天津鑫金煉鋼2×150t轉爐煤氣HLG干法凈化與回收工藝技術探討

武常芳 吳佳 張陣超

摘? 要：天津鑫金煉鋼2×150t轉爐煤氣采用HLG干法凈化與回收工藝，該工藝由蒸發冷卻器、圓筒形靜電除塵器、軸流風機、煤氣冷卻器、切換站、放散煙囪等組成，介紹了系統構成以及各關鍵設備的功能。安裝生產實踐表明，系統投運后運行穩定，凈化效果顯著，各項指標滿足設計指標。

關鍵詞：轉爐煤氣;HLG干法凈化與回收工藝;含塵量;超低排放

中圖分類號：X701? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）03-0108-02

Abstract： Tianjin Xinjin steelmaking 2×150t converter gas adopts HLG dry purification and recovery process， which is composed of evaporative cooler， cylindrical electrostatic precipitator， axial fan， gas cooler， switching station， release chimney， etc. The structure of the system and the functions of each key equipment are introduced. The installation and production practice shows that after the system is put into operation， the operation of the system is stable， the purification effect is remarkable， and each index meets the design index.

Keywords： converter gas; HLG dry purification and recovery process; dust content; ultra-low emission

1 概述

我司（西安西礦環保科技有限公司）是一家專業從事工業煙氣治理設備研發、設計、制造、安裝、運營一條龍服務的大型環保企業。多年來，我司獲得了眾多國家和省部級獎勵和榮譽，其中“轉爐煤氣電除塵器”榮獲國家級四部委頒發的“國家重點新產品”證書和西安市科技進步獎。2018年“轉爐煤氣HLG干法深度凈化與煙塵原位回用集成技術與應用”技術榮獲國家環境保護科學技術獎二等獎。我司擁有雄厚的技術研發實力、強大的裝備制造能力和專業的服務保障水平，全方位滿足國家非電領域最新的“超低排放”要求，服務于寶鋼、鞍鋼、首鋼、柳鋼等大型鋼鐵集團。

2018年8月我司以工程總承包交鑰匙方式承接了天津鑫金國際貿易有限公司煉鋼廠新建2座公稱150t轉爐煤氣一次干法除塵系統項目。我司采用全新設計理念和創新的轉爐煤氣HLG干法凈化回收系統工藝布置，以保障轉爐煤氣含塵濃度降低至10mg/m3以下超低排放，并回收煤氣熱值>1400cal/Nm3，煤氣回收量>110Nm3/t、含塵濃度≤10mg/m3的轉爐煤氣再利用。全面考慮系統工藝技術要求，確保設備具有先進、成熟、安全、經濟等特點，并保障系統要求的各項性能指標。

2 轉爐煤氣HLG干法凈化與回收工藝技術簡介

轉爐煤氣HLG干法凈化與回收系統工藝流程：氧氣轉爐煉鋼工藝產生的高溫煤氣（1400～1700℃）經氣化冷卻煙道冷卻后，溫度降為850～1000℃，然后通過蒸發冷卻器冷卻，高壓水經外混型雙介質霧化噴槍（嘴）噴出，煤氣溫度降至200～300℃，噴水量根據煤氣含熱量精確控制，所噴出的水完全霧化蒸發，噴水降溫的同時對煤氣進行了調質處理，使粉塵的比電阻有利于圓筒形靜電除塵器的捕集去除。另外煤氣經過蒸發冷卻器大約有30%～40%的粗粉塵沉降到蒸發冷器的底部，由輸送設備送至中間倉回收，中間灰倉內收集的粗灰直接回爐重新利用。如果回爐設備出現故障或者不具備回爐時，粗灰將由另一套機械輸灰系統輸送到粗灰倉，然后被汽車運走。

