轉(zhuǎn)爐干法除塵新工藝路線探討

王鵬軍 王波 薛琨 吳佳

摘要：基于我國(guó)提出的鋼鐵行業(yè)煉鋼排放煙氣顆粒物濃度限值為10 mg/Nm3的超低排放要求，對(duì)現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)大多采用的LT干法除塵系統(tǒng)及其優(yōu)化改進(jìn)后的新技術(shù)進(jìn)行介紹，并以實(shí)際項(xiàng)目為依托，分析改進(jìn)后工藝的實(shí)際運(yùn)行情況，闡述其實(shí)現(xiàn)超低排放的途徑。實(shí)踐運(yùn)行結(jié)果表明，LT煙囪前加金屬濾筒工藝可滿足煙氣中的顆粒物濃度不超過(guò)10 mg/Nm3的超低排放要求。該改進(jìn)技術(shù)的成功應(yīng)用為L(zhǎng)T技術(shù)的普及和推廣提供了參考。

關(guān)鍵詞：LT技術(shù);鋼鐵;干法除塵;超低排放;新工藝

中圖分類號(hào)：X757? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）03-0077-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.03.022

0? ? 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，各大鋼企產(chǎn)能不斷擴(kuò)大，轉(zhuǎn)爐煙氣量也在增大。轉(zhuǎn)爐煙氣具有含塵量大、溫度高且有毒等特點(diǎn)[1]，會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成很大威脅。2019年，國(guó)家生態(tài)環(huán)境部等五部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》，規(guī)定轉(zhuǎn)爐煙氣中顆粒物的排放限值為10 mg/Nm3[2]。這一舉措意味著進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有除塵系統(tǒng)，滿足我國(guó)提出的超低排放要求，成為目前轉(zhuǎn)爐煙氣凈化中亟需解決的問(wèn)題。

近年來(lái)，在全球鋼鐵行業(yè)大力推進(jìn)節(jié)能減排的形勢(shì)下，以干法除塵技術(shù)為代表的轉(zhuǎn)爐煤氣除塵技術(shù)已經(jīng)受到越來(lái)越多鋼廠的青睞[3]。其中具有代表性的有德國(guó)魯奇的LT干法系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有占地面積小、能耗低、除塵效率高、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)[4]。

目前新的LT干法系統(tǒng)主要是在原LT系統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，具體路線包括以下兩種：

（1）將原LT干法系統(tǒng)中的煤氣冷卻器移至切換站之前，即煤氣冷卻器前置工藝;

（2）基于原LT干法系統(tǒng)，在放散杯閥和放散煙囪間額外增加一套金屬濾筒除塵器。

本文主要介紹原LT干法系統(tǒng)和兩種優(yōu)化后的LT干法系統(tǒng)的工藝路線，同時(shí)結(jié)合各工藝的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析和探討，以期為L(zhǎng)T干法系統(tǒng)工藝在國(guó)內(nèi)大型鋼廠的普及和推廣提供有力借鑒。

1? ? LT干法系統(tǒng)工藝及其優(yōu)化工藝介紹

1.1? ? LT轉(zhuǎn)爐一次干法除塵系統(tǒng)介紹

圖1展示了原LT轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)工藝流程，可以看到，在ID風(fēng)機(jī)的抽引作用下，轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的1 400～1 550 ℃高溫?zé)煔膺M(jìn)入煙氣冷卻系統(tǒng)，依次經(jīng)過(guò)活動(dòng)煙罩、汽化冷卻煙道后，煙氣溫度降至900～1 000 ℃，隨后進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器。蒸發(fā)冷卻器上部采用雙介質(zhì)霧化冷卻噴嘴，該噴嘴可實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)、降溫、粗除塵的作用。煙氣進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器中，將有30%～40%的大顆粒粉塵被捕獲，捕獲的粉塵顆粒通過(guò)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)輸入粗灰料倉(cāng)進(jìn)行下一步處理。經(jīng)蒸發(fā)冷卻器后的煙氣溫度降至250～280 ℃，而后進(jìn)入圓筒形靜電除塵器進(jìn)行精除塵，精除塵后的煙氣含塵量降至15 mg/Nm3以下，此時(shí)除塵器中收集的細(xì)灰經(jīng)扇形刮板器、底部鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)和細(xì)灰輸送裝置排到細(xì)煙塵倉(cāng)。經(jīng)精除塵的煙氣會(huì)首先通過(guò)切換站系統(tǒng)，當(dāng)煙氣的CO濃度滿足回收濃度條件時(shí)，煙氣會(huì)進(jìn)入煤氣冷卻器降溫，待溫度降至70～80 ℃后，再經(jīng)過(guò)回收杯閥進(jìn)入煤氣柜;當(dāng)煙氣氧含量大于2%或CO濃度不符合回收條件時(shí)，回收杯閥關(guān)閉，放散杯閥打開(kāi)，煤氣通過(guò)放散杯閥至煙囪火炬裝置點(diǎn)火放散?？偟膩?lái)說(shuō)，整套系統(tǒng)采用自動(dòng)控制，與轉(zhuǎn)爐的控制相結(jié)合。

