提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)及工程應(yīng)用

紀(jì)世昌

提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)及工程應(yīng)用

紀(jì)世昌

（中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北武漢430223）

簡(jiǎn)要介紹了提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)的工藝流程，然后對(duì)一次煙氣干法除塵系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析及工程實(shí)例進(jìn)行列舉，重點(diǎn)分析了其控制、防泄爆技術(shù)及系統(tǒng)非標(biāo)設(shè)備及管網(wǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)。

干法除塵；技術(shù)要點(diǎn)；工程應(yīng)用

1 前言

釩是現(xiàn)代工業(yè)材料的重要添加劑，同時(shí)也是一種重要的戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于釩鐵、航天、化工、新型能源等領(lǐng)域。中國(guó)的釩產(chǎn)量居世界第一位，約占世界釩產(chǎn)量的54.8%，在釩產(chǎn)品市場(chǎng)需求日益擴(kuò)大的背景下，需充分利用釩資源優(yōu)勢(shì)，并使其發(fā)揮最大的效益。由于含釩礦物種類及生產(chǎn)條件的差異，提釩的工藝方法也不盡相同，國(guó)內(nèi)用含釩鐵水提釩的主流方法是轉(zhuǎn)爐提釩法，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，提釩轉(zhuǎn)爐的一次煙氣除塵凈化也被擺上了重要的位置。

對(duì)應(yīng)的提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣除塵技術(shù)有干法除塵和濕法除塵兩種。由于干法除塵相對(duì)濕法除塵具有節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用及占地面積等優(yōu)點(diǎn)，且使用濕法除塵系統(tǒng)的管道及設(shè)備在使用一段時(shí)間之后會(huì)出現(xiàn)腐蝕及變薄的現(xiàn)象，大大降低了系統(tǒng)的使用壽命，因此提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣采用干法除塵系統(tǒng)是今后發(fā)展的方向。

2 提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)工藝流程

提釩轉(zhuǎn)爐的工作原理就是利用選擇性氧化的原理，采用高速氧射流在轉(zhuǎn)爐中對(duì)含釩鐵水進(jìn)行攪拌，將鐵水中的釩氧化成釩氧化物，以便制取釩渣的一種物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。在反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)加入冷卻劑控制熔池溫度在碳釩轉(zhuǎn)化溫度以下，達(dá)到去釩保碳的目的。

在吹煉過(guò)程中由于鐵水脫碳較少，產(chǎn)生的爐氣中一氧化碳含量也較低而不具有回收的價(jià)值，因此一次煙氣干法除塵系統(tǒng)不設(shè)回收系統(tǒng)。轉(zhuǎn)爐爐口不設(shè)活動(dòng)煙罩，將產(chǎn)生的煤氣盡量全部燃燒掉，在汽化冷卻煙道中將煙氣熱量回收轉(zhuǎn)化成飽和水蒸汽。由于采用全燃法，進(jìn)入后續(xù)電除塵器內(nèi)的煙氣基本上不具備可燃性，因此發(fā)生爆炸的風(fēng)險(xiǎn)大大降低，基于此原因提釩轉(zhuǎn)爐選用干法除塵系統(tǒng)也是合理的。

2.1 一次煙氣干法除塵工藝流程簡(jiǎn)述

（1）轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)汽化冷卻煙道冷卻至900℃左右，進(jìn)入蒸發(fā)冷卻塔。

（2）在蒸發(fā)冷卻塔內(nèi)，高壓水經(jīng)霧化噴嘴噴出將煙氣直接冷卻到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，調(diào)整了粉塵的比電阻，有利于靜電除塵器的捕集。同時(shí)煙氣中的粗粉塵沉降到蒸發(fā)冷卻塔的底部。

（3）在蒸發(fā)冷卻塔的底部，沉降的粗粉塵由粗灰輸送系統(tǒng)排出。

（4）冷卻和調(diào)質(zhì)后的煙氣進(jìn)入圓形靜電除塵器，煙氣得到凈化。

（5）圓形靜電除塵器的進(jìn)、出口裝有安全泄爆閥，以釋放可能產(chǎn)生的爆炸壓力。

（6）在靜電除塵器被收集的粉塵通過(guò)細(xì)灰輸送系統(tǒng)排出。

（7）凈化后的煙氣進(jìn)入引風(fēng)機(jī)。

（8）煙氣經(jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)后進(jìn)入消聲器進(jìn)行吸聲降噪。

