苑繼超

(河鋼承鋼環(huán)保部 河北承德 067102)

0 引言

轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)是煉鋼工藝重要的環(huán)保設(shè)施，主要作用是捕集兌鐵、出鋼及吹煉過程中溢出一次煙罩的煙氣[1]。雖然在當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)下，大部分鋼鐵企業(yè)煉鋼廠房增設(shè)了三次除塵系統(tǒng)，但二次除塵系統(tǒng)煙氣捕集效果仍是影響煉鋼環(huán)保情況的重要因素之一。如二次煙氣捕集效果不好，煙氣擴(kuò)散到廠房頂部時(shí)體積會(huì)成倍增長(zhǎng)，大大增加三次除塵系統(tǒng)負(fù)荷，嚴(yán)重時(shí)甚至溢出廠房?？紤]轉(zhuǎn)爐二次煙氣具有變化和間斷性，如一味地增加二次除塵系統(tǒng)風(fēng)量，又會(huì)造成不必要的能源浪費(fèi)。因此，如何合理地設(shè)計(jì)、改進(jìn)、運(yùn)行轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)，降低系統(tǒng)阻力、提高捕集效果，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是相關(guān)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和鋼鐵企業(yè)需重點(diǎn)關(guān)注的問題。

1 項(xiàng)目概況

某企業(yè)150 t轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)于2008年投運(yùn)，主廠房?jī)?nèi)由南到北布置3臺(tái)150 t轉(zhuǎn)爐，其二次除塵系統(tǒng)共有2臺(tái)100萬m3/h風(fēng)量的布袋除塵器，采用并聯(lián)方式公用一條除塵主管道。除塵主管道在廠房外為圓形，進(jìn)入廠房后在1#轉(zhuǎn)爐南側(cè)變?yōu)榉叫?，由南到北依次引?#～3#轉(zhuǎn)爐的爐前和爐后除塵管道并逐漸變徑，爐前和爐后除塵管道均配有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。主管道變徑、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥情況和除塵器主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1～表3。

表1 主管道變徑情況

表2 風(fēng)量調(diào)節(jié)閥情況

表3 除塵器主要設(shè)計(jì)參數(shù)

至2016年，該企業(yè)150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)已運(yùn)行近8年時(shí)間，期間為了控制廠房煙塵排放，增設(shè)了三次除塵系統(tǒng)，但由于二次除塵系統(tǒng)的煙氣捕集效果不佳，廠房?jī)?nèi)經(jīng)常有煙氣彌漫。為了提高其二次除塵效果，進(jìn)行了系統(tǒng)診斷，找出了問題及原因、制定了改進(jìn)措施。

2 問題及原因分析

通過對(duì)150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)的各集塵罩、除塵管網(wǎng)、布袋除塵器、風(fēng)機(jī)等進(jìn)行系統(tǒng)排查，利用U型壓力計(jì)實(shí)測(cè)煙氣壓力，結(jié)合設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù)以及分析風(fēng)機(jī)特性曲線等方式，發(fā)現(xiàn)主要存在4個(gè)方面影響二次除塵效果和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題。

2.1 主管道設(shè)計(jì)風(fēng)速偏高，阻力損失大

某企業(yè)150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)總風(fēng)量為200萬m3/h，則主管道設(shè)計(jì)風(fēng)速對(duì)不同管徑分別為：圓形(Φ5.2 m)26.17 m/s、方形(4 m×5.2 m)26.71 m/s、方形(3.4 m×5.2 m)31.42 m/s。二次除塵系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)量達(dá)200萬m3/h時(shí)，監(jiān)測(cè)布袋除塵器入口前主管道靜壓在-1 900～-2 200 Pa之間、平均-2 100 Pa。吸塵口為大氣環(huán)境，靜壓基本為零，則轉(zhuǎn)爐吸塵口至除塵器入口之間的除塵管網(wǎng)平均阻力為2 100 Pa。

對(duì)于重礦物粉塵，為保證粉塵不沉降，除塵風(fēng)管的最小風(fēng)速：垂直風(fēng)管14 m/s、水平風(fēng)管16 m/s[2]。某企業(yè)150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)主管道為水平布置，可見其風(fēng)速偏高較多，取17～19 m/s較為合適。因管網(wǎng)阻力與風(fēng)速(風(fēng)量)的平方成正比[3]，風(fēng)速增加會(huì)導(dǎo)致管網(wǎng)阻力呈指數(shù)增加，風(fēng)機(jī)為克服管網(wǎng)阻力增加做功，導(dǎo)致不必要的能源浪費(fèi)。若該150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)圓形主管道風(fēng)速為19 m/s，則轉(zhuǎn)爐吸塵口至除塵器入口之間的管網(wǎng)阻力根據(jù)管網(wǎng)特性計(jì)算，會(huì)降至1 100 Pa，但系統(tǒng)風(fēng)量會(huì)降至145萬m3/h。

