轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

煤氣表通過泵送的過濾技術(shù)可分為濕法（og法）和法。由于以文氏噴霧法為主的濕式廢水處理技術(shù)具有能耗高、廢水含礦量高等缺點(diǎn)?？紤]到世界鋼鐵行業(yè)高度集中的節(jié)能環(huán)保，如發(fā)電濕式水裝置（bt）越來越受到重視。中國已將其納入《國家重點(diǎn)行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)目錄》，并將其推廣。了解國內(nèi)外轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用情況,對(duì)鋼鐵企業(yè)選擇先進(jìn)的除塵工藝,從而降低噸鋼能耗、提高煤氣回收率、實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼具有重要意義。一、煙氣余熱除塵法法1最早的轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵工藝是由德國Lurgi和Thyssen在20世紀(jì)60年代末聯(lián)合開發(fā)的LT法,西門子-奧鋼聯(lián)(SIMENS-VAI)公司在此基礎(chǔ)上改進(jìn)出DDS法近幾年我國中冶京誠、中冶賽迪、西重所等單位也開發(fā)出了國產(chǎn)化的干法除塵系統(tǒng)。該法主要工藝流程見圖1,整個(gè)系統(tǒng)主要包括煤氣冷卻系統(tǒng)(活動(dòng)煙罩、汽化冷卻煙道)、除塵系統(tǒng)(蒸發(fā)冷卻器、靜電除塵器)及回收系統(tǒng)(切換站、煤氣冷卻器)。1400~1600℃的轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)活動(dòng)煙罩、汽化冷卻煙道回收蒸汽后降溫至約1000℃,進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器進(jìn)行冷卻、粗除塵及增濕調(diào)質(zhì),溫度降至150~200℃,粉塵濃度由80~150g/m3降至40~55g/m3。煤氣經(jīng)靜電除塵器精除塵后粉塵濃度達(dá)到約10mg/m3,在煤氣切換站,CO含量大于35%、O2含量小于2%的合格煤氣送煤氣冷卻器冷卻至75℃后儲(chǔ)存,不合格煤氣經(jīng)放散煙囪點(diǎn)火排放。蒸發(fā)冷卻器及靜電除塵器收集的干粉塵經(jīng)壓塊后可直接返回轉(zhuǎn)爐使用。在除塵系統(tǒng)中,蒸發(fā)冷卻器和靜電除塵器是影響轉(zhuǎn)爐煤氣除塵效果的關(guān)鍵設(shè)備。1.增強(qiáng)冷卻汽霧兩相噴嘴蒸發(fā)冷卻器引入了蒸發(fā)冷卻原理,即利用水蒸發(fā)的潛熱來使煙氣降溫,比濕法除塵通過水升溫吸熱的飽和冷卻方式大幅降低了耗水量。汽霧兩相噴嘴是實(shí)現(xiàn)有效冷卻的核心部件。現(xiàn)在廣泛使用的是雙流體外混式噴槍,冷卻水從噴嘴中心孔噴出,同時(shí)蒸汽從中心孔周圍的環(huán)形間隙噴出,在噴嘴出口處形成霧化水,噴霧顆粒小于100μm,使水100%蒸發(fā)。噴水量由計(jì)算機(jī)根據(jù)煙氣在蒸發(fā)冷卻器進(jìn)、出口的溫度和流量自動(dòng)控制。蒸汽也可以用氮?dú)獯婊蚧ハ嗲袚Q,使用氮?dú)飧吖?jié)水效果。2.自動(dòng)開啟自動(dòng)原理,設(shè)計(jì)自動(dòng)把葉片發(fā)生爆炸的裝置,方案2,將所有煙氣成分進(jìn)入燃燒靜電除塵器是轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)最關(guān)鍵的設(shè)備,控制重點(diǎn)在于防止爆炸及保證出口煙氣濃度在10~20mg/m3。由于轉(zhuǎn)爐煤氣含有約70%的CO,與空氣混合形成的可燃性氣體容易發(fā)生爆炸,所以將靜電除塵器外形設(shè)計(jì)成圓筒形,使不同成分的氣體呈柱塞狀流動(dòng)而不被混合,并在進(jìn)出口處裝有自動(dòng)啟閉安全防爆閥,在煙氣成分進(jìn)入燃燒爆炸范圍時(shí)能有效地進(jìn)行卸壓。另外還有將整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成用氮?dú)饷芊?從而隔絕空氣中的氧氣進(jìn)入除塵器發(fā)生爆炸。