轉(zhuǎn)爐煙氣治理技術現(xiàn)狀及展望

呂 平

（西安西礦環(huán)?？萍加邢薰?，陜西 西安 710075）

轉(zhuǎn)爐煙氣治理技術現(xiàn)狀及展望

呂 平

（西安西礦環(huán)?？萍加邢薰荆兾?西安 710075）

文章簡述國內(nèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼一次煙氣治理技術現(xiàn)狀，通過比較、分析各類技術的特點，闡述了轉(zhuǎn)爐干法除塵技術的應用優(yōu)勢和發(fā)展前景。

轉(zhuǎn)爐煉鋼；煙氣治理；干法除塵；節(jié)能減排

2016年以來，國家已實施了“史上最嚴”的環(huán)保法及粉塵排放標準，轉(zhuǎn)爐煉鋼煙塵最大顆粒物排放50mg/ Nm3，局部地區(qū)30mg/Nm3甚至20mg/Nm3，給鋼鐵企業(yè)帶來空前壓力和挑戰(zhàn)，環(huán)保形勢極其嚴峻，環(huán)保治理系統(tǒng)升級改造已刻不容緩。

1　轉(zhuǎn)爐煙氣特點

轉(zhuǎn)爐煉鋼是當今世界的主要煉鋼工藝，據(jù)不完全統(tǒng)計，約80%的鋼是轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的。在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，產(chǎn)生約1450～1600℃的高溫廢氣，主要成分是CO、O2、CO2、N2和SO2，CO含量可高達80%以上。含有大量的工業(yè)粉塵，含塵濃度可達150～300g/Nm3，噸鋼可產(chǎn)生10～30kg工業(yè)粉塵。轉(zhuǎn)爐煙氣具有高溫、有毒、易燃易爆、含塵量高等特點，同時轉(zhuǎn)爐煙氣又具有很高的利用價值，具有潛熱、顯熱等大量能量，煙氣中的粉塵也含有50%以上的全鐵，可以循環(huán)利用。

2　現(xiàn)有煙氣治理技術及特點

2.1濕法除塵系統(tǒng)

簡稱OG法，目前國內(nèi)外大部分轉(zhuǎn)爐都在采用這種方法。該技術工藝流程是：轉(zhuǎn)爐煙氣在未燃狀態(tài)下經(jīng)罩裙下部煙罩、上部煙罩和汽化冷卻煙道冷卻至900℃，然后進入除塵裝置。除塵裝置由兩級文氏管洗滌重力脫水器和90°彎頭、旋風復擋脫水器組成，煙氣經(jīng)凈化脫水后，合格煤氣用風機送入煤氣柜儲存，作燃料使用。在吹煉前期和后期一氧化碳濃度較低時，由三通閥切換至放散塔燃燒放散。在回收期，通過罩內(nèi)微差壓裝置調(diào)節(jié)第二文氏管喉口開度，以適應煙氣量的變化，提高回收煤氣的質(zhì)量（見圖1）。

圖1　濕法除塵系統(tǒng)

濕法系統(tǒng)的優(yōu)點是安全可靠，系統(tǒng)比較簡單。但存在諸多問題，主要有：①一文、二文裝置需要的除塵水量很大；②蒸汽和濕粉塵粘結(jié)到引風機葉片，造成轉(zhuǎn)子不平衡，引起風機震動損壞，故障率高，影響系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行；③）系統(tǒng)易結(jié)垢，導致除塵能力下降，煙塵排放濃度偏高（為100mg/Nm3）；④系統(tǒng)阻力大、耗電高；⑤污泥處理工序復雜且容易造成二次污染。

2.2干法除塵系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐煉鋼所產(chǎn)生的約1450～1600℃的高溫煙氣，經(jīng)汽化冷卻煙道冷卻至800～1000℃后，進入蒸發(fā)冷卻器，通過蒸發(fā)冷卻器噴淋系統(tǒng)將高溫煙氣進行冷卻降溫。在降溫的同時，對煙氣進行了調(diào)質(zhì)處理，通過降溫后煙氣溫度達200℃左右進入設有四個電場的靜電除塵器。在蒸發(fā)冷卻器內(nèi)，可去除約30%～40%的粗粉塵，由輸送設備送至貯灰倉回收再利用。在靜電除塵器內(nèi)煙塵被進一步精除塵，達到除塵器出口濃度小于15mg/Nm3、溫度150℃左右進入系統(tǒng)切換站。切換站主要由放散閥和回收閥構(gòu)成，兩個閥均采用液壓站進行驅(qū)動控制，通過程序控制能實現(xiàn)放散與回收之間轉(zhuǎn)爐煤氣平穩(wěn)的切換。當煙氣CO含量小于30%，或O2大于1%時切換站將煙氣送至放散塔放散；當CO含量大于30%，并且O2小于1%時通過切換站進入煤氣冷卻器將煙氣繼續(xù)進行冷卻降溫至70℃，同時將煙氣進一步精除塵至10mg/Nm3，送入氣柜供用戶使用（見圖2）。

