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排放达标与钢厂效益兼顾 —— 转炉烟气除尘相关技术的应用与思考

发布时间:2015-07-02 编辑:互联网

排放达标与钢厂效益兼顾

转炉烟气除尘相关技术的应用与思考

                                        申英俊

2012年至今我国大部分地区出现严重的阴霾天气,改革开放前期以牺牲环境换取经济增长的模式受到了大自然的惩罚,威胁到人们的健康。2013年两会期间国家高度重视环保问题,之后,国家严抓环保,钢铁行业首当其冲。早期的《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)钢铁冶金类排放标准为100mg/m^3-150mg/m^3,该标准已远不能满足当今的环保要求。新版《炼钢工业大气污染物排放标准》GB 286642012 (2012101正式实施)规定:颗粒物排放浓度限值及总量控制指标中转炉一次除尘最高允许排放浓度现有企业100mg/m3;新建企业50mg/ m3。到2015年无论新建还是现有企业都必须达到50mg/m^3以下。

由于频繁的阴霾天气促使政府相关部门提前执行这一标准。环保要求越来越严格,建立良好的企业形象,做好环保工作势在必行。所以,转炉烟气除尘系统的技术更新也迫在眉睫。

众所周知炼钢转炉烟气除尘分为湿法和干法两大类,最具代表性的是OG湿法除尘工艺和LT干法除尘工艺,还有近年发展起来的塔文工艺、全余热回收布袋除尘工艺及正在研发其他新的除尘工艺。这三种工艺相比较,OG湿法除尘工艺几乎不可能达到50mg/m3的排放标准;L-T干法、布袋除尘干法均能较好的达到排放标准,近三年塔文湿法工艺也有了很大进步,目前排放浓度能稳定在50mg/m3以下;近期还出现了半干法(蒸发冷却器加塔文系统)的新工艺,下面就其经济性与可行性进行分析:

L-T干法 :适合新建钢厂

  L-T干法流程的优点是不需废水处理设备和污泥脱水设备等,具有水耗低、无污水处理系统、电耗低、风机运行稳定、粉尘排放浓度低等诸多优点。但是也存在一些问题:一是干法除尘造价高、自动控制连锁多,要求自动化程度高;二是采用的机械设备多,结构复杂,故障率高,维修时间长;三是蒸发冷却使煤气中含有较高的水分,易形成结露,造成电晕封闭和反电晕现象,同时影响输灰系统设备运行寿命,对蒸发冷却塔水量、水压控制有严格要求;四是蒸发冷却器壁上结垢问题还没有很好解决;五是泄爆频繁,影响电除尘器内零部件的寿命和除尘效果;六是除尘后煤气温度高,必须采用专门的冷却设备冷却后才能进煤气柜。

如果是新建钢厂,采用L-T干法除尘还是有一定优势的,首先不用上污水处理系统,省去了粗颗粒脱除设施、沉淀池、除尘水冷却系统及供水系统,原规划的这部分设备设施的占地可以用来上L-T法的电除尘器、煤气冷却器、钟罩阀等设施,一次性投资虽然有所增加,但因省去了除尘水系统节省一部分费用,增加的投资还可以接受。但如果是OG湿法除尘系统改造,则难度较大。

厂房结构受限:喷入烟气中的水需要在蒸发冷却器(EC)中完全蒸发,以达到降温、烟气调质、粗除尘的目的。除了对喷入的时机(烟气温度)、水量、水雾颗粒大小有严格要求外,对蒸发冷却器的高度也有一定要求,也即必须在蒸发冷却器中停留足够时间,对于采用OG系统的炼钢厂房,高度往往受限,满足不了蒸发冷却器高度需求。如果厂房改造,则会增加改造难度、改造费用及改造工期。

需改造汽化冷却烟道:为了保证气水接触时间,喷入蒸发冷却器的水是从汽化冷去烟道末段进入,因而对末段汽化冷却烟道的长度有要求,还需要在汽化冷却烟道末段开孔,所以汽化冷却烟道需要改造,这样会增加改造费用。

需要额外占地:电除尘器安装周期比较长,为了减少对现有炼钢生产影响, 必须先建设,后对接,故需要额外占地,对于占地紧张、布置比较紧凑的钢厂,这也是一个难题。

一次性投资大: 除蒸发冷却器自动控制连锁多,要求自动化程度高造价高;电除尘器投资大之外,因为烟气温度不同、烟气量也就不同,原来的风机入口管道、风机、三通阀、风机出口管道、放散烟囱都需要改造,且需要额外增加煤气冷却器,投资很大,以一座120吨转炉为例,本系统全部改造需要资金3000万以上。

相对来说,OG系统改造为L-T系统不经济,某些厂因受厂房高度限制、总图影响甚至不具有可行性。

半干法 :推广难度较大

半干法(蒸发冷却器加塔文系统)是在塔文除尘系统前边加一级蒸发冷却器,将温度降到320℃左右,再加塔文系统的工艺流程,国内已经有了应用,相当于增加了一级除尘,就兄弟厂家的经验看该工艺具有除尘效果较稳定、除尘水水质有改善的优点,但是也存在一次性投资大、要求自动化程度配置高、故障率高的问题.

