楊會海

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東 萊蕪 271104）

轉(zhuǎn)爐半干法除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊會海

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東 萊蕪 271104）

通過對國內(nèi)外主流的濕法除塵和干法除塵兩種轉(zhuǎn)爐煙氣凈化回收系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析對比，提出轉(zhuǎn)爐半干法除塵工藝。對轉(zhuǎn)爐半干法除塵系統(tǒng)各類設(shè)備進(jìn)行選型及設(shè)計(jì)，并成功應(yīng)用于生產(chǎn)，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保效益。

轉(zhuǎn)爐；煙氣凈化回收；半干法

目前轉(zhuǎn)爐煙氣凈化回收工藝主要有兩種：濕法工藝和干法工藝。這兩種除塵工藝都存在不同程度的不足之處，需要加以改進(jìn)。在某鋼廠120T的轉(zhuǎn)爐煙氣凈化回收中，借鑒國內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)，整合濕法和干法工藝的優(yōu)點(diǎn)，提出轉(zhuǎn)爐半干法除塵工藝?？捎行У靥岣咿D(zhuǎn)爐的煙氣凈化率，確保煙塵達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)還可以增加余熱余能回收利用量，降低工序能耗，對節(jié)能降耗及環(huán)保工作意義重大。

1 半干法除塵方案確定

1.1 濕法與干法對比

OG法的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）空氣吸入量減少，爐氣中燃燒的一氧化碳減少，煤氣回收量適當(dāng)增加。（2）通過文氏管輕松的完成氣流壓力控制，可獲得較大的煤氣回收量。（3）OG法工藝中煙氣的冷卻、除塵及滅火完美結(jié)合，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。（4）OG除塵設(shè)備中管徑小，氣體流速快，減少了氣流混合引起的爆炸，進(jìn)一步確保了設(shè)備的安全性。

經(jīng)過幾十年的生產(chǎn)實(shí)踐，OG法也暴露出了較多的缺陷：（1）在濕法除塵工藝中要通過大量的冷卻水對煙氣進(jìn)行冷卻，水量消耗較大。（2）生產(chǎn)中有大量的污水及污泥產(chǎn)生，處理困難并對環(huán)境產(chǎn)生一定影響。（3）濕法除塵工藝比較長，同時(shí)文氏管的利用，煙氣所受阻力較大，需要大功率風(fēng)機(jī)，造成該工藝能耗較高，同時(shí)風(fēng)機(jī)容易積灰，增加設(shè)備維護(hù)難度。（4）冶煉過程中煙氣量波動較大，一文、二文喉口自動調(diào)節(jié)能力相對較弱，會出現(xiàn)爐口煙氣外溢或一氧化碳過燒的情況。（5）在此除塵工藝中采用大量冷卻水對煙氣進(jìn)行降溫，造成煙氣的熱能不能得到有效地回收。

與OG法相比較，LT法優(yōu)點(diǎn)為：（1）LT法回收的是干燥的粉塵，可大量減少冷卻水的消耗，同時(shí)減少污水、污泥處理設(shè)備的投資。（2）LT法的除塵效果好于OG法，可回收較高質(zhì)量的煤氣。

LT法的缺點(diǎn)：（1）LT法裝備比較復(fù)雜，投資費(fèi)用偏高，且能源消耗高。（2）蒸發(fā)冷卻器在對煙氣進(jìn)行初除塵降溫過程中明火未能完全熄滅，煙氣進(jìn)入電除塵后增加了泄爆的機(jī)率。（3）檢測控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，系統(tǒng)維護(hù)量大。

1.2 工藝方案確定

近幾年轉(zhuǎn)爐一次除塵技術(shù)沒有突破性的進(jìn)展，主要還是濕法（OG法）和干法（LT法）。經(jīng)過多年的運(yùn)行，OG法與LT法都暴露出了一些不足之處。為此在通過技術(shù)調(diào)研和充分論證基礎(chǔ)上，確定了OG法與干法EC相結(jié)合的半干法除塵工藝技術(shù)方案，設(shè)計(jì)OG法與EC相結(jié)合的新的除塵工藝與布置，在滿足轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵工藝要求的同時(shí)，提高除塵效率，降低設(shè)備故障率，提高安全運(yùn)行可靠性，對降低綜合噸鋼運(yùn)行成本具有重要意義。半干法除塵結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 半干法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

2 半干法煙氣凈化設(shè)備選型及設(shè)計(jì)

