八鋼150t轉(zhuǎn)爐干法除塵泄爆的研究與實(shí)踐

劉興海 蘇 磊

(寶鋼集團(tuán) 新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，新疆 烏魯木齊830022)

0 前言

寶鋼集團(tuán)八鋼公司（簡(jiǎn)稱“八鋼”）新建150t轉(zhuǎn)爐首次采用干法除塵系統(tǒng)，自2012年8月投產(chǎn)至今已有9個(gè)月時(shí)間，從開(kāi)始階段泄爆故障較多到如今泄爆次數(shù)完全可控，已實(shí)現(xiàn)3個(gè)月無(wú)泄爆目標(biāo)，從中總結(jié)出一定的經(jīng)驗(yàn)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 轉(zhuǎn)爐干法除塵工藝

圖1 轉(zhuǎn)爐干法除塵工藝流程圖

圖1所示轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生含有大量粉塵、煤氣的高溫?zé)煔鈴臓t口進(jìn)煙罩，此時(shí)有部分空氣混入，使?fàn)t氣中部分CO燃燒生成CO2，同時(shí)帶入部分N2，此時(shí)煙氣的主要成分為：粉塵、CO、CO2、N2、O2等，煙氣溫度在 1500℃左右，煙氣在風(fēng)機(jī)吸引力下經(jīng)煙罩進(jìn)入煙道，以柱塞流的方式運(yùn)行到到蒸發(fā)冷卻器(EC)，此時(shí)煙氣溫度在800℃左右，蒸發(fā)冷卻器內(nèi)設(shè)置了若干個(gè)噴嘴，噴嘴的作用就是利用低壓蒸汽把水霧化成霧狀噴入蒸發(fā)冷卻器內(nèi)，對(duì)煙氣進(jìn)行降溫和除塵，使EC出口煙氣溫度在300℃左右，同時(shí)，煙氣中將有45%左右的灰塵沉淀在蒸發(fā)冷卻器底部形成“粗灰”，粗灰由輸灰系統(tǒng)送至粗灰倉(cāng)進(jìn)行再利用。經(jīng)過(guò)除塵、降溫后的煙氣進(jìn)入靜電除塵器（EP），由直流高壓形成電場(chǎng)吸附煙氣中剩余的灰塵（細(xì)灰），收集了細(xì)灰的靜電除塵器由輸灰系統(tǒng)送至細(xì)灰倉(cāng)。而煙氣經(jīng)過(guò)靜電除塵器除塵后灰塵含量可降至15mg/m3以下。合格的煙氣在ID風(fēng)機(jī)的引導(dǎo)下由液壓切換站選擇回收和放散。

2 泄爆的定義

電除塵器內(nèi)部一氧化碳達(dá)到其爆炸極限，發(fā)生爆炸，使電除塵器內(nèi)部壓力迅速超過(guò)泄爆閥所允許承受的最大壓力,迫使泄爆閥迅速打開(kāi)，煙氣外泄，就造成了電除塵器泄爆。

電除塵器入口和出口各安裝有四個(gè)泄爆閥，允許承受的最大壓力為2.5Kpa，當(dāng)電除塵器內(nèi)部壓力超過(guò)2.5Kpa后，泄爆閥就會(huì)打開(kāi)，使電除塵器內(nèi)部壓力外泄，對(duì)電除塵器起到保護(hù)作用。但是如果電除塵器頻繁泄爆，則會(huì)嚴(yán)重影響煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏，使企業(yè)蒙受經(jīng)濟(jì)損失，所以在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制電除塵器泄爆。

3 電除塵器泄爆的條件

影響電除塵器泄爆的因素如下:

（1）氧氣濃度；

（2）一氧化碳濃度；

（3）火種的存在；

（4）煙氣在煤氣管道和電除塵器內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)。

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高或波動(dòng)較大時(shí)，會(huì)對(duì)煙氣造成較大的擾動(dòng)。煙氣進(jìn)入電除塵器后流速降低，加上極線、極板等電除塵器內(nèi)部構(gòu)件對(duì)流體流態(tài)的影響，煙氣在原來(lái)運(yùn)行方向上產(chǎn)生紊亂，出現(xiàn)局部或整體混合現(xiàn)象。極線、極板之間產(chǎn)生間歇性放電，電弧溫度很高，一般可以達(dá)到3000℃～6000℃。轉(zhuǎn)爐煤氣的燃點(diǎn)在650～700℃。如果此時(shí)混合煙氣中O2和CO含量達(dá)到或超過(guò)此時(shí)混合氣體的爆炸極限，就會(huì)產(chǎn)生爆炸，造成泄爆。

4 泄爆原因分析

電除塵內(nèi)的爆炸其根本原因是電除塵內(nèi)煙氣中的CO與O2混合后濃度到達(dá)一定比例后，經(jīng)電場(chǎng)中高壓閃絡(luò)的電弧火花引起爆炸。通過(guò)對(duì)150t轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)后電除塵的泄爆統(tǒng)計(jì)后分析，靜電除塵器發(fā)生泄爆主要有以下幾個(gè)原因：