（9）最后煙氣接至煙囪高空排放。

2.2 一次煙氣干法除塵工藝流程簡(jiǎn)圖

3 提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)的控制技術(shù)

轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)的主要工藝設(shè)備（組）包括：蒸發(fā)冷卻塔、粗灰系統(tǒng)、靜電除塵器、細(xì)灰系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、放散煙囪。每部分完成不同的功能，滿足整個(gè)系統(tǒng)的需要。

3.1.1 蒸發(fā)冷卻塔噴水量控制

蒸發(fā)冷卻塔具有煙氣的降溫和調(diào)質(zhì)功能，研發(fā)中采用了雙流噴槍，通過(guò)噴蒸汽和霧化水來(lái)實(shí)現(xiàn)，要求保證蒸發(fā)冷卻塔出口煙氣溫度降至250℃左右，且噴入冷卻水全部蒸發(fā)，蒸發(fā)冷卻塔底部不允許存在液態(tài)水。蒸汽壓力通過(guò)蒸汽切斷閥和調(diào)節(jié)閥控制，噴水量通過(guò)冷卻水切斷閥和調(diào)節(jié)閥控制。

蒸發(fā)冷卻塔的控制目標(biāo)是出口煙氣溫度，控制量為冷卻水流量，影響出口溫度的因素包括入口溫度、煙氣流量、噴入冷卻水的流量以及混合煙氣的密度和比熱容，這些因素都是隨時(shí)變的，要控制出口溫度穩(wěn)定在設(shè)定值，且噴入冷卻水量不能過(guò)多，保證蒸發(fā)冷卻塔底部無(wú)液態(tài)水存在。

對(duì)系統(tǒng)采用前饋-串級(jí)控制方法，主控對(duì)象為出口溫度，副控對(duì)象為冷卻水流量。由于影響主控對(duì)象的因素除了冷卻水流量外，其他的擾動(dòng)因素?zé)o法包含副控回路中，且擾動(dòng)較大，單靠主控回路的反饋控制難以克服擾動(dòng)影響，系統(tǒng)響應(yīng)慢，因此在副控制器輸入端引入前饋補(bǔ)償，利用蒸發(fā)冷卻塔入口溫度、出口設(shè)定溫度、煙氣流量計(jì)算出一個(gè)預(yù)設(shè)水量，該水量與主控制器輸出的控制量之和作為副控制器的設(shè)定值。計(jì)算預(yù)設(shè)水量時(shí)由于煙氣流量檢測(cè)存在滯后，煙氣密度和比熱容根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取常數(shù)，所以通過(guò)前饋補(bǔ)償不能完全消除誤差，穩(wěn)態(tài)誤差由主控回路消除。

3.1.2 爐口微差壓控制

爐口微差壓控制是通過(guò)控制引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)爐口差壓，使?fàn)t口保持±15 Pa，保證轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)煙氣不外溢。爐口差壓受轉(zhuǎn)爐煙氣流量的擾動(dòng)影響較大，這里同樣采用前饋-串級(jí)控制，主控對(duì)象為爐口壓差，副控對(duì)象為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，煙氣流量與轉(zhuǎn)爐吹氧量基本呈線性關(guān)系，因此采用氧氣流量計(jì)算煙氣預(yù)設(shè)流量。

3.1.3 高壓電源控制

高壓電源的控制精度很高、各種保護(hù)復(fù)雜，由專門(mén)的電源廠家成套提供，針對(duì)轉(zhuǎn)爐周期間歇性工況和節(jié)能需要，高壓電源通常設(shè)有重載和輕載模式，在轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)采用重載模式，充分發(fā)揮除塵能力；轉(zhuǎn)爐不吹煉時(shí)，采用輕載模式，節(jié)約電能。

3.2 干法除塵系統(tǒng)的防泄爆技術(shù)

轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)生爆炸必須同時(shí)具備三個(gè)條件：（1）煤氣與空氣（或者氧氣）混合物在爆炸極限以內(nèi)；（2）煤氣與空氣（或者氧氣）混合物在最低著火點(diǎn)溫度以下；（3）煤氣與空氣（或者氧氣）混合物遇到足夠能量的火種。

