鋼鐵冶金設備論文

轉爐煤氣干法（LT）凈化回收技術的國產(chǎn)化國家已將節(jié)能減排，改善環(huán)境提升到關系全局的戰(zhàn)略高度，強調所有民眾要有認清其極端的重要性和緊迫感，而冶金節(jié)能減排是治理之重點，消化了國外先進技術，自主研發(fā)創(chuàng)新，提升我國節(jié)能環(huán)保的技術裝備水平，是冶金科技工作者的歷史責任。一 概述氧氣轉爐煉鋼采用吹氧冶煉，在吹煉過程中，其煙氣量煙氣成份和煙氣溫度隨冶煉階段呈周期性變化。同時在吹煉過程中，會產(chǎn)生大量煙塵和CO氣體，特別在吹煉中期CO濃度可達80%以上，一般情況下，轉爐煤氣成份中CO的含量占5566%（體積百分比），其煙塵成份中金屬鐵占13%，F(xiàn)eO占68.4%，F(xiàn)e2O3占6.8%，當CO含量在60%左右時，其熱值可達8000KJ/Nm3，而煙塵量一般為1020kg/t鋼。從中可以看出，在氧氣轉爐煉鋼中，轉爐煤氣中CO含量很高，煙塵中鐵含量也很高，因此都有很高的回收利用價值。通過轉爐煤氣的回收，不僅可以節(jié)約大量能源，而且對煙塵加以綜合利用，變廢為寶，同時又凈化了大氣環(huán)境。l 國內外概況和發(fā)展趨勢隨著氧氣轉爐煉鋼生產(chǎn)的發(fā)展，煉鋼工藝的日趨完善，相應的除塵技術也在不斷地發(fā)展完善。目前，氧氣轉爐煉鋼的凈化回收主要有兩種方法，一種是煤氣濕法（OG法）凈化回收系統(tǒng)，一種是煤氣干法（LT法）凈化回收系統(tǒng)。日本新日鐵和川崎公司于60年代聯(lián)合開發(fā)研制成功OG法轉爐煤氣凈化回收技術。OG法系統(tǒng)主要由煙氣冷卻、凈化、煤氣回收和污水處理等部分組成。其煙氣經(jīng)冷卻煙道后進入煙氣凈化系統(tǒng)，煙氣凈化系統(tǒng)包括兩級文氏管、脫水器和水霧分離器，煙氣經(jīng)噴水處理后，除去煙氣中的煙塵，帶煙塵的污水經(jīng)分離、濃縮、脫水等處理，污泥送燒結廠作為燒結原料，凈化后的煤氣被回收利用。系統(tǒng)全過程采用濕法處理，該技術存在的缺點：一是處理后的煤氣含塵量較高，達100mg/Nm3以上，要利用此煤氣，需在后部設置濕法電除塵器進行精除塵將其含塵濃度降至10 mg/Nm3以下；二是系統(tǒng)存在二次污染，其污水需進行處理；三是系統(tǒng)阻損大，所以其能耗大，占地面積大，環(huán)保治理及管理難度較大。鑒于以上情況，德國魯奇公司和蒂森鋼廠在60年代末聯(lián)合開發(fā)了轉爐煤氣干法（LT法）凈化回收技術。LT法系統(tǒng)主要由煙氣冷卻凈化回收和粉塵壓塊三大部分組成，其煙氣經(jīng)冷卻煙道使煙氣溫度由1450C左右降至8001000C，然后進入煙氣凈化系統(tǒng)。煙氣凈化系統(tǒng)由蒸發(fā)冷卻器和圓筒型電除塵器組成，煙氣通過蒸發(fā)冷卻器使其溫度繼續(xù)降至180200C，同時通過調質處理，使煙塵的比電阻降低并收集了粗粉塵，經(jīng)過初步處理的煙氣進入圓筒型電除塵器，經(jīng)過進一步的凈化，使其含塵濃度降至10 mg/Nm3以下，以獲得最佳的除塵效果。由電除塵器和蒸發(fā)冷卻器收下的粉塵經(jīng)輸送機送到壓塊站，在回轉窯中將粉塵加熱到500600C，通過壓塊機采用熱壓塊的方式將粉塵壓制成型，成型的粉塊可直接用于轉爐煉鋼。