2.1 蒸發(fā)冷卻器設(shè)計(jì)

蒸發(fā)冷卻器在煙氣凈化回收工藝中起到承前啟后的作用，煙氣通過活動煙罩收集并初次降溫至800～950℃進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器，進(jìn)行二次降溫，通過蒸發(fā)冷卻器降溫后出口溫度控制在300℃左右。

2.1.1 噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)爐的出鋼量為120t，其最大鐵水裝入量G＝114000kg ，鐵水中含碳量C1＝4%左右，終點(diǎn)含碳量C2＝0.15%，冶煉時(shí)間t＝15分鐘，得最大爐氣量：

本系統(tǒng)采用未燃法，空氣過剩系數(shù)約為0.1，則進(jìn)入煙罩的最大煙氣量為：

煙氣進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器的溫度取950℃，出蒸發(fā)冷卻器溫度取200℃，進(jìn)出口溫度為其平均極限值，最大煙氣量為68000Nm3/h，則蒸發(fā)冷卻器所需的瞬間最大冷卻水流量為：

2.1.2 蒸發(fā)冷卻器本體設(shè)計(jì)

為確保轉(zhuǎn)爐煙氣與霧化冷卻水在蒸發(fā)冷卻器內(nèi)充分混合，設(shè)計(jì)中適當(dāng)增大蒸發(fā)冷卻器的容積，增加煙氣通過蒸發(fā)冷卻器的時(shí)間，有利于霧化水的和煙氣的充分混合后煙塵從煙氣中析出。蒸發(fā)冷卻器直徑為：

冷卻水通過雙介質(zhì)噴槍霧化后水滴顆粒平均直徑為70～300um，完全蒸發(fā)時(shí)間較短，選取時(shí)間為10s。因此蒸發(fā)冷卻器高度為：

根據(jù)現(xiàn)場各平臺之間實(shí)際情況和保證蒸發(fā)冷卻器冷卻水完全蒸發(fā)，選取蒸發(fā)冷卻器筒高17000mm。

2.2 OG系統(tǒng)設(shè)備分析與設(shè)計(jì)

文氏管除塵是濕法除塵中最為常用的一種方法，文氏管除塵系統(tǒng)由噴水系統(tǒng)及文氏管本體組成，文氏管本體分為收縮段、喉口段和擴(kuò)張段。文氏管除塵是采用文氏管喉口附近通過噴頭噴入一定量的水，借助煙氣在喉口部分產(chǎn)生的高速氣流，將水霧化成細(xì)小的水滴，霧化水滴和懸浮的煙塵接觸被撲捉，被撲捉的煙塵水滴被文氏管后的脫水器除掉，達(dá)到煙氣凈化的目的。

2.2.1 溢流文氏管

通過查閱設(shè)計(jì)參考資料，本項(xiàng)目中一文結(jié)構(gòu)性能參數(shù)確定如下：

溢流文氏管尺寸計(jì)算如下。

（1）爐氣量確定

上面已計(jì)算出轉(zhuǎn)爐最大爐氣量為V0=58988 Nm3/h，在溢流文氏管尺寸計(jì)算時(shí)選取最大煙氣量為：V0=60000 Nm3/h。

（2）工況狀態(tài)下煙氣量計(jì)算

溢流文氏管入口工況溫度為300℃，入口負(fù)壓為350Pa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.977×105Pa，則入口處工況煙氣量V1為：

選取入口處工況煙氣量為131100m3/h式中：V0——最大煙氣量，Nm3/h；

tr——入口煙氣溫度，℃；

P——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，Pa；

Pdg——建廠地區(qū)大氣壓，Pa；

Pr——文氏管入口煤氣壓力，Pa。

（3）文氏管入口直徑計(jì)算

取入口煙氣流速vr為10m/s，則溢流文氏管入口直徑D1：

選取溢流文氏管入口直徑為2.16m。

式中：Vr——入口煙氣流速：m/s。

（4）喉口段流量和喉徑計(jì)算

設(shè)喉口處負(fù)壓為：入口負(fù)壓350Pa+壓力損失3000Pa=3350Pa，設(shè)喉口段煙氣溫度為70℃，查詢設(shè)計(jì)手冊煙氣含濕量為0.359kg/m3，在此工況下煙氣量

