轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔庑滦透煞ǔ龎m及過程余熱階梯式回收方式研究

方　瑞

（天鋼聯(lián)合特鋼有限公司煉鋼廠天津301500）

轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔庑滦透煞ǔ龎m及過程余熱階梯式回收方式研究

方瑞

（天鋼聯(lián)合特鋼有限公司煉鋼廠天津301500）

本文用列舉和對(duì)比的方法，較詳細(xì)介紹了轉(zhuǎn)爐煉鋼一次除塵系統(tǒng)，一種新型干法除塵方式。論述其工藝流程特點(diǎn)，設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)，控制方面優(yōu)越性、安全性，和實(shí)現(xiàn)方面的可行性，以及應(yīng)對(duì)越來越嚴(yán)格的排放要求的前瞻性儲(chǔ)備。在新設(shè)備投資或老系統(tǒng)改造方面的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行較為直觀的闡述和類比，突出新型系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，為鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐一次除塵系統(tǒng)升級(jí)改造方法，提供良好的選擇。

轉(zhuǎn)爐煉鋼；一次除塵系統(tǒng)；干法除塵；過程余熱回收；階梯式

1　前言

目前在鋼鐵企業(yè)面臨產(chǎn)能過剩，效益下降，和環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的雙重壓力。而轉(zhuǎn)爐煉鋼一次除塵系統(tǒng)，基本上采用OG法和LT法。雖然方式不同，投資差別大，但是整體的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，達(dá)標(biāo)排放率，能耗及安全性等方面仍然存在很多不足，應(yīng)該是困擾大多鋼企，特別是轉(zhuǎn)爐煉鋼企業(yè)的左右為難問題。過程中也有許多機(jī)構(gòu)、部門研究出，雙塔法、半干法、布袋法等，均有它的局限性，無法推廣應(yīng)用。突出需要解決的如：耐高溫，耐溫度劇變而穩(wěn)定的材料，高溫?zé)煔庋杆俳档椭涟踩珳囟鹊目煽看胧透邷責(zé)嶙冃院透叩娘L(fēng)速條件下的性能濾料。更加適用于老系統(tǒng)，小空間的適應(yīng)性改造方案等。作者經(jīng)過對(duì)比研究提出了轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔庑滦透煞ǔ龎m及過程余熱階梯式回收系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱TDR法。（解釋T是塔Ta拼音第一個(gè)字母，D是指濾袋，R是余熱的意思）

2　 TDR法轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收除塵工藝設(shè)備流程

轉(zhuǎn)爐冶煉過程產(chǎn)生的高溫、并含有大量煤氣及夾雜著微粒的混合氣體，經(jīng)爐口進(jìn)入排管式汽化冷卻煙道進(jìn)行一級(jí)換熱降溫，由1600℃降至800℃以下，并回收200℃以上蒸氣100m3/t。進(jìn)入熱管煙道換熱器進(jìn)行第二級(jí)換熱降溫，由800℃降至500℃左右，并回收187℃以上蒸氣40 m3/t。進(jìn)入混合噴霧調(diào)溫除塵塔，進(jìn)行三級(jí)降溫及粗除塵，溫度由600℃降至400℃以下，除塵率40% ~50%。即40μm以上微粒除塵。然后煙氣經(jīng)連管進(jìn)入反吹式長(zhǎng)袋除塵器進(jìn)行精除塵，同時(shí)回收150℃左右低值蒸氣8m3/t及熱水。煙氣含塵量達(dá)到低于20m k/m3，經(jīng)煤氣回收管路，進(jìn)入噴淋接觸式煤氣冷卻器降溫至65℃左右，由煤氣風(fēng)機(jī)動(dòng)力作用，合格煤氣送入煤氣柜，不合格煤氣順放散管燃燒排放。經(jīng)噴霧調(diào)溫除塵塔和長(zhǎng)袋除塵器所除掉的高溫200℃以上的高品位C50%～60%粉灰，經(jīng)耐熱板帶式刮板輸灰機(jī)送入儲(chǔ)灰罐。再經(jīng)氣體輸送系統(tǒng)送給球團(tuán)造球或燒結(jié)拌料。過程或終端可采用噴霧化水降溫。

3　 TDR法技術(shù)先進(jìn)性

TDR法轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收除塵工藝設(shè)備流程方法顛覆了以往常用的四代OG系統(tǒng)，也不同于目前推廣的LT法。

3.1TDR法簡(jiǎn)述

圖1　TDR法流程圖

從流程圖中可以看出，TDR法是以低于GB28662-2012標(biāo)準(zhǔn)，降低處理過程機(jī)物料消耗為目標(biāo)、任意控制排放濃度，以改善爐口返煙、提高煤氣回收質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)到130m3/t鋼、減少系統(tǒng)阻力為9000Pa左右，降低工人日常維護(hù)、清理工作量，降低除塵風(fēng)機(jī)效率、提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子使用時(shí)間，極大減少水耗從而消除后續(xù)污水處理工作量為任務(wù)，通過過程煙氣降溫為后續(xù)處理提供條件同時(shí)，回收了熱能。實(shí)現(xiàn)全過程分離出干粉灰約11kg/t鋼，無污水處理流程共計(jì)節(jié)約340kW·h，全程實(shí)現(xiàn)設(shè)備化、自控化，密閉處理，減少人員參與，保證安全生產(chǎn)。

