轉(zhuǎn)爐一次煙氣凈化回收技術(shù)研究進(jìn)展及挑戰(zhàn)

楊瑩莉

（中冶華天工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京210019）

0 引言

近年來(lái)，霧霾天氣在我國(guó)頻繁出現(xiàn)，空氣質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)引起全社會(huì)的高度關(guān)注。而鋼鐵行業(yè)作為工業(yè)排放的大戶，其排放標(biāo)準(zhǔn)和排放量越來(lái)越受到嚴(yán)格限制。2012年發(fā)布并實(shí)施的《煉鋼工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定，2015年1月1日起，新建企業(yè)和現(xiàn)有企業(yè)轉(zhuǎn)爐一次除塵大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限制均為50mg/Nm3，比之前的100mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格了一倍。為了達(dá)到更高的排放要求，轉(zhuǎn)爐一次除塵工藝需要不斷進(jìn)行改進(jìn)。

目前，轉(zhuǎn)爐煉鋼的煙氣凈化回收技術(shù)主要有傳統(tǒng)的濕法凈化回收技術(shù)（OG法）、干法凈化回收技術(shù)（LT法），以及近年發(fā)展起來(lái)的全余熱回收布袋除塵技術(shù)。論文首先對(duì)上述三種煙氣凈化技術(shù)的工藝流程進(jìn)行表述，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，最后指出當(dāng)前形勢(shì)下轉(zhuǎn)爐一次煙氣凈化技術(shù)的發(fā)展方向。

1 濕法OG技術(shù)

OG法自60年代在日本問(wèn)世以來(lái)，已為世界各國(guó)所采用。80年代初，我國(guó)寶鋼3×300t轉(zhuǎn)爐首次從日本引進(jìn)OG法煙氣凈化技術(shù)。直到2005年以前，國(guó)內(nèi)大部分鋼廠在消化寶鋼技術(shù)的基礎(chǔ)上基本上都采用了OG法煙氣凈化系統(tǒng)[1]。

傳統(tǒng)的OG濕法除塵系統(tǒng)主要由兩級(jí)文氏管洗滌器、重力脫水器和彎頭脫水、旋風(fēng)復(fù)擋板脫水器和相應(yīng)的污水處理系統(tǒng)構(gòu)成。其缺點(diǎn)是循環(huán)水量大、污水處理設(shè)施復(fù)雜、排放濃度相對(duì)高。隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的日益苛刻，傳統(tǒng)的兩文三脫、兩文兩彎等除塵工藝都很難達(dá)到要求，OG濕法也在不斷的進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)今主流的濕法工藝主要有塔文濕法、雙塔濕法。

1.1 塔文濕法（OG法）煙氣凈化技術(shù)

圖1 塔文濕法煙氣凈化系統(tǒng)圖

塔文濕法即噴淋冷卻塔（或蒸發(fā)冷卻塔）+二文環(huán)縫+濕旋脫水器的形式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)兩文三脫、兩文兩彎相比具有如下特點(diǎn)：1）工藝流程簡(jiǎn)潔，取消了一文水冷夾套、溢流水封，代之為高溫非金屬補(bǔ)償器；2）降低阻力，噴淋塔內(nèi)氣流流速3～5m/s，遠(yuǎn)低于原一文流速30～60m/s，所以氣流流經(jīng)噴淋塔內(nèi)的阻力從一文的3～5kPa降低到了～0.5kPa；3）由于取消了一文水冷夾套和溢流水封，降低了系統(tǒng)耗水量；4）由于采用冷卻塔節(jié)減小了壓損，使得二文環(huán)縫文氏管有足夠的壓降提高除塵效率。從理論上講，環(huán)縫文氏管的壓降控制在14kPa以上，就可以將排放濃度降低到50mg/m3以下。

濕法（OG法）系統(tǒng)另一種塔文形式是采用干法除塵系統(tǒng)的蒸發(fā)冷卻塔，內(nèi)設(shè)雙流介質(zhì)噴槍及霧化噴嘴噴入的水呈霧狀或細(xì)顆粒狀，使煙氣的溫降主要靠水的汽化潛熱來(lái)完成，因?yàn)樗钠瘽摕崾秋@熱冷卻的10倍，所以塔內(nèi)降溫用噴水量也僅為常規(guī)噴水量的1/10[2]。

1.2 濕法雙塔煙氣凈化技術(shù)