1.2? ? 煤氣冷卻器前置工藝介紹

如圖2所示，與原LT系統(tǒng)相似，轉(zhuǎn)爐煙氣首先會(huì)在ID風(fēng)機(jī)的作用下依次經(jīng)過(guò)活動(dòng)煙罩、汽化冷卻煙道進(jìn)行初步降溫，溫度降至900～1 000 ℃后進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器進(jìn)行降溫、調(diào)質(zhì)、粗除塵。在此過(guò)程中，煙氣中30%～40%的大顆粒粉塵凝結(jié)沉降，其余溫度降至250～280 ℃的煙氣再進(jìn)入圓筒形靜電除塵器進(jìn)行精除塵，使得煙氣含塵量降至15 mg/Nm3以下。然而，與原LT干法系統(tǒng)不同，由于煤氣冷卻器被移至切換站之前，經(jīng)靜電除塵器精除塵后的轉(zhuǎn)爐煙氣無(wú)論是否滿足回收條件，都會(huì)首先進(jìn)入煤氣冷卻器中。一般情況下，煤氣冷卻器選用實(shí)心螺旋噴嘴，在螺旋噴嘴處的水介質(zhì)壓力為0.4 MPa時(shí)，平均噴霧粒徑小于750 μm，噴槍分兩層布置，每層噴槍6～8把不等，該噴槍主要是根據(jù)煙氣量選擇數(shù)量配置的。除此以外，在煤氣冷卻器入口管道設(shè)置一把雙介質(zhì)噴槍，豎直插入入口管道，雙介質(zhì)噴槍噴霧角度約為100°，額定水壓力為0.4 MPa（噴嘴處），額定流量約3.5 m3/h，噴水最大粒徑為300～350 μm，平均粒徑基本不超過(guò)150 μm。當(dāng)轉(zhuǎn)爐煙氣進(jìn)入煤氣冷卻器后，入口管道的雙介質(zhì)噴槍和通體兩層實(shí)心螺旋噴嘴會(huì)同時(shí)開(kāi)啟，煙氣一進(jìn)入煤氣冷卻器，雙介質(zhì)噴槍便會(huì)噴出冷卻水對(duì)煙氣進(jìn)行一次顆粒物的洗滌，同時(shí)由于雙介質(zhì)噴槍噴出的水介質(zhì)霧化粒度更小，可以對(duì)煙氣溫度的降低起到很好的效果。當(dāng)煙氣進(jìn)入煤氣冷卻器內(nèi)部時(shí)，筒體內(nèi)部設(shè)置的兩層實(shí)心螺旋噴嘴會(huì)噴入大量的冷卻水介質(zhì)對(duì)煙氣進(jìn)行進(jìn)一步的洗滌凈化。經(jīng)煤氣冷卻器洗滌降溫除塵后的煙氣再經(jīng)煤氣分析儀分析判斷應(yīng)當(dāng)回收還是放散，由此保證最終排放的煙氣可以滿足10 mg/Nm3排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.3? ? LT煙囪前加金屬濾筒工藝介紹

圖3展示了LT轉(zhuǎn)爐一次干法除塵系統(tǒng)煙囪前加金屬濾筒除塵器的工藝流程，可以看到，轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)汽化冷卻煙道進(jìn)行初步降溫（900～1 000 ℃），而后進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器降溫、調(diào)質(zhì)、粗除塵，最后再進(jìn)入圓筒形靜電除塵器進(jìn)行精除塵。經(jīng)精除塵后的煙氣通過(guò)切換站系統(tǒng)，當(dāng)煙氣的CO含量達(dá)到設(shè)置的回收濃度條件時(shí)，與原LT系統(tǒng)相同，煙氣會(huì)經(jīng)過(guò)回收杯閥進(jìn)入煤氣柜;然而，當(dāng)煙氣氧含量大于2%或CO濃度不符合回收條件時(shí)，回收杯閥關(guān)閉，放散杯閥打開(kāi)，此時(shí)轉(zhuǎn)爐煤氣通過(guò)放散杯閥不再進(jìn)入煙囪火炬裝置點(diǎn)火放散，而是進(jìn)入金屬濾筒除塵器進(jìn)行深度精除塵后再進(jìn)入煙囪火炬裝置點(diǎn)火放散。

