完善干法除塵轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝實(shí)踐

矯繼東，孫成龍，張 函

（鞍鋼股份能源管控中心，遼寧鞍山 114000）

1 干法除塵工藝存在問題

1.1 轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵工藝

2015 年鞍鋼D、E 轉(zhuǎn)爐煤氣首次采用干法凈化回收工藝，工藝流程如圖1。

圖1 改進(jìn)前的工藝流程

回收的煤氣要求含塵量≤10 mg/m3；但對(duì)回收的煤氣含水量沒有要求。由于干法煤氣凈化回收系統(tǒng)的電除塵器出口端的轉(zhuǎn)爐煤氣溫度較高(160 ℃左右)，不能滿足煤氣柜內(nèi)橡膠密封膜的使用要求，必須將煤氣溫度降至70 ℃以下，轉(zhuǎn)爐煤氣方可滿足進(jìn)入煤氣柜要求。在煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收工藝末端設(shè)置了煤氣冷卻裝置，該裝置根據(jù)對(duì)流換熱原理，頂部噴入冷卻水使煤氣溫度降低至符合要求后進(jìn)入煤氣柜。

為滿足用戶對(duì)煤氣壓力以及輸送的需求，煤氣柜后配置了加壓站，加壓站內(nèi)設(shè)3 臺(tái)加壓風(fēng)機(jī)，2 用1備，煤氣經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后送往用戶。

1.2 轉(zhuǎn)爐干法除塵工藝存在問題

2015年4月配套D、E轉(zhuǎn)爐建設(shè)的轉(zhuǎn)爐煤氣柜及其加壓站投產(chǎn)后，因轉(zhuǎn)爐煤氣含水量高、含塵量相對(duì)較高，造成加壓風(fēng)機(jī)葉輪掛灰、掛水，葉輪動(dòng)平衡失衡，振動(dòng)超標(biāo)，頻繁檢修，檢修周期最短7天、最長20 天，經(jīng)常處于無備車搶修狀態(tài)，無法滿足加壓風(fēng)機(jī)6個(gè)月的檢修模型；同時(shí)煤氣含水量高，影響用戶正常生產(chǎn)。

國內(nèi)其他采用轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收工藝的鋼鐵企業(yè)，也普遍存在轉(zhuǎn)爐煤氣含水量大、含塵相對(duì)較高，造成加壓風(fēng)機(jī)檢修周期變短等問題。

2 情況分析

2.1 轉(zhuǎn)爐煤氣含水量大

加壓風(fēng)機(jī)停機(jī)檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)葉輪掛灰和潮濕，說明煤氣中含水量高。煤氣含水量高的原因是為降低轉(zhuǎn)爐煤氣溫度，使用煤氣冷卻器噴水降溫，雖然煤氣溫度降到了煤氣柜密封橡膠模的使用要求，但因煤氣冷卻器距離煤氣柜較近，造成煤氣中的機(jī)械水不能完全沉降下來就帶入了煤氣加壓風(fēng)機(jī)。經(jīng)過對(duì)比檢測(cè)，該加壓風(fēng)機(jī)入口煤氣含水量高達(dá)130 g/m3，轉(zhuǎn)爐煤氣濕法凈化回收工藝的加壓風(fēng)機(jī)入口含水量也只有80 g/m3，說明該系統(tǒng)煤氣含水量確實(shí)高。

2.2 轉(zhuǎn)爐煤氣含塵量高

加壓風(fēng)機(jī)停機(jī)檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)葉輪掛灰嚴(yán)重，說明來源煤氣中含塵量比較高。對(duì)煤氣柜后加壓風(fēng)機(jī)入口煤氣含塵量檢測(cè)，實(shí)測(cè)值為5～10 mg/m3，達(dá)到該工藝干法除塵要求。但與使用其它工藝的煤氣柜后鼓風(fēng)機(jī)入口煤氣含塵量3～5 mg/m3比較，該工藝系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐煤氣含塵量相對(duì)較高。

綜上所說，煤氣干法凈化回收工藝處理后的轉(zhuǎn)爐煤氣含水量大、含塵量相對(duì)較高是造成煤氣系統(tǒng)加壓風(fēng)機(jī)檢修周期變短等問題的原因。

3 改進(jìn)方案

對(duì)加壓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的問題分析研究認(rèn)為：降低轉(zhuǎn)爐煤氣含塵量、含水量是解決問題的關(guān)鍵。借鑒煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣濕法凈化回收工藝的加壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)配置，在煤氣柜后和加壓風(fēng)機(jī)入口之間都設(shè)有濕式電除塵裝置，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定正常。決定將轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收系統(tǒng)煤氣柜后增加一套以脫水為主、除塵為輔的脫水除塵裝置，以滿足轉(zhuǎn)爐煤氣含水量≤80 g/m3、含塵量≤5 mg/m3的要求。

脫水除塵裝置位置的確定有以下兩個(gè)方案：

方案1：如果放在煤氣干法凈化回收系統(tǒng)煤氣冷卻器與煤氣柜之間，因煤氣流量大（18 萬～36 萬m3/h）、管徑粗(DN3 000)，設(shè)備相對(duì)較大，占地面積大，投資高。

方案2：放在煤氣柜出口與加壓風(fēng)機(jī)之間，要處理的煤氣流量相對(duì)較?。?.5 萬m3/h），設(shè)備相對(duì)較小，占地面積小，投資少。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘察，多方論證，決定選用方案2。

4 脫水除塵裝置技術(shù)原理與設(shè)備參數(shù)

因在現(xiàn)有工藝上進(jìn)行改造，常規(guī)的臥式脫水、除塵裝置不能滿足現(xiàn)場(chǎng)消防距離的要求，在多次現(xiàn)場(chǎng)勘查論證下，決定選用立式脫水除塵裝置。