濕法雙塔技術(shù)的基礎(chǔ)是德國(guó)Lurgi新OG法和日本川崎的新OG法，這兩種新OG法在國(guó)內(nèi)均有應(yīng)用。系統(tǒng)采用一文一塔的形式，即環(huán)縫文氏管裝設(shè)在噴淋冷卻塔內(nèi)部的形式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 濕法雙塔煙氣凈化系統(tǒng)

濕法雙塔除塵形式的主要設(shè)備包括：噴淋塔+環(huán)縫裝置、脫水塔，其凈化回收的基本原理是：1）從汽化冷卻煙道出來(lái)的含塵高溫煤氣與經(jīng)噴嘴噴出的細(xì)顆水在噴淋塔進(jìn)行熱質(zhì)交換、塵與水混合，煙氣放熱后降溫，大顆粒粉塵沉降；2）經(jīng)粗凈化的煤氣再進(jìn)入環(huán)縫裝置，在環(huán)縫裝置中氣體高速流過(guò)形成負(fù)壓，此時(shí)，氣體帶入的濁環(huán)水汽化蒸發(fā)，水的比表面積急劇增大，加大了與氣體中的粉塵的接觸面積，含塵煤氣得到充分洗滌凈化；3）經(jīng)二次凈化后的含水煤氣進(jìn)入脫水塔脫水后經(jīng)由管網(wǎng)、煤氣風(fēng)機(jī)進(jìn)入煤氣柜回收，不符合回收條件時(shí)經(jīng)切換閥切換至煙囪點(diǎn)火放散。

環(huán)縫裝設(shè)在塔內(nèi)的形式有一個(gè)非常大的好處，就是噴淋塔內(nèi)過(guò)剩的濁水部分流入下部的環(huán)縫，相當(dāng)于間接作為環(huán)縫供水，從而比塔文分設(shè)形式進(jìn)一步節(jié)水。另外，系統(tǒng)簡(jiǎn)潔流暢，環(huán)縫過(guò)后的煙氣直接脫水器，省去了塔文形式的中間彎頭、上升下降管，同時(shí)省去了該部分管段的沖洗水用量、降低了阻損，進(jìn)一步節(jié)約了用水和檢修工作量，降低了系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本。

經(jīng)工程實(shí)踐證實(shí)，該系統(tǒng)能達(dá)到并優(yōu)于國(guó)家最新排放標(biāo)準(zhǔn)50mg/Nm3的要求。且因該系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，占地比原有OG系統(tǒng)小，而且現(xiàn)有OG系統(tǒng)的管路系統(tǒng)都可利原有系統(tǒng)，就連風(fēng)機(jī)、電機(jī)幾乎都可以利用原有OG系統(tǒng)，且用水量遠(yuǎn)低于原有OG除塵系統(tǒng)，安裝周期短，特別適合于濕法OG系統(tǒng)改造工程。

2 LT干法靜電除塵技術(shù)

轉(zhuǎn)爐煤氣干法靜電除塵技術(shù)由德國(guó)Lurgi和Thyssen鋼鐵廠合作開發(fā)，該技術(shù)噸鋼煤氣回收利用率高，煤氣含量低，無(wú)需廢水處理裝置，煉鋼噸鋼工序能耗僅為10kg標(biāo)煤[3]，經(jīng)過(guò)LT法除塵后含塵氣體排放濃度約為10～20mg/Nm3[4]。轉(zhuǎn)爐LT干法除塵系統(tǒng)主要包括：蒸發(fā)冷卻器、靜電除塵器、煤氣切換、煤氣冷卻器、放散煙囪、除灰系統(tǒng)等[4]。

轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)的工藝流程為：高溫?zé)煔猓?400～1600℃）經(jīng)汽化冷卻煙道冷卻，煙氣溫度降為850～1000℃，然后通過(guò)蒸發(fā)冷卻塔，高壓水經(jīng)霧化噴嘴噴出，煙氣直接冷卻到250℃左右，噴水量根據(jù)煙氣含熱量精確控制，所噴出的水完全蒸發(fā)，噴水降溫的同時(shí)對(duì)煙氣進(jìn)行了調(diào)質(zhì)處理，使粉塵的比電阻有利于電除塵器的捕集。蒸發(fā)冷卻塔內(nèi)約40～50%的粗粉塵沉降到底部，經(jīng)排灰閥排出。冷卻和調(diào)質(zhì)后的煙氣進(jìn)入有四個(gè)電場(chǎng)的圓形電除塵器進(jìn)行精除塵，除塵后煙氣經(jīng)風(fēng)機(jī)、切換站，合格煤氣至煤氣冷卻器再冷卻后進(jìn)煤氣柜，不合格煤氣至煙囪點(diǎn)火放散。