2? ? 實(shí)際運(yùn)行情況分析

目前，原LT煤氣干法凈化與回收系統(tǒng)是采用軸流風(fēng)機(jī)來(lái)進(jìn)行煙氣輸送的。由于采用了變頻器調(diào)速，風(fēng)機(jī)電機(jī)可以依據(jù)不同的工況動(dòng)態(tài)來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的抽風(fēng)量。電除塵器的高壓電源采用節(jié)能模式，可以根據(jù)不同的煉鋼階段調(diào)整輸出功率。由于轉(zhuǎn)爐煉鋼分為停爐、準(zhǔn)備、兌鐵、吹氧、投料、吹氧結(jié)束、出鋼、濺渣護(hù)爐8個(gè)階段，加之工藝的不連續(xù)性，兌鐵階段會(huì)出現(xiàn)煙囪排放超標(biāo)情況。

以上問(wèn)題可以通過(guò)改進(jìn)原LT工藝解決。將煤氣冷卻器和切換站杯閥位置的簡(jiǎn)單互換，能夠有效降低進(jìn)入煙囪放散的煙氣含塵量。按照電除塵器出口排放不超過(guò)15 mg/Nm3、煤氣冷卻器50%除塵效率考慮，經(jīng)過(guò)煤氣冷卻器的煙氣含塵量完全可以達(dá)到小于10 mg/Nm3的超凈排放要求。然而，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果顯示，煤氣冷卻器前置工藝在新建系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中雖然能夠滿足低于10 mg/Nm3的超凈排放要求，但煤氣冷卻器經(jīng)洗滌后，煙囪排放煙氣的含濕量加大。觀察云南、山西等地項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)，煤氣冷卻器前置系統(tǒng)經(jīng)過(guò)3～5年的運(yùn)行后，出現(xiàn)除塵器除塵效率降低、除塵器出口含塵量增加、煤氣冷卻器循環(huán)水質(zhì)控制不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，導(dǎo)致煙囪出口煙氣含塵量無(wú)法有效穩(wěn)定在低于10 mg/Nm3的超凈排放要求。此外，煤氣冷卻器的前置導(dǎo)致煙囪出口煙氣的含濕量增大，部分地區(qū)會(huì)出現(xiàn)夏天短時(shí)間煙雨、冬天大白煙的現(xiàn)象。

LT煙囪前加金屬濾筒的工藝可以有效解決煤氣冷卻器前置工藝所引發(fā)的問(wèn)題。對(duì)于原LT系統(tǒng)而言，在放散杯閥和煙囪之間增加金屬濾筒，對(duì)系統(tǒng)本身不會(huì)產(chǎn)生任何影響。金屬濾筒過(guò)濾風(fēng)速為1～2 m/min，過(guò)濾精度高達(dá)0.1 μm，過(guò)濾后的煙氣排放濃度可低至10 mg/Nm3以下。此外，金屬濾筒耐高溫（一般情況下，含塵氣體溫度不超過(guò)500 ℃）、耐腐蝕、強(qiáng)度高，不會(huì)出現(xiàn)“燒袋”和“破袋”現(xiàn)象;而且其導(dǎo)電性好，可以避免因靜電而引起的粉塵爆炸，無(wú)安全隱患。截至目前，LT煙囪前加金屬濾筒工藝已成功在日照、鞍山等多個(gè)鋼廠投入使用，表1列出了某鋼廠實(shí)測(cè)排放數(shù)據(jù)。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

金屬濾筒除塵器運(yùn)行成本低，主要部件損耗率低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，運(yùn)行實(shí)踐證明，LT煙囪前加金屬濾筒工藝能夠有效且穩(wěn)定地保證煙囪出口排放滿足10 mg/Nm3的超凈排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越嚴(yán)，改善生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)污染物超低排放是大勢(shì)所趨，LT煙囪前加金屬濾筒工藝技術(shù)的成功應(yīng)用，為今后轉(zhuǎn)爐一次煙氣超低排放治理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了參考，更為L(zhǎng)T技術(shù)的普及和推廣提供了有力借鑒。

[參考文獻(xiàn)]

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[4] 吳其玲.轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)溫度控制策略研究[D].馬鞍山：安徽工業(yè)大學(xué)，2016.

收稿日期：2021-11-19

作者簡(jiǎn)介：王鵬軍（1985—），男，陜西咸陽(yáng)人，工程師，研究方向：環(huán)境除塵。