為降低靜電除塵器的爆炸率,我國中冶京誠工程技術(shù)有限公司研究在靜電除塵器入口煙氣管道上設(shè)置防爆裝置,于2009年申請(qǐng)了專利。該防爆裝置包括氣體成分分析儀、氣體噴射裝置及控制裝置,在檢測(cè)到煙氣中CO、O2含量達(dá)到爆炸極限范圍內(nèi)時(shí),即CO濃度大于9%、同時(shí)O2濃度大于6%時(shí),向煙氣中噴射氮?dú)?、惰性氣體、CO2或水蒸汽等,通過破壞氣體混合比例來避免爆炸。為保證除塵效率,靜電除塵器的電極選材、合理的極配形式非常重要?，F(xiàn)在使用效果較好的極配形式是鋸齒形陰極線和C形陽極板,內(nèi)設(shè)4個(gè)電場(chǎng)平行布置。奧鋼聯(lián)DDS法靜電除塵器設(shè)計(jì)的極線厚度為4~5mm,極板厚度為1.2~1.8mm,極間距為400mm。二、國內(nèi)外鋼、氣干、煤除濕技術(shù)的應(yīng)用1.浦項(xiàng)廠干法除塵系統(tǒng)目前國外轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術(shù)主要有魯奇-比肖夫(Lurgi-Bischof)的LT法和西門子-奧鋼聯(lián)(SIMENS-VAI)公司的DDS法,在德國、奧地利、韓國、澳大利亞、法國、盧森堡等國得到了廣泛應(yīng)用,美、英、日也開始采用該技術(shù),干法除塵應(yīng)用總數(shù)已達(dá)40套以上。近幾年亞洲鋼廠應(yīng)用逐漸增多,浦項(xiàng)公司在1987年將3座250t轉(zhuǎn)爐引進(jìn)LT法后,新建的浦項(xiàng)廠2套300t轉(zhuǎn)爐繼續(xù)采用該法,并計(jì)劃應(yīng)用于印度鋼廠項(xiàng)目的2座脫磷轉(zhuǎn)爐和3座脫碳轉(zhuǎn)爐。近年來兩家公司承擔(dān)的部分項(xiàng)目見表1。(1)應(yīng)用效果歐洲鋼廠在20世紀(jì)80年代開始采用干法除塵,經(jīng)過改進(jìn)設(shè)備及工藝后,進(jìn)入21世紀(jì)干法系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定,部分鋼廠轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)運(yùn)行效果如表2所示,除塵后粉塵排放濃度均在10mg/m3以下。(2)技術(shù)改進(jìn)措施對(duì)于靜電除塵器的泄爆問題,歐洲鋼廠已能夠穩(wěn)定控制,將除塵系統(tǒng)發(fā)生泄爆的次數(shù)控制在1~3次/月。泄爆主要發(fā)生在裝鐵水后至開吹前這段時(shí)間,且多在冬、夏季發(fā)生,主要原因是廢鋼帶入水分造成。歐洲鋼廠廢鋼裝入比高,并大量使用廢舊家電、汽車、飲料罐等薄板制品壓制成的廢鋼壓塊,在雨季和冬季容易積存水分,帶入轉(zhuǎn)爐后的水被還原為H2和CO,在開吹前進(jìn)入靜電除塵器并與空氣混合,造成泄爆。歐洲鋼廠的應(yīng)對(duì)措施是采取先加廢鋼后兌鐵水,控制廢鋼比在20%以下;補(bǔ)吹時(shí)泄爆采用高氧槍位和小氧量,在1min內(nèi)氧氣從零增加至550m3/min,然后為每30s增加50m3/min,下槍間隔時(shí)間大于2min。對(duì)于吹煉開始后和停吹后再開吹時(shí)由于爐氣中CO與系統(tǒng)內(nèi)的空氣混合造成的系統(tǒng)泄爆,通過設(shè)定“前燒期”和開吹后采用較小氧流量控制方法,已基本能夠杜絕。2.干法除塵系統(tǒng)運(yùn)行問題及改進(jìn)措施目前我國約90%的轉(zhuǎn)爐仍采用濕法除塵,但隨著國家節(jié)能減排政策要求的提高,國內(nèi)越來越多的鋼鐵企業(yè)意識(shí)到采用和推廣干法除塵技術(shù)的重要性。從1994年寶鋼第一次全套引進(jìn)國外轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)開始,至今已有40多座轉(zhuǎn)爐采用了干法。目前我國除少量關(guān)鍵技術(shù)和部件引進(jìn)外,大量的設(shè)備、系統(tǒng)設(shè)計(jì)已實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化,我國采用干法除塵的部分轉(zhuǎn)爐見表3。(1)應(yīng)用效果我國部分轉(zhuǎn)爐干法除塵效果見表4,不僅放散煙氣含塵量達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,煤氣回收量也大大提高。