轉爐一次煙氣干法凈化與回收系統爆炸原因淺析

沈建濤，鄭鵬輝，崔 寧，高海波，曹 春（西安西礦環保科技有限公司，陜西省西安市710075）

轉爐一次煙氣干法凈化與回收系統爆炸原因淺析

沈建濤，鄭鵬輝，崔 寧，高海波，曹 春（西安西礦環保科技有限公司，陜西省西安市710075）

轉爐一次煙氣干法凈化回收系統作為環保節能的一項新技術，越來越多的被國內鋼廠所采用；然而該系統中的爆炸一直以來備受人們所關注。本文從轉爐一次煙氣干法凈化回收系統的工藝流程說起，結合煉鋼中吹煉脫碳的過程特點，分析了的不同階段爆炸產生的原因；為了避免爆炸對企業帶來的巨大損失，總結以往實際項目中的經驗，給出了一些行之有效的預防措施。

轉爐一次煙氣干法凈化與回收系統；蒸發冷卻器；圓筒形臥式電除塵器；泄爆閥

隨著國家對環保和節能減排工作的高度重視，為實現低碳排放、發展循環經濟、實現負能煉鋼，環保工作者都為此做著不懈的努力。轉爐一次煙氣干法凈化回收系統自1998年寶鋼首次引進以來，憑借其在煙氣除塵效率高、能耗低、工廠占地面積少、運行成本低等方面所具有的明顯優勢，國家已將其列為重點開發推廣的技術項目。然而轉爐一次煙氣干法凈化回收系統中偶有的爆炸情況卻讓一些鋼廠業主望而卻步，心存疑慮；由于爆炸一般發生在圓筒形臥式電除塵器區域，所以有人認為圓筒形臥式電除塵器就是產生爆炸的“罪魁禍首”。為消除這種誤解，我們有必要對其產生爆炸原因做簡要的分析。

1 轉爐一次煙氣干法凈化回收系統

圖1 轉爐一次煙氣干法回收系統流程圖

圖1所示為轉爐一次煙氣凈化回收系統流程圖。氧氣轉爐煉鋼產生的高溫煙氣（1450～1600℃）經汽化冷卻煙道冷卻，煙氣溫度降為800～1000℃，然后經過蒸發冷卻器，入口設外混雙流噴嘴，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，使粉塵的比電阻有利于圓筒形臥式電除塵器的捕集，同時蒸發冷卻器內約40～50%的粗粉塵沉降到底部，經排灰閥排出。在霧化水的降溫作用（根據工藝管道長度略有不同）下，煙氣溫度直接冷卻到大約250℃左右，經冷卻和調質后的煙氣進入有四個電場的圓筒形臥式電除塵器，其入口處設氣流分布板，使煙氣在圓筒形臥式電除塵器內呈柱塞狀流動，避免氣體混合，減少爆炸成因。圓筒形臥式電除塵器進出口裝有安全泄爆閥，以疏導爆炸后可能產生的壓力沖擊波。煙氣經圓筒形臥式電除塵器后含塵量降至10～15mg/Nm3。收集下的粉塵通過扇形刮板機刮到下部灰槽，然后用鏈式輸送機、斗式提升機送到貯灰倉，粉塵定期由汽車運出，送至燒結廠回收再利用。

干法系統阻力很小，風機采用ID軸流風機，有利于系統的泄爆，風機設變頻調速，可實現流量跟蹤調節，以保證煤氣回收的數量與質量，節約能源。

煤氣切換站由兩個液動杯閥所組成。當煙氣符合回收條件時即一氧化碳含量大于30%、且氧氣含量小于1%，煙氣由液動杯閥切換至煤氣冷卻器（GC），煤氣經過直接噴淋冷卻由150℃左右降至70℃以下進煤氣柜，然后由煤氣加壓站加壓將煤氣送往各用戶；當煙氣不符合回收條件時，煙氣由液動杯閥切換至放散煙囪，通過排放煙囪點火放散。

2 轉爐煙氣來源和成份

轉爐煙氣的來源主要是兌入轉爐中的鐵水在吹氧煉鋼時，Si、Mn、C元素的依次氧化所產生。當轉爐加入石灰等造渣原料時將產生粉塵；還有當轉爐需要降溫時要加入廢鋼，而廢鋼又以輕型廢鋼居多，這些廢鋼中難免含有一定的油脂，也含有一定量的水分，這將會產生一定量的H2、CH4進入煙氣中。

轉爐煙氣成份有：CO、H2、CO2、N2、CH4、O2等。

轉爐煙氣粉塵成份有：FeO、Fe2O3、SiO2、MnO2、CaO、MgO及少量的C、Fe。

3 吹煉脫碳曲線和吹煉中元素氧化順序

由圖2可見：轉爐吹煉可分為前、中、后期。用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示。

吹煉Ⅰ期為硅、錳、磷氧化期。按溫度元素氧化順序首先氧化鐵水中的硅、錳、磷氧化反應，同時鐵也有氧化，當熔池溫度達到1368℃時碳才開始氧化。且熔池內碳氧反應由于此時溫度低，所以碳氧反應速度較慢，呈緩慢上升趨勢。

