薛 海，李 峰，王永剛，李朝陽

(中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

轉(zhuǎn)爐煉鋼吹氧冶煉過程中，伴隨產(chǎn)生了大量煙塵和CO氣體，這些轉(zhuǎn)爐煙氣成份中CO的含量(體積百分比)約占55%～66%，極值甚至可達(dá)80%以上，其煙塵成份中金屬鐵占13%，F(xiàn)eO占68.4%，F(xiàn)e2O3占6.8%，因此都具備很高的回收利用價(jià)值。部分鋼企新增加了干法除塵系統(tǒng)加以解決，而不具備條件的鋼企也可通過對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣綜合回收利用，達(dá)到節(jié)能減排效果。

轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)具有除塵效率高、系統(tǒng)阻損低、運(yùn)行成本低、節(jié)水節(jié)電、回收煤氣量大，無二次污染等特點(diǎn)。目前轉(zhuǎn)爐濕法除塵系統(tǒng)改造大都采用較先進(jìn)的干法除塵系統(tǒng)，部分現(xiàn)有濕法除塵系統(tǒng)的用戶來說，濕法改干法存在以下問題：

(1)廠房高跨高度不夠，蒸發(fā)冷卻器無法布置。

(2)廠房外部場地狹小，電除塵器及系統(tǒng)其它設(shè)備無法布置。

(3)干法除塵系統(tǒng)一次性投資較高，部分企業(yè)資金匱乏，無力承受。

(4)濕法改干法需轉(zhuǎn)爐停爐約一個(gè)月，對(duì)企業(yè)正常生產(chǎn)有一定影響。

1 升級(jí)改造目的

為了既能滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求，又能維持企業(yè)正常生產(chǎn)，本文通過對(duì)現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐一次煙氣濕法除塵系統(tǒng)(含半干法)的升級(jí)改造，即在原有濕法除塵系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行部分改造，進(jìn)一步配置先進(jìn)可靠的除塵設(shè)備，從根本上解決煙囪出口排放濃度，滿足國家最新排放標(biāo)準(zhǔn)的問題。使整個(gè)系統(tǒng)的煙塵排放指標(biāo)≤15 mg/Nm3，增加回收煤氣熱值；煤氣回收含塵濃度從原來的≤50 mg/Nm3降低到≤10 mg/Nm3，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，并可節(jié)省部分能耗，減少改造施工周期。

2 升級(jí)改造技術(shù)方案

目前我國共約有轉(zhuǎn)爐約800多座，除一小部分轉(zhuǎn)爐采用較為先進(jìn)的干法除塵技術(shù)外，大部分轉(zhuǎn)爐仍采用濕法除塵技術(shù)(傳統(tǒng)OG法、新型OG法等)，其中半干法和新型OG法的煙塵排放指標(biāo)≤50 mg/Nm3，傳統(tǒng)OG法的煙塵排放指標(biāo)≤100 mg/Nm3，而在實(shí)際應(yīng)用中，以上所述大部分轉(zhuǎn)爐除塵均達(dá)不到該項(xiàng)指標(biāo)。傳統(tǒng)工藝如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐一次煙氣濕法除塵工藝圖

轉(zhuǎn)爐的一次煙氣經(jīng)汽化冷卻煙道降溫冷卻后，溫度由1 400～1 600 ℃降到800～900 ℃左右，經(jīng)過蒸發(fā)冷卻塔(蒸發(fā)+噴淋冷卻塔)，使其煙氣溫度降至75 ℃以下，并除去煙氣中較大顆粒粉塵，經(jīng)預(yù)處理的煙氣進(jìn)入環(huán)縫可調(diào)節(jié)喉口文氏管及新增的防爆型圓筒濕式電除塵器進(jìn)行精除塵，當(dāng)煙氣滿足回收條件時(shí)，通過三通切換閥進(jìn)入煤氣柜?？梢允∪ッ簹夤窈缶龎m用濕法電除塵器。當(dāng)煙氣不滿足回收條件時(shí)通過三通切換閥進(jìn)入放散煙囪進(jìn)行點(diǎn)火放散排放至大氣中。

2.1 第一種升級(jí)改造技術(shù)方案

由于濕式電除塵器具有較好的脫水功能，防爆型圓筒濕式電除塵器排水送至統(tǒng)一水處理系統(tǒng)。因此二文后部的濕旋脫水器可以拆除，以降低系統(tǒng)阻力。轉(zhuǎn)爐一次煙氣濕法除塵升級(jí)改造技術(shù)如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)爐一次煙氣濕法除塵改造技術(shù)工藝

