李永輝 高璐 張娟 艾華 李永為

(1. 中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，西安 710032； 2．西安科技大學(xué)，西安 710054;

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干法除塵在礦熱爐煙氣處理中的應(yīng)用

李永輝1，2高璐1張娟1艾華1李永為3

(1. 中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，西安 710032； 2．西安科技大學(xué)，西安 710054;

3．泰興金江化學(xué)工業(yè)有限公司，江蘇225400)

將干法除塵應(yīng)用于礦熱爐煙氣處理中遇到的問(wèn)題以及問(wèn)題的解決過(guò)程進(jìn)行了分析和剖析，最終通過(guò)對(duì)設(shè)備的改進(jìn)和優(yōu)化，將干法除塵成功應(yīng)用于礦熱爐煙氣處理。

礦熱爐煙氣處理；干法除塵；蒸發(fā)冷卻器；靜電除塵器

1 煤氣干法除塵技術(shù)的背景

重污染的鋼鐵行業(yè)正在面臨著“史上最嚴(yán)”的環(huán)保高壓所帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)。為適應(yīng)新環(huán)保法下環(huán)境保護(hù)的新常態(tài)，鋼鐵企業(yè)鋼鐵冶煉一次煙氣處理進(jìn)行干法除塵改造已成為目前解決排放超標(biāo)的一種切實(shí)可行的方案。目前，煤氣干法除塵技術(shù)在國(guó)內(nèi)的轉(zhuǎn)爐煤氣除塵方面已經(jīng)應(yīng)用的非常成熟。所謂的煤氣干法除塵是相對(duì)于傳統(tǒng)的煤氣濕法除塵即OG法除塵來(lái)講的。煤氣干法除塵是魯奇和蒂森公司20世紀(jì)60年代末開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)煤氣除塵技術(shù)。轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵的基本原理是對(duì)經(jīng)汽化冷卻煙道降溫后的1 000℃左右的煙氣進(jìn)行噴淋降溫，將煤氣溫度降至250℃左右，同時(shí)對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行調(diào)質(zhì)和粗除塵，經(jīng)粗除塵的煙氣通過(guò)圓筒形靜電除塵器進(jìn)行處理，將煙氣含塵量降至很低，潔凈的煤氣通過(guò)風(fēng)機(jī)及切換站進(jìn)行煤氣回收或放散。轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)一般包括：蒸發(fā)冷卻器、圓筒形靜電除塵器、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、煤氣切換站、煤氣冷卻器及煙囪。與煤氣濕法除塵相比，干法除塵系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)除塵效率高，系統(tǒng)排放濃度一般在15 mg/Nm3～10 mg/Nm3,如有特殊要求可達(dá)到5 mg/Nm3。

(2)系統(tǒng)阻力小，耗能低，風(fēng)機(jī)運(yùn)行費(fèi)用低，壽命長(zhǎng)，維修工作量少。

(3)在水電消耗方面有明顯節(jié)水節(jié)電的優(yōu)越性。

(4)不需要泥漿沉淀池及污泥處理設(shè)施。

(5)含鐵干灰粉可壓塊后直接供轉(zhuǎn)爐利用。

2 煤氣干法除塵在礦熱爐煤氣處理中的應(yīng)用

煤氣干法除塵系統(tǒng)在轉(zhuǎn)爐煤氣處理中有眾多應(yīng)用，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的合理優(yōu)化和改進(jìn)，根據(jù)礦熱爐生產(chǎn)工藝特性，我們對(duì)煙氣處理系統(tǒng)進(jìn)行了匹配和改進(jìn)，并于2010年為中寶濱海八萬(wàn)噸鎳鐵項(xiàng)目配套了礦熱爐煙氣處理干法除塵系統(tǒng)。這也是世界上首套礦熱爐煙氣處理應(yīng)用干法除塵。該系統(tǒng)主要設(shè)備由一套蒸發(fā)冷卻器、一套干法圓筒靜電除塵器、一套風(fēng)機(jī)站、一座切換站、一座放散煙囪及管路、閥門等組成。蒸發(fā)冷卻器通過(guò)噴水，先將400～600℃的煙氣降至200℃左右，并對(duì)煙氣進(jìn)行粗除塵。粗除塵后的煙氣進(jìn)入干法圓筒靜電除塵器進(jìn)一步除塵，除塵后的煙氣粉塵濃度≤20 mg/Nm3。當(dāng)煤氣達(dá)到可回收條件(CO≥40%，且O2≤1%)時(shí)，通過(guò)切換站把合格的煤氣送到回轉(zhuǎn)窯作為燃料使用。當(dāng)煙氣不合格(CO<40%，或O2>1%)時(shí)進(jìn)入放散煙囪進(jìn)行點(diǎn)火放散，經(jīng)點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃燃燒后排放至大氣中。蒸發(fā)冷卻器和靜電除塵器收集的粉塵通過(guò)輸灰裝置回收利用。

