馬良
( 山西太鋼不銹鋼股份有限公司，太原030003)
摘要: 轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收系統(tǒng)在運行中存在較多不穩(wěn)定因素，故障時有發(fā)生，嚴重制約生產(chǎn)的均衡穩(wěn)定。通過進行工藝、設(shè)備改進，優(yōu)化應用蒸發(fā)冷卻器噴淋水水質(zhì)提升、蒸發(fā)冷卻器桶壁高效化清理技術(shù)、電除塵器泄爆控制技術(shù)、電除塵器電場劣化控制技術(shù)、電除塵器陰極線在線更換技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，逐步完善原技術(shù)的固有缺陷，有效解決了各類問題。通過轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化應用，實現(xiàn)了設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行，使其運行效率達到甚至超過了國內(nèi)外同行的最好水平，同時使得原轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收技術(shù)得到了有效的補充和完善。
關(guān)鍵詞: 轉(zhuǎn)爐煤氣；干法除塵；關(guān)鍵技術(shù)；優(yōu)化應用
1 概述
早在1965 年，轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵回收系統(tǒng)在奧地利Donawitz 工廠的成功運行，就已被世人所關(guān)注。到了20 世紀80 年代初，由德國魯奇( Lurgi) 與蒂森公司( Thyssen) 攜手合作，將轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收工藝推向了一個新的高度，該工藝系統(tǒng)簡稱LT 系統(tǒng)。
近年來，在國內(nèi)外轉(zhuǎn)爐一次除塵中LT 煤氣回收技術(shù)被廣泛采用，國外德國蒂森克魯伯、奧地利林茨鋼廠采用的該項技術(shù)較為成熟; 國內(nèi)上海寶鋼、山東萊鋼、內(nèi)蒙古包鋼也采用該項技術(shù)。
2 轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收系統(tǒng)工藝流程及技術(shù)原理
2. 1 工藝流程
轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示。
2. 2 技術(shù)原理
它是一種把轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量含有CO的高溫塵氣進行捕集、冷卻、凈化并回收CO 氣體的工藝技術(shù)，其核心是干法電除塵。轉(zhuǎn)爐冶煉產(chǎn)生的高溫塵氣經(jīng)汽化冷卻系統(tǒng)冷卻至1000℃ 左右，進入LT系統(tǒng)的蒸發(fā)冷卻器進行水霧降溫和粗除塵，然后進入電除塵進行干法精除塵，系統(tǒng)由一臺軸流風機提供負壓驅(qū)動力。轉(zhuǎn)爐冶煉前期和后期，CO 濃度低，由鐘型閥切換至放散塔進行點火燃燒; 轉(zhuǎn)爐冶煉中期，CO 濃度大于30% ，由鐘型閥切換進入煤氣冷卻器進行噴水再次冷卻后送入煤氣柜完成回收。LT 轉(zhuǎn)爐煤氣回收技術(shù)，控制程度高，煤氣回收時切換速度快; 回收的煤氣含塵濃度低，風機壽命長。
電除塵器是利用直流高壓電源產(chǎn)生的強電場使氣體電離，產(chǎn)生電暈放電，進而使懸浮塵粒荷電，并在電場力的作用下，將懸浮塵粒從氣體中分離出來并加以捕集的除塵裝置。其除塵效率高，設(shè)備阻力小，總能耗低。
3 轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收技術(shù)的應用前景