冷卻和調質后的煤氣經過管網接至電除塵器進行凈化除塵，煤氣經電除塵器后含塵量降至15mg/Nm3以下，捕集的粉塵通過扇形刮灰機構刮入到除塵器底部的腹部鏈式輸灰機，再由鏈式輸灰機頭下部的氣動插板閥將細灰送至倉泵，然后倉泵內的細灰通過氣力輸灰系統送至細灰倉回收再利用。當凈化后的煤氣通過軸流風機再進入煤氣冷卻器，經煤氣冷卻器進一步精除塵和降溫處理。經過煤氣冷卻器精凈化和降溫后煤氣符合回收條件時，煤氣由切換閥門切換送至煤氣柜儲存，經打壓混合后送往各用戶。當凈化后的煤氣不符合回收條件時，煤氣由切換閥門切換至放散煙囪，點火放散。

2×150t轉爐主要工藝參數如下：2×150t頂底復吹轉爐;公稱容量為150t;平均出鋼量為180t;最大出鋼量為190t;平均吹煉周期為32～38min/爐，其中吹氧時間為15～18min/爐;煙氣量約為138000Nm3/h;爐氣含塵濃度約80～150g/Nm3;蒸發冷卻器入口煙氣溫度約950℃。

3 系統構成及關鍵設備功能

3.1 蒸發冷卻器

蒸發冷卻器采用圓筒結構，主要由蒸發冷卻本體，噴淋系統、粗灰收集系統組成，頂部設有雙介質噴霧系統，溫度調節系統，下部設有粗灰收集系統。蒸發冷卻器筒體布置在轉爐高跨，通過環形托座廠房各層平臺上，殼體設有隔熱保護層、檢修人孔門以及噴淋平臺。蒸發冷卻器收集的粗灰通過粗灰輸灰系統進行回爐或外運處理。

噴淋系統包括噴蒸汽/氮氣系統和噴水系統。設置變頻恒壓供水泵組裝置和水箱，向轉爐的蒸發冷卻器供水。噴淋系統設置了數把外混型雙介質霧化噴槍（嘴）調節最佳水量降溫、調質。蒸發冷卻器還可將粗顆粒的粉塵從煤氣中分離出來，達到粗除塵的目的。

3.2 圓筒形靜電除塵器

轉爐煤氣HLG干法凈化與回收系統中圓筒形靜電除塵器是最關鍵、最復雜、最核心的設備，其運行狀況直接影響到整個系統的運行。圓筒形靜電除塵器布置在煉鋼廠房外。圓筒形靜電除塵器除塵原理是煤氣中含的粉塵在通過高壓電場內進行電離的過程中，使煤氣中的塵粒荷電，并在電場力的作用下使荷電塵粒向電極性相反方向運動并附著在收塵極板上，將煤氣中塵粒分離出來的一種除塵設備[1-2]。

圓筒形靜電除塵器是一個圓筒形的外殼，帶有隔熱裝置。錐形進出氣口上分別設置自閉多級彈簧式泄爆閥以防電場內壓力異常能夠及時泄壓保護除塵器內部核心部件。除塵器內部設計有四個獨立的電場，串聯布置。電場通道間是形成接地的陽極極板和在其間承載所安排的高壓放電極線。陽極極板是按照煤氣流向串聯排列，各排陽極極板通過極板懸吊梁懸掛于環梁上，并由共同的底部支撐結構支撐。通過一個引導桿系統在其下部導向。放電極系統由排列在通道中央的放電極框架組成，放電極線夾緊在放電極框架中，放電極框架通過懸臂架懸掛在吊架上，吊架通過穿拉桿連接于上部殼體結構上的支撐絕緣子上。絕緣子采用加熱管加熱，用氮氣進行吹掃，以防止由于粉塵的附著或者絕緣體壁的冷凝物形成而產生電火花，導致電氣擊穿[3]。

3.3 軸流風機

軸流風機是整個系統的動力源，煤氣通過軸流風機流通。這種風機具有效率高、氣流為直線型、良好的可控性能、合理的運行操作方式及就地啟動調試和正常運行及事故情況下所需的測量控制調節及保護等措施能滿足煉鋼工藝要求等優點。150t轉爐軸流風機電極功率為1400kW，額定轉速1750rpm。

