引言

隨著我國城市化進程的不斷加快,各大鋼企產(chǎn)能不斷擴大,轉爐煙氣量也在增大。轉爐煙氣具有含塵量大、溫度高且有毒等特點,會對環(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)《關于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》,規(guī)定轉爐煙氣中顆粒物的排放限值為10mg/Nm3。這一舉措意味著進一步優(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)大力推進節(jié)能減排的形勢下,以干法除塵技術為代表的轉爐煤氣除塵技術已經(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。

目前新的LT干法系統(tǒng)主要是在原LT系統(tǒng)工藝基礎上進行改進和優(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)的工藝路線同時結合各工藝的實際運行情況進行分析和探討,以期為LT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轉爐一次干法除塵系統(tǒng)介紹

圖1展示了原LT轉爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)工藝流程可以看到在ID風機的抽引作用下轉爐產(chǎn)生的1400～1550℃高溫煙氣進入煙氣冷卻系統(tǒng),依次經(jīng)過活動煙罩、汽化冷卻煙道后煙氣溫度降至900～1000℃隨后進入蒸發(fā)冷卻器。蒸發(fā)冷卻器上部采用雙介質(zhì)霧化冷卻噴嘴,該噴嘴可實現(xiàn)對煙氣進行調(diào)質(zhì)、降溫、粗除塵的作用。煙氣進入蒸發(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式輸送機輸入粗灰料倉進行下一步處理。經(jīng)蒸發(fā)冷卻器后的煙氣溫度降至250～280℃,而后進入圓筒形靜電除塵器進行精除塵,精除塵后的煙氣含塵量降至15mg/Nm3以下,此時除塵器中收集的細灰經(jīng)扇形刮板器、底部鏈式輸送機和細灰輸送裝置排到細煙塵倉。經(jīng)精除塵的煙氣會首先通過切換站系統(tǒng)當煙氣的co濃度滿足回收濃度條件時煙氣會進入煤氣冷卻器降溫待溫度降至70～80℃后,再經(jīng)過回收杯閥進入煤氣柜:當煙氣氧含量大于2%或co濃度不符合回收條件時,回收杯閥關閉,放散杯閥打開,煤氣通過放散杯閥至煙囪火炬裝置點火放散?？偟膩碚f,整套系統(tǒng)采用自動控制,與轉爐的控制相結合。

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,轉爐煙氣首先會在ID風機的作用下依次經(jīng)過活動煙罩、汽化冷卻煙道進行初步降溫溫度降至900～1000℃后進入蒸發(fā)冷卻器進行降溫、調(diào)質(zhì)、粗除塵。在此過程中煙氣中30%～40%的大顆粒粉塵凝結沉降,其余溫度降至250～280℃的煙氣再進入圓筒形靜電除塵器進行精除塵,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爐煙氣無論是否滿足回收條件,都會首先進入煤氣冷卻器中。一般情況下,煤氣冷卻器選用實心螺旋噴嘴,在螺旋噴嘴處的水介質(zhì)壓力為0.4MPa時,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。當轉爐煙氣進入煤氣冷卻器后,入口管道的雙介質(zhì)噴槍和通體兩層實心螺旋噴嘴會同時開啟,煙氣一進入煤氣冷卻器,雙介質(zhì)噴槍便會噴出冷卻水對煙氣進行一次顆粒物的洗滌,同時由于雙介質(zhì)噴槍噴出的水介質(zhì)霧化粒度更小,可以對煙氣溫度的降低起到很好的效果。當煙氣進入煤氣冷卻器內(nèi)部時,筒體內(nèi)部設置的兩層實心螺旋噴嘴會噴入大量的冷卻水介質(zhì)對煙氣進行進一步的洗滌凈化。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當回收還是放散,由此保證最終排放的煙氣可以滿足10mg/Nm3排放標準。

1.3LT煙囪前加金屬濾筒工藝介紹

圖3展示了LT轉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,轉爐煙氣經(jīng)汽化冷卻煙道進行初步降溫900～1000℃）,而后進入蒸發(fā)冷卻器降溫、調(diào)質(zhì)、粗除塵,最后再進入圓筒形靜電除塵器進行精除塵。經(jīng)精除塵后的煙氣通過切換站系統(tǒng),當煙氣的C0含量達到設置的回收濃度條件時,與原LT系統(tǒng)相同,煙氣會經(jīng)過回收杯閥進入煤氣柜:然而,當煙氣氧含量大于2%或C0濃度不符合回收條件時,回收杯閥關閉,放散杯閥打開,此時轉爐煤氣通過放散杯閥不再進入煙囪火炬裝置點火放散,而是進入金屬濾筒除塵器進行深度精除塵后再進入煙囪火炬裝置點火放散。

圖3LT轉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實際運行情況分析

目前,原LT煤氣干法凈化與回收系統(tǒng)是采用軸流風機來進行煙氣輸送的。由于采用了變頻器調(diào)速,風機電機可以依據(jù)不同的工況動態(tài)來調(diào)整系統(tǒng)的抽風量。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。由于轉爐煉鋼分為停爐、準備、兌鐵、吹氧、投料、吹氧結束、出鋼、濺渣護爐8個階段,加之工藝的不連續(xù)性,兌鐵階段會出現(xiàn)煙囪排放超標情況。

以上問題可以通過改進原LT工藝解決。將煤氣冷卻器和切換站杯閥位置的簡單互換,能夠有效降低進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到小于13'm/g'N的超凈排放要求。然而,實際運行結果顯示,煤氣冷卻器前置工藝在新建系統(tǒng)的運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、山西等地項目的實際運行情況發(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)控制不達標等問題,導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致煙囪出口煙氣的含濕量增大,部分地區(qū)會出現(xiàn)夏天短時間煙雨、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,對系統(tǒng)本身不會產(chǎn)生任何影響。金屬濾筒過濾風速為1～2'/'in,過濾精度高達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、強度高,不會出現(xiàn)"燒袋"和"破袋"現(xiàn)象:而且其導電性好,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、鞍山等多個鋼廠投入使用,表1列出了某鋼廠實測排放數(shù)據(jù)。

3結語

金屬濾筒除塵器運行成本低,主要部件損耗率低,運行穩(wěn)定可靠,運行實踐證明,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的超凈排放標準。當前,國家對環(huán)境保護的要求越來越嚴,改善生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)污染物超低排放是大勢所趨,LT煙囪前加金屬濾筒工藝技術的成功應用,為今后轉爐一次煙氣超低排放治理目標的實現(xiàn)提供了參考,更為LT技術的普及和推廣提供了有力借鑒。