機械式真空脫氣爐除塵系統應用研究與改進

葛本伍，王 寶，譚永彥，焦 健

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業部，山東萊蕪 271104）

0 引言

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業部現有一套120 t雙工位真空脫氣爐，使用機械真空泵進行鋼水脫氣處理。機械泵真空系統作為新型環保節能技術，取代系統對蒸汽的依賴，減少系統水資源消耗，只消耗少量電能，沒有污水、污泥排放，有良好的環保節能效果。

1 問題及原因分析

1.1 問題

機械式真空脫氣爐系統由16臺一級油旋泵、8臺二級羅茨泵、20臺三級羅茨泵組成，系統自運行以來，基本能滿足冶金要求，但隨著規模化生產的推進，系統經常出現除塵器布袋燒損現象，由于布袋除塵器頻頻燒損，大量粉塵聚集進入泵組內部，導致羅茨泵轉子積灰卡阻，轉動過程電流增大，溫度升高，嚴重者卡死失效；油旋泵油液污染，導致系統排氣不暢，排煙溫度升高，嚴重時出現燒損。由于系統屬于同步動態系統，一旦污染基本同步，危害性極大，曾出現過16臺油旋泵同時燒損的情況。

1.2 原因分析

1.2.1 過濾器設計缺陷

（1）過濾面積小，造成較大的壓力損失。

（2）過濾效果差，過濾器出風側粉塵堆積嚴重，影響機械泵壽命。

（3）除塵器設計缺陷，導致布袋吹掃沒有效果，破空時布袋被擠壓在一起，是粉塵堆積的主要原因。

（4）破空設置不合理。真空脫氣爐布袋除塵器為避免粉塵燃燒，過濾器應100%氮氣破空。堆積的粉塵與高速的破空空氣接觸，極易引起燃燒，是布袋燃燒的主要原因。

1.2.2 設備配置不完善

（1）罐體—抽氣管線—旋風除塵—過濾器—真空泵系統，沒有實現合理的氣體冷卻。

（2）安裝在罐體和旋風除塵器之間的前置除塵器沒有解決燒布袋問題。

（3）設備布置過于緊湊，真空管道短，容易使熱的粉塵進入過濾器布袋。

1.2.3 抽真空階段溢渣

常規真空脫氣爐抽真空階段經常發生溢渣，見圖1、圖2。如果抽真空過程沒有得到很好控制、及時調整真空度，容易導致廢渣進入后部系統，工藝操作要盡量減少溢渣次數。

圖1 溢渣

圖2 防濺蓋外部堆積的鋼渣

圖3 鼠籠式過濾器

圖4 系統配置

2 改造方案

（1）增設更大過濾面積的過濾器系統以減少布袋阻力損失，提高煙氣離開過濾器時的潔凈度，滿足機械泵系統要求，同時減少真空泵區域由于粉塵超標引發的維護需求。采用鼠籠式濾袋結構（圖3）降低系統壓力損失。工藝氣體從布袋外側進入，粉塵附著在布袋外面。氮氣脈沖吹掃時，氮氣從布袋的內側向外吹掃，可將附著在布袋外面的粉塵吹掃到過濾器底部，確保清理效果。

（2）增設自動脈沖吹掃系統以確保每個機械泵循環結束后粉塵的及時清理。過濾器布袋可在真空狀態下清理，過濾器僅在設備停機時才需要破空。布袋清理的粉塵收集在過濾器底部，通過雙真空閥系統排放到過濾器下面的灰箱，避免灰塵在布袋內堆積。

（3）安裝帶有切線入口的氣體冷卻器。安裝1個氣體冷卻器，氣冷器為板式旋風結構，既能確保氣冷器出口的煙氣溫度＜130℃，減少高溫粉塵進入過濾器的風險，同時降低工藝氣體溫度，減少泵系統吸入的煙氣體積，提高設備效率，又能達到粗除塵效果，將大顆粒粉塵捕集并排放到灰箱中。

（4）破空系統升級。用氮氣100%破空布袋過濾器。在過濾器和罐體間安裝真空隔離閥門。利用現有真空閥與新增過濾器前端真空閥門的配合，實現真空下的脈沖吹掃和卸灰，加大預抽真空能力。同時只在真空脫氣爐設備長時間停機時才需要完全破空布袋過濾器，減少氮氣的消耗，實現100%過濾器氮氣破空，避免布袋燒損。

（5）采用工業監控系統，為人為干預泡沫渣控制提供支持，控制底吹效果，提高脫氣效率。

（6）系統配置如圖4所示，改造新增設備：真空管道、旋風氣體冷卻器（帶真空集灰罐）、擁有專利技術的布袋除塵器（帶脈沖吹掃控制）、真空控制閥組、各類傳感器儀表等元件，升級電控系統及程序控制。

3 改造效果及效益分析

3.1 改造效果

（1）徹底解決布袋除塵器布袋燒損問題以及由布袋燃燒引起的油泵污染等問題。

（2）縮短每爐真空脫氣處理時間5 min，減少機械泵組額外能源消耗。

（3）每爐鋼水減少溫降10℃，降低真空脫氣前級工序消耗更多能源，將鋼水提升至更高溫度，彌補額外的鋼水溫降。

（4）提高鋼水脫氣效果。

3.2 效益分析

改造后最直接的效益是對生產的助益。減少脫氣時間，為機械泵組提供更好、更穩定的保護；提升鋼水脫氣質量，使生產節奏更加順暢。從縮短真空脫氣處理時間和減少因鋼水溫降而導致前級工序額外耗能的角度做簡單量化，可以看出改造帶來的直觀效益。

（1）真空脫氣處理時間每爐至少縮短5 min，減少泵組額外運轉耗電。44臺泵組，單泵功率18.5 kW，總耗電量67 kW·h。

（2）每爐鋼水減少溫降10℃，前級LF（Ladle Furnace，鋼包精煉爐）需將每爐鋼水提升溫度10℃以彌補此額外溫降，保證后道工序的溫度要求。120 t鋼水在LF爐每升高1℃至少需消耗電60 kW·h，每爐鋼水需在LF額外耗能600 kW·h。

（3）新式除塵器維護量遠小于原除塵器，布袋更換頻率1次/a，運維成本遠低于原除塵設備。僅2016年以來，隨機燒損布袋現象頻發，為現維持運行，平均每2個月換3次布袋，年消耗布袋費用524 160元人民幣；改造后每年整體換1次布袋，年消耗布袋費用30 000元人民幣，每年可節省布袋消耗費用49.4萬元人民幣。

（4）由于除塵效果提高，粉塵進入泵系統的總量降低，油膜旋片泵潤滑油更換頻率隨之降低（改造前每年至少更換4次，改造后每年最多更換2次），每年節省換油費用80萬人民幣。