3.4 煤氣冷卻器

HLG轉爐煤氣干法凈化與回收系統工藝變化在于將煤氣冷卻器前移到切換閥之前，這樣的話，不管是煤氣回收還是煤氣放散，圓筒形靜電除塵器凈化后煤氣經過煤氣冷卻器再次精除塵與降溫，將煤氣溫度由150℃降至70℃左右，粉塵含量降至10mg/Nm3以下，同時減小煤氣容積。煤氣冷卻器頂部錐段配置泄爆閥，當煤氣冷卻器殼體內部出現過壓現象時，泄爆閥打開泄壓保護煤氣冷卻器。煤氣冷卻器溢流水封出口處采取有效隔斷，可有效防止煤氣和水一起排放到廢水池。水封底部定期排污，排水可靠，檢修方便。

煤氣冷卻器主要由供回水系統和噴淋系統組成。核心部件是噴淋系統，由供水管、環管、噴槍、螺旋實心錐噴嘴、閥組等部件構成。噴槍一般分兩層布置，壓力約為0.4MPa的水通過螺旋實心錐噴嘴向下直接噴射在煤氣冷卻器筒體內，達到轉爐煤氣二次精除塵和降溫作用。兩層之間噴槍錯位布置以防止兩層之間噴射水流干涉。供回水系統由冷水池、熱水池、水泵組、淺層沙過濾器、玻璃鋼冷卻塔等部件組成。

3.5 切換站

切換站主要由兩個嚴密密封的具有調節性能的杯閥組成，杯閥配有液壓裝置。液壓裝置同杯閥的氣流調節板協同保證在放散煙囪和煤氣柜之間閥門快速切換的同時而無壓力突變現象，以確保煤氣回收段壓力的穩定。杯閥前后設置壓力檢測裝置，通過程序來實現杯閥的平穩快速切換。回收杯閥后凈煤氣管道設置了電動敞開式插板閥、電動蝶閥和U型水封三重保障的煤氣隔斷裝置，為系統設備檢修提供了非常安全保障。

3.6 放散煙囪

放散煙囪主要組成如下：煙囪本體、直燃式自動火炬點火裝置、樓梯及檢修平臺、旋流器、氮氣引射裝置等部件。當煤氣不符合回收條件，杯閥切換至放散煙囪放散，煤氣通過直燃式自動火炬點火裝置點燃完全充分燃燒，達到超低排放的要求，取得最佳排放效果。

3.7 輸灰系統

輸灰系統包括粗灰輸灰系統和細灰輸灰系統。粗灰輸灰系統配置了兩套方案，一套方案是煙氣原位回用集成技術組成的回爐系統。另一套是備選方案即回爐設備出現故障或者不具備回爐時，粗灰由氣動插板閥、星型卸灰閥等組成機械輸灰系統，輸送到粗灰倉，灰倉內的灰被汽車運走。

細灰是指除塵器下部排出的粉塵。由圓筒形靜電除塵器凈化排出的細灰經由鏈式輸灰機卸灰口，經氣力輸灰系統送至細灰倉，然后吸排罐車運走。該項目兩條系統共用一臺細灰倉。

4 安裝以及生產實踐

我司抽調了一批技術好、責任性強的精兵強將組成項目組，各組協調運作確保整個工程的順利完成。2019年12月天津鑫金煉鋼150t轉爐煤氣HLG干法凈化與回收系統第一條線進行聯調熱試并順利投運。該系統運行穩定，除塵效率高，運行費用低。

生產實踐證明，該條轉爐煤氣HLG干法凈化與回收系統凈化后粉塵排放濃度都滿足設計要求，凈化效果顯著，系統運行穩定，各項指標都滿足設計要求。系統自動化程度高，煤氣回收切換速度快，噸鋼可回收煤氣110m3，且粉塵含量低。煤氣質量高為煤氣并網帶來了延伸效益，可省去并網前的凈除塵和消除對管網的磨損傷害。放散時含塵濃度達到超低排放要求，經濟效益和環境效益顯著。為凈化環境、造福人類，奏響了藍天的凱歌與和諧樂章。

參考文獻：

[1]郝吉明，馬廣大.大氣污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]張殿印，王純.除塵工程設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.

[3]周茂林，沈惟橋，等.萊鋼120t轉爐煙氣干法除塵工藝技術[J].山東冶金，2005（5）：17-19.