淺談氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼煙氣超低排放環(huán)境保護(hù)

胡 超

（首鋼股份有限公司遷鋼公司，河北 遷安 064400）

0 引言

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在煉鋼生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生含塵煙氣，若含塵煙氣任其排至大氣中，就會污染環(huán)境,因此在煙氣排至大氣之前，需進(jìn)行除塵處理。轉(zhuǎn)爐煙氣的除塵系統(tǒng)包括一次、二次、三次除塵系統(tǒng)。傳統(tǒng)的一次除塵分為OG 濕法除塵和LT 干法除塵[1]，二次、三次除塵為布袋除塵。OG 法一次除塵煙氣排放濃度為80mg/Nm3左右，LT 法一次除塵煙氣排放濃度為15mg/Nm3左右，二次、三次除塵煙氣排放濃度為20mg/Nm3左右。按照生態(tài)環(huán)境部會同五部委聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，要求鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煙氣顆粒物排放限值≤10mg/Nm3，而傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煙氣除塵工藝很難滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。因此，國內(nèi)大多數(shù)鋼鐵企業(yè)都面臨著轉(zhuǎn)爐煙氣除塵工藝升級改造的重任。

本文列舉了在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐一次、二次、三次煙氣除塵工藝設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行工程改造的技術(shù)與途徑，并對比分析了各種煙氣除塵改造技術(shù)與途徑的優(yōu)勢和存在的問題，以期為鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煙氣超低排放除塵改造工程提供一定的借鑒。

1 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝流程主要分為加料、氧氣吹煉、出鋼、濺渣護(hù)爐過程。加料過程：首先將廢鋼裝入爐內(nèi)，然后兌入鐵水，最后加入適量的造渣材料（如生石灰等）。氧氣吹煉過程：加料結(jié)束后開始下氧槍進(jìn)行吹煉，氧氣流直接跟高溫鐵水發(fā)生反應(yīng)，按工藝要求進(jìn)行脫碳、升溫、脫硫、脫磷、去除雜質(zhì)，待鋼水的成分和溫度都達(dá)到要求時，即停止吹煉、提槍、準(zhǔn)備出鋼。出鋼過程：出鋼過程中轉(zhuǎn)爐爐體向出鋼方向傾斜，使鋼水從出鋼口注入鋼水包里，同時加入脫氧劑及各類合金進(jìn)行脫氧和調(diào)節(jié)成分。濺渣護(hù)爐過程：出鋼完畢后將爐體恢復(fù)到垂直狀態(tài)，并下槍吹氮氣進(jìn)行濺渣護(hù)爐。

在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼各個流程中均有含塵煙氣產(chǎn)生。其中轉(zhuǎn)爐吹煉時被一次除塵風(fēng)機(jī)吸走的煙氣為一次煙氣，采用一次煙氣除塵工藝進(jìn)行處理；以上各流程中外溢出爐口而被二次、三次除塵風(fēng)機(jī)抽走的煙氣為二次、三次煙氣，采用二次、三次煙氣除塵工藝進(jìn)行處理。除塵后的煙氣通過煙囪排放至大氣中。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼一次煙氣除塵工藝超低排放改造

為實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煙氣超低排放，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在原有煙氣除塵工藝基礎(chǔ)上紛紛進(jìn)行了升級改造，出現(xiàn)了一系列轉(zhuǎn)爐煉鋼一次煙氣除塵組合改造技術(shù)，這些除塵改造技術(shù)雖然都能實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼一次除塵煙氣超低排放，但各有利弊。

2.1 傳統(tǒng)OG法除塵工藝超低排放改造

傳統(tǒng)OG 法工藝流程：轉(zhuǎn)爐煙氣→活動煙罩→汽化冷卻煙道→噴淋降溫塔（簡稱一文）→可調(diào)喉口文氏管（簡稱二文）→旋流脫水器、彎頭脫水器→水霧分離器→一次除塵風(fēng)機(jī)→三通切換閥→煤氣回收、放散。截至目前，OG 法逐代發(fā)展中，一文塔、二文塔及旋流脫水器等分別被噴霧洗滌塔、環(huán)縫文氏管、絲網(wǎng)脫水器等設(shè)備更新取代，但是除塵機(jī)理均為前期粗除塵，后期精除塵。轉(zhuǎn)爐吹煉時產(chǎn)生的高溫含塵煙氣，在除塵風(fēng)機(jī)的抽引下，經(jīng)活動罩裙和汽化煙道冷卻后進(jìn)入一文塔，在一文噴水的作用下滅火、降溫、降塵，實現(xiàn)粗除塵；隨后煙氣進(jìn)入二文塔，在二文噴水作用下對細(xì)小顆粒進(jìn)一步除塵，實現(xiàn)精除塵；隨后煙氣由脫水器進(jìn)一步脫水，達(dá)到精脫水目的（此時煙氣含塵量為80mg/Nm3左右）；最后經(jīng)過一次除塵風(fēng)機(jī)及三通閥切換實現(xiàn)煙氣的回收與放散，放散時含塵煙氣由煙囪排至大氣中。