2.2 布袋除塵器壓差偏高，阻力大

150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)的布袋除塵器自2008年投用后，進(jìn)、出口壓差一直比其他布袋除塵器偏高，在2.5 kPa左右，一般布袋除塵器正常運(yùn)行時(shí)壓差應(yīng)低于1.5 kPa[4]，較高的進(jìn)、出口壓差代表布袋除塵器阻力偏高。

布袋除塵器的阻力主要由三部分構(gòu)成：設(shè)備本體阻力、濾袋的阻力和濾袋表面粉塵層的阻力[2]，且布袋除塵器的阻力和過濾風(fēng)速的平方成正比。綜合分析，造成150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)布袋除塵器阻力偏高的原因如下：

(1)采用Φ160×6 000的長(zhǎng)布袋，為提高清灰效果，布袋骨架配套有文氏管用于噴吹引流，但文氏管最小處直徑僅55 mm。對(duì)于Φ160 mm的布袋，文氏管最小直徑應(yīng)選用80 mm以上。因尺寸偏小，單臺(tái)除塵器風(fēng)量為100萬m3/h時(shí)，凈氣流經(jīng)過文氏管最小直徑的速度達(dá)27.8 m/s，增加額外阻力約100～200 Pa。

(2)較小的文氏管直徑且清灰用壓縮空氣的壓力較低(0.3 MPa)，嚴(yán)重影響清灰效果。布袋除塵器阻力大部分來自布袋上的粉塵附著層，清灰效果不好將會(huì)導(dǎo)致除塵器阻力偏大。在布袋除塵器整體更換布袋時(shí)，查看更換下的除塵布袋，掛灰嚴(yán)重，說明清灰效果非常不好。

(3)布袋除塵器的清灰參數(shù)設(shè)置為：脈沖噴吹時(shí)間0.3 s、脈沖噴吹間隔5 s、室氣缸間隔5 s，共26個(gè)室、每室12個(gè)脈沖閥，則清灰周期為30 min。在清灰效果不好情況下，此清灰周期時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)縮短清灰周期[4]。

(4)每臺(tái)布袋除塵器有26個(gè)室，總過濾面積為13 100 m2，實(shí)際運(yùn)行過程中總有一個(gè)室處于離線清灰狀態(tài)，實(shí)際過濾面積為12 596 m2，設(shè)計(jì)過濾風(fēng)速為1.32 m/min，較目前≤1.0 m/min的主流布袋除塵器過濾風(fēng)速偏高。

2.3 部分風(fēng)量調(diào)節(jié)閥故障，不能及時(shí)調(diào)整

150 t轉(zhuǎn)爐二次煙氣最大工況為：兩座轉(zhuǎn)爐同時(shí)兌鐵、1座轉(zhuǎn)爐出鋼，兌鐵爐前閥全開、爐后閥關(guān)閉，出鋼爐前閥關(guān)閉、爐后閥全開，風(fēng)量分配為：兌鐵75萬m3/h、出鋼50萬m3/h。實(shí)際冶煉過程中兩座轉(zhuǎn)爐同時(shí)兌鐵情況比較多，各風(fēng)量調(diào)節(jié)閥需根據(jù)轉(zhuǎn)爐加料、吹煉、出鋼、出渣等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，否則即使除塵風(fēng)量達(dá)到設(shè)計(jì)水平，轉(zhuǎn)爐二次煙氣的捕集效果也不理想。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)發(fā)現(xiàn)1#轉(zhuǎn)爐1#閥(爐前)和3#閥(爐后)、2#轉(zhuǎn)爐1#閥(爐前)、3#轉(zhuǎn)爐1#閥(爐前)等4個(gè)調(diào)節(jié)閥不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，特別是1#轉(zhuǎn)爐位于主管前端，其1#閥(爐前)和3#閥(爐后)不能調(diào)整，常開存在吸野風(fēng)情況，同時(shí)降低2#、3#轉(zhuǎn)爐的除塵風(fēng)量，導(dǎo)致除塵效果不好。

2.4 二次除塵系統(tǒng)運(yùn)行管理存在欠缺

排查150 t二次除塵系統(tǒng)存在問題過程中發(fā)現(xiàn)布袋除塵器上有部分提升閥、脈沖閥故障，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定不合理等，影響除塵系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。提升閥故障會(huì)導(dǎo)致該閥對(duì)應(yīng)的倉室離線，除塵過濾面積減少；脈沖閥故障則對(duì)應(yīng)布袋將失去清灰功能進(jìn)而失去除塵效果。風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定不合理會(huì)導(dǎo)致兩臺(tái)除塵器進(jìn)口負(fù)壓不一致，風(fēng)量匹配不均，風(fēng)機(jī)效率低。