干法系統(tǒng)的優(yōu)點是不需廢水處理設備和污泥脫水設備等，因此干法除塵具有水耗低、無污水處理系統(tǒng)、電耗低、風機運行穩(wěn)定、粉塵排放濃度低（為10mg/Nm3）、系統(tǒng)阻損小，煤氣發(fā)熱值高，回收粉塵可直接利用等諸多優(yōu)點。

圖2　轉(zhuǎn)爐干除塵工藝流程方框圖

存在一些問題主要是：①干法除塵系統(tǒng)工程造價高，要求自動化程度高；②機械設備多，結(jié)構(gòu)復雜，故障率高，維修時間長；③對蒸發(fā)冷卻塔水量、水壓控制有嚴格要求；④蒸發(fā)冷卻器壁上結(jié)垢問題還沒有很好地解決。

2.3半干法除塵系統(tǒng)（塔文系統(tǒng)）

煙氣通過汽化冷卻煙道冷卻之后，溫度由1450℃左右，降至800℃左右，然后經(jīng)過高溫非金屬膨脹節(jié)進入高效噴霧洗滌塔進行粗除塵，再進入上行式環(huán)縫文氏管進行精除塵，然后進入漩流脫水器進行精脫水，通過管道進入風機加壓、回收或者外排（見圖3）。

該工藝流程特點：①工藝流程簡化：用高溫非金屬膨脹節(jié)取代水冷夾套（水冷收縮段）；用噴霧蒸發(fā)洗滌塔取代一級文氏管，還取消了滅火水封，一級脫水器；②與傳統(tǒng)濕法工藝相比節(jié)省除塵用水量；③降低阻力：比原系統(tǒng)可降低阻力3～5kPa；④降低能耗：省水、省電、節(jié)省能耗；⑤排放濃度可降到50mg/m3以下；⑥大部分現(xiàn)有設備可以直接利舊，減少投資；⑦降低了設備故障率，提高了風機運行壽命，節(jié)省備件費。

圖3　轉(zhuǎn)爐煤氣半干法除塵工藝流程圖

該工藝流程特點：①工藝流程簡化：用高溫非金屬膨脹節(jié)取代水冷夾套（水冷收縮段）；用噴霧蒸發(fā)洗滌塔取代一級文氏管，還取消了滅火水封，一級脫水器；②與傳統(tǒng)濕法工藝相比節(jié)省除塵用水量；③降低阻力：比原系統(tǒng)可降低阻力3～5kPa；④降低能耗：省水、省電、節(jié)省能耗；⑤排放濃度可降到50mg/m3以下；⑥大部分現(xiàn)有設備可以直接利舊，減少投資；⑦降低了設備故障率，提高了風機運行壽命，節(jié)省備件費。

2.4新塔文除塵系統(tǒng)

新塔文除塵系統(tǒng)見圖4，該工藝流程特點：①三級除塵，保證凈化效果。排放濃度低于30mg/m3；②工藝流程簡化：用噴霧洗滌塔取代一級文氏管，它不僅替代了一級除塵文氏管，還取消一級脫水器，并且取消了文氏管到脫水器之間的彎頭脫水器；③降低阻力：在噴霧蒸發(fā)洗滌塔中，靠噴進去的水直接霧化，捕集粉塵，所以煙氣流速低、阻力損失小，兩級塔阻力之和低于原一級文氏管的阻力；④布置緊湊，占地面積?。嚎衫矛F(xiàn)有廠房及汽化冷卻煙道，風機、煙氣管道、三通閥均可利舊；⑤投資少（干法除塵的20%～30%），改造工期短（一般7～15天），適合用于轉(zhuǎn)爐濕法除塵系統(tǒng)改造；⑥降低了設備故障率，提高了風機運行壽命。

圖4　新塔文除塵系統(tǒng)