轉(zhuǎn)爐LT干法靜電除塵具有如下特點(diǎn)[6-10]：

1）凈化后煙氣含塵量低：一般≤15mg/Nm3，最低可≤10mg/Nm3；

2）風(fēng)機(jī)壽命長(zhǎng)：煙氣含塵低，磨損小，維修??；

3）節(jié)電效果顯著：因系統(tǒng)阻力低、循環(huán)水量很少，風(fēng)機(jī)電機(jī)及水泵電機(jī)裝機(jī)容量比濕法要低；

4）污水處理費(fèi)低：干法除塵系統(tǒng)由于煤氣冷卻器冷卻的是凈煤氣，僅有極少量的污水外排，利于環(huán)保；

5）一次投資高，干法系統(tǒng)設(shè)備龐大且煙氣溫度高對(duì)設(shè)備材料要求嚴(yán)格，加上電除塵器防爆要求等使得其總投資高于濕法除塵系統(tǒng)數(shù)倍；

6）消耗蒸汽，不節(jié)能：蒸發(fā)冷卻塔在運(yùn)行中消耗數(shù)量不少的蒸汽（如120t轉(zhuǎn)爐～5t/h）；

7）維護(hù)和操作技術(shù)要求高，且維修工作量大。因?yàn)殡姵龎m器結(jié)垢、腐蝕，蒸發(fā)冷卻器結(jié)垢等原因，導(dǎo)致維修設(shè)備的工作量特別大，并且降低轉(zhuǎn)爐作業(yè)率，有的廠甚至被迫采用備用整套除塵設(shè)備。

雖然LT干法靜電除塵技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯，但因其存在一次性投資費(fèi)用高、運(yùn)行節(jié)電不節(jié)能、操作技術(shù)要求高、維修工作量大而使轉(zhuǎn)爐作業(yè)率降低等問(wèn)題，使得在當(dāng)今實(shí)際應(yīng)用的選取上與濕法系統(tǒng)難分伯仲。

3 干法余熱回收布袋除塵技術(shù)

轉(zhuǎn)爐一次煙氣凈化無(wú)論干法LT系統(tǒng)還是濕法OG系統(tǒng)，其共同特點(diǎn)在于對(duì)高溫?zé)煔獾睦鋮s降溫，均通過(guò)水的蒸發(fā)吸收汽化潛熱來(lái)對(duì)煙氣進(jìn)行降溫冷卻，干法除塵還因?yàn)樽陨硐到y(tǒng)的要求，要消耗大量的蒸汽。通過(guò)消耗水來(lái)冷卻煙氣雖然是一個(gè)高效的冷卻方法，但卻是一個(gè)非常耗能的方法。因?yàn)閺钠鋮s煙道出來(lái)的高溫?zé)煔獗旧砩蟻?lái)講是一種高品位熱能，非但沒有設(shè)法回收其攜帶的熱能，還要消耗大量其他能源來(lái)對(duì)其進(jìn)行冷卻降溫，造成能源大量浪費(fèi)。例如，一般設(shè)計(jì)條件下，汽化煙道出來(lái)的煙氣溫度在800～1000℃，如果單純將煙氣溫度降低到500℃，噸鋼產(chǎn)生蒸汽可達(dá)20kg，可以產(chǎn)生巨大的收益。

根據(jù)2011年10月1日開始實(shí)施的《鋼鐵企業(yè)節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50632-2011中相關(guān)規(guī)定：“鋼鐵企業(yè)設(shè)計(jì)，必須加強(qiáng)余熱、余壓的回收利用水平。必須采用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、能耗低、二次能源回收利用好的先進(jìn)節(jié)能工藝、技術(shù)、設(shè)備與措施，最大限度地降低能源消耗，二次能源回收利用要實(shí)現(xiàn)高能高用，梯級(jí)利用”，可以看出新規(guī)范對(duì)節(jié)能、能源回收有了很高的要求。因此，許多設(shè)計(jì)院及科研單位開始進(jìn)行轉(zhuǎn)爐一次除塵余熱回收布袋除塵器的研發(fā)實(shí)驗(yàn)。

目前轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收及布袋除塵的主要工藝是：轉(zhuǎn)爐一次煙氣經(jīng)汽化冷卻煙道后進(jìn)入余熱回收設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步能量回收，溫度降低到合適的值（一般為～100℃）之后，經(jīng)布袋除塵器、風(fēng)機(jī)，不合格煤氣經(jīng)煙囪點(diǎn)火放散，合格煤氣進(jìn)煤氣柜回收（當(dāng)風(fēng)機(jī)后合格煤氣溫度高于70℃時(shí)，再經(jīng)煤氣冷卻器冷卻到70℃以下進(jìn)煤氣柜回收）。