3.2具體設(shè)備布置及優(yōu)點(diǎn)

設(shè)備布置顛覆常用的OG系統(tǒng)，類似LT法電除塵器之前的設(shè)備配置，在末端煙道兩個(gè)90°彎頭之間，增設(shè)水平布置、間壁式熱能交換與回收裝置。布置方便、高速循環(huán)熱交換效率高。迅速避開燃爆溫度區(qū)間，并有預(yù)防卸爆裝置，確保安全運(yùn)行。

3.2.1噴霧調(diào)溫除塵塔為圓筒形管結(jié)構(gòu)，為了熱能回收可以設(shè)計(jì)成鋼制雙層夾層通水冷卻形式，若不考慮這一環(huán)節(jié)熱能回收，則可一次向夾層壓鑄輕質(zhì)絕熱層。根據(jù)煙氣進(jìn)入下道工序所需的溫度要求、自動(dòng)調(diào)整供水及氣體配比，同時(shí)根據(jù)煙氣進(jìn)入下道工序所需的速度來自動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)速度。噴水量的多少取決于轉(zhuǎn)爐煤氣的含熱量（噴水量是煙氣的含熱量的精確函數(shù)）。水流量是根據(jù)噴霧調(diào)溫除塵塔進(jìn)口溫度、出口溫度設(shè)定值、煙氣流量計(jì)算得出的，計(jì)算公式如下：

式中W：計(jì)算噴水流量，m3/h；Cp：煙氣的比熱容，1.38 kJ/（K· m3）；C：水的汽化潛熱，2500 kJ/kg；V：煙氣流量，m3/h；ρ：水的密度，1000kg/m3。

為保證安全，噴霧冷卻除塵塔進(jìn)出口均采用雙熱電偶，測(cè)量出口和入口的溫度，選擇兩個(gè)數(shù)據(jù)中的大值，用于計(jì)算和控制。如果熱偶斷裂，系統(tǒng)將自動(dòng)切換，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，如果兩個(gè)熱偶同時(shí)出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)爐吹氧工藝停止。

開始操作順序：爐前氧氣閥打開，噴霧調(diào)溫除塵塔氣體切斷閥自動(dòng)開啟。鐵水容池點(diǎn)燃，煙罩降下，煙氣流溫度升高，當(dāng)噴霧冷卻除塵塔入口溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，噴水切斷閥自動(dòng)打開，噴水調(diào)節(jié)閥按設(shè)定的基礎(chǔ)流量控制噴水。經(jīng)過一個(gè)設(shè)定周期，進(jìn)入配水自動(dòng)控制單元，噴霧調(diào)溫除塵塔出口溫度為一個(gè)定值。當(dāng)轉(zhuǎn)爐氧氣吹煉結(jié)束、且噴霧調(diào)溫除塵塔出口溫度低于設(shè)定值時(shí)，噴水調(diào)節(jié)閥、切斷閥自動(dòng)關(guān)閉。30s后自動(dòng)關(guān)閉氣體切斷閥。

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)與長(zhǎng)袋除塵器運(yùn)行速度相匹配，也要與煉鋼過程相適應(yīng)，非吹煉期及烘爐期流量為設(shè)計(jì)流量35%，裝料與開吹前2min流量為設(shè)計(jì)流量45%，吹氧拉碳流量為設(shè)計(jì)流量100%，出鋼與濺渣護(hù)爐流量為設(shè)計(jì)流量50%，噴霧冷卻除塵塔主要起到溫度調(diào)節(jié)和粗除塵作用，為煙氣進(jìn)入下道環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備，溫度降低幅度為300℃，水耗30 m3/t～50m3/t，氣耗1 m3/t～8m3/t是OG法1/7，是LT法的80%。除塵效率為40%～50%。

3.2.2煙氣經(jīng)噴霧調(diào)溫除塵塔進(jìn)行粗除塵和調(diào)溫后，進(jìn)入精除塵環(huán)節(jié)。精除塵是由若干套脈沖反吹式長(zhǎng)袋除塵器分組組成，套間為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，橢圓筒錐形箱體、多孔板均為鋼制雙層密閉結(jié)構(gòu)，中間通水冷卻形式，可與噴霧調(diào)溫除塵塔體水冷一起構(gòu)成低壓水循環(huán)系統(tǒng)，并回收低值蒸氣。除塵器運(yùn)行溫度為350℃～450℃左右。運(yùn)行速度不大于7m/s。濾料壽命5～6年。密封形式為機(jī)械密封，漏風(fēng)率≤1.5%。以100t轉(zhuǎn)爐為例，設(shè)計(jì)最大處理風(fēng)量為15× 104m3/h，過濾面積2500m2左右，濾料規(guī)格Ф130×6050，總袋數(shù)1550左右。