在保留廠房內(nèi)設(shè)備的前提下，只需對(duì)廠房外的設(shè)備進(jìn)行部分改造。利用現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、煤氣回收切換閥等設(shè)備，針對(duì)入口粉塵≤300 mg/Nm3的情況下，在風(fēng)機(jī)前新增一套兩電場圓筒型濕法電除塵器，針對(duì)入口粉塵≤100 mg/Nm3的情況下采用一電場圓筒型濕法電除塵器，配套濕式電除塵器電氣控制系統(tǒng)和安全連鎖系統(tǒng)，如圖3所示。除塵器可提前安裝，只需管道對(duì)接時(shí)停爐，施工周期短，基本不影響生產(chǎn)。

圖3 新一代蒸發(fā)冷卻器、環(huán)縫文氏管及防爆型濕法電除塵器一次煙氣除塵降溫系統(tǒng)

廠房外對(duì)圓筒型電除塵器前后連接管道進(jìn)行改造，并拆除濕旋脫水器。升級(jí)改造后工藝流程如圖4所示。

圖4 第一種改造后工藝流程

4.2 第二種升級(jí)改造技術(shù)方案

該改造方案在針對(duì)廠房情況允許的條件下，對(duì)廠房內(nèi)外均進(jìn)行改造。將廠房內(nèi)的一文改為蒸發(fā)冷卻塔(或噴淋冷卻塔)，二文改為環(huán)縫可調(diào)節(jié)喉口文氏管(針對(duì)傳統(tǒng)OG法)。對(duì)廠房外利用現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、煤氣回收切換閥等設(shè)備；在風(fēng)機(jī)前新增一套一電場圓筒型濕法電除塵器，配套蒸發(fā)冷卻塔電氣控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及安全連鎖系統(tǒng)。并對(duì)圓筒型電除塵器前后連接管道進(jìn)行改造，并拆除濕旋脫水器，工藝流程如圖5所示。

圖5 升級(jí)改造后工藝流程

該方案除塵器可提前安裝，蒸發(fā)冷卻塔及環(huán)縫文氏管安裝只需一個(gè)月，施工周期較短，影響生產(chǎn)較小。原有濕法系統(tǒng)風(fēng)機(jī)后部基本不變，總體改造量較小。一文改為蒸發(fā)冷卻塔后其阻損從3～5 kPa降低到≤300 Pa，使其阻損降低約4 kPa，降低了90%；其裝機(jī)容量只增加了約140 KV·A，整個(gè)系統(tǒng)阻損下降約3.5 kPa，可降低風(fēng)機(jī)的能耗。噴水制度與轉(zhuǎn)爐冶煉周期聯(lián)鎖，其清洗用循環(huán)水量只需30～50 t/h，可節(jié)省至少50%的循環(huán)冷卻水量，減輕了水處理的壓力。如果將環(huán)縫文氏管環(huán)縫調(diào)大，使出口排放升至300 mg/Nm3，則后部可采用二電場濕式電除塵器以達(dá)到排放要求，但整個(gè)系統(tǒng)阻損可下降50%，可大大節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

以上兩種方案采用防爆圓筒型濕式電除塵器進(jìn)行精除塵，相對(duì)于圓筒型干法電除塵器泄爆的可能性大大降低，由于內(nèi)部無運(yùn)動(dòng)部件，設(shè)備運(yùn)行更穩(wěn)定可靠。并可減少風(fēng)機(jī)葉輪粘灰，降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子更換頻率，提高轉(zhuǎn)爐連續(xù)生產(chǎn)的作業(yè)率，使風(fēng)機(jī)等主要設(shè)備的維修清理量大幅減少，降低了工人的勞動(dòng)負(fù)荷，減少了崗位定員。

3 關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

3.1 防爆型圓筒濕式電除塵器的應(yīng)用

轉(zhuǎn)爐一次煙氣濕式凈化與回收系統(tǒng)升級(jí)改造的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備是防爆型圓筒濕式電除塵器，如圖6所示。其殼體設(shè)計(jì)成圓筒結(jié)構(gòu)型式，使氣流均勻通過筒體并能夠防止氣流返混確保設(shè)備運(yùn)行安全，殼體內(nèi)壁采用專用YD導(dǎo)電防腐涂料；極板極線配置型式采用短針魚骨線+818陽極板；采用水膜清灰，即除塵器上部噴嘴噴霧在極板上形成連續(xù)向下流動(dòng)水膜，達(dá)到極板清灰的目的；濕式電除塵器根據(jù)濕式(OG)凈化系統(tǒng)的凈化效果選擇使用電場數(shù)量，以確保煙氣排放和煤氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 防爆型圓筒濕式電除塵器

