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转炉炼钢一次除尘技术讲座

发布时间:2013-01-25 编辑:互联网

    一、转炉烟气的特点
    转炉炼钢产生大量烟气,烟气的温度高,可达
1450℃,含有大量的显热;烟气中CO的含量高达50%以上,甚至可以达到80%,有毒、易燃易爆,但也含有大量的化学能;烟气中含尘量高,可以高达150g/Nm3,烟尘中的主要成分全铁,可高达50%以上。如任其放散,将会对工厂周围数百平方千米的环境造成严重污染;同时,它的显热、化学能、含铁粉尘是一笔巨大的资源,所以很好地将其回收利用是一项很重要的工作。
    二、炼钢烟气净化系统要解决的问题
   
1、解决烟气收集的问题,保证全部烟气进入净化系统,防止在炉口无序排放,污染车间内环境;
   
 2、解决烟气净化问题,保证进入系统的烟气经过除尘之后,烟气中的含尘量达到国家排放标准,满足转炉煤气回收利用的要求;
   
3、解决空气侵入系统的问题,在保证收集效果的前提下,尽可能减少空气的侵入量,从而保证回收的转炉煤气的品质。
    三、炼钢烟气净化常用方法
    现在经常使用的转炉除尘系统有干法(
L-T法)、湿法(OG法)两种系统。
   
1、OG法工艺流程
    湿法除尘最具代表性的是“双文程式”的工艺流程,简称OG法,目前世界上大部分转炉都采用这种方法。该流程是:转炉烟气经罩裙、
段汽化冷却烟道冷却之后,由1600℃降至800℃左右,然后进一文、二文进一步降温并除尘,再经诱引离心风机到三通切换阀,煤气合格的进入回收系统,达不到煤气回收要求的烟气进入放散塔点火排放。
   
2、OG湿法除尘系统主要设备
   
(1)第一级文氏管
    第一级文氏管采用手动可调喉口文氏管。为使转炉烟气焰火降温,并进行粗除尘,在试车时用手动调节喉口挡板的开度,
控制一文阻力损失在2500Pa左右,然后固定喉口使用。
    使用时,实际气速调到
60-70m/s
    一文除尘用水,分为反溅板供水和溢流供水两部分。
    反溅板供水是一种简易有效的供水方式。由于该部分供水使用的是第二级二文氏管的回水,水质较差,悬浮物达
2000mg/m3左右。为防止发生堵塞,不可能采用喷水孔直径较小、结构较复杂的碗型喷嘴。而是将二文的回水直接喷淋在反溅板上,使水布满喉口,通过喉口高速气流的作用,使水分充分雾化而蒸发,并使烟气饱和水分,烟尘凝聚,达到熄火降温的目的。
    
(2)第二级文氏管(R-D文氏管)
    第二级文氏管采用R-D型喉口,该文氏管喉口设椭圆形挡板,通过炉口微差压装置,检测炉口压力的变化,炉口压力变化信号,通过液压执行机构,转动挡板,以调节炉口开度,使文氏管适应烟气量的变化,保证气流高速通过喉口,达到精除尘的目的。
    使用时,实际气速调节至
100-120m/s。 煤气回收期二文阻力损失控制在8000-9000Pa,放散期可将入柜一段的阻力损失用在二文上,二文阻损调到11800-12800Pa
    二文喷水方式采用外喷式。喷孔分布在喉口两侧。    
 
  3、“OG”流程的优点
   
(1)安全可靠,系统比较简单
   
(2)一次性投资低
   
4、“OG”流程的缺点
   
(1)一文、二文需要的除尘水量很大。
   
(2)蒸汽和湿粉尘粘结到引风机叶片,造成转子不平衡,引起风机震动损坏,故障率高,影响系统正常稳定运行。
   
(3)系统易结垢,导致除尘能力下降,集尘效果和净化效果变差,炉口烟尘外溢、放散塔冒黄烟。
   
(4)系统阻力大,耗电高。
 
  (5)污泥处理工序复杂且容易造成二次污染。
   
(6)受文氏管效率影响,烟尘排放浓度偏高(为100mg/Nm3)。
 
     5、L-T法工艺流程
    干法除尘最具代表性的是蒸发冷却器加静电除尘器的流程,由西德鲁奇、蒂森公司联合推出,简称L-T法。工艺流程是:烟气进入汽化冷却烟道间接冷却之后,再用蒸发冷却器直接进行冷却—向通过蒸发冷却器内的烟气喷入雾化水。喷入的水量,要准确地随炼钢生产过程中产生热气流的热焓而定,将烟气冷却到
150℃一200℃后,经由煤气管道引入静电除尘器进行精除尘。然后通过引风设备——轴流式鼓风机进入煤气切换站,合格的煤气经进一步冷却之后进入回收系统,不合格的煤气经放散塔点火放散。
   
