天津鑫金煉鋼2×150t轉(zhuǎn)爐煤氣HLG干法凈化與回收工藝技術(shù)探討

武常芳 吳佳 張陣超

摘? 要：天津鑫金煉鋼2×150t轉(zhuǎn)爐煤氣采用HLG干法凈化與回收工藝，該工藝由蒸發(fā)冷卻器、圓筒形靜電除塵器、軸流風機、煤氣冷卻器、切換站、放散煙囪等組成，介紹了系統(tǒng)構(gòu)成以及各關(guān)鍵設(shè)備的功能。安裝生產(chǎn)實踐表明，系統(tǒng)投運后運行穩(wěn)定，凈化效果顯著，各項指標滿足設(shè)計指標。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煤氣;HLG干法凈化與回收工藝;含塵量;超低排放

中圖分類號：X701? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）03-0108-02

Abstract： Tianjin Xinjin steelmaking 2×150t converter gas adopts HLG dry purification and recovery process， which is composed of evaporative cooler， cylindrical electrostatic precipitator， axial fan， gas cooler， switching station， release chimney， etc. The structure of the system and the functions of each key equipment are introduced. The installation and production practice shows that after the system is put into operation， the operation of the system is stable， the purification effect is remarkable， and each index meets the design index.

Keywords： converter gas; HLG dry purification and recovery process; dust content; ultra-low emission

1 概述

我司（西安西礦環(huán)?？萍加邢薰荆┦且患覍I(yè)從事工業(yè)煙氣治理設(shè)備研發(fā)、設(shè)計、制造、安裝、運營一條龍服務(wù)的大型環(huán)保企業(yè)。多年來，我司獲得了眾多國家和省部級獎勵和榮譽，其中“轉(zhuǎn)爐煤氣電除塵器”榮獲國家級四部委頒發(fā)的“國家重點新產(chǎn)品”證書和西安市科技進步獎。2018年“轉(zhuǎn)爐煤氣HLG干法深度凈化與煙塵原位回用集成技術(shù)與應(yīng)用”技術(shù)榮獲國家環(huán)境保護科學(xué)技術(shù)獎二等獎。我司擁有雄厚的技術(shù)研發(fā)實力、強大的裝備制造能力和專業(yè)的服務(wù)保障水平，全方位滿足國家非電領(lǐng)域最新的“超低排放”要求，服務(wù)于寶鋼、鞍鋼、首鋼、柳鋼等大型鋼鐵集團。

2018年8月我司以工程總承包交鑰匙方式承接了天津鑫金國際貿(mào)易有限公司煉鋼廠新建2座公稱150t轉(zhuǎn)爐煤氣一次干法除塵系統(tǒng)項目。我司采用全新設(shè)計理念和創(chuàng)新的轉(zhuǎn)爐煤氣HLG干法凈化回收系統(tǒng)工藝布置，以保障轉(zhuǎn)爐煤氣含塵濃度降低至10mg/m3以下超低排放，并回收煤氣熱值>1400cal/Nm3，煤氣回收量>110Nm3/t、含塵濃度≤10mg/m3的轉(zhuǎn)爐煤氣再利用。全面考慮系統(tǒng)工藝技術(shù)要求，確保設(shè)備具有先進、成熟、安全、經(jīng)濟等特點，并保障系統(tǒng)要求的各項性能指標。

2 轉(zhuǎn)爐煤氣HLG干法凈化與回收工藝技術(shù)簡介

轉(zhuǎn)爐煤氣HLG干法凈化與回收系統(tǒng)工藝流程：氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝產(chǎn)生的高溫煤氣（1400～1700℃）經(jīng)氣化冷卻煙道冷卻后，溫度降為850～1000℃，然后通過蒸發(fā)冷卻器冷卻，高壓水經(jīng)外混型雙介質(zhì)霧化噴槍（嘴）噴出，煤氣溫度降至200～300℃，噴水量根據(jù)煤氣含熱量精確控制，所噴出的水完全霧化蒸發(fā)，噴水降溫的同時對煤氣進行了調(diào)質(zhì)處理，使粉塵的比電阻有利于圓筒形靜電除塵器的捕集去除。另外煤氣經(jīng)過蒸發(fā)冷卻器大約有30%～40%的粗粉塵沉降到蒸發(fā)冷器的底部，由輸送設(shè)備送至中間倉回收，中間灰倉內(nèi)收集的粗灰直接回爐重新利用。如果回爐設(shè)備出現(xiàn)故障或者不具備回爐時，粗灰將由另一套機械輸灰系統(tǒng)輸送到粗灰倉，然后被汽車運走。