根據(jù)寶鋼經(jīng)驗(yàn),與OG法相比,采用LT法除塵工藝,噸鋼可節(jié)電約1.1kWh,節(jié)水約3t,并可回收10.5kg含鐵75%以上的粉塵和相當(dāng)于20L燃油的優(yōu)質(zhì)煤氣。(2)技術(shù)改進(jìn)措施國內(nèi)鋼廠針對(duì)干法除塵系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行了諸多改進(jìn),取得了顯著效果。1)在靜電除塵器泄爆問題上,中冶京誠在系統(tǒng)自動(dòng)化控制程序中對(duì)二次下槍冶煉模式進(jìn)行限定,避免導(dǎo)致爆炸的氣體混合;對(duì)于廢鋼含水導(dǎo)致爐氣中氫氣含量增加帶來的爆炸,采用了可以同時(shí)分析O2、CO2、CO、H2四種氣體的分析儀,并在程序中增加了對(duì)相應(yīng)成分的濃度聯(lián)鎖。天鐵開發(fā)了轉(zhuǎn)爐供氧冶煉的控制技術(shù),在轉(zhuǎn)爐開吹時(shí),供氧量為18000~20000m3/h,在90s后,當(dāng)冶煉達(dá)到C-O反應(yīng)的激烈時(shí)期,供氧再達(dá)到額定量38000m3/h。另外天鐵還在蒸發(fā)冷卻器出口增加氮?dú)庀♂屟b置,于開始冶煉前40s向除塵系統(tǒng)噴吹氮?dú)鈦硐♂寶堄郈O,有效地避免了除塵系統(tǒng)泄爆。2)優(yōu)化靜電除塵器極線-極板配置,提高使用壽命及除塵效果。由于轉(zhuǎn)爐煤氣成分復(fù)雜,極線、極板容易腐蝕斷裂,天鐵、包鋼、遷鋼等鋼廠改進(jìn)了極配形式,靜電除塵器的1、2電場(chǎng)極線采用6mm厚的不銹鋼材料,陽極板采用2mm不銹鋼,天鐵還將極間距改為350mm。另外包鋼根據(jù)除塵器前段及內(nèi)部煙氣速度、含塵量的變化特點(diǎn),將4個(gè)電場(chǎng)采用不同的電流供給,使3、4電場(chǎng)強(qiáng)度大于1、2電場(chǎng)強(qiáng)度,達(dá)到煙氣徹底凈化的效果。(3)改善蒸發(fā)冷卻器水質(zhì)國內(nèi)外一般將煤氣冷卻器的回水用于蒸發(fā)冷卻器噴嘴用水,由于水質(zhì)懸浮物較多,存在噴嘴堵塞及偏流問題,影響除塵效果。遷鋼及寶鋼采用蒸發(fā)冷卻器單獨(dú)供凈水,提高了噴嘴的可靠程度。三、我國包鋼200t轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵技術(shù)由于轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)初期投資比濕法系統(tǒng)高,而且需要經(jīng)常對(duì)靜電除塵器進(jìn)行維護(hù),很多鋼廠對(duì)是否采用該法存在投資收益顧慮。為此將國內(nèi)外成功應(yīng)用干法除塵系統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與濕法進(jìn)行了對(duì)比。點(diǎn),其年經(jīng)營費(fèi)用比OG法約低22%,經(jīng)濟(jì)收益則比OG法高出30%。LT法4年左右即可收回投資,而OG法一般需14年以上。我國包鋼210t轉(zhuǎn)爐除塵系統(tǒng)由傳統(tǒng)OG法改造為LT法能耗及經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比見表7、8。從表中可以看出,LT法系統(tǒng)比OG法系統(tǒng)僅在節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用和多回收煤氣方面,效益之和就達(dá)到1204.97萬元,3.2年即可回收全部設(shè)備投資。轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術(shù)具有節(jié)能、除塵效果好、投資回收期短等優(yōu)點(diǎn),在國際上已經(jīng)成為轉(zhuǎn)爐煙氣除塵技術(shù)的發(fā)展方向。隨著國內(nèi)外多套轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)的成功應(yīng)用,總結(jié)了一系列經(jīng)驗(yàn),包括選擇高效霧化的噴嘴,靜電除塵器極配形式合理、材質(zhì)防腐性能好,