2.5新一代圓筒型濕電技術（濕法過濾系統(tǒng)）

濕式電除塵器布置在洗滌塔后面，大部分粉塵在洗滌塔內(nèi)被去除，精細除塵依據(jù)靜電沉積原理，煤氣流通過由陰、陽極組成的電場區(qū)域，粉塵荷電后被吸附在陰、陽極上。為確保除塵器內(nèi)部處于濕度飽和狀態(tài)，在煤氣分配器（分布板）及每個電場前安裝了霧化噴嘴。霧化水系統(tǒng)連續(xù)工作。為清洗收塵極和放電極上的粉塵，每個電場都安裝了沖洗水系統(tǒng)，沖洗水系統(tǒng)僅在轉(zhuǎn)爐非吹煉階段沖洗幾分鐘。為確保最佳的清洗效果，沖洗噴嘴不僅安裝在電除塵器頂部，而且安裝在每個電場的前面和后面。霧化水和沖洗水都被收集到電除塵器底部，電除塵器下面的水槽或U型密封防止CO的泄露（見圖5）。

圖5　濕法過濾系統(tǒng)

該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：①過濾后的煤氣含量低于10mg/m3；②滿足于所有形式的洗滌塔匹配；③現(xiàn)有洗滌塔水處理可以用于濕法電除塵器，不需擴大，投資低；④在安裝階段停產(chǎn)時間短。

2.6余熱利用技術（純干法技術）

轉(zhuǎn)爐煙氣本身存有三大資源：①熱能，煙溫高達800～1000℃；②CO，高達80%；③爐塵，含有40%～60%氧化鐵、12%～15%氧化鈣、2%～5%氧化鎂、2%～4%二氧化硅的爐塵達80～150g/m3。900℃以下的余熱，目前基本沒有回收利用。無論傳統(tǒng)濕法、干法還是半干法技術，都是通過采用向轉(zhuǎn)爐煙氣噴水降溫的方式達到煙氣凈化的目的，同時還要消耗一定量的補充冷卻水，存在雙重浪費。改造轉(zhuǎn)爐除塵工藝技術，提高煤氣和余熱回收利用水平是轉(zhuǎn)爐節(jié)能、實現(xiàn)負能煉鋼的最主要因素和改善領域。

純干法工藝流程特點：①轉(zhuǎn)爐800～1000℃煙氣余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽回收；②轉(zhuǎn)爐煙氣不噴水冷卻，煙氣為純干煙氣；③煤氣冷卻不噴水，煤氣為純干煤氣；④煙氣除塵為純干法，環(huán)流旋風粗除塵+精除塵；⑤爐塵可以經(jīng)配料制成爐料返轉(zhuǎn)爐冶煉。上述五個方面構(gòu)成完整純干法除塵工藝，而其中每個部分都存有可觀的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)煙氣除塵達標的過程即是創(chuàng)造經(jīng)濟效益（見圖6）。

圖6　純干法工藝流程

抗爆防爆型直立煙道式熱管余熱煙道式余熱鍋爐、帶鎖氣功能的自動清灰系統(tǒng)、放散燃燒的CO化學能回收工藝及裝備、不噴水轉(zhuǎn)爐爐塵資源化工藝及裝備、不噴水煤氣冷卻裝置、自動控制程序及崗位操作系統(tǒng)等，構(gòu)成轉(zhuǎn)爐煙氣純干法除塵完整配套工藝技術。

轉(zhuǎn)爐煙氣資源效益最大化集中體現(xiàn)：①蒸汽回收發(fā)電—增值；②轉(zhuǎn)爐CO煤氣，變?yōu)闊o水煤氣，品質(zhì)得到提升—增值；③原放散燃燒CO可回收—增值；④還可收集無水高純煤氣，作為化工原料—增值；⑤轉(zhuǎn)爐爐塵，變成無水氧化鐵、無水氧化鈣，經(jīng)混合、配料、制球，制成冷卻劑、造渣劑等功能原料，返回轉(zhuǎn)爐做爐料—資源化增值；

轉(zhuǎn)爐煙氣排放＜10mg/m3；轉(zhuǎn)爐爐后清潔化，改善泥、水、灰污染狀況。

3　經(jīng)濟性分析

眾多成功應用證明，經(jīng)過干法除塵系統(tǒng)后的放散煙氣含塵量可以穩(wěn)定地控制在15mg/m3以下，回收煤氣含塵量在10mg/m3以下，明顯優(yōu)于其它除塵方式。同時，由于干法除塵系統(tǒng)自動化控制程度高，煤氣回收時切換速度快，煤氣回收量也有所提高。在能耗方面，除塵系統(tǒng)的能耗指標主要為水耗和電耗，從采用干法除塵的各鋼廠實際運行情況來看，干法除塵能耗明顯低于濕法除塵。