冷卻和調(diào)質(zhì)后的煤氣經(jīng)過管網(wǎng)接至電除塵器進行凈化除塵，煤氣經(jīng)電除塵器后含塵量降至15mg/Nm3以下，捕集的粉塵通過扇形刮灰機構(gòu)刮入到除塵器底部的腹部鏈式輸灰機，再由鏈式輸灰機頭下部的氣動插板閥將細灰送至倉泵，然后倉泵內(nèi)的細灰通過氣力輸灰系統(tǒng)送至細灰倉回收再利用。當凈化后的煤氣通過軸流風機再進入煤氣冷卻器，經(jīng)煤氣冷卻器進一步精除塵和降溫處理。經(jīng)過煤氣冷卻器精凈化和降溫后煤氣符合回收條件時，煤氣由切換閥門切換送至煤氣柜儲存，經(jīng)打壓混合后送往各用戶。當凈化后的煤氣不符合回收條件時，煤氣由切換閥門切換至放散煙囪，點火放散。

2×150t轉(zhuǎn)爐主要工藝參數(shù)如下：2×150t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐;公稱容量為150t;平均出鋼量為180t;最大出鋼量為190t;平均吹煉周期為32～38min/爐，其中吹氧時間為15～18min/爐;煙氣量約為138000Nm3/h;爐氣含塵濃度約80～150g/Nm3;蒸發(fā)冷卻器入口煙氣溫度約950℃。

3 系統(tǒng)構(gòu)成及關(guān)鍵設(shè)備功能

3.1 蒸發(fā)冷卻器

蒸發(fā)冷卻器采用圓筒結(jié)構(gòu)，主要由蒸發(fā)冷卻本體，噴淋系統(tǒng)、粗灰收集系統(tǒng)組成，頂部設(shè)有雙介質(zhì)噴霧系統(tǒng)，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，下部設(shè)有粗灰收集系統(tǒng)。蒸發(fā)冷卻器筒體布置在轉(zhuǎn)爐高跨，通過環(huán)形托座廠房各層平臺上，殼體設(shè)有隔熱保護層、檢修人孔門以及噴淋平臺。蒸發(fā)冷卻器收集的粗灰通過粗灰輸灰系統(tǒng)進行回爐或外運處理。

噴淋系統(tǒng)包括噴蒸汽/氮氣系統(tǒng)和噴水系統(tǒng)。設(shè)置變頻恒壓供水泵組裝置和水箱，向轉(zhuǎn)爐的蒸發(fā)冷卻器供水。噴淋系統(tǒng)設(shè)置了數(shù)把外混型雙介質(zhì)霧化噴槍（嘴）調(diào)節(jié)最佳水量降溫、調(diào)質(zhì)。蒸發(fā)冷卻器還可將粗顆粒的粉塵從煤氣中分離出來，達到粗除塵的目的。

3.2 圓筒形靜電除塵器

轉(zhuǎn)爐煤氣HLG干法凈化與回收系統(tǒng)中圓筒形靜電除塵器是最關(guān)鍵、最復(fù)雜、最核心的設(shè)備，其運行狀況直接影響到整個系統(tǒng)的運行。圓筒形靜電除塵器布置在煉鋼廠房外。圓筒形靜電除塵器除塵原理是煤氣中含的粉塵在通過高壓電場內(nèi)進行電離的過程中，使煤氣中的塵粒荷電，并在電場力的作用下使荷電塵粒向電極性相反方向運動并附著在收塵極板上，將煤氣中塵粒分離出來的一種除塵設(shè)備[1-2]。

圓筒形靜電除塵器是一個圓筒形的外殼，帶有隔熱裝置。錐形進出氣口上分別設(shè)置自閉多級彈簧式泄爆閥以防電場內(nèi)壓力異常能夠及時泄壓保護除塵器內(nèi)部核心部件。除塵器內(nèi)部設(shè)計有四個獨立的電場，串聯(lián)布置。電場通道間是形成接地的陽極極板和在其間承載所安排的高壓放電極線。陽極極板是按照煤氣流向串聯(lián)排列，各排陽極極板通過極板懸吊梁懸掛于環(huán)梁上，并由共同的底部支撐結(jié)構(gòu)支撐。通過一個引導(dǎo)桿系統(tǒng)在其下部導(dǎo)向。放電極系統(tǒng)由排列在通道中央的放電極框架組成，放電極線夾緊在放電極框架中，放電極框架通過懸臂架懸掛在吊架上，吊架通過穿拉桿連接于上部殼體結(jié)構(gòu)上的支撐絕緣子上。絕緣子采用加熱管加熱，用氮氣進行吹掃，以防止由于粉塵的附著或者絕緣體壁的冷凝物形成而產(chǎn)生電火花，導(dǎo)致電氣擊穿[3]。

3.3 軸流風機

軸流風機是整個系統(tǒng)的動力源，煤氣通過軸流風機流通。這種風機具有效率高、氣流為直線型、良好的可控性能、合理的運行操作方式及就地啟動調(diào)試和正常運行及事故情況下所需的測量控制調(diào)節(jié)及保護等措施能滿足煉鋼工藝要求等優(yōu)點。150t轉(zhuǎn)爐軸流風機電極功率為1400kW，額定轉(zhuǎn)速1750rpm。

