少帶入水分；

（4）減少轉爐噴濺的發生。

3.3 轉爐煤氣干法除塵系統設計要點

3.3.1 蒸發冷卻塔設計

蒸發冷卻塔除了冷卻煙氣外，另一功能是將粗顆粒的煙塵分離出來，它是依靠氣流的降速并在進口處以水滴濕潤煙塵來達到除塵的目的，灰塵聚積在蒸發冷卻塔灰斗內，占廢氣中總灰塵含量30%～40%的粗灰也在蒸發冷卻塔中進行收集。

蒸發冷卻塔還有對煙氣進行調節改善功能，即在降低氣體溫度的同時提高其露點，改變粉塵電阻，有利于在電除塵器中將粉塵分離出來。

應用于提釩爐的蒸發冷卻塔的塔體結構有別于常規的干法除塵系統，取消了下部的香蕉彎及內置刮板機，在減少機械故障的前提下，通過獨特的氣流組織方式實現了降溫、霧化、以及煙氣粗除塵的目的。蒸發冷卻塔的噴水量及塔體尺寸均通過理論公式計算得出，并通過數值模擬軟件分析塔體內的煙氣的溫度場、速度場，對噴槍的布置及塔體的合理性進行驗證，最終確保蒸發冷卻塔內的噴水量保證完全蒸發，確保煙氣不結露、不飽和、不濕底、壁體不結垢。

3.3.2 一次煙氣管網設計

由于提釩轉爐冶煉節奏快，因此一次煙氣溫度隨著轉爐冶煉節奏急劇變化，因此一次煙氣管道的熱脹冷縮的現象很嚴重，需合理地設置補償器，將管網分成若干合理的管系，并進行管架推力計算，合理設置支架，確保管道不會被拉裂或支架分離，保證系統安全運行。一次煙氣管道上安裝的補償器宜選擇金屬波紋管補償器。

4 提釩轉爐一次煙氣干法除塵系統在工程上的應用

武鋼集團昆鋼股份玉溪新興鋼鐵有限公司（以下簡稱玉鋼）根據發展規劃新建1座120 t提釩轉爐。轉爐一次煙氣干法除塵系統由中冶南方采用EPC總承包方式，包括全套干法除塵系統的基本設計、詳細設計、設備及材料采購供貨、施工安裝、軟件編程、人員培訓、調試及試車、投產保產等交鑰匙工程。提釩轉爐一次煙氣干法除塵系統工藝技術及蒸發冷卻塔等非標設備技術均采用了中冶南方專利技術。

該干法除塵系統自2011年3月1日開工設計，計劃2012年2月隨提釩轉爐工程投入使用，計劃工期12個月，由于鋼鐵市場行情因素，該轉爐工程及干法除塵系統工程實際至2012年5月29日投入正式連續運行，干法除塵系統投產后即達到設計能力。2012年8月20日正式通過性能考核驗收，崗位濃度及煙塵排放濃度均優于國家標準，取得了良好的經濟效益和社會效益。

目前，除塵系統及設備運行穩定，各項運行指標正常，除塵效率及效果良好。該系統為全國產化裝備，技術裝備水平較高，自動化程度高，各項技術經濟指標均優于其他同類型企業同爐型轉爐的煙氣除塵。

系統主要工藝參數如下：

轉爐公稱容量：120 t

煙氣量：185000 m3/h

電機功率：450 kW/10 kV

其他設備裝機功率：650 kW/380 V

蒸發冷卻塔直徑：?4220 mm

電除塵器筒徑：?8200 mm

煙囪直徑：?1600 mm

煙氣含塵濃度～120 g/m3(標況)

煙囪排放濃度≤15 mg/m3（標況）

近年來，中冶南方還承接了昆鋼新區120 t轉爐一次煙氣干法除塵及煤氣回收系統、云南太標精工鑄造公司轉爐一次煙氣干法除塵系統總承包、青鋼城市鋼廠環保搬遷項目一煉鋼總承包工程等。

5 總結

提釩轉爐一次煙氣干法除塵技術相對濕法除塵具有節水、節電、節省運行費用及占地面積等優點，且由于提釩爐的冶煉特點系統更加安全可靠，因此提釩轉爐一次煙氣采用干法除塵系統是今后發展的方向。本文列舉了提釩轉爐一次煙氣干法除塵的技術要點及其在實際工程中的應用。

在設計提釩轉爐一次煙氣干法除塵系統時需要重點關注以下內容：

（1）控制系統中的蒸發冷卻塔噴水量控制及爐口微差壓控制；

（2）系統的防止泄爆措施；

（3）蒸發冷卻塔非標設計及一次煙氣管網設計。

通過以上內容的敘述，以期對類似的工程設計起到一定的指導作用。對于該技術的發展方向，筆者認為由于提釩轉爐余熱鍋爐尾部煙道出口一次煙氣溫度尚有900℃左右，現有工藝均沒有再對該部分熱量進行回收，造成部分熱量損失。沒有回收的原因很大程度上是擔心余熱回收的安全問題，而提釩轉爐由于其冶煉特點基本上不可能發生爆炸，所以將來設計提釩轉爐一次煙氣系統時，需考慮設置900℃以下低溫段余熱回收裝置。

[1]張大德，張玉東.攀鋼轉爐提釩工藝的回顧與展望[J].鋼鐵釩鈦，2001，22（1）.

[2]喻林.半鋼煉鋼干法除塵系統煤氣回收應用[J].四川冶金，2012，34（4）.

[3]孟慶珍.干法凈化除塵工藝在提釩轉爐的應用[J].承鋼技術，2008，（2）.

[4]成立良，王忠智.煉鋼轉爐煙氣的回收利用技術—環境工程治理技術叢書[M].北京：中國環境科學出版社，1992.

Technical Essentials and Engineering Application of Primary Dry Dedusting System for Vanadium-Recovery Converter

JI Shichang
(WISDRI Engineering&Research Incorporation Ltd.,Wuhan,Hubei 430223,China)

The technical process of dry dust removal system for vanadium-recovery converter is briefly introduced.Then the technical essentials of the dry dedusting system are analyzed in detail with practical engineering examples,focusing on the control and explosion-proof technology and the design of non-standard equipment and pipe network.

dry dust removal system;technical essential;engineering application

TQ547.8

B

1006-6764(2015)01-0004-03

2014－11－05

紀世昌（1982－），男，畢業于華中科技大學，碩士研究生學歷，高級工程師，現從事冶金爐窯通風除塵工作。