目前傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐OG 法煙氣除塵工藝很難滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，因此需要對現(xiàn)有傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐一次煙氣OG 法除塵工藝進(jìn)行升級改造。現(xiàn)有傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐OG 法實現(xiàn)一次煙氣超低排放改造方式主要包括：“OG+濕法電除塵、OG+高效凈化塵霧分離器、OG+相變凝聚塔+高效模式除塵器、OG+聲波團(tuán)聚除塵”。

2.1.1 OG+濕法電除塵

該改造方式是將濕法靜電除塵器嵌入在一次除塵風(fēng)機(jī)前的管道，OG 系統(tǒng)無任何改動。工藝流程：轉(zhuǎn)爐煙氣→OG 設(shè)備設(shè)施→濕式電除塵器（新）→一次除塵風(fēng)機(jī)。

煙氣通過原OG 系統(tǒng)設(shè)備后進(jìn)入新建的濕法電除塵器，含有粉塵顆粒的飽和煙氣在濕法電除塵器的高壓電場中通過時，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，此時煙氣中粉塵顆粒在電場力的作用下向陽極運動，并在陽極放電后沉積于陽極板上。沉積于陽極板上的粉塵顆粒通過周期性水沖洗被排走和處理。該煙氣凈化處理方式可實現(xiàn)細(xì)小粉塵顆粒除塵，尤其對亞微米的粉塵顆粒凈化效果明顯，可實現(xiàn)超低排放。此改造方式占地小、便于施工，且均為成熟技術(shù)，但循環(huán)水量大、增加能耗。

2.1.2 OG+高效凈化塵霧分離器

該改造方式是將高效凈化塵霧分離器嵌入在一次除塵風(fēng)機(jī)前管道，OG 系統(tǒng)無任何改動。工藝流程：轉(zhuǎn)爐煙氣→OG 設(shè)備設(shè)施→高效凈化塵霧分離器（新）→一次除塵風(fēng)機(jī)。

煙氣通過原OG 系統(tǒng)后進(jìn)入新建的高效凈化塵霧分離器，分離器前配有水噴霧裝置對煙氣進(jìn)行霧化，煙氣中的粉塵顆粒被霧化水濕潤和捕獲，凝聚為較大的含塵水滴。霧化后的煙氣再經(jīng)過高效塵霧分離器，煙氣中的含塵水滴大量被分離器捕捉并沉降排出，可實現(xiàn)超低排放。此改造方式占地相對小，便于施工，但增加能耗。

2.1.3 OG+相變凝聚塔+高效膜式除塵器

該改造方式是將高效膜式除塵器嵌入在一次除塵風(fēng)機(jī)前管道，將OG系統(tǒng)部分設(shè)備改為相變凝聚塔。工藝流程：轉(zhuǎn)爐煙氣→OG設(shè)備設(shè)施（部分改造，增設(shè)相變凝聚塔）→高效膜式除塵器（新）→一次除塵風(fēng)機(jī)。

煙氣通過OG 系統(tǒng)設(shè)備時，在相變凝聚塔內(nèi)對粉塵進(jìn)一步凝聚便于除塵，進(jìn)入高效膜式除塵器時，細(xì)小的水滴在設(shè)備內(nèi)撞擊積聚，形成大顆粒水滴，并在離心力及氣流的旋轉(zhuǎn)作用下分離。頂部高效膜式除塵模塊具有超精除塵、終極脫水除霧的作用，可實現(xiàn)超低排放。此改造方式需將原OG 系統(tǒng)部分設(shè)備進(jìn)行改造，較難施工，且增加能耗。

2.1.4 OG+聲波團(tuán)聚除塵

該改造方式是將OG 旋流脫水器改造為聲波團(tuán)聚除塵器，OG 系統(tǒng)其余設(shè)施無任何改動。工藝流程：轉(zhuǎn)爐煙氣→OG 設(shè)備設(shè)施（旋流脫水器改造為聲波團(tuán)聚除塵器）→一次除塵風(fēng)機(jī)[2]。

煙氣通過OG 系統(tǒng)二文后進(jìn)入聲波團(tuán)聚除塵器，除塵器采用高強(qiáng)聲場對煙氣進(jìn)行輻射處理。通過調(diào)節(jié)聲波頻率使煙氣中粉塵顆粒達(dá)到最佳團(tuán)聚效果，在短短數(shù)秒內(nèi)可使煙氣中的粉塵顆粒發(fā)生團(tuán)聚，這為提高后續(xù)的除塵效率創(chuàng)造了有利條件，從而實現(xiàn)超低排放。此改造方式原設(shè)備小范圍變動，施工方便，除塵效率高。