礦熱爐冶煉工藝是連續(xù)性的，其一次煙氣除塵及煤氣回收系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

Figure 1 Process flow diagram

2.1 系統(tǒng)工藝描述

礦熱爐在正常運(yùn)行過(guò)程中，碳作為還原劑在爐內(nèi)還原金屬氧化物而產(chǎn)生的CO量高達(dá)50%～75%，通過(guò)汽化冷卻煙道冷卻后排出的煙氣溫度大約為600℃。由于礦熱爐的運(yùn)行過(guò)程較為穩(wěn)定，正常運(yùn)行狀態(tài)下沒(méi)有什么狀態(tài)變化，并且煙氣流量、煙氣溫度等變化量小。因此礦熱爐煙氣除塵和回收系統(tǒng)相對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼的干法除塵系統(tǒng)在控制方面減少了很多環(huán)節(jié)，比如說(shuō)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)變化調(diào)節(jié)，周期性切換放散和回收狀態(tài)等。經(jīng)冷卻和凈化后的煙氣根據(jù)一氧化碳、氧氣含量等系統(tǒng)相關(guān)指標(biāo)確定煙氣是放散或回收，完成生產(chǎn)工藝凈化和回收功能。

氣化冷卻系統(tǒng)將礦熱爐煙氣經(jīng)煙道冷卻后降至600℃左右，接著通過(guò)噴淋系統(tǒng)將霧化后的冷卻水噴入蒸發(fā)冷卻器中直接冷卻煙氣。為了進(jìn)行充分的熱交換，蒸發(fā)冷卻器設(shè)計(jì)了足夠的有效熱交換容積。蒸發(fā)冷卻器除了冷卻煙氣外，還可依靠氣流的減速以及進(jìn)口處水滴對(duì)煙塵的潤(rùn)濕將粗顆粒的粉塵分離出去，達(dá)到初步除塵的目的。沉積在蒸發(fā)冷卻器底部的粉塵排出到粗灰倉(cāng)內(nèi)。蒸發(fā)冷卻器容積的設(shè)計(jì)還應(yīng)充分保證煙氣中的冷卻水有足夠的時(shí)間完全汽化，使得沉積的粉塵為干燥狀態(tài)。約有20%～30%的粉塵在蒸發(fā)冷卻器下部形成粗顆粒粉塵，粗顆粒粉塵由粗灰輸送系統(tǒng)輸送至集中灰料倉(cāng)。

圓筒靜電除塵器是轉(zhuǎn)爐干法除塵的關(guān)鍵設(shè)備之一，它的主要作用是從轉(zhuǎn)爐煙氣當(dāng)中分離出精細(xì)的灰塵。除塵器為四電場(chǎng)形式，分別獨(dú)立供電，單獨(dú)控制，并設(shè)置合理的極配形式和極間距。靜電除塵器系統(tǒng)采用圓筒式水平放置結(jié)構(gòu)，氣流采用前進(jìn)后出方式，并且考慮耐壓、防爆設(shè)計(jì)，有效保護(hù)在意外狀況下的設(shè)備運(yùn)行安全。煙氣經(jīng)靜電除塵器除塵凈化后，達(dá)到符合排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。靜電除塵器收集下來(lái)的細(xì)灰，通過(guò)細(xì)灰輸送系統(tǒng)輸送至灰倉(cāng)儲(chǔ)存，并定期排放。