式中：d——70℃時(shí)煙氣含濕量；

th——喉口處煙氣溫度，℃；

Ph——喉口處負(fù)壓，Pa。

取喉口處煙的氣流速vh為50 m/s，則喉口直徑：

選取溢流文氏管喉口直徑為0.9m。

式中：vh——喉口處煙氣流速：m/s。

（5）擴(kuò)張段出口直徑計(jì)算

選取擴(kuò)張段出口煙氣流速為18m/s，則擴(kuò)張段出口直徑D2：

選取擴(kuò)張管出口直徑為1.5m。

式中：vc——擴(kuò)張段出口煙氣流速：m/s。

（6）喉口段長度Lh=1×Dh=1×0.9=0.9m

（7）選取入口段收縮角為α1=23°，則入口段長度L1：

（8）選取出口段擴(kuò)張角為α1=7°，則出口段長度L2：

（9）溢流文氏管總長L總：

圖2 溢流文氏管結(jié)構(gòu)簡圖

溢流文氏管結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。

2.2.2 上行環(huán)縫可調(diào)文氏管

在本系統(tǒng)中上行環(huán)縫可調(diào)文氏管又稱為二文，其作用：一是煙氣精除塵；二是進(jìn)一步冷卻；三是通過調(diào)節(jié)煙氣在系統(tǒng)內(nèi)的阻力以達(dá)到控制爐口微壓差的目的。二文除塵效率可達(dá)98%以上。第二級文氏管采用重砣倒裝的結(jié)構(gòu)，通過上部調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)重跎位置，調(diào)整煙氣流通面大小，調(diào)節(jié)煙氣流動速度，利用單個(gè)碗狀噴嘴進(jìn)行除塵。

（1）二文工況煙氣量計(jì)算

選取二文出口處負(fù)壓為16500Pa，二文冷卻后煙氣溫度65℃，此時(shí)煙氣含濕量為0.291kg/m3，則二文工況下飽和煙氣量V3：

式中：d——65℃時(shí)工況煙氣含濕量；

tc——二文煙氣溫度，℃；

Pc——二文出口負(fù)壓，Pa。

（2）二文喉口計(jì)算

取喉口流速為60～100m/s，結(jié)構(gòu)形式為上行環(huán)縫倒裝式，當(dāng)流速最低為60m/s時(shí)，喉口面積最大，其直徑為喉口直徑Dh：

二文喉口長度取100mm。

（3）進(jìn)出口管徑計(jì)算

取二文入口流速及擴(kuò)張管出口流速均為18m/s，其直徑D3：

式中：v——二文進(jìn)出口煙氣流速：m/s。

（4）選取入口段收縮角為α1=25°，則入口段長度L3：

（5）選取出口段擴(kuò)張角為α2=9°，則出口段長度L4：

（6）環(huán)縫可調(diào)文氏管總長L總：

環(huán)縫可調(diào)文氏管喉口調(diào)節(jié)重坨選用紡錘形結(jié)構(gòu)，其環(huán)縫可調(diào)文氏管結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。

3 結(jié)語

為滿足快節(jié)奏煉鋼生產(chǎn)，緩解環(huán)保及能源所帶來的壓力，解決轉(zhuǎn)爐LT法與OG法除塵系統(tǒng)存在的設(shè)備故障率高、除塵效果差、泄爆、能耗高、維修量大等問題，該項(xiàng)目通過對OG法與LT法除塵工藝優(yōu)缺點(diǎn)研究，汲取OG法及LT法除塵工藝系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)有的工藝技術(shù)條件，研究EC與OG法相結(jié)合的除塵新工藝。該工藝在120t轉(zhuǎn)爐除塵配套設(shè)施中投入使用，取得良好效果。隨著對半干法除塵工藝了解的深入，已形成一套比較成熟的技術(shù)，開創(chuàng)了轉(zhuǎn)爐煙氣凈化及余熱余能回收的新途徑，不僅達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)，取得了較好的效果，也為同類型鋼鐵企業(yè)提供參考。

圖3 環(huán)縫可調(diào)文氏管結(jié)構(gòu)簡圖

[1]于陽.轉(zhuǎn)爐煉鋼新工藝、新技術(shù)與質(zhì)量控制實(shí)用手冊[M].當(dāng)代中國出版社，2005:652-654.

[2]陳鴻飛.除塵與分離技術(shù)[M].冶金工業(yè)出版社，2007:321-325.

[3]成立良 王忠智等.煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣的回收利用技術(shù)[M].中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990.

TF748.2;TP273

：A

：1671-0711（2017）09（下）-0140-03