圖2 轉爐吹煉脫碳曲線

吹煉Ⅱ期為碳氧化期。此時熔池中硅、錳已基本氧化結束，鐵水溫度已上升到碳的激烈反應溫度1523℃以上，碳氧反應速度以最大速度進行，此間供入熔池中的氧氣幾乎100%與碳發生反應，此時碳反應速度僅取決于供氧強度。

吹煉Ⅲ期即吹煉后期。此時脫碳反應進行到一定時候，即當熔池碳含量達到臨界碳含量時，隨著鋼水中碳含量減少，其脫碳速度降低。

4 爆炸的危害及爆炸產生的原因

4.1 爆炸的危害

電場爆炸對圓筒形臥式電除塵器將會造成不同程度的損壞，對圓筒形臥式電除塵器的除塵效果產生一定的影響，甚至造成圓筒形臥式電除塵器失去除塵效果。具體對圓筒形臥式電除塵器內設備危害如下：

將造成陽極板的變形、錯位；陽極板筋板的變形；兩塊陽極板之間限位桿的變形；將造成陰極框架的變形；陰極線的松弛、斷裂；造成極距的變化，導致電場電壓的穩定性降低，電場電壓無法升高，影響圓筒形臥式電除塵器的除塵效果。

更大的爆炸將導致圓筒形臥式電除塵器內部整個設備的癱瘓，甚至造成泄爆閥的損壞，更有甚者造成風機葉輪的損壞；切換站杯閥受損；膨脹節超出范圍，無法復位；放散煙囪堵板嚴重受損等嚴重后果在以往項目中都曾有發生。

總之大的爆炸將會給我們帶來無法預期的后果，所以抑制爆炸的產生將是我們干法系統永恒的課題。

4.2 吹煉階段爆炸原因分析

爆炸必須具備以下兩個條件：

（1）一氧化碳和氧氣混合達到一定的濃度，（有資料顯示CO在空氣中的爆炸極限范圍為：12.5～74%）；

（2）足夠的火源（圓筒形臥式電除塵器電場放電是產生火源最直接的途徑）。

從以上條件不難看出圓筒形臥式電除塵器放電是不可避免的，在這里由于火花放電點無法統計，首先我們假定火花放電是持續存在的，（以后的分析都是基于此基礎之上的）。

從理論吹煉脫碳曲線來看，僅有吹煉Ⅱ期可產生較高的溫度（大于1523℃）和最高脫碳速度，一氧化碳的產生最為充分，應只有吹煉Ⅱ期最有可能爆炸。冶煉其余階段不會出現爆炸。

但在實際生產中，吹煉的三個期間和冶煉其余階段均有爆炸，試分析其原因如下：

（1）在吹煉Ⅰ期，最有可能爆炸的原因是：鐵水在開始吹氧后已形成部分爐渣，且渣中已積蓄大量的氧，然后向鐵水中擴散，導致鋼中氧大量積蓄。當氧槍一次沖擊區卷入廢鋼或鐵水中的鐵塵、鐵珠和碳顆粒過多時，由于氧槍一次沖擊區溫度高達2000℃，此時溫度、氧含量、碳含量同時滿足反應條件，瞬時生成大量CO。被抽入電場后與尚未完全抽走的空氣中氧氣作用，產生爆炸。

可見，溫度、氧含量、碳含量較高是關鍵原因，有以下幾個方面的原因：

①現轉爐開吹已設為低氧流量，但電氣調節閥為計算調節方式。當外網氧氣特別充足時，氧流量調節時間較慢，導致瞬時開吹流量過大。氧流量的瞬時增大提供了爆炸的可能。

②開吹后由于輕型廢鋼漂在鐵水上，開吹氧流量過低導致打火不暢，在吹煉時操作工往往有上下動槍的過程，在動槍的過程中就加速了渣中氧向鋼中傳遞，鋼中氧的大量積蓄和突然打火順暢引起的碳氧反應，產生爆炸。

③開吹氧流量過低也會導致打火不暢，產生爆炸。

（2）在吹煉Ⅱ期，由于溫度、氧含量、碳含量超標，極易出現爆炸。應該注意的是：

①在中期抬槍時，無論是抬槍過程還是再下槍過程都會產生爆炸，應盡量杜絕抬槍。

②處理中期爆炸的原理基于兩點：a.控制溫度在1523℃以下；b.盡量脫氧。

③由于工藝系統聯鎖控制的限制，氧槍頻繁抬槍，二次或多次下槍，導致氧氣流失產生爆炸。

（3）在吹煉Ⅲ期，爆炸的主要原因是拉碳過高，在下槍點吹時瞬時CO升高，抽入電場后與尚未完全抽走的空氣中氧氣作用，產生爆炸。

4.3 冶煉周期的其余階段爆炸原因

關于冶煉周期的其余階段爆炸具體分析如下：

在兌鐵水、加廢鋼階段，由于原材料質量下降，廢鋼中渣鐵潮濕且粒度小，兌鐵時有水汽和碳顆粒燃燒形成的CO，產生爆炸。因為從煤氣分析儀結果看，CO2、CO、H2、O2氣體含量都不高，應是在電場內水汽電離生成H2，CO燃燒生成CO2，氣體的化學反應和受熱物理膨脹共同結果導致爆炸。此類爆炸屬于瞬時爆炸，應對電場損害很小。