布袋除塵器通過(guò)濾袋可以很容易的將煙氣含塵濃度降到15mg/Nm3及以下，又不需要像電除塵器一樣消耗電能。由于整個(gè)系統(tǒng)阻力相對(duì)濕法除塵減少很多，僅比LT干法除塵略大一點(diǎn)，所以風(fēng)機(jī)站不需要配置很高功率的電機(jī)。利用余熱回收設(shè)備還可以回收大量的轉(zhuǎn)爐顯熱生產(chǎn)蒸汽。轉(zhuǎn)爐一次煤氣在冷卻的過(guò)程中與水無(wú)直接接觸，僅當(dāng)風(fēng)機(jī)后溫度高度70℃時(shí)進(jìn)行噴水冷卻，所以煤氣不含水或含稅率很低，煤氣熱值高，利于輸送和使用。

相比OG濕法和LT干法，該工藝有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：1）系統(tǒng)無(wú)（或很少）循環(huán)水，無(wú)污水處理設(shè)施及相關(guān)費(fèi)用和占地面積；2）布袋除塵效率高，很容易穩(wěn)定達(dá)到15mg/Nm3及以下；3）無(wú)干法除塵電火花起暈或放電現(xiàn)象；4）因?yàn)楹史浅５图昂瑝m量很低，煤氣品質(zhì)高；5）無(wú)一文、二文等高阻力除塵設(shè)備，系統(tǒng)阻力遠(yuǎn)低于濕法，比LT干法略高，所以風(fēng)機(jī)電機(jī)的裝機(jī)容量都相對(duì)不高，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用較低，且除塵效率高風(fēng)機(jī)運(yùn)行壽命長(zhǎng)；6）轉(zhuǎn)爐煙氣余熱基本全部回收，間接降低了煉鋼成本，符合當(dāng)今能源政策。

雖然布袋干法除塵系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，也有很多相關(guān)專利技術(shù)，但目前布袋干法除塵系統(tǒng)僅在40t轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行了工業(yè)實(shí)驗(yàn)，鮮有工程應(yīng)用[11]。

4 小結(jié)

本文系統(tǒng)的比較了濕法OG煙氣凈化技術(shù)和LT干法煙氣靜電除塵技術(shù)的流程和技術(shù)特點(diǎn)。結(jié)果表明，在環(huán)保和節(jié)能雙向要求空前嚴(yán)格的當(dāng)下，干法LT、OG濕法系統(tǒng)都面臨巨大挑戰(zhàn)。而熱回收布袋除塵技術(shù)因其節(jié)能和環(huán)保的方向是符合我國(guó)及世界當(dāng)前發(fā)展的大方向，具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］郭啟超,李彥濤,葉天鴻,等.轉(zhuǎn)爐一次煙氣濕法系統(tǒng)升級(jí)改造新技術(shù)[J].冶金能源,2014,33(3)：9-11.

［2］郭紅,程紅艷,陳林權(quán).國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐一次煙氣除塵技術(shù)及其發(fā)展方向[J].煉鋼,2010,26(3)：71-74.

［3］韓榮孝.轉(zhuǎn)爐一次除塵技術(shù)發(fā)展趨向研討[J].甘肅科技,2012,28(7)：73-75.

［4］魏剛,趙增安.轉(zhuǎn)爐干法除塵工藝分析[J].現(xiàn)代冶金,2013,41(2)：39-41.

［5］鞏婉峰.轉(zhuǎn)爐一次除塵新OG法與LT法選擇取向探析[J].鋼鐵技術(shù),2009,4：46-50.

［6］彭鋒.國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐煤氣回收的利用簡(jiǎn)析[J].煉鋼,2008,24(6)：60-62.

［7］崔明遠(yuǎn),翟玉杰.轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回收技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2006,32(5)：41-42.

［8］梁廣,張杰.煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收與利用技術(shù)[J].鋼鐵技術(shù),2006(6)：39-41.

［9］劉凱,仵宗賢,李學(xué)海.LT干法除塵在120t轉(zhuǎn)爐中的應(yīng)用[J].萊鋼科技,2007(1)：20-22.

［10］焦金鵬,沈惟橋,吳強(qiáng),等.靜電除塵器防泄爆改造與應(yīng)用[J].山東冶金,2007,29：134.

［11］申英俊.除塵效率和節(jié)能降耗并重[C]//2012中國(guó)鋼鐵節(jié)能減排論壇.