靜電除塵器的工作原理決定了其不可避免地存在電火花放電而產(chǎn)生足夠能量的火種；轉(zhuǎn)爐煤氣在空氣中的著火點(diǎn)為610℃左右，靜電除塵器中的煤氣溫度約200℃；所以只要在煤氣組分達(dá)到其爆炸極限時(shí)，靜電除塵器內(nèi)就可能發(fā)生爆炸。轉(zhuǎn)爐煤氣爆炸極限有兩個(gè)：①CO%＞9%，O2%＞6%；②H2%＞3%，O2%＞4%。

由于靜電除塵器的存在，轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)發(fā)生泄爆的情況在所難免，我們可以通過(guò)一系列的手段來(lái)減少或者避免泄爆的發(fā)生。通過(guò)研究，我們發(fā)現(xiàn)要減少轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)的泄爆次數(shù)，其核心思想是：

（1）減少煤氣和空氣的接觸時(shí)間；

（2）在煤氣和空氣間的過(guò)渡階段，盡量減少CO而將之氧化為CO2；

（3）所有添加料盡量少帶入水分；

（4）減少轉(zhuǎn)爐噴濺的發(fā)生。

3.3 轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.3.1 蒸發(fā)冷卻塔設(shè)計(jì)

蒸發(fā)冷卻塔除了冷卻煙氣外，另一功能是將粗顆粒的煙塵分離出來(lái)，它是依靠氣流的降速并在進(jìn)口處以水滴濕潤(rùn)煙塵來(lái)達(dá)到除塵的目的，灰塵聚積在蒸發(fā)冷卻塔灰斗內(nèi)，占廢氣中總灰塵含量30%～40%的粗灰也在蒸發(fā)冷卻塔中進(jìn)行收集。

蒸發(fā)冷卻塔還有對(duì)煙氣進(jìn)行調(diào)節(jié)改善功能，即在降低氣體溫度的同時(shí)提高其露點(diǎn)，改變粉塵電阻，有利于在電除塵器中將粉塵分離出來(lái)。

應(yīng)用于提釩爐的蒸發(fā)冷卻塔的塔體結(jié)構(gòu)有別于常規(guī)的干法除塵系統(tǒng)，取消了下部的香蕉彎及內(nèi)置刮板機(jī)，在減少機(jī)械故障的前提下，通過(guò)獨(dú)特的氣流組織方式實(shí)現(xiàn)了降溫、霧化、以及煙氣粗除塵的目的。蒸發(fā)冷卻塔的噴水量及塔體尺寸均通過(guò)理論公式計(jì)算得出，并通過(guò)數(shù)值模擬軟件分析塔體內(nèi)的煙氣的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)，對(duì)噴槍的布置及塔體的合理性進(jìn)行驗(yàn)證，最終確保蒸發(fā)冷卻塔內(nèi)的噴水量保證完全蒸發(fā)，確保煙氣不結(jié)露、不飽和、不濕底、壁體不結(jié)垢。

3.3.2 一次煙氣管網(wǎng)設(shè)計(jì)

由于提釩轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏快，因此一次煙氣溫度隨著轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏急劇變化，因此一次煙氣管道的熱脹冷縮的現(xiàn)象很嚴(yán)重，需合理地設(shè)置補(bǔ)償器，將管網(wǎng)分成若干合理的管系，并進(jìn)行管架推力計(jì)算，合理設(shè)置支架，確保管道不會(huì)被拉裂或支架分離，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。一次煙氣管道上安裝的補(bǔ)償器宜選擇金屬波紋管補(bǔ)償器。

4 提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)在工程上的應(yīng)用

武鋼集團(tuán)昆鋼股份玉溪新興鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱玉鋼）根據(jù)發(fā)展規(guī)劃新建1座120 t提釩轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)由中冶南方采用EPC總承包方式，包括全套干法除塵系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、設(shè)備及材料采購(gòu)供貨、施工安裝、軟件編程、人員培訓(xùn)、調(diào)試及試車、投產(chǎn)保產(chǎn)等交鑰匙工程。提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)工藝技術(shù)及蒸發(fā)冷卻塔等非標(biāo)設(shè)備技術(shù)均采用了中冶南方專利技術(shù)。

該干法除塵系統(tǒng)自2011年3月1日開(kāi)工設(shè)計(jì)，計(jì)劃2012年2月隨提釩轉(zhuǎn)爐工程投入使用，計(jì)劃工期12個(gè)月，由于鋼鐵市場(chǎng)行情因素，該轉(zhuǎn)爐工程及干法除塵系統(tǒng)工程實(shí)際至2012年5月29日投入正式連續(xù)運(yùn)行，干法除塵系統(tǒng)投產(chǎn)后即達(dá)到設(shè)計(jì)能力。2012年8月20日正式通過(guò)性能考核驗(yàn)收，崗位濃度及煙塵排放濃度均優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