LT法主要的優(yōu)點：一是除塵效率高，通過電除塵器可直接將粉塵濃度降至10 mg/Nm3以下；二是該系統(tǒng)全部采用干法處理，不存在二次污染；三是系統(tǒng)阻損小，煤氣發(fā)熱值高，回收粉塵可直接利用，節(jié)約了能源；四是系統(tǒng)簡化，占地面積小。因此，LT法干法除塵技術比OG法濕法除塵技術有更高的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。由于該系統(tǒng)具有能耗低，除塵效率高，并取消了污泥系統(tǒng)，轉爐煤氣與粉塵均得到了綜合利用，并可以部分或完全補償轉爐煉鋼過程的全部能耗，有望實現(xiàn)轉爐負能耗煉鋼的目標，因而獲得世界各國的普遍重視和采用。到目前為止，轉爐煤氣干法（LT法）凈化回收技術在德國、奧地利、韓國、澳大利亞、法國、盧森堡等國得到應用，與此同時，美、英、日也開始采用該技術，應用總數(shù)已達40套以上。轉爐煤氣干法（LT法）凈化回收技術在國際上已被認定為今后的發(fā)展方向。l 經(jīng)濟效益和社會效益分析由于氧氣轉爐干式電除塵技術具有獨特的優(yōu)越性，所以被越來越多的國家所采用以取代OG法。采用干式電除塵技術，不但經(jīng)濟效益明顯，且環(huán)境效益也佳。根據(jù)寶鋼轉爐煤氣濕法（OG法）凈化回收系統(tǒng)及干法(LT法)凈化回收系統(tǒng)運行的經(jīng)驗，采用干法電除塵技術，每噸鋼可節(jié)約電1.1度，節(jié)水3噸，并可回收10.5公斤含鐵75%以上的煙塵和相當于20升左右燃料油的優(yōu)質煤氣.此外,每噸還可節(jié)約生產(chǎn)費用2.5元人民幣。我國目前廣泛采用的轉爐濕式除塵系統(tǒng)(OG法)，除寶鋼外，一般大、中型轉爐除塵噸鋼耗電平均為6度，小型轉爐除塵耗電平均1015度。轉爐煤氣的回收率很低，轉爐除塵的污水處理復雜，污泥均未合理的綜合利用。如果一個年產(chǎn)300萬噸鋼的大型氧氣轉爐煉鋼車間由OG法改用LT法干式電除塵，假定它們回收的能量和煙塵相等，僅節(jié)電，節(jié)水和節(jié)約生產(chǎn)費用三項合計的年經(jīng)濟效益年，按最保守的估計也在1700萬元以上。其中：節(jié)約工業(yè)用電：0.4 x 1.1 x 3000000=900萬元(每度電按0.4元計)節(jié)約工業(yè)用水：1.0 x 3.0 x 3000000=132萬元(每噸水按1.0元計)節(jié)約生產(chǎn)費用：2.5 x 3000000=750萬元此外，含鐵粉塵壓球后代替轉爐廢鋼和礦石也將是一筆可觀的附加收入如果在我國普遍推行轉爐干法電除塵，全年除塵耗電可減少近3億度。若將轉爐可回收的煤氣與蒸汽都綜合起來，折合成標準煤，每噸鋼可回收35公斤左右，可望實現(xiàn)低能或無能練鋼。更值得注意的是干法回收的粉塵，成球后直接返回轉爐替代廢鋼或礦石作為冷卻劑，直接回收其金屬鐵，可增加鋼產(chǎn)量180噸/每萬噸鋼。使煤氣粉塵排放量大大低于國家環(huán)境保護要求，創(chuàng)造一個良好的生產(chǎn)環(huán)境和生活環(huán)境。大大減少了原系統(tǒng)的設備維修費用。l 轉爐煤氣干法（LT法）與濕法（OG法）除塵的技術經(jīng)濟指標比較在新建或改造一座煉鋼轉爐時，其除塵系統(tǒng)選擇干法除塵，還是濕法除塵，以下引用德國魯奇公司兩座次150噸轉爐為例。