6、L-T流程优点
   
(1)除尘净化效率高,通过电除尘器可直接将粉尘浓度降至10mg/Nm3以下;
   
(2)该系统全部采用干法处理,不存在二次污染和污水处理;
   
(3)系统阻损小,煤气发热值高,回收粉尘可直接利用,节约了能源;系统简化,占地面积小,便于管理和维护。
    因此,干法除尘技术比湿法除尘技术有更高的经济效益和环境效益。
   
7、L-T干法除尘的缺点
   
(1)干法除尘造价高、自动控制连锁多,要求自动化程度高。
   
(2)采用的机械设备多,结构复杂,故障率高,维修时间长。
   
(3)由于蒸发冷却使煤气中含有较高的水分,易形成结露,影响极间距离和运行电压,同时影响输灰系统设备运行寿命,为此对蒸发冷却塔水量、水压控制具有严格要求。
   
(4)蒸发冷却器壁上结垢问题还没有很好的解决。 
   
(5)对转炉炼钢操作要求高,会牺牲炼钢节奏,否则易爆,虽然有泄爆装置,仍会影响电除尘器内零部件的寿命和除尘效果。
   
(6)除尘后煤气温度高,还必须采用专门的冷却设备进行冷却后才能进煤气柜,此处用水量和湿法除尘循环供水量接近。
    四、近年出现的新工艺
    新
OG湿法除尘工艺流程(专利号:ZL2008 2 0000291.4
该流程是我公司近年研发推广的新工艺,工艺流程如下: 
转炉炉罩→汽化冷却烟道→非金属膨胀节→高效喷雾洗涤塔→上行式环缝文氏管→漩流脱水器→管道→煤气鼓风机→三通阀→放散烟囱达标放散(点燃放散)。                 
煤气回收系统。即:转炉烟气经汽化冷却烟道降温冷却后,温度由
1600℃降到900℃左右,通过高温非金属膨胀节进入高效喷雾洗涤塔,经洗涤降温后,烟气变为饱和烟气,温度降至70℃左右,并得到粗除尘。
    降温后的饱和一次烟气(转炉煤气)直接进入可调喉口文氏管(除尘文氏管),可调喉口文氏管采用上行式环缝文氏管,可以控制炼钢过程中产生的
CO不燃烧或少燃烧。通过除尘文氏管精除尘后的烟气温度降至65℃左右,净化后的饱和烟气通过90o弯管进入漩流脱水器精脱水,经管道进入风机。
   
4、新OG湿法除尘系统构成
   
(1)高效喷雾洗涤塔(专利号:ZL200720309508.5
    喷雾洗涤的原理: 一是利用快速(小于
0.5秒)蒸发吸热降低烟气温度, 二是利用极小极快的雾化水滴收集微细粉尘成大粉尘, 以利于烟气收缩从而气体流速减慢之后,粉尘进行沉降。
喷雾洗涤塔以一顶三,它不仅替代了一级除尘文氏管,还取消了水冷夹套,灭火水封,一级脱水器。因为是蒸发冷却,所以节省水量;靠喷进去的水直接雾化,捕集粉尘,所以烟气流速低,阻力损失小;没有死角,从根本上消除了安全隐患;由于气体流速低,含尘水滴易于分离,解决了一级脱水器的排水水封裹带煤气的问题。降低了除尘水量,节省了这部分水加压所使用的电费,并且后续污水处理系统投资少;系统阻力降低之后,煤气引风机功率下降,又降低了一部分电费。
喷雾洗涤塔的运行阻力在1Kpa以下。
   