除塵后的煙氣經(jīng)風(fēng)機(jī)送至切換站，實(shí)現(xiàn)煤氣放散或回收的快速切換。為適應(yīng)轉(zhuǎn)爐煙氣的變化，風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速，以達(dá)到流量調(diào)節(jié)。在切換站前設(shè)有氣體分析儀，可根據(jù)其檢測(cè)的一氧化碳及氧氣濃度來(lái)控制放散和回收杯閥的切換。當(dāng)煙氣中氧含量及一氧化碳含量達(dá)到回收條件時(shí)，通過(guò)切換站的回收杯閥進(jìn)入煤氣冷卻器，經(jīng)噴淋冷卻至70℃以下并通過(guò)管網(wǎng)送入煤氣柜。當(dāng)煤氣不合格或氣柜拒絕回收時(shí)，則通過(guò)切換站的放散杯閥進(jìn)入放散煙囪點(diǎn)火放散。

鐘型閥的調(diào)節(jié)由控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓?jiǎn)卧瓿?，合理設(shè)置回收和放散杯閥的大小以確保消除煤氣回收與放散操作間引起的系統(tǒng)煙氣壓力波動(dòng)，達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，設(shè)置自動(dòng)平衡保壓裝置保證回收煤氣在切換站出口有一定壓力，同時(shí)也保證風(fēng)機(jī)站的運(yùn)行。

在煤氣符合回收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，回收杯閥打開(kāi)，放散杯閥關(guān)閉，氣體被送入切換站下游的煤氣冷卻器，通過(guò)強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)對(duì)煤氣進(jìn)行降溫，從煤氣冷卻器排出的煤氣被送入回轉(zhuǎn)窯燃燒噴嘴進(jìn)行燃燒。

在整個(gè)工藝過(guò)程中，礦熱爐操作非常重要，礦熱爐與干法除塵相關(guān)的每一步操作都與除塵系統(tǒng)進(jìn)行連鎖，并在除塵系統(tǒng)允許的條件下操作。同樣干法除塵系統(tǒng)的每一步操作也需要在礦熱爐的允許情況下進(jìn)行操作，二者互相制約相互協(xié)調(diào)，共同實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)，共同協(xié)調(diào)完成礦熱爐一次煙氣除塵系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的煙氣凈化與回收。

2.2 系統(tǒng)的工藝要求

(1)噴霧冷卻塔底部排出的煙塵必須是干煙塵(含水<2%)；

(2)噴霧冷卻塔整體漏氣率≤0.5%；

(3)圓筒靜電除塵器排氣含塵≤15 mg/Nm3；

(4)圓筒靜電除塵器本體漏氣率≤0.5%；

(5)管路系統(tǒng)施工完成后，要進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，漏氣率≤0.5%。

3 該系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題

3.1 蒸發(fā)冷卻器濕底嚴(yán)重

投入運(yùn)行后，由于礦熱爐爐內(nèi)裝料未達(dá)到爐子設(shè)計(jì)容量，甚至裝料量不及整爐容量的30%，煙氣量較少，煙氣溫度相對(duì)較低?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員按培訓(xùn)規(guī)程將一定量的水噴入蒸發(fā)冷卻器內(nèi)的高溫?zé)煔猓瑴囟鹊蜁r(shí)噴水量自動(dòng)降低，溫度高時(shí)，水量自動(dòng)升高。開(kāi)始階段，蒸發(fā)冷卻器運(yùn)行良好。兩周后，由于噴槍蒸汽壓力不足，導(dǎo)致霧化效果不好而濕底嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)人員又誤動(dòng)了噴槍的位置，結(jié)果粗灰倉(cāng)一直有泥漿出現(xiàn)，加上冬季氣溫較低，使得粗灰無(wú)法正常排出。

3.2 靜電除塵器除塵效率低，煙囪排放濃度超標(biāo)

設(shè)備調(diào)試階段，技術(shù)人員從設(shè)備到電氣控制以及儀表等一一進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量把控，空載升壓每個(gè)電場(chǎng)均達(dá)到了68 kV以上，如表1。