LT 系統(tǒng)的優(yōu)越性得益于它是干法除塵系統(tǒng)，不存在廢水和污泥的處理問題; 煤氣回收時的超低值含塵濃度可直接供煤氣用戶使用?？梢灶A期，該工藝技術(shù)的進一步推廣應用、不斷完善，一定會對轉(zhuǎn)爐除塵的環(huán)保減排、節(jié)能降耗起到促進作用。
4 優(yōu)化應用背景
4. 1 優(yōu)化應用的意義
轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收系統(tǒng)，因該項技術(shù)的固有局限，系統(tǒng)運行存在較多不穩(wěn)定因素。蒸發(fā)冷卻器、電除塵器、ID 風機以及整個系統(tǒng)控制都存在不同程度的缺陷，故障時有發(fā)生，嚴重制約生產(chǎn)的均衡穩(wěn)定。對系統(tǒng)應用新技術(shù)進行優(yōu)化改進，能完善系統(tǒng)缺陷，控制劣化趨勢，大幅降低故障率，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行，保障生產(chǎn)順行。
4. 2 優(yōu)化應用難點
蒸發(fā)冷卻器水汽雙流噴嘴共16 個，均布于蒸發(fā)冷卻器頂部進氣口，在使用中易發(fā)生堵塞情況，導致噴淋冷卻效果差; 隨著生產(chǎn)運行周期的增加，蒸發(fā)冷卻器桶壁會結(jié)成不同厚度的泥垢，泥垢積累受溫度變化的影響，經(jīng)常掉落堵塞輸灰系統(tǒng)。根據(jù)對同行業(yè)兄弟單位的了解情況，無相應的控制處理措施，需立足自身優(yōu)化改進。
電除塵器電場內(nèi)部陰極線頻繁出現(xiàn)斷線狀況，經(jīng)常導致電場短路失電，非計劃檢修次數(shù)較多，嚴重影響生產(chǎn)的正常進行。此類情況國內(nèi)外各單位都存在，與設(shè)計單位進行了多次交流討論，未得出較好的控制方案。還需自身系統(tǒng)分析，革新解決。
ID 風機是從國外整機進口的設(shè)備，運行不到一年時間就出現(xiàn)軸承運行溫度高、振動大的問題，甚至發(fā)生過軸承燒損情況，與設(shè)備廠家進行了多次交涉，未找到真正的故障原因。需結(jié)合機組安裝、系統(tǒng)運行找到真正問題予以改進控制。
4. 3 優(yōu)化改進情況
通過對轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收技術(shù)的細致鉆研分析，結(jié)合系統(tǒng)運行的實際情況，積極進行工藝優(yōu)化、設(shè)備改進，不斷采用新技術(shù)，逐步完善原技術(shù)的固有缺陷，補充原有技術(shù)的空白，對轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收技術(shù)進行了充實發(fā)展，通過實踐應用，各類問題得到了根本性的解決。
到目前為止，轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收技術(shù)的優(yōu)化應用，已實現(xiàn)了設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行，在保障生產(chǎn)均衡順行的基礎(chǔ)上有力促進了轉(zhuǎn)爐煤氣的回收?，F(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)爐煤氣回收水平在國內(nèi)同行業(yè)中處于領(lǐng)先水平，達到國外先進水平。
轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收技術(shù)的成功優(yōu)化應用，為轉(zhuǎn)爐一次除塵系統(tǒng)由LT 干法替代OG 濕法樹立了典范，對冶金行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排具有重大意義。
5 關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化應用