提供干法與濕法除塵的技術經(jīng)濟比較，對設計人員、用戶選擇除塵方法有一定的參考價值。1.基本參數(shù)氧氣量42000 Nm3/h轉爐容量150 t年鋼產(chǎn)量1.3x106 t冶煉周期性4050min吹氧時間1617 min每天吹煉爐數(shù)30爐原始爐氣量94000 Nm3/h燃燒系數(shù)0.1煙氣量110000 Nm3/h出汽化冷卻器溫度1000C2.除塵系統(tǒng)相應設備的主要技術數(shù)據(jù)對比OG濕法除塵LT干法除塵降溫文氏管t=78C蒸發(fā)冷卻塔t=150CP=3000 PaP=100 Pa除塵文氏管P=12000 Pa靜電除塵器P=200 Pa出口含塵100 mg/Nm3出口含塵10 mg/Nm3高壓離心風機P=21000 Pa單機軸流風機P=6500 Pa功耗N=1865 kW功耗N=610 kW-飽和冷卻器煤氣含塵量10 mg/Nm3煤氣含塵量10 mg/Nm3污水沉凝裝置干法輸送儲存裝置污泥脫水裝置干法成球壓塊裝置污泥干燥-污泥返回燒結沉塊返回燒結消耗指標每爐耗電1235 kW消耗指標每爐耗電335 kW每爐耗水70 m3每爐耗水25 m33.投資比較比較內容簡介OG法LT法一次投資額(百萬德國馬克)18.6/(100)20.5/(110)年經(jīng)濟收益(百萬德國馬克)煤氣球團合計13.0-13.0/(100)13.03.916.9/(130)年經(jīng)營費用(百萬德國馬克)利息年利7.5%折舊每年8.33%操作費維修、保險費工資待遇(3%5%)合計1.41.551.740.440.695.82/(100)1.541.710.490.400.384.52/(78)噸鋼費用(德國馬克)4.483.48注:比較內容中投資費用不包括煙罩、汽化冷卻煙道、煤氣柜與煙氣管道。上述分析表明，干法電除塵系統(tǒng)的初次投資比濕式系統(tǒng)約高10%。但由于干式系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，所以其年消耗費用比濕法低22%。從綜合比較表可看出，干法所多花的投資，不到一年半時間即可全部收回，而且隨著運行時間的增長，干法除塵的經(jīng)濟效益逐年增加。二 轉爐煤氣干法（LT）凈化回收技術轉爐煤氣干法除塵系統(tǒng)工藝流程為：約1550的轉爐煙氣在風機的抽引作用下，經(jīng)過煙氣冷卻系統(tǒng)(活動煙罩、熱回收裝置及汽化冷卻煙道)，使溫度降至8001200后進入蒸發(fā)冷卻器。蒸發(fā)冷卻器內有若干個雙介質霧化冷卻噴嘴，對煙氣進行降溫、調質、粗除塵，煙氣溫度降低到150200，同時約有40%的粉塵在蒸發(fā)冷卻器的作用下被捕獲，形成的粗顆粒粉塵通過鏈式輸送機輸入粗灰料倉。經(jīng)冷卻、粗除塵和調質后的煙氣進入圓筒形靜電除塵器，煙氣經(jīng)靜電除塵器除塵后含塵量降至10/3以下。靜電除塵器收集的細灰，經(jīng)過扇形刮板器、底部鏈式輸送機和細灰輸送裝置排到細煙塵倉。經(jīng)過靜電除塵器精除塵的合格煙氣通過煤氣圖1：煤氣冷卻和凈化，CO氣體回收冷卻器降溫到7080后進入煤氣柜，氧含量2%的煤氣通過火炬裝置放散。整套系統(tǒng)采用自動控制，與轉爐的控制相結合。轉爐煤氣干法除塵系統(tǒng)主要構成及技術特點1蒸發(fā)冷卻器轉爐冶煉時，含有大量的高溫煙氣冷卻后才能滿足干法除塵系統(tǒng)的運行條件。