表1 電場(chǎng)空載升壓情況

Table 1 No load boost situations of electric fields

一次電壓/V一次電流/A二次電壓/kV二次電流/mA一電場(chǎng)二電場(chǎng)三電場(chǎng)四電場(chǎng)40936536036517.8845494989716972120155170150

投入使用兩個(gè)月后，現(xiàn)場(chǎng)管理部門監(jiān)控?zé)焽枧欧艥舛劝l(fā)現(xiàn)，排放濃度超標(biāo)，但相關(guān)技術(shù)人員檢查高壓電源升壓情況正常，煙氣流量也未出現(xiàn)較大的變化，而除塵效率極度降低的現(xiàn)象讓現(xiàn)場(chǎng)操作人員一時(shí)找不到問(wèn)題的根源。

4 問(wèn)題的解決

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，技術(shù)人員立即針對(duì)問(wèn)題現(xiàn)象展開(kāi)觀察和分析，首先是解決蒸發(fā)冷卻器濕底及堵灰問(wèn)題。由于廠內(nèi)蒸汽壓力不夠，特將蒸汽切換為氮?dú)獯?，氮?dú)鈮毫νㄟ^(guò)減壓閥調(diào)整為最適宜噴槍霧化的0.8 MPa后，技術(shù)人員又通過(guò)計(jì)算蒸發(fā)冷卻器直徑及噴槍的噴嘴位置，通過(guò)調(diào)整噴槍定位，徹底解決了蒸發(fā)冷卻器濕底問(wèn)題。

針對(duì)靜電除塵器除塵效率低的問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)圓筒靜電除塵器的高壓電源及除塵器振打設(shè)備等進(jìn)行了一系列的檢查，發(fā)現(xiàn)氣流分布板的振打裝置存在問(wèn)題，隱藏在護(hù)罩下面的一層分布板振打聯(lián)軸器脫落。雖然外面的電機(jī)和減速機(jī)在正常運(yùn)行，但內(nèi)部振打軸一直未正常工作，因此可以初步判斷是因?yàn)榉植及逦凑Ｕ翊蛞鸬臍饬鞣植及宀糠侄滤?，電?chǎng)內(nèi)氣流分布不均又導(dǎo)致了電場(chǎng)風(fēng)速過(guò)高，使得除塵效率降低。經(jīng)過(guò)停爐處理后的分布板正常振打1 h后，監(jiān)控?zé)焽钄?shù)據(jù)顯示排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。至此靜電除塵器除塵效率低的問(wèn)題得以解決。

5 結(jié)論

通過(guò)煤氣干法除塵在礦熱爐煙氣處理上的應(yīng)用，了解了其在礦熱爐煙氣與轉(zhuǎn)爐煤氣中運(yùn)用的相同點(diǎn)及部分不同點(diǎn)，針對(duì)兩者之間的差異，從適應(yīng)礦熱爐煙氣的特性方面對(duì)干法除塵提出了新的要求及優(yōu)化措施。同時(shí)也肯定了干法除塵在礦熱爐煙氣處理中的應(yīng)用。

[1] 田野，王永剛，張玉樸，等.轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法凈化與回收系統(tǒng)控制研究[C]//中國(guó)電除塵學(xué)術(shù)會(huì)議.2007.

[2] 鄒雪峰.煤氣干法除塵在礦熱爐煙氣處理商定應(yīng)用.工業(yè)建筑，2013(增刊)：85-87.

[3] 田野.轉(zhuǎn)爐煙氣系統(tǒng)控制研究.重型機(jī)械，2010.

編輯 李韋螢

Application of Dry Dedusting in the Submerged Arc Furnace Flue Gas Treatment

Li Yonghui, Gao Lu，Zhang Juan, Ai Hua, Li Yongwei

The problems and its solved process in the application of dry dedusting in the submerged arc furnace flue gas treatment have been analyzed. Finally through the improvement and optimization of the equipment, the dry dedusting has been applied successfully in the submerged arc furnace flue gas treatment.

submerged arc furnace flue gas treatment; dry dedusting; evaporative cooler; electrostatic dust collector

2016—08—30

李永輝(1981—)，從事環(huán)保節(jié)能裝備的研究和應(yīng)用。

TG335.5

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