3.3TDR法與OG法的比較

OG法是目前世界上大部分轉(zhuǎn)爐都采用的除塵方法。該流程是：轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)罩裙、Ⅰ至Ⅳ段汽化冷卻煙道冷卻之后，由1600℃降至800℃左右，然后進(jìn)一文、二文進(jìn)一步降溫并除塵，再經(jīng)誘引離心風(fēng)機(jī)到三通切換閥，合格煤氣送入回收煤氣柜，達(dá)不到回收要求的煙氣進(jìn)入放散塔點(diǎn)火排放。經(jīng)歷四代發(fā)展歷程。主體形式有以下幾種：

圖2　OG法流程圖

圖3　OG法流程圖

圖4　OG法流程圖

OG法流程的缺點(diǎn)：（1）一文、二文需要的除塵水量很大。（2）蒸氣和濕粉塵粘結(jié)到引風(fēng)機(jī)葉片，造成轉(zhuǎn)子不平衡，引起風(fēng)機(jī)震動(dòng)損壞，故障率高，影響系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。（3）系統(tǒng)易結(jié)垢，導(dǎo)致除塵能力下降，集塵效果和凈化效果變差，爐口煙塵外溢、放散塔冒黃煙。（4）系統(tǒng)阻力大，耗電高。（5）污水、污泥處理工序復(fù)雜，占地面積大，且容易造成二次污染。（6）受文氏管效率影響，煙塵排放濃度偏高（為100mg/Nm3）。

3.4TDR法與LT法的比較

圖5　LT法流程圖

LT干法除塵最具代表性的是蒸發(fā)冷卻器加靜電除塵器的流程，由西德魯奇、蒂森公司聯(lián)合推出，簡(jiǎn)稱L-T法。工藝流程是：煙氣進(jìn)入汽化冷卻煙道間接冷卻之后，再用蒸發(fā)冷卻器直接進(jìn)行冷卻―向通過蒸發(fā)冷卻器內(nèi)的煙氣噴入霧化水。噴入的水量，要準(zhǔn)確地隨煉鋼生產(chǎn)過程中產(chǎn)生熱氣流的熱焓而定，將煙氣冷卻到150℃～200℃后，經(jīng)由煤氣管道引入靜電除塵器進(jìn)行精除塵。然后通過引風(fēng)設(shè)備——軸流式鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入煤氣切換站，合格的煤氣經(jīng)進(jìn)一步冷卻之后進(jìn)入回收系統(tǒng)，不合格的煤氣經(jīng)放散塔點(diǎn)火放散。

LT流程優(yōu)點(diǎn)：（1）除塵凈化效率高，通過電除塵器可直接將粉塵濃度降至10mg/Nm3以下；（2）該系統(tǒng)全部采用干法處理，不存在二次污染和污水處理；（3）系統(tǒng)阻損小，煤氣發(fā)熱值高，回收粉塵可直接利用，節(jié)約能源；系統(tǒng)簡(jiǎn)化，占地面積小，便于管理和維護(hù)。

因此，干法除塵技術(shù)比濕法除塵技術(shù)有更高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

LT干法除塵的缺點(diǎn)：（1）干法除塵造價(jià)高、自動(dòng)控制連鎖多，要求自動(dòng)化程度高。（2）采用的機(jī)械設(shè)備多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維修時(shí)間長(zhǎng)。（3）由于蒸發(fā)冷卻使煤氣中含有較高的水分，易形成結(jié)露，影響極間距離和運(yùn)行電壓，同時(shí)影響輸灰系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行壽命，為此對(duì)蒸發(fā)冷卻塔水量、水壓控制具有嚴(yán)格要求。（4）蒸發(fā)冷卻器壁上結(jié)垢問題還沒有很好的解決。（5）對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼操作要求高，除塵器，會(huì)犧牲煉鋼節(jié)奏，否則易爆，雖然有泄爆裝置，仍會(huì)影響電除塵器內(nèi)零部件的壽命和除塵效果。（6）除塵后煤氣溫度高，還必須采用專門的冷卻設(shè)備進(jìn)行冷卻后才能進(jìn)煤氣柜，此處用水量和濕法除塵循環(huán)供水量接近。

4　結(jié)語

經(jīng)過上述比較性的論述，詳細(xì)說明新型轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔庑滦透煞ǔ龎m及過程余熱階梯式回收系統(tǒng)，工藝流程，設(shè)備特點(diǎn)，自動(dòng)控制與安全保證。所有數(shù)據(jù)表明本研究已經(jīng)達(dá)到實(shí)踐應(yīng)用程度，本實(shí)用新型于2015年獲得國(guó)家實(shí)用新型設(shè)計(jì)專利（專利號(hào)：ZL201520651147.7），正尋求合作單位。

［1］戴麗燕，王東軍.電除塵技術(shù)研究中的幾個(gè)問題的探討.有色礦冶，2002，18（3）：40-41.

方瑞（1970—），天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司煉鋼廠副廠長(zhǎng)，大學(xué)畢業(yè)，94年參加工作，一直從事煉鋼設(shè)備管理工作。