该方法蒸发塔的除尘效率在30%左右,精除尘仍然是由文氏管来实现。多了一级除尘,相当于三级除尘器串联。多级除尘器串联的除尘效率:5-2-2-17,如果是两级除尘,洗涤塔的除尘效率为95%,文氏管的除尘效果99.5%,塔文除尘系统的除尘效率为η0=1-1-0.95)(1-0.995=99.975%;如果是三级除尘,一级蒸发塔除尘效率30%,则:η0=1-1-0.3)(1-0.95)(1-0.995=99.9825%。所以除尘效率有所提高,当进口烟尘浓度为150 mg/m3,采用塔文两级除尘,排放浓度37.5mg/m3,如果采用三级除尘,排放浓度为26.25mg/m3

同时,该流程需要将蒸发冷却器放到车间内,同样受厂房结构所限, 现有炉后平台,无法布置蒸发冷却器、洗涤塔、文氏管、脱水器等工艺设备,一般文氏管及脱水器需要引到厂房外,一方面占地面积较大,一方面粗除尘之后管道距离较长,容易积灰、结垢,增加清理工作量,影响系统的稳定运行。

投资较大,一般一座120吨转炉投资在700万左右。目前塔文除尘系统的排放浓度可以满足小于50mg/m3的要求,从厂房承载能力、厂房内安全通道、设备的复杂程度、运行稳定性、运行费用、占地面积、一次投资及排放浓度等诸多因素综合考虑,该方法推广起来难度较大。

塔文除尘改造:具有经济性

塔文湿法除尘系统相对于0G湿法除尘系统具有节水 、节电 、运行成本低;维护方便,劳动强度小;系统阻力小,抽风量大;净化效果好(净化后的粉尘含量可达到50mg/m3以下)等优点。

其工艺流程如下:转炉炉罩 → 汽化冷却烟道 →水冷灭火水封→ 喷雾蒸发洗涤塔→ 环缝文氏管→ 旋流脱水器→煤气鼓风机→煤气回收(或点燃放散)。

即:转炉烟气经汽化冷却烟道降温冷却后,温度由1450℃~1600℃降到900℃左右,通过水冷灭火水封进入喷雾蒸发洗涤塔,经洗涤降温,温度降至70℃左右,烟气变为饱和烟气并得到粗除尘。

降温后的饱和一次烟气(转炉煤气)进入环缝文氏管(除尘文氏管),环缝文氏管有两个作用:其一,煤气回收时,通过微差压检测装置和液压伺服装置,对喉口的开度进行自动调节,使转炉炉口处于020Pa左右的微正压状态,用以控制炼钢过程中产生的CO不燃烧或少燃烧;其二,控制烟气流速,使烟气以稳定的高速气流通过喉口进行精除尘。通过环缝文氏管精除尘后的烟气温度降至64℃左右,净化后的饱和烟气通过90o弯管进入旋流脱水器进行精脱水,经精脱水的烟气经管道进入风机。

转炉烟气净化后由引风机诱引并压送至三通切换阀。放散时,由三通切换阀切换至放散烟囱放散;回收时,由三通切换阀切换至煤气管道并经水封逆止阀、V型水封和流量计进入煤气柜。

当净化后的烟气被切换至并联备用引风机时,由备用引风机诱引并直接压送至放散烟囱放散。因为备用风机是在其他风机故障时应用,所以不设置煤气回收设施,而是直接进放散塔放散。

 采用该种方法改造的优点是只改一级文氏管 、二级文氏管、脱水器三大工艺设备即可,炉后平台改动小,风机、管道、浊环水系统等均可利旧,投资少,一般一座120吨转炉改造投资在400万元以下;改造工期短,可以利用炉役检修时间进行改造,一般在15-20天;排放浓度可以稳定在40mg/m3以下,最好水平可以达到20mg/m3

如果将来国家排放标准进一步提高,还可在脱水器之后增加湿式电除尘器或其他高效湿式除尘器。

从满足国家排放标准、改造的经济性、运行稳定性等各方面综合考虑笔者认为目前转炉一次除尘由OG系统改造为塔文系统是最经济的改造方法,值得推广。