3.4 煤氣冷卻器

HLG轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化與回收系統(tǒng)工藝變化在于將煤氣冷卻器前移到切換閥之前，這樣的話，不管是煤氣回收還是煤氣放散，圓筒形靜電除塵器凈化后煤氣經(jīng)過煤氣冷卻器再次精除塵與降溫，將煤氣溫度由150℃降至70℃左右，粉塵含量降至10mg/Nm3以下，同時減小煤氣容積。煤氣冷卻器頂部錐段配置泄爆閥，當煤氣冷卻器殼體內(nèi)部出現(xiàn)過壓現(xiàn)象時，泄爆閥打開泄壓保護煤氣冷卻器。煤氣冷卻器溢流水封出口處采取有效隔斷，可有效防止煤氣和水一起排放到廢水池。水封底部定期排污，排水可靠，檢修方便。

煤氣冷卻器主要由供回水系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)組成。核心部件是噴淋系統(tǒng)，由供水管、環(huán)管、噴槍、螺旋實心錐噴嘴、閥組等部件構(gòu)成。噴槍一般分兩層布置，壓力約為0.4MPa的水通過螺旋實心錐噴嘴向下直接噴射在煤氣冷卻器筒體內(nèi)，達到轉(zhuǎn)爐煤氣二次精除塵和降溫作用。兩層之間噴槍錯位布置以防止兩層之間噴射水流干涉。供回水系統(tǒng)由冷水池、熱水池、水泵組、淺層沙過濾器、玻璃鋼冷卻塔等部件組成。

3.5 切換站

切換站主要由兩個嚴密密封的具有調(diào)節(jié)性能的杯閥組成，杯閥配有液壓裝置。液壓裝置同杯閥的氣流調(diào)節(jié)板協(xié)同保證在放散煙囪和煤氣柜之間閥門快速切換的同時而無壓力突變現(xiàn)象，以確保煤氣回收段壓力的穩(wěn)定。杯閥前后設(shè)置壓力檢測裝置，通過程序來實現(xiàn)杯閥的平穩(wěn)快速切換?；厥毡y后凈煤氣管道設(shè)置了電動敞開式插板閥、電動蝶閥和U型水封三重保障的煤氣隔斷裝置，為系統(tǒng)設(shè)備檢修提供了非常安全保障。

3.6 放散煙囪

放散煙囪主要組成如下：煙囪本體、直燃式自動火炬點火裝置、樓梯及檢修平臺、旋流器、氮氣引射裝置等部件。當煤氣不符合回收條件，杯閥切換至放散煙囪放散，煤氣通過直燃式自動火炬點火裝置點燃完全充分燃燒，達到超低排放的要求，取得最佳排放效果。

3.7 輸灰系統(tǒng)

輸灰系統(tǒng)包括粗灰輸灰系統(tǒng)和細灰輸灰系統(tǒng)。粗灰輸灰系統(tǒng)配置了兩套方案，一套方案是煙氣原位回用集成技術(shù)組成的回爐系統(tǒng)。另一套是備選方案即回爐設(shè)備出現(xiàn)故障或者不具備回爐時，粗灰由氣動插板閥、星型卸灰閥等組成機械輸灰系統(tǒng)，輸送到粗灰倉，灰倉內(nèi)的灰被汽車運走。

細灰是指除塵器下部排出的粉塵。由圓筒形靜電除塵器凈化排出的細灰經(jīng)由鏈式輸灰機卸灰口，經(jīng)氣力輸灰系統(tǒng)送至細灰倉，然后吸排罐車運走。該項目兩條系統(tǒng)共用一臺細灰倉。

4 安裝以及生產(chǎn)實踐

我司抽調(diào)了一批技術(shù)好、責任性強的精兵強將組成項目組，各組協(xié)調(diào)運作確保整個工程的順利完成。2019年12月天津鑫金煉鋼150t轉(zhuǎn)爐煤氣HLG干法凈化與回收系統(tǒng)第一條線進行聯(lián)調(diào)熱試并順利投運。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，除塵效率高，運行費用低。

生產(chǎn)實踐證明，該條轉(zhuǎn)爐煤氣HLG干法凈化與回收系統(tǒng)凈化后粉塵排放濃度都滿足設(shè)計要求，凈化效果顯著，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項指標都滿足設(shè)計要求。系統(tǒng)自動化程度高，煤氣回收切換速度快，噸鋼可回收煤氣110m3，且粉塵含量低。煤氣質(zhì)量高為煤氣并網(wǎng)帶來了延伸效益，可省去并網(wǎng)前的凈除塵和消除對管網(wǎng)的磨損傷害。放散時含塵濃度達到超低排放要求，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益顯著。為凈化環(huán)境、造福人類，奏響了藍天的凱歌與和諧樂章。

參考文獻：

[1]郝吉明，馬廣大.大氣污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]張殿印，王純.除塵工程設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3]周茂林，沈惟橋，等.萊鋼120t轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵工藝技術(shù)[J].山東冶金，2005（5）：17-19.