蒸發(fā)冷卻器入口的煙氣溫度為8501200，出口溫度約為200才能達到靜電除塵器的條件。為此，采用若干個雙流噴嘴調節(jié)最佳水量降溫。雙流噴嘴的水量可根據(jù)進入蒸發(fā)冷卻器內的干燥氣體的熱含量隨時調整。通入的蒸汽使水霧化成細小的水滴，水滴受煙氣加熱被蒸發(fā)，在汽化過程中吸收煙氣的熱量，從而降低煙氣溫度。蒸發(fā)冷卻器除了冷卻煙氣外，還可依靠氣流的減速以及進口處水滴對煙塵的潤濕將粗顆粒的煙塵分離出去，達到除塵的目的?；覊m聚積在蒸發(fā)冷卻器底部由鏈式輸送機輸出。蒸發(fā)冷卻器還有對煙氣進行調節(jié)改善的功能，即在降低氣體溫度的同時提高其露點，改變粉塵比電阻，有利于在靜電除塵器中將粉塵分離出來。除了煙氣冷卻和調節(jié)以外，占煙氣中總灰塵含量約40%的粗灰也在蒸發(fā)冷卻器中進行收集。2靜電除塵器靜電除塵器為圓筒形靜電除塵器，它是轉爐煤氣干法除塵系統(tǒng)中的關鍵除塵設備，其主要技術特點為： 優(yōu)異的極配形式。由于轉爐煤氣的含塵量較高，在進入電除塵器時，一般為4055/3，而除塵器出口的排放濃度要求小于10/3。這就要求電除塵器具有非常高的除塵效率，而除塵效率高低的主要因素就取決于其極配設計的合理性。該除塵器分為4個獨立的電場，平行布置。每個電場均采用了24型陽極板，由于煙氣溫度較高，所以陽極板采用了一種耐溫材料。針對4個電場的先后順序，陰極采用了不同的形式和材質。通過對投運設備的檢測，證明了該極配形式能夠保證除塵效率。 良好的安全防爆性能。由于轉爐煤氣屬于易燃易爆介質，對設備的強度、密封性及安全泄爆性提出了很高的要求。該除塵設備采用了抗壓的圓筒外形，而且在錐形進出口各裝有可靠的泄爆裝置，從而保證了除塵器長期運行的安全可靠性。 除塵器內部的扇形刮灰裝置。電除塵器內部刮灰裝置是電除塵器中非常重要的一部分，電除塵器排灰是否順利，會影響到整個系統(tǒng)的正常運轉。該除塵器的刮灰裝置采用齒輪帶動弧形齒條傳動，并采用干油集中潤滑，保證了刮灰裝置的順利運行。 耐高溫鏈式輸送機。由于該除塵設備除塵效率高，所以有大量的灰需要即時輸送出去。設備采用了可靠的耐高溫鏈式輸送機進行輸灰，確保輸灰順暢。3 風機站安裝在圓筒式后面的ID風機用于將轉爐廢氣輸送到放散塔的出口或煤氣柜。干法除塵系統(tǒng)的特點是在靜電除塵器上的壓力損耗低，它可選用較低的風機功率，為此可以使用軸流風機。與離心風機相比，軸流風機可通過變頻電機實現(xiàn)無級調速。另外，氣流送進煤氣柜之前應升高到較高的壓力水平。為了在流量控制范圍內升高壓力，調整ID風機的速度。圖2：煤氣量控制第1部分放散塔布置在ID風機的下游。點火裝置位于清洗塔上部。在放空前，含有一氧化碳的廢氣用點火裝置點燃后放散。根據(jù)一氧化碳的含量，在從風機到放散塔或煤氣柜之間裝有切換杯閥。由高壓泵、比例閥等組成的液壓系統(tǒng)控制二個杯閥的開啟和閉合，達到或放散或回收的目的。切換站的功能如下：根據(jù)轉爐產(chǎn)生的煤氣含量，及轉爐實際的工況條件控制“放散”或“回收”。當實現(xiàn)放散時，液壓系統(tǒng)通過控制比例圖3：煤氣量控制第2部分閥的開度，控制放散杯閥打開，回收杯閥關閉，將煤氣輸送到放散塔；實現(xiàn)回收時，控制回收杯閥打開，放散杯閥關閉，將煤氣輸送給煤氣冷卻器，直至煤氣柜。4煤氣冷卻器煤氣冷卻器在靜電除塵器后主要起洗滌降溫作用，把經(jīng)過靜電除塵器除塵的合格煙氣(150200)降溫到7080后排入煤氣柜。