4.1 冶煉開(kāi)始階段

轉(zhuǎn)爐開(kāi)始吹煉時(shí)碳氧反應(yīng)就十分劇烈，CO迅速產(chǎn)生，如果產(chǎn)生的CO在爐口沒(méi)有被完全燃燒而進(jìn)入靜電除塵器，在靜電除塵器內(nèi)部與開(kāi)吹前煙道中的空氣進(jìn)行混合，從而在靜電除塵器內(nèi)產(chǎn)生爆炸，使泄爆閥打開(kāi)而中斷吹煉。

4.2 冶煉中斷階段

轉(zhuǎn)爐吹煉中事故提槍后進(jìn)行再吹煉，這時(shí)再吹煉的鐵水與經(jīng)過(guò)鐵水預(yù)處理三脫后的鐵水性質(zhì)類似，所以泄爆原因基本類似。

4.3 冶煉結(jié)束階段

轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束氧槍提槍，到關(guān)氧點(diǎn)氧氣切斷閥迅速關(guān)閉，若氧氣切斷閥關(guān)閉速度滯后，造成多余的O2進(jìn)入煙道，與停吹一刻產(chǎn)生CO混合從而在靜電除塵器內(nèi)產(chǎn)生爆炸。

4.4 長(zhǎng)時(shí)間停爐

轉(zhuǎn)爐經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間停爐后，蒸發(fā)冷卻器入口溫度只有幾十度左右。在吹煉第一爐鋼的初期，由于煙道裙罩口處于低溫狀態(tài)，CO2的產(chǎn)生速度會(huì)比高溫時(shí)要慢，這樣在吹煉初期CO在爐口沒(méi)有完全燃燒而在電除塵器內(nèi)部與O2混合濃度達(dá)到爆炸的邊界范圍時(shí)，也就會(huì)發(fā)生泄爆現(xiàn)象。

4.5 加料原因

副原料潮濕含有一定水分，加入轉(zhuǎn)爐后高溫將其水反應(yīng)分解含有H2，造成H2含量超標(biāo)，造成H2泄爆。

加料方式不正確，比如一次加入量過(guò)多，造成爐內(nèi)劇烈反應(yīng)，爐口處充滿煙氣，煙氣量瞬間增大，若風(fēng)機(jī)沒(méi)有及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)度，將造成部分煙氣滯留煙罩口，此時(shí)造成爐口處處于負(fù)壓狀態(tài)，易將空氣帶入煙道內(nèi)，進(jìn)而造成泄爆。

4.6 煙罩控制

煙罩控制不當(dāng)造成泄爆，150t轉(zhuǎn)爐煤氣要回收，冶煉過(guò)程要進(jìn)行降罩操作，冶煉開(kāi)始時(shí)煙罩降的過(guò)早以及冶煉結(jié)束煙罩提升過(guò)晚都將造成空氣進(jìn)入煙道內(nèi)進(jìn)而和CO混合，達(dá)到一定比例后造成泄爆。

綜合所有故障發(fā)現(xiàn)，電除塵器泄爆現(xiàn)象主要是出現(xiàn)在開(kāi)吹的時(shí)間段，都是由于停吹時(shí)滯留在電除塵器中充滿著空氣，當(dāng)轉(zhuǎn)爐開(kāi)吹時(shí)產(chǎn)生的CO沒(méi)有完全燃燒與空氣混和濃度到達(dá)一定的比例后造成的泄爆。

5 預(yù)防泄爆的措施

在影響電除塵器泄爆的因素里，通過(guò)人為操作，能夠影響的因素有：O2濃度、CO濃度、和煙氣的流動(dòng)狀態(tài)，其中對(duì)CO濃度的控制主要是改變CO在電除塵器內(nèi)部的爆炸極限范圍。通過(guò)對(duì)以上三個(gè)因素的控制，可以有效降低電除塵器的泄爆頻率。主要采取以下措施：

5.1 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐吹氧流量控制

在轉(zhuǎn)爐開(kāi)吹過(guò)程中，為了嚴(yán)格控制O2與鋼水反應(yīng)速率，初期產(chǎn)生的CO要求能在爐口完全燃燒變成CO2,增加一套氧氣流量的斜坡控制方案，即在轉(zhuǎn)爐開(kāi)吹之初控制氧氣流量按一定的斜坡緩慢上升，在這種控制條件下，開(kāi)吹時(shí)氧氣初始流量低，在吹煉過(guò)程中產(chǎn)生的CO在爐口基本能完全燃燒變?yōu)镃O2，而CO2為非爆炸性氣體，利用CO2氣體形成一種活塞式煙氣柱，一直推動(dòng)煙氣管道中殘余的空氣向放散煙囪排出，后來(lái)產(chǎn)生的富含CO的轉(zhuǎn)爐煙氣利用非爆炸性的煙氣與空氣中的氧氣隔離開(kāi)來(lái)，將CO與O2的混合濃度控制在爆炸范圍之外。