表1　120t轉(zhuǎn)爐干法除塵與濕法除塵的經(jīng)濟性分析表

4　技術性分析

表2　現(xiàn)有煙氣治理技術的技術性分析表

5　行業(yè)展望

目前國內(nèi)轉(zhuǎn)爐數(shù)量約900座，其中采用濕法工藝系統(tǒng)的約占60%，采用半干法和干法工藝系統(tǒng)的約占40%，可見濕法設備目前還占據(jù)著較大比例。隨著國家排放標準的提升，原有濕法工藝由于排放超標（100mg/Nm3）將陸續(xù)被淘汰，大量濕法系統(tǒng)面臨改造升級。

濕法除塵系統(tǒng)改造為干法除塵難度較大，除需要增加蒸發(fā)冷卻器、電除塵器、煤氣冷卻器之外，廠房結(jié)構(gòu)需要調(diào)整。汽化冷卻煙道末段、風機進口管道、風機、三通閥等附屬設施都需要改造，占地面積大、投資高、工期長。如果選擇半干法技術，投資相對較少，但仍需大量噴水、需污泥污水處理。上述兩種除塵工藝與OG法都存在共同特性：即這幾種除塵工藝都需噴水，且噴水降溫會造成煙氣余熱無法回收，大量熱能無法回收，浪費水資源。

半干法塔文系統(tǒng)、新塔文系統(tǒng)、新濕法過濾系統(tǒng)出口排放分別在50～30mg/Nm3、10mg/Nm3，雖然排放基本可以滿足要求，但以上三種技術都存在共同缺點，即：耗水量大、污染嚴重，不符合國家“綠色發(fā)展、清潔生產(chǎn)”政策的要求。即便如此，不可否認，上述技術任然以其投資少、工期短，基本可以滿足排放，在短期內(nèi)得到不少鋼企的青睞。以某鋼廠120t轉(zhuǎn)爐為例，采用干法技術和濕法相比，全年在水耗、電耗和回收煤氣方面綜合效益分別為1440萬元和380萬元，采用干法經(jīng)濟效益遠遠超過濕法。

隨著轉(zhuǎn)爐干法除塵技術經(jīng)過多年成功運用，在設備國產(chǎn)化、系統(tǒng)工藝配置、粗灰利用、輸灰技術以及自動控制方面都實現(xiàn)了自主創(chuàng)新，使系統(tǒng)運行可靠，維護和運行成本大大降低?？蓮V泛應用在新建項目和改造項目中，轉(zhuǎn)爐煙氣除塵技術從濕法向干法發(fā)展是大勢所趨，市場前景廣闊。

毋庸置疑，當前形勢下眾多鋼企認識到在適應國家提出綠色發(fā)展理念下，對自身已獲得的“資源配置”高效利用（水、土地、排放許可等）和節(jié)能減排投入已成為市場競爭和生存的關鍵，因此越來越多的企業(yè)在節(jié)能減排技術方面，如轉(zhuǎn)爐煙氣治理技術選擇上不再只關注系統(tǒng)的先進性，還會綜合考慮做“系統(tǒng)效果的綜合比較”。在轉(zhuǎn)爐現(xiàn)有的除塵工藝都已發(fā)展到十分完備、效益增值空間十分有限的情況下，去產(chǎn)能、提升經(jīng)濟效益——負能煉鋼水平，提升環(huán)保達標水平，采用創(chuàng)新工藝勢在必行。

余熱利用技術（純干法工藝）以具有安全性、可靠性、穩(wěn)定性、效益性，在實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煙氣達標排放的同時，創(chuàng)造可觀經(jīng)濟效益、社會效益，在今后一段時期內(nèi)將被眾多鋼企所關注。

6　結(jié)束語

十三五期間，在國家倡導的”綠色發(fā)展、節(jié)能減排”形勢下，轉(zhuǎn)爐煙氣治理技術從濕法向干法發(fā)展終究是大勢所趨。但這是個漫長的發(fā)展過程，不是短時間內(nèi)實現(xiàn)的。干法技術具有較高的行業(yè)推廣價值，對實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煙塵的低排放、大幅提高能源綜合利用率具有重要意義，并產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

Converter gas treatment technology present situation and prospects

Lv Ping
（Xi'an Xikuang Environmental Protection Co.Ltd: 21st Floor， Tower B， Huajing Plaza， No.20， Fenghuinan Road， Hi-Tech Development Zone， Xi'an， 710075）

Briefly describes the domestic current situation of the converter steelmaking a flue gas treatment technology， by comparing and analyzing the characteristics of all kinds of technology， expounds the application of the dry process of converter dust removal technology advantages and development prospects.

converter steelmaking；flue gas；the dry dust removal；energy conservation and emissions reduction

TF71

A

1671-3818（2016）09-0029-04

呂平（1966-），女，工程師，主要從事煙氣治理設備設計工作。