煤氣冷卻器內上部裝有兩層噴水系統(tǒng)，合格煙氣從煤氣冷卻器下部進入頂部排出，從而達到降溫作用。圖4：煤氣回收轉換站5控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)共分三個控制回路：蒸發(fā)冷卻器的溫度控制、風機流量控制、切換站氣體成分控制。整個控制系統(tǒng)的關鍵技術是靜電除塵器的高壓變壓整流設備的控制，其性能特點是全面結合了濕、干及熱性氣體靜電除塵器的電子處理技術及相關領域的知識和經(jīng)驗。對于諸如不斷變化的操作狀態(tài)、極端的過程波動和多電極配置等情況，不能完全用純數(shù)學的方式描述；因此在閃絡判別、電暈效應的最優(yōu)化等方面采用了模糊控制，改善了煙氣的凈化效果；通過數(shù)字輸入來實現(xiàn)外部操作或觸發(fā)操作方式，具有處理特殊的負載狀態(tài)的功能，并根據(jù)工藝過程引起的負載變化來調節(jié)電壓以達到節(jié)能目的。通過光纜與配套系統(tǒng)或PC連接，實現(xiàn)計算機對除塵器節(jié)能的自動控制與除塵器的電流、電壓值在遠程的實時監(jiān)視。另該技術設備是與干式靜電除塵配套設備。根據(jù)吹煉、停吹、振打等三種工作狀態(tài)，進行火花跟蹤控制、間歇供電、反電暈檢測、峰值跟蹤控制并提供各種保護功能。按設定好的程序對電壓和電流進行調節(jié)，以發(fā)揮最大的電流效率，確保安全生產(chǎn)。該成套技術設備是由北京博謙工程技術有限公司在研究和跟蹤國外技術的基礎上自主創(chuàng)新，并已經(jīng)將該套設備投入鋼鐵企業(yè)實際運行。蒸發(fā)冷卻器的溫度控制根據(jù)出入口煙氣溫度、流量調節(jié)噴水量，確保煙氣出口溫度在控制范圍內。煙氣在汽化冷卻和除塵裝置中的流量由流量控制系統(tǒng)確定。煙氣流量可通過煙氣流量調節(jié)器的輸出信號控制，這種控制可通過改變風機的轉速來實現(xiàn)，使爐口保持微正壓。汽化冷卻煙道中的靜壓力是決定煙氣流量調節(jié)的主要參數(shù)，另外對煙氣流量調節(jié)起作用的影響參數(shù)是吹氧量和煙氣量，在轉爐正常作業(yè)中，1臺計算機負責處理這三個參量并將此作為修正參量輸給風機速度調節(jié)控制機構。對于在煉鋼過程中進行的加料作業(yè)，如礦石或石灰石，或者輔助作業(yè)，系統(tǒng)的煙氣流量調節(jié)系統(tǒng)將根據(jù)給定的程序做出反應。切換站氣體成分控制是在規(guī)定的時間內根據(jù)煙氣成分分析確定切換站的動作。當煙氣中含量大于規(guī)定值30%、氧氣含量小于規(guī)定值2%時，回收煙氣閥打開。煙道轉換所用閥門配有調節(jié)元件，流線型通道形狀調整膜，便于在煙氣切換時平衡系統(tǒng)的壓力，防止在轉爐口煙氣捕集點發(fā)生喘振現(xiàn)象。轉爐煤氣干法除塵系統(tǒng)自動化控制范圍從汽化冷卻煙道開始到煤氣冷卻器結束，設一級基礎自動化，與轉爐本體、汽包等自動化系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)通訊，組成以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)。其自動化控制水平高，具有自適應功能的控制軟件，使得干法除塵系統(tǒng)的運行更加符合煉鋼工藝的實際變化情況。