這種斜坡控制同樣適合于轉(zhuǎn)爐冶煉中斷以及長(zhǎng)時(shí)間停爐后的吹煉，轉(zhuǎn)爐在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間停爐后吹煉第一爐鋼時(shí)，先用少量氧氣吹煉一定時(shí)間后，提高蒸發(fā)冷卻器入口溫度后，從而進(jìn)入正常的吹煉方式。煙道中的高溫狀態(tài)能促進(jìn)汽化冷卻煙道中CO與O2的反應(yīng)速度，增加CO2的量，降低O2的濃度至安全范圍，所以有效的避免了泄爆現(xiàn)象。

以上三種情況實(shí)際應(yīng)用中氧流量還有一定的差別，具體根據(jù)三種情況分別設(shè)定三條不同的吹氧曲線，依據(jù)冶煉時(shí)間改變氧流量的設(shè)定值，在上位機(jī)畫(huà)面上可以選擇相應(yīng)的曲線，非常方便。

5.2 優(yōu)化ID風(fēng)機(jī)控制

在電除塵系統(tǒng)中ID風(fēng)機(jī)為變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)，為適應(yīng)轉(zhuǎn)爐煙氣變化的工藝需要，在轉(zhuǎn)爐的各種狀態(tài)下，ID風(fēng)機(jī)都需要有與之相配的控制模式。轉(zhuǎn)爐的開(kāi)吹階段，為了防止電除塵泄爆，煙氣中的CO需要完全燃燒而在管道中形成隔離帶，所以這時(shí)的ID風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速依據(jù)風(fēng)機(jī)控制模型進(jìn)行計(jì)算得出，充分保證吹煉產(chǎn)生的CO在裙罩口完全燃燒，且煙氣中過(guò)剩氧含量較低。冶煉中斷情況，為保證管道中的CO快速被抽走，此時(shí)ID風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為高速。

5.3 優(yōu)化工藝

（1）吹煉中斷再吹煉時(shí)，提前打開(kāi)氮?dú)馇袛嚅y，向煙氣管道中吹入一定量的氮?dú)?，進(jìn)入電除塵從而稀釋電除塵中的氧氣含量，使氧含量小于13%，達(dá)到避免電除塵泄爆的目的。

（2）確保副原料干燥，沒(méi)有水分。

（3）副原料投料時(shí)遵循少量、多批次的原則，確保爐口煙氣量的均勻變化。

5.4 優(yōu)化設(shè)備控制和維護(hù)

（1）控制泄露進(jìn)入系統(tǒng)的氧氣量，確保自煙罩、加料口、爐口微差壓、粗灰系統(tǒng)、風(fēng)管等的密封，定期進(jìn)行檢修，使系統(tǒng)泄露率控制在1%以下。

（2）定期檢修、檢測(cè)氧槍用氧氣切斷閥，確保其關(guān)斷時(shí)間小于5秒。

（3）優(yōu)化煙罩升降自動(dòng)控制，吹煉開(kāi)始后當(dāng)氧含量小于6%時(shí)煙罩下降，當(dāng)吹煉實(shí)績(jī)大于90%時(shí)，自動(dòng)上升，根據(jù)實(shí)際情況可以實(shí)時(shí)手動(dòng)干預(yù)。

（4）梳理氧槍系統(tǒng)報(bào)警提槍的條件，包括氧槍水系統(tǒng)、汽化系統(tǒng)，通過(guò)點(diǎn)檢、定修確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，減少異常報(bào)警次數(shù)，從而減少事故提槍造成冶煉中斷的次數(shù)。

總之，解決電除塵的泄爆這一問(wèn)題要綜合考慮整個(gè)轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)，尋找出現(xiàn)問(wèn)題的根源，單純認(rèn)為泄爆發(fā)生在靜電除塵器，解決泄爆問(wèn)題就應(yīng)該在電除塵這部分做工作是不正確的。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)八鋼新疆150t轉(zhuǎn)爐干法除塵泄爆故障的原因分析，并結(jié)合其他鋼廠的轉(zhuǎn)爐干法除塵的控制經(jīng)驗(yàn)，我們制定了包括工藝、設(shè)備在內(nèi)的多項(xiàng)措施，有效的避免電除塵器內(nèi)部泄爆現(xiàn)象的發(fā)生，降低了轉(zhuǎn)爐的異常提槍次數(shù)，保護(hù)了電除塵器內(nèi)部設(shè)備，增加內(nèi)部極板極線的使用壽命，很好的提高了轉(zhuǎn)爐電除塵系統(tǒng)的可靠性和安全性。

［1］張殿印，王純.除塵器手冊(cè)[S].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.