濕式電除塵器型式有臥式布置和立式布置，一旦室外場地受限，濕式電除塵器可采取立式布置。該電除塵器的工作原理為：含塵轉(zhuǎn)爐煙氣通過圓筒電除塵器進(jìn)風(fēng)口及氣流分布板分流，均勻地進(jìn)入電場，同時(shí)配置在進(jìn)風(fēng)口氣流分布板和電場上方的霧化噴嘴將水霧噴入到煙氣流中。一方面水霧與煙氣中的粉塵產(chǎn)生碰撞凝聚成較粗的顆粒，另一方面，煙氣中的粉塵與水霧在電場中被荷上電(成為帶電粉塵顆粒)，在電場力的作用下帶電粉塵顆粒向集塵極移動(dòng)并被捕集，被捕集的帶電粉塵顆粒順著連續(xù)向下流動(dòng)的水膜從集塵極上流到灰斗中，最終排入沉淀池，達(dá)到凈化煙氣的作用。

3.2 防爆型圓筒濕式電除塵器的主要技術(shù)特點(diǎn)

(1)電除塵器殼體在結(jié)構(gòu)上確保其強(qiáng)度性能，通過氣流分布板均分后的煙氣連續(xù)通過電場，有效降低CO與空氣接觸。氣流分布板采用多層多鋼孔板結(jié)構(gòu)，各層分布板均設(shè)有連續(xù)噴淋清灰裝置，在同一層分布板上設(shè)計(jì)不同的開孔率；使氣流分布更加均勻且開孔不會(huì)被堵死。 殼體內(nèi)壁涂有專用YD導(dǎo)電涂料，確保內(nèi)壁不產(chǎn)生銹蝕，使其也具備一定的收塵功能，既增加了收塵面積也延長了設(shè)備使用壽命。

(2)除塵器頂部設(shè)置霧化噴嘴，使其根據(jù)圓筒電除塵器的外輪廓形狀垂直向下布置，噴出的霧化水在集塵極上形成均勻的連續(xù)水膜，這些霧化噴嘴中一部分為連續(xù)噴水，另一部分為間斷噴水，連續(xù)噴水維持除塵器正常清灰工作，間斷噴水是加大噴水量清除集塵極表面殘余粉塵。間斷噴水周期可根據(jù)入口煙氣濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使收塵效果達(dá)到最佳。

(3)根據(jù)轉(zhuǎn)爐煙氣介質(zhì)實(shí)際情況，噴嘴選用合適角度的實(shí)心單流霧化噴嘴，在以往煤氣濕式電除塵器工程實(shí)踐中其噴射角度、霧化粒徑、噴射水量及其分布均勻性等性能都得以良好驗(yàn)證。

(4)濕式電除塵器具有脫水功能，后部電場通過電場力的作用及多層槽型分布板通過碰撞、渦流作用可將大部分機(jī)械水分離收集，能起到較好的脫水功能，具備替代了二文濕旋脫水器的功能。

(5)由于電除塵器處理煙氣為易燃易爆氣體，為了確保電除塵器安全運(yùn)行在其進(jìn)、出口端設(shè)置多個(gè)自恢復(fù)式泄爆閥(三級(jí)泄爆)，當(dāng)除塵器內(nèi)部壓力增高到一定數(shù)值時(shí)泄爆閥分級(jí)自動(dòng)打開泄壓，確保設(shè)備不受損壞。此外，除塵器殼體本身能夠承受30 N力的壓力沖擊，對(duì)電除塵器安全運(yùn)行也起到了安全保護(hù)作用，如圖7所示。

圖7 自恢復(fù)式泄爆閥

4 結(jié)束語

轉(zhuǎn)爐一次煙氣濕法除塵升級(jí)改造系統(tǒng)投資少，與整套干法系統(tǒng)相比，其投資至少低于干法系統(tǒng)的1/2。而只增加濕式電除塵器，則投資只有干法系統(tǒng)的1/3。并可拆除原濕旋脫水器降低阻損，而新增濕式電除塵器阻損電≤300 Pa,整個(gè)系統(tǒng)阻損沒有增加，對(duì)風(fēng)機(jī)的能耗基本無影響。全方位的聯(lián)鎖保護(hù)和自動(dòng)控制提高了系統(tǒng)的安全性。煤氣凈化后可直接供最終用戶使用，可以省去煤氣柜后精除塵用濕法電除塵器?，F(xiàn)場應(yīng)用情況證明系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠、設(shè)備投資少，改造工期短等特點(diǎn)，特別適合中小型轉(zhuǎn)爐的濕法除塵改造，通過升級(jí)改造能夠?qū)崿F(xiàn)煤氣綜合回收利用及煙塵達(dá)標(biāo)排放。