三轉爐煤氣凈化回收技術的研究和開發(fā)在轉爐煤氣凈化回收技術的研究和開發(fā)方面，我所從90年代初開始這方面的研究和開發(fā)。自寶鋼轉爐引進轉爐煤氣濕法（OG法）凈化回收系統(tǒng)和干法（LT法）凈化回收系統(tǒng)以來，西安重型機械研究所一直跟蹤調研，在消化國外設備基礎上，結合國內情況，開發(fā)了轉爐煤氣凈化回收系統(tǒng)中的關鍵設備。1）轉爐煤氣濕法（OG法）凈化回收系濕式電除塵技術的開發(fā)應用根據(jù)目前國內絕大多數(shù)轉爐采用濕法（OG法）凈化回收這一國情，在消化吸收寶鋼引進轉爐煤氣精除塵濕式電除塵器的基礎上，對濕式電除塵霧化噴嘴及噴水系統(tǒng)、極配形式、陽極板電流密度、粉塵理化性能分析、氣流分布、絕緣性能等進行了試驗研究，率先在國內開發(fā)出了適用于轉爐煤氣精除塵的濕式板臥式電除塵器（專利），該電除塵器除塵效率高，能耗低，安全可靠性強，使轉爐煤氣在凈化后其含塵濃度小于10 mg/Nm3，解決了轉爐煤氣在濕法（OG法）凈化后其含塵濃度過高的問題，替代了國內技術水平落后的老式立管濕式電除塵器。該電除塵器已在鞍鋼、包鋼、武鋼、唐鋼等數(shù)十家鋼鐵公司得到成功的應用，并在全國各鋼鐵公司廣泛推廣。2）轉爐煤氣干法（LT法）凈化回收系統(tǒng)關鍵技術的試驗研究轉爐煤氣干法（LT法）凈化回收系統(tǒng)中關鍵設備是圓筒型干法電除塵器。在轉爐煤氣濕式電除塵技術開發(fā)研究的基礎上，特別在寶鋼三期工程引進轉爐煤氣干法（LT法）凈化回收系統(tǒng)后，西重所對其關鍵設備及其技術進行了消化吸收，主要對轉爐煤氣干法電除塵系統(tǒng)中的關鍵設備及其技術進行試驗研制和開發(fā)。根據(jù)各廠工藝情況有所不同，采用轉爐干法電除塵系統(tǒng)的內部結構略有不同，但其主要流程及技術關鍵（即蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)、電除塵器、高壓電源、粉塵回收系統(tǒng)）是基本相同的。因此，結合我國鋼鐵行業(yè)的情況和特點，開發(fā)出一種適合我國大、中、小轉爐新建、改造的投資少、能耗低、建設速度快的干法電除塵系統(tǒng)作為主要研制目標。轉爐煤氣干法電除塵系統(tǒng)中的關鍵設備及其技術主要有以下幾方面：蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)主要由蒸發(fā)冷卻器、霧化噴嘴、溫度調節(jié)及控制系統(tǒng)組成，其作用是將經(jīng)過冷卻煙道的轉爐煙氣，再進一步降低到180200，另一方面對煙氣進行增濕調質，以降低煙塵的比電阻，同時進行初除塵，有利于電除塵器除塵效果，在該系統(tǒng)中，著重研究以下方面的關鍵技術：溫度調節(jié)及控制技術的研究與開發(fā)。霧化噴嘴的研制開發(fā)。蒸發(fā)冷卻器本體結構的設計與研制。圓筒型干法電除塵器轉爐煤氣干法電除塵器主要由圓筒形殼體、收塵部分、清灰系統(tǒng)和輸灰系統(tǒng)等組成。由于轉爐煙氣中含有大量的CO可燃氣體，易產(chǎn)生爆炸，除塵器被設計成圓桶形，并在進出口喇叭上設有相應的安全防爆門，以消除在生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的壓力沖擊波。電除塵器一般配有四個電場，經(jīng)電除塵器處理的煙氣含塵濃度要求小于10 mg/Nm3，電除