4.1 脫水除塵原理

除塵：與其他濕式電除塵一樣，設(shè)備陰極部分接入60 kV 左右直流高壓電，煙氣中的粉塵與液滴碰撞凝聚成較大的含塵液滴以及大量的機(jī)械水滴進(jìn)入除塵區(qū)域，陰極負(fù)高壓電暈放電，含塵液滴或水滴荷電，在電場(chǎng)力的作用下，向陽極板運(yùn)動(dòng)，被集塵極吸附捕集；在電場(chǎng)上方設(shè)置定期沖洗噴淋裝置，定期對(duì)集塵極、放電極表面進(jìn)行清洗，在極板表面形成水膜，在重力作用下自上而下流入灰斗，排入水處理系統(tǒng)。

脫水：在裝置入口及出口處分別設(shè)置一級(jí)脫水裝置（曲板組成）和二級(jí)脫水裝置（折板組成）見圖2。煤氣中的水分在氣流的作用下，通過曲板和折板時(shí)水滴與板表面碰撞，水滴被板面吸附，在重力作用下形成水膜流入排水器，脫過水的煤氣通過板的縫隙輸送出去。

圖2 脫水除塵裝置結(jié)構(gòu)圖

調(diào)整曲板、折板的間隙，可以提高煤氣脫水率；或提高穿孔速度，同樣也能提高脫水率。

4.2 轉(zhuǎn)爐煤氣技術(shù)參數(shù)

轉(zhuǎn)爐煤氣壓力：2～2.3 kPa

轉(zhuǎn)爐煤氣溫度：-30～75 ℃

轉(zhuǎn)爐煤氣濕度：100%

轉(zhuǎn)爐煤氣入口含塵量：≤10 mg/m3

煤氣機(jī)械水入口含量：≤150 g/m3

轉(zhuǎn)爐煤氣含塵粒度狀態(tài)見表1。

表1 轉(zhuǎn)爐煤氣含塵粒度狀態(tài)

4.3 脫水除塵裝置基本技術(shù)要求

轉(zhuǎn)爐煤氣脫水除塵裝置后轉(zhuǎn)爐煤氣技術(shù)要求：

4.3.1 除塵效率

除塵器轉(zhuǎn)爐煤氣入口含塵量≤10 mg/m3時(shí)，設(shè)備出口凈煤氣含塵量≤1 mg/m3。

除塵器轉(zhuǎn)爐煤氣入口含塵量在＞10 mg/m3時(shí)，按90%凈化效率計(jì)算。

4.3.2 脫機(jī)械水效率

除塵器轉(zhuǎn)爐煤氣入口機(jī)械水量≤150 g/m3時(shí)，設(shè)備出口煤氣含機(jī)械水量≤30 g/m3。

除塵器轉(zhuǎn)爐煤氣入口機(jī)械水量＞150 g/m3時(shí)，按80%脫水效率計(jì)算。

脫水除塵裝置阻力損失≤600 Pa。

4.4 脫水除塵裝置基本參數(shù)

根據(jù)脫水除塵技術(shù)要求和轉(zhuǎn)爐煤氣技術(shù)參數(shù)，確定了如下設(shè)備基本參數(shù)，見表2。

表2 脫水除塵裝置基本參數(shù)

5 實(shí)施后在工藝流程

該項(xiàng)目于2018 年9 月建成投產(chǎn)，在轉(zhuǎn)爐煤氣柜后增加脫水除塵裝置，并設(shè)有旁通，見圖3。

圖3 改造后的工藝流程

6 實(shí)施效果

該脫水除塵裝置自2018 年9 月運(yùn)行至今，加壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行和用戶生產(chǎn)穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。保證了出口煤氣含水量＜30 g/m3和含塵量＜3 mg/m3。實(shí)際運(yùn)行中，最優(yōu)時(shí)可達(dá)到含水量＜20 g/m3。

脫水除塵裝置投運(yùn)前后，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)周期、入口含水量及含塵量對(duì)比如表3。

表3 改造前后含水量、含塵量對(duì)比

由表3 可知，通過加壓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)周期、含塵量、含水量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，該脫水除塵裝置具有明顯脫水除塵效果。

由于加壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子已存在一定程度的腐蝕、磨損，脫水裝置投運(yùn)后，未達(dá)到預(yù)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)周期（180d）的檢修模型要求，在后續(xù)改造中，我們將對(duì)損傷的轉(zhuǎn)子進(jìn)行更換處理，以達(dá)到理想效果。

增設(shè)該裝置后，轉(zhuǎn)爐煤氣輸送阻損增加，在實(shí)際初期運(yùn)行觀測(cè)為0.6 kPa左右，基本不影響正常生產(chǎn)，該數(shù)值也作為對(duì)脫水除塵裝置是否存在故障、需要停運(yùn)檢修的一種判斷手段。

根據(jù)國家環(huán)保節(jié)能要求，2019 年鞍鋼已將其余3 座轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝由濕法除塵回收工藝改造成了煤氣干法除塵回收工藝，但煤氣柜后的加壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)并未改造，即保留了煤氣柜后的濕式電除塵裝置，加壓風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行至今系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

7 結(jié)語

通過增加脫水除塵裝置，降低了轉(zhuǎn)爐煤氣含水量和含塵量，延長了煤氣設(shè)施使用壽命，減輕工業(yè)爐窯燒嘴堵塞，提高了煤氣熱效率，減少了設(shè)備維護(hù)量。改造效果明顯，適用于存在同類問題的轉(zhuǎn)爐煤氣回收加壓工藝。