4.4 設備、電氣不正常引起的爆炸原因

煙道漏水、下料口水套漏水，蒸發冷卻器噴水量過大首先會增加電場內的水，當伴隨含有碳顆粒或其他雜質的煙塵被電場抽入后，增加了電場內的放電次數。頻繁放電不僅電離出H2和O2，也加速了燃燒。所以，對于漏水及噴水量過大情況需嚴加控制。

電氣中氧氣調節閥工作的不正常，導致爆炸。煤氣分析儀工作的不正常，導致顯示爆炸信號。

4.5 其它原因

（1）檢修過后，重新開爐，由于管道內有滯留的部分空氣會與冶煉產生的CO結合產生爆炸；

（2）由于爐口微壓差控制不好導致空氣混入產生爆炸；

（3）第一次泄爆后，泄爆閥沒有及時復位，造成空氣再次進入產生爆炸；

（4）現場檢修后人孔關閉不嚴、拉鏈機觀察孔未及時關閉造成部分空氣混入電場產生爆炸。

5 轉爐一次煙氣干法凈化回收系統爆炸的預防措施

為了防止轉爐一次煙氣干法凈化回收系統頻繁發生爆炸現象，要合理制定一些冶煉工藝參數。主要包括以下幾個方面：

5.1 氧流量的合理設定措施

設定氧流量考慮三個因素：①防止CO迅速上升，而發生爆炸的可能。②氧氣調節閥瞬時計算有誤差，會出現瞬時流量過大的現象。③流量不能太低，否則會出現打不著火的現象。

5.2 穩定冶煉工藝操作的措施

（1）不允許反復搖爐和瞬時升降氧槍等操作，盡量避免因原料引起的劇烈碳氧反應；

（2）降罩后方可下槍，保證爐口的微正壓狀態，以避免前期打火不完全燃燒和開放式爐口產生的負壓卷入空氣；

（3）通過設備正常操作保障和電氣的正常運轉，盡量杜絕中期抬槍和二次下搶；

（4）穩定冶煉工藝，通過培訓、學習的手段不斷提高操作工素質，規范操作。冶煉工藝標準都應一絲不茍地“規范”執行。

5.3 其它的措施

通過建立日常點檢維護制度和定期檢修，處理潛在的設備、電氣隱患，保障設備、電氣的穩定運行。設備與電氣的點巡檢制度都應一絲不茍地“規范”執行。

6 結束語

通過以上分析，發生爆炸的原因繁多，圓筒形臥式電除塵器充其量在放電時充當了一個導火索的作用，總之，解決轉爐一次煙氣干法凈化回收系統的爆炸這一問題要從整個系統綜合考慮，尋找出現問題的根源，單純認為爆炸發生在圓筒形臥式電除塵器，解決爆炸問題就應該在圓筒形臥式電除塵器找原因是不妥的。只有了解了每次爆炸產生的真正原因才能從根本上解決問題，采取可行的措施，防患于未然。

[1]編寫組.氧氣轉爐煙氣凈化及回收設計參考資料.冶金工業出版社，1975.

[2]馮 捷，張紅文，主編.轉爐煉鋼生產.冶金工業出版社，2006.

[3]張英華，黃志安，編著.燃燒與爆炸學.冶金工業出版社，2010.

Analysis of Reasons for ConverterPrimary Flue Gas Dry Purification&Recovery System Explosion

Shen Jiantao，Zheng Penghui，Cui Ning，Gao Haibo，Cao Chun
（Xi′an Xikuang Environmental Protection Co，Ltd，Xi′an City Shaanxi Province 710075）

The converter primary flue gas dry recovery system as a new technology of environmental protection and energy saving has been widely adopted by domestic steel companies；However，the system explosion has been people′s concern.In this paper，from the process of a converter dry flue gas recovery system，combining with the characteristics of steel in the process of converting decarburization，analyzes the different stages of the reasons of explosion；In order to avoid explosion for enterprise to bring the huge losses，summarizing the experiences of practical projects，some effective preventive measures are given.

Converter Primary Flue Gas Dry Purification&Recovery System；Evaporation Cooler；Cylindrical Horizontal Type ESP；Explosion Venting Valve

X756

A

2095-2066（2016）32-0006-03

2016-11-2

沈建濤（1976-），男，高級工程師，本科，研究方向為大氣污染治理。