轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術的發(fā)展及應用

煤氣表通過泵送的過濾技術可分為濕法（og法）和法。由于以文氏噴霧法為主的濕式廢水處理技術具有能耗高、廢水含礦量高等缺點?？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《國家重點行業(yè)清潔生產(chǎn)技術指導目錄》，并將其推廣。了解國內(nèi)外轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術的發(fā)展及應用情況,對鋼鐵企業(yè)選擇先進的除塵工藝,從而降低噸鋼能耗、提高煤氣回收率、實現(xiàn)負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)公司在此基礎上改進出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,整個系統(tǒng)主要包括煤氣冷卻系統(tǒng)(活動煙罩、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)活動煙罩、汽化冷卻煙道回收蒸汽后降溫至約1000℃,進入蒸發(fā)冷卻器進行冷卻、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℃后儲存,不合格煤氣經(jīng)放散煙囪點火排放。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鍵設備。1.增強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。汽霧兩相噴嘴是實現(xiàn)有效冷卻的核心部件?，F(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)。噴水量由計算機根據(jù)煙氣在蒸發(fā)冷卻器進、出口的溫度和流量自動控制。蒸汽也可以用氮氣代替或互相切換,使用氮氣更具節(jié)水效果。2.自動開啟自動原理,設計自動把葉片發(fā)生爆炸的裝置,方案2,將所有煙氣成分進入燃燒靜電除塵器是轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)最關鍵的設備,控制重點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計成圓筒形,使不同成分的氣體呈柱塞狀流動而不被混合,并在進出口處裝有自動啟閉安全防爆閥,在煙氣成分進入燃燒爆炸范圍時能有效地進行卸壓。另外還有將整個系統(tǒng)設計成用氮氣密封,從而隔絕空氣中的氧氣進入除塵器發(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有限公司研究在靜電除塵器入口煙氣管道上設置防爆裝置,于2009年申請了專利。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,在檢測到煙氣中CO、O2含量達到爆炸極限范圍內(nèi)時,即CO濃度大于9%、同時O2濃度大于6%時,向煙氣中噴射氮氣、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。現(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4個電場平行布置。奧鋼聯(lián)DDS法靜電除塵器設計的極線厚度為4~5mm,極板厚度為1.2~1.8mm,極間距為400mm。二、國內(nèi)外鋼、氣干、煤除濕技術的應用1.浦項廠干法除塵系統(tǒng)目前國外轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術主要有魯奇-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用,美、英、日也開始采用該技術,干法除塵應用總數(shù)已達40套以上。近幾年亞洲鋼廠應用逐漸增多,浦項公司在1987年將3座250t轉(zhuǎn)爐引進LT法后,新建的浦項廠2套300t轉(zhuǎn)爐繼續(xù)采用該法,并計劃應用于印度鋼廠項目的2座脫磷轉(zhuǎn)爐和3座脫碳轉(zhuǎn)爐。近年來兩家公司承擔的部分項目見表1。(1)應用效果歐洲鋼廠在20世紀80年代開始采用干法除塵,經(jīng)過改進設備及工藝后,進入21世紀干法系統(tǒng)運行非常穩(wěn)定,部分鋼廠轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)運行效果如表2所示,除塵后粉塵排放濃度均在10mg/m3以下。(2)技術改進措施對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,在開吹前進入靜電除塵器并與空氣混合,造成泄爆。歐洲鋼廠的應對措施是采取先加廢鋼后兌鐵水,控制廢鋼比在20%以下;補吹時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,下槍間隔時間大于2min。對于吹煉開始后和停吹后再開吹時由于爐氣中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)運行問題及改進措施目前我國約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)意識到采用和推廣干法除塵技術的重要性。從1994年寶鋼第一次全套引進國外轉(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。目前我國除少量關鍵技術和部件引進外,大量的設備、系統(tǒng)設計已實現(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到了設計要求,煤氣回收量也大大提高。根據(jù)寶鋼經(jīng)驗,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%以上的粉塵和相當于20L燃油的優(yōu)質(zhì)煤氣。(2)技術改進措施國內(nèi)鋼廠針對干法除塵系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題,總結經(jīng)驗,進行了諸多改進,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)自動化控制程序中對二次下槍冶煉模式進行限定,避免導致爆炸的氣體混合;對于廢鋼含水導致爐氣中氫氣含量增加帶來的爆炸,采用了可以同時分析O2、CO2、CO、H2四種氣體的分析儀,并在程序中增加了對相應成分的濃度聯(lián)鎖。天鐵開發(fā)了轉(zhuǎn)爐供氧冶煉的控制技術,在轉(zhuǎn)爐開吹時,供氧量為18000~20000m3/h,在90s后,當冶煉達到C-O反應的激烈時期,供氧再達到額定量38000m3/h。另外天鐵還在蒸發(fā)冷卻器出口增加氮氣稀釋裝置,于開始冶煉前40s向除塵系統(tǒng)噴吹氮氣來稀釋殘余CO,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)爐煤氣成分復雜,極線、極板容易腐蝕斷裂,天鐵、包鋼、遷鋼等鋼廠改進了極配形式,靜電除塵器的1、2電場極線采用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,將4個電場采用不同的電流供給,使3、4電場強度大于1、2電場強度,達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)常對靜電除塵器進行維護,很多鋼廠對是否采用該法存在投資收益顧慮。為此將國內(nèi)外成功應用干法除塵系統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟指標與濕法進行了對比。點,其年經(jīng)營費用比OG法約低22%,經(jīng)濟收益則比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)濟效益對比見表7、8。從表中可以看出,LT法系統(tǒng)比OG法系統(tǒng)僅在節(jié)省運行費用和多回收煤氣方面,效益之和就達到1204.97萬元,3.2年即可回收全部設備投資。轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術具有節(jié)能、除塵效果好、投資回收期短等優(yōu)點,在國際上已經(jīng)成為轉(zhuǎn)爐煙氣除塵技術的發(fā)展方向。隨著國內(nèi)外多套轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)的成功應用,總結了一系列經(jīng)驗,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,