(2)精除尘采用环缝文氏管.(专利号ZL200820006164.5
    本工艺采用的环缝文氏管,中心雾化喷嘴喷水,喷水均匀,并且是在收缩段喷水。在处理相同的烟气量时阻力小,净化效果好,排放烟尘含量不超过
50mg/Nm3,满足了国家的排放要求。该文氏管有两个作用,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,使炉口处于0~20Pa左右的微正压状态,用以控制冶炼过程中产生的CO不燃烧或少燃烧。其二,控制烟气流速,使高速气流通过喉口进行精除尘。
    转炉烟气的特点是炉役前后期、以及吹炼的前烧期、回收期、后烧期烟气量波动大,甚至兑铁量、铁水含碳量、加料、不同员工的吹炼手法(脱碳速度)都会对烟气量产生巨大影响。环缝文氏管的特点是喉口流通断面积调节范围大,且是线性调节,无论烟气流量怎么样波动、急剧变化,都可以通过液压伺服装置调节重铊位置,从而调节文氏管喉口处的流通面积,使通过喉口的烟气流速不变;通过给液压伺服装置炉口微压差信号,调节喉口流通面积,使转炉炉口既尽量少冒烟,又不大量吸入空气,既保证煤气品质,又能最大程度的提高除尘效率,并且不易堵塞喉口。
    其结构是在文氏管的收缩管内装了一个空心重铊,靠顶部的液压缸传动,使重铊上下移动,液压缸由液压伺服装置驱动。喉口流通面积根据煤气量调节,通过能力大,阻力损失
△P控制在14KPa16KPa,操作时只要给一个设定值就可以了。由于喉口面积调节幅度大,调节灵敏,使通过烟气的流速恒定,一般控制在100~120m/s,从而提高除尘效率。
传统的
R-D文氏管双侧氮气捅针喷水,结构复杂,喷水不均匀,喷水成柱状,靠高速气流冲击二次雾化,导致阻力增大;阀板转一个角度后,扰乱气流,影响阻力;双侧喷水一侧在收缩段,一侧在扩张段,收缩段一侧喷水净化效果好,扩张段一侧喷水的净化效果差。导致精除尘效果不理想,一般排放浓度在100-150mg/Nm3。风机易积灰,影响使用寿命。
   
(3)精脱水采用漩流脱水器(专利号ZL200720309509.X
    选用漩流脱水器,是一种离心脱水器,当夹杂水滴的气流进入漩流板时,细小的水滴在漩流叶片上撞击积聚,形成大颗粒水滴,并在气流的带动下,水滴沿着叶片按离心方向甩至脱水器内壁留下,同时部分夹带在气体中的水滴也由于气流的旋转分离。在保证脱水效果的前提下,设备结构简单,运行阻力低,脱水效果好,故障率低;不易堵塞,清理任务小、不需要水冲洗,工作劳动强度低,。解决了丝网脱水器易堵塞、复挡式脱水器结构复杂、阻力偏大、结垢后不易清理的问题。
漩流脱水器的运行阻力在
0.5KPa左右。
   
5、新OG流程与传统两文三脱工艺比较有下列优点: 
   
(1)工艺流程简化:用高温非金属膨胀节取代水冷夹套(水冷收缩段),不用设备冷却水冷却,系统简单。
    用喷雾洗涤塔取代一级文氏管,以一顶三,它不仅替代了一级除尘文氏管,还取消了灭火水封,一级脱水器。
   
(2)与传统的湿法工艺比较节省水量:因为是蒸发冷却,所以节省水量,除尘水的循环量可减少1/3左右。
    (3)降低阻力:靠喷进去的水直接雾化,捕集粉尘,所以烟气流速低,阻力损失小,较传统的两文三脱工艺可减少阻力3KPa以上。
        (4)
降低能耗:系统阻力小,风机功率与压头成正比,所以同样风量风机电流小,能耗也低;用水量小,电耗也低。
    