2.2 傳統(tǒng)LT法除塵工藝超低排放改造

傳統(tǒng)LT法除塵工藝流程：轉(zhuǎn)爐煙氣→活動煙罩→汽化冷卻煙道→蒸發(fā)冷卻器→電除塵器→ID風(fēng)機(jī)→杯閥切換→煤氣回收、放散（回收時經(jīng)過煤冷塔）。轉(zhuǎn)爐在冶煉過程中產(chǎn)生大量高溫?zé)煔猓?jīng)汽化冷卻煙道降溫后，進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器，蒸發(fā)冷卻器內(nèi)部雙流霧化噴嘴噴水對煙氣進(jìn)行冷卻降溫，然后煙氣進(jìn)入圓筒式電除塵器進(jìn)行精除塵。在軸流風(fēng)機(jī)的引力作用下，煙氣經(jīng)消音器、切換站，合格的煙氣經(jīng)煤氣冷卻器降溫后送往煤氣柜，不合格的含塵煙氣經(jīng)煙囪放散[3]。

目前傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐LT 法煙氣除塵工藝很難滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，因此需要對現(xiàn)有傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐一次煙氣LT 法除塵工藝進(jìn)行升級改造。現(xiàn)有傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐LT 法實現(xiàn)一次煙氣超低排放改造方式主要包括：“LT+布袋除塵、LT+煤冷塔前移”。

2.2.1 LT+布袋除塵

該改造方式是將布袋除塵器嵌入在放散杯閥及放散煙囪之間的管道上，LT系統(tǒng)其余設(shè)施無任何改動。工藝流程：轉(zhuǎn)爐煙氣→LT設(shè)備設(shè)施→ID風(fēng)機(jī)→杯閥切換→煤氣回收、放散（放散時通過布袋除塵器）。

布袋除塵器對細(xì)小粉塵具有高效脫除作用。在放散煙氣通過布袋除塵器時，對煙氣中細(xì)小粉塵進(jìn)一步脫除，可實現(xiàn)超低排放。此改造方式存在布袋結(jié)露失效、燃爆風(fēng)險。

2.2.2 LT+煤冷塔前移

該改造方式是將原LT 工藝中的煤冷塔移至ID風(fēng)機(jī)與杯閥之間，LT 系統(tǒng)其余設(shè)施無任何改動。工藝流程：轉(zhuǎn)爐煙氣→LT 設(shè)備設(shè)施→ID 風(fēng)機(jī)→煤冷塔（前移）→杯閥切換→煤氣回收、放散。

改造后，放散煙氣經(jīng)過煤冷塔進(jìn)一步噴水降溫、除塵，從而實現(xiàn)超低排放。改造后阻力增大，能耗增大。

3 轉(zhuǎn)爐煉鋼二次、三次煙氣除塵工藝超低排放改造

二次、三次煙氣除塵工藝：轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的外溢煙氣→自吸塵口吸入除塵管道→進(jìn)入到逆噴布袋除塵器內(nèi)→二次、三次除塵風(fēng)機(jī)→放散煙囪。為進(jìn)一步降低排放濃度實現(xiàn)超低排放，二次、三次除塵在現(xiàn)有基礎(chǔ)上可通過“除塵器擴(kuò)容、布袋改型”的方式提升改造。

3.1 除塵器擴(kuò)容

除塵器擴(kuò)容是增設(shè)新除塵器及除塵風(fēng)機(jī)。擴(kuò)容后除塵器整體過濾面積及風(fēng)量均增大，此改造占地大，投資高，施工周期長，適宜于需要提升整體除塵風(fēng)量的系統(tǒng)改造。

3.2 布袋改型

布袋改型是將現(xiàn)有除塵器普通非覆膜濾料更換為高效低阻力的覆膜濾料[4]，此改造不需要增加占地面積，改造時間短，投資相對低，適宜于現(xiàn)場風(fēng)量不需要提高，現(xiàn)有布袋除塵器過濾面積不變的系統(tǒng)改造。

4 結(jié)語

各鋼鐵企業(yè)為實現(xiàn)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煙氣超低排放，傳統(tǒng)的濕法、干法一次除塵以及二次、三次除塵可根據(jù)上述不同改造組合的技術(shù)和改造特點，結(jié)合企業(yè)自身實際情況采用相應(yīng)的提升改造組合方式，且各改造組合方式均能達(dá)到煙氣顆粒物排放值≤10mg/Nm3的目標(biāo)。

“OG+濕法電除塵、OG+高效凈化塵霧分離器”兩者均無需對原OG系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行改動，僅增設(shè)新設(shè)備，改造占地相對小，便于施工；“OG+相變凝聚塔+高效膜式除塵器”需對原OG系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行改動，同時需增設(shè)新設(shè)備，改造較難施工；“OG+聲波團(tuán)聚除塵”需對原OG系設(shè)備進(jìn)行改動，但改造范圍小。“LT+布袋除塵器”無需對原LT系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行改動，需增設(shè)新布袋除塵器；“LT+煤冷塔前移”無需增設(shè)新設(shè)備，但需對原煤冷系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行整體移位。二次、三次除塵器擴(kuò)容需增設(shè)新除塵器及除塵風(fēng)機(jī)，占地大且投資高；二次、三次除塵器除塵布袋改型無需增設(shè)新設(shè)備，需對現(xiàn)有除塵布袋進(jìn)行整體更換，改造不占地且投資相對低。