目前，除塵系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)正常，除塵效率及效果良好。該系統(tǒng)為全國(guó)產(chǎn)化裝備，技術(shù)裝備水平較高，自動(dòng)化程度高，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均優(yōu)于其他同類型企業(yè)同爐型轉(zhuǎn)爐的煙氣除塵。

系統(tǒng)主要工藝參數(shù)如下：

轉(zhuǎn)爐公稱容量：120 t

煙氣量：185000 m3/h

電機(jī)功率：450 kW/10 kV

其他設(shè)備裝機(jī)功率：650 kW/380 V

蒸發(fā)冷卻塔直徑：?4220 mm

電除塵器筒徑：?8200 mm

煙囪直徑：?1600 mm

煙氣含塵濃度～120 g/m3(標(biāo)況)

煙囪排放濃度≤15 mg/m3（標(biāo)況）

近年來(lái)，中冶南方還承接了昆鋼新區(qū)120 t轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵及煤氣回收系統(tǒng)、云南太標(biāo)精工鑄造公司轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)總承包、青鋼城市鋼廠環(huán)保搬遷項(xiàng)目一煉鋼總承包工程等。

5 總結(jié)

提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵技術(shù)相對(duì)濕法除塵具有節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用及占地面積等優(yōu)點(diǎn)，且由于提釩爐的冶煉特點(diǎn)系統(tǒng)更加安全可靠，因此提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣采用干法除塵系統(tǒng)是今后發(fā)展的方向。本文列舉了提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵的技術(shù)要點(diǎn)及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

在設(shè)計(jì)提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：

（1）控制系統(tǒng)中的蒸發(fā)冷卻塔噴水量控制及爐口微差壓控制；

（2）系統(tǒng)的防止泄爆措施；

（3）蒸發(fā)冷卻塔非標(biāo)設(shè)計(jì)及一次煙氣管網(wǎng)設(shè)計(jì)。

通過(guò)以上內(nèi)容的敘述，以期對(duì)類似的工程設(shè)計(jì)起到一定的指導(dǎo)作用。對(duì)于該技術(shù)的發(fā)展方向，筆者認(rèn)為由于提釩轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐尾部煙道出口一次煙氣溫度尚有900℃左右，現(xiàn)有工藝均沒(méi)有再對(duì)該部分熱量進(jìn)行回收，造成部分熱量損失。沒(méi)有回收的原因很大程度上是擔(dān)心余熱回收的安全問(wèn)題，而提釩轉(zhuǎn)爐由于其冶煉特點(diǎn)基本上不可能發(fā)生爆炸，所以將來(lái)設(shè)計(jì)提釩轉(zhuǎn)爐一次煙氣系統(tǒng)時(shí)，需考慮設(shè)置900℃以下低溫段余熱回收裝置。

[1]張大德，張玉東.攀鋼轉(zhuǎn)爐提釩工藝的回顧與展望[J].鋼鐵釩鈦，2001，22（1）.

[2]喻林.半鋼煉鋼干法除塵系統(tǒng)煤氣回收應(yīng)用[J].四川冶金，2012，34（4）.

[3]孟慶珍.干法凈化除塵工藝在提釩轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用[J].承鋼技術(shù)，2008，（2）.

[4]成立良，王忠智.煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣的回收利用技術(shù)—環(huán)境工程治理技術(shù)叢書(shū)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1992.

Technical Essentials and Engineering Application of Primary Dry Dedusting System for Vanadium-Recovery Converter

JI Shichang
(WISDRI Engineering&Research Incorporation Ltd.,Wuhan,Hubei 430223,China)

The technical process of dry dust removal system for vanadium-recovery converter is briefly introduced.Then the technical essentials of the dry dedusting system are analyzed in detail with practical engineering examples,focusing on the control and explosion-proof technology and the design of non-standard equipment and pipe network.

dry dust removal system;technical essential;engineering application

TQ547.8

B

1006-6764(2015)01-0004-03

2014－11－05

紀(jì)世昌（1982－），男，畢業(yè)于華中科技大學(xué)，碩士研究生學(xué)歷，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事冶金爐窯通風(fēng)除塵工作。