(5)在洗涤塔内煤气流速低,从根本上消除了除尘水排除时易裹带煤气的安全隐患。
    
(6)降低了工人劳动强度。
    
(7)降低了设备故障率,提高了风机运行寿命。
    
(8)净化效果好:如果精除尘文氏管的压力降控制在14Kpa以上,就可以将排放浓度降到50mg/Nm3以下。但是如果采用传统的OG系统,风机的压头是一定的,一文阻力大,二文的压差就无法提高。所以新工艺净化效果好。我公司在鞍钢210吨转炉上排放浓度达到了19.75mg/Nm3,前进钢厂及其他钢厂排放浓度也都在50mg/m3以下。
    (9)煤气回收量增加:环缝文氏管的调节性能更好、更精确,所以煤气回收时间更长;另外煤气中含尘量低,风机故障率低,启用备用风机的时间更短,所以煤气回收量增加。据现场统计,较两文三脱工艺,吨钢多回收煤气
20m3/吨钢。
   
  6、新OG流程与L-T工艺比较有下列优点: 
   
(1)除尘效果比L-T干法稳定
    在炼钢转炉上采用
LT静电除尘,不可能保证烟尘含尘量在同一水平上,因此达到10mg/m3是一种误导宣传,当然短时间效果可以,高温烟气在蒸发冷却塔用蒸汽和水雾化蒸发降温,降低比电阻,使其达到静电除尘器的要求。烟尘中含有大量的CaOMgO,遇水蒸气必然有部分反应生成Ca(OH)2、Mg(OH)。
    (2)而烟气中又有大量的CO2,避免不了生成CaCO3MgCO3,这种污垢附在电极板上和电极线上。导致电级板失效。电极线断裂,这一致命伤影响LT静电除尘在炼钢转炉上推广,我国炼钢转炉石灰等辅料质量、冶炼操作很难与国外相比。我国烟尘量高达钢产量的3%,烟尘中CaO含量高达30%左右,因而结垢是无法避免的,且比国外快。各转炉厂也会有所不同。
另外,电除尘器的效果受粉尘比电阻影响比较大,靠喷水跟踪调节比电阻相当困难。刚开始吹炼,温度还没有达到需要喷水的温度时,比电阻调节不了,静电除尘除尘效果不会好,免不了放散塔会冒黄烟,远远超过10mg/m3排放。
OG系统,不存在类似问题,可以依靠调节环缝文氏管的开度,始终保证在文氏管处气流速度达到120m/s,从而保证净化效果稳定。
   
(3)工人劳动条件比L-T干法好
    莱钢三座
120t转炉四座四电场静电除尘器(已有备用),2007年曾冒了半年黄烟,被迫搞一套湿法净化烟气方案,作为备用。据了解每月清灰一次,停产四小时,工人进去清灰劳动条件非常恶劣,稍不注意就有可能烧伤。太钢180t转炉每月检修清灰两次,每次停产八小时,宝钢250t转炉曾因管道积灰堵塞被迫停产。清灰劳动条件和出灰系统转运污染,不少厂感到头痛,一般调研往往被忽视。
静电除尘器内部含极板、极线的悬挂装置、震打装置;含有多组极板极线;还有扇形刮灰机,都是故障率较高的设备,每次检修也都要钻入除尘器内部,条件非常恶劣。
OG系统不需要钻到设备里面去清灰,并且维护量小,所以劳动强度小、劳动条件好。
 
  (4)L-T干法安全可靠
    安全问题也是炼钢转炉煤气回收中最头痛最担心的大问题,采用静电除尘不爆炸不可能,只有通过安全防爆阀作保全处理,力求减少事故。我在莱钢灵山南区新建
65t转炉,设计湿法和静电除尘两套烟气净化系统,多投资1000多万元,湿法烟气含尘50mg/m3以内。完全满足回收要求,现场领导反映,静电除尘系统,真不想运行,主要担心爆炸,什么时间出事故不知道。如果湿法系统运行,回家就能安心睡觉。以宝钢300t转炉为例,电除尘器设在煤气柜后面,也曾爆炸过。因此在煤气回收系统上,使用电除尘爆炸将难以避免。
OG系统因为不产生火花,安全可靠。
 
  (5)L-T干法控制简单
 
   L-T干法控制系统及设备至少还必须进口,国产没有过关,大的检修,本企业往往无能为力,停产时间比较长。并且控制系统复杂,故障率高。
 
  (6)比L-T干法投资省
 
     L-T干法即使国内分交,每套系统也得4000-5000万(120吨转炉),新OG系统与传统二文三脱工艺总费用相近。