引言

隨著我國城市化進(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),會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成很大威脅。2019年,國家生態(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》,規(guī)定轉(zhuǎn)爐煙氣中顆粒物的排放限值為10mg/Nm3。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題。

近年來,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)受到越來越多鋼廠的青睞。其中具有代表性的有德國魯奇的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、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

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)工藝在國內(nèi)大型鋼廠的普及和推廣提供有力借鑒。

1LT干法系統(tǒng)工藝及其優(yōu)化工藝介紹

1.1LT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1400～1550℃高溫?zé)煔膺M(jìn)入煙氣冷卻系統(tǒng),依次經(jīng)過活動(dòng)煙罩、汽化冷卻煙道后煙氣溫度降至900～1000℃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鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)輸入粗灰料倉進(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15mg/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。經(jīng)精除塵的煙氣會(huì)首先通過切換站系統(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,煤氣通過放散杯閥至煙囪火炬裝置點(diǎn)火放散。總的來說,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)過活動(dòng)煙罩、汽化冷卻煙道進(jìn)行初步降溫溫度降至900～1000℃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15mg/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0.4MPa時(shí),平均噴霧粒徑小于750μm,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100o,額定水壓力為0.4MPa噴嘴處）,額定流量約3.5m3/h,噴水最大粒徑為300～350μm,平均粒徑基本不超過150μm。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10mg/Nm3排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.3LT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900～1000℃）,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切換站系統(tǒng),當(dāng)煙氣的C0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)過回收杯閥進(jìn)入煤氣柜:然而,當(dāng)煙氣氧含量大于2%或C0濃度不符合回收條件時(shí),回收杯閥關(guān)閉,放散杯閥打開,此時(shí)轉(zhuǎn)爐煤氣通過放散杯閥不再進(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。

圖3LT轉(zhuǎn)爐一次干法除塵系統(tǒng)煙囪前加金屬濾筒除塵器工藝流程圖

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。

以上問題可以通過改進(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15'm/g'N、煤氣冷卻器530除塵效率考慮,經(jīng)過煤氣冷卻器的煙氣含塵量完全可以達(dá)到小于13'm/g'N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)行過程中雖然能夠滿足低于13'm/g'N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N～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)等問題,導(dǎo)致煙囪出口煙氣含塵量無法有效穩(wěn)定在低于13'm/g'N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。金屬濾筒過濾風(fēng)速為1～2'/'in,過濾精度高達(dá)3.1u',過濾后的煙氣排放濃度可低至13'm/g'N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533C）、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

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13'm/g'N的超凈排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前,國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來越嚴(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。