3 改進(jìn)和優(yōu)化措施

2016年下半年，某企業(yè)完成了150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的變頻改造，取消液力耦合器，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，也為實(shí)現(xiàn)150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了硬件條件。因此，結(jié)合系統(tǒng)排查發(fā)現(xiàn)問題和原因，從提高二次煙氣捕集效果、降低系統(tǒng)阻力入手，提出改進(jìn)和優(yōu)化措施。

3.1 強(qiáng)化運(yùn)行管理方面

(1)改進(jìn)措施：修復(fù)故障的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，各風(fēng)量調(diào)節(jié)閥必須隨冶煉工況實(shí)時(shí)調(diào)整，避免出現(xiàn)吸野風(fēng)浪費(fèi)風(fēng)量情況。加強(qiáng)布袋除塵器提升閥、脈沖閥的點(diǎn)檢、維護(hù)和備件管理，確保100%完好，發(fā)揮正常功能。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，為消除相互搶風(fēng)情況，兩臺(tái)除塵器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速必須保持一致[2]。

(2)落實(shí)情況：通過強(qiáng)化除塵運(yùn)行管理，加強(qiáng)日常點(diǎn)檢、維護(hù)和利用檢修時(shí)機(jī)對(duì)除塵器提升閥進(jìn)行了全面修復(fù)，確保運(yùn)行過程中提升閥全開；對(duì)位移和掉落的脈沖噴吹管進(jìn)行了徹底修復(fù)，脈沖閥發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換膜片，保證清灰效果；明確了兩臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻必須保持一致的調(diào)整要求；組織對(duì)故障的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥逐步進(jìn)行了修復(fù)，恢復(fù)自動(dòng)調(diào)整功能，二次除塵效果明顯提高。

3.2 降低布袋除塵器阻力

(1)改進(jìn)措施：調(diào)整布袋除塵器清灰參數(shù)，通過縮短清灰周期的方法提高清灰效果；將離線清灰改為在線清灰模式，增加實(shí)際過濾面積，降低過濾風(fēng)速；提高清灰用壓縮氣體壓力，提高清灰效果；結(jié)合布袋更換逐步將現(xiàn)布袋骨架口文氏管改為最小管徑80 mm的文氏管。

(2)落實(shí)情況：為提高清灰效果，調(diào)短了噴吹周期，脈沖噴吹時(shí)間0.2 s、脈沖噴吹間隔2 s、室氣缸間隔2 s，清灰周期變?yōu)?2 min；新增加了一條壓縮空氣管道，提高清灰用壓縮空氣壓力至0.4 MPa以上；將離線清灰改為在線清灰模式；布袋骨架計(jì)劃后期逐步進(jìn)行更換。通過以上措施，將布袋除塵器壓差基本控制在2 kPa以下。

3.3 探索高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式

150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)在改為變頻調(diào)速前，配套10 kV電機(jī)運(yùn)行電流約120 A、功率因數(shù)0.86，則兩臺(tái)電機(jī)日常運(yùn)行功率為3 570 kW、需電費(fèi)約4.45萬元/d。改為變頻調(diào)速，通過修復(fù)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥、降低布袋除塵器阻力、優(yōu)化二次除塵運(yùn)行后，將兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的變頻設(shè)定為45 Hz，仍能滿足二次除塵效果；10 kV高壓柜輸出電流約90 A、功率因數(shù)0.95，則兩臺(tái)電機(jī)日常運(yùn)行功率為 2 960 kW，需電費(fèi)約3.7萬元/d，較優(yōu)化調(diào)整前節(jié)約電費(fèi)0.75萬元/d，實(shí)現(xiàn)了二次除塵系統(tǒng)的高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，一是要合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)管網(wǎng)，避免為降低前期投資而提高管道設(shè)計(jì)風(fēng)速，導(dǎo)致管網(wǎng)系統(tǒng)阻力增大，帶來不必要的能耗；二是必須保持風(fēng)量調(diào)節(jié)閥完好，隨不同冶煉工況實(shí)時(shí)調(diào)整，避免吸野風(fēng)情況；三是風(fēng)機(jī)要變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)保證除塵效果的前提下降速節(jié)能；四是加強(qiáng)布袋除塵器的運(yùn)行管理，特別是要保證清灰效果，實(shí)現(xiàn)低阻低耗運(yùn)行。另外，在轉(zhuǎn)爐二次除塵的建設(shè)中應(yīng)盡量避免風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行；如必須并聯(lián)運(yùn)行，應(yīng)采用相同型號(hào)、參數(shù)的風(fēng)機(jī)，且運(yùn)行時(shí)保持轉(zhuǎn)速一致，避免相互搶風(fēng)，影響風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和效率。