5. 1 蒸發(fā)冷卻器噴淋水水質(zhì)提升
蒸發(fā)冷卻器噴淋水設(shè)計水質(zhì)指標中硬度要求≤200 mg /L，按照設(shè)計，原選用工業(yè)新水作為噴淋用水，為保證水量的足夠使用，設(shè)有工業(yè)循環(huán)水管路作為應急給水。本身工業(yè)新水硬度基本與200 mg /L 臨界，再加上在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)緊張時，因工業(yè)新水水量不足，必須用工業(yè)循環(huán)水進行補水，工業(yè)循環(huán)水硬度在800 mg /L左右，就更加導致水質(zhì)指標中硬度大，極易導致蒸發(fā)冷卻器噴淋噴嘴堵塞。針對該問題，論證形成了將汽化冷卻系統(tǒng)排污出的高級除鹽水回收作為蒸發(fā)冷卻器噴淋用水的方案。高級除鹽水硬度為1 μg /L，基本不含有易導致結(jié)垢的離子。將高級除鹽水作為噴淋水后，將工業(yè)新水作為應急給水。這樣，使噴淋水水質(zhì)得以提升，蒸發(fā)冷卻器噴淋噴嘴堵塞問題得以明顯改善。
5. 2 蒸發(fā)冷卻器桶壁高效化清理技術(shù)
蒸發(fā)冷卻器桶壁隨著生產(chǎn)運行周期的增加結(jié)有不同厚度的泥垢，需要定期對其進行清理，防止結(jié)成大塊從上面跌落導致設(shè)備損壞。原來是清理人員通過檢修人孔進入到蒸發(fā)冷卻器桶內(nèi)，利用簡易吊筐上下移動，使用大錘、風鎬等工具進行清理，工作條件惡劣，強度大，清理時間長，清理不夠徹底，同時需要專門申請20 h 左右的時間檢修。針對這種情況，經(jīng)多方論證，決定應用高壓水清理技術(shù)。在蒸發(fā)冷卻器桶壁原相距較遠的兩層檢修人孔間再增加兩層人孔，對
應設(shè)置檢修平臺，引進高壓清洗機，在檢修時打開檢修人孔，人站在蒸發(fā)冷卻器外部的檢修平臺上即可進行高壓水清理作業(yè)。清理時間由原來的20 h / 次縮短為6 h / 次; 人力資源方面，由原來的24 人/ 次減少為7 人/ 次。并且安全得以全面保障，清理效果干凈徹底。
5. 3 電除塵器泄爆控制技術(shù)
電除塵器在轉(zhuǎn)爐冶煉中如果系統(tǒng)煙氣氧含量≥6%、CO 含量≥9% 時極易發(fā)生泄爆，此類現(xiàn)象基本都發(fā)生在轉(zhuǎn)爐開吹時; 此外如煙氣中有氫氣存在，也有發(fā)生泄爆的可能。轉(zhuǎn)爐冶煉有時一次下槍即可連續(xù)冶煉完一爐鋼，有時因鐵水中Si 含量偏高的因素還需冶煉中間進行提槍停吹倒渣，就出現(xiàn)了二次下槍冶煉的情況。但每次下槍開吹都存在電除塵器泄爆的可能。
對電除塵器泄爆的控制涉及到轉(zhuǎn)爐冶煉工序和LT 系統(tǒng)運行操作工序兩方面。轉(zhuǎn)爐吹氧量和轉(zhuǎn)爐投加物料是控制泄爆的關(guān)鍵因素，優(yōu)化轉(zhuǎn)爐吹氧、加料工藝是最為有效的途徑。轉(zhuǎn)爐在加入廢鋼、兌入鐵水后反應較為劇烈，需轉(zhuǎn)爐前后搖爐使爐內(nèi)物料混合均勻的完成燃燒。轉(zhuǎn)爐搖正開始下槍吹氧后，必須采用吹氧量逐漸升高法，不得開吹給氧太大，避免由于吹氧量升高過快與CO 混合不均勻?qū)е滦贡?。轉(zhuǎn)爐加料由原來的3 次改成現(xiàn)在的7 次，避免了大量加料帶
入較多氧氣引發(fā)燃爆。如轉(zhuǎn)爐冶煉中提槍后，LT 系統(tǒng)運行操作工必須實時注意CO 的濃度，及時與轉(zhuǎn)爐操作工進行聯(lián)絡，待CO 濃度降到1% 以下后可進行二次下槍，同時要求控制吹氧量，使其緩慢逐步增大，避免下槍泄爆。如在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中發(fā)生泄爆，LT系統(tǒng)操作工必須實時注意電除塵器的出口溫度，及時與轉(zhuǎn)爐操作工進行聯(lián)絡，待電除塵器的出口溫度降到150 ℃左右后可進行二次下槍，同時要求控制吹氧量，使其緩慢逐步增大，避免再次泄爆。
通過對電除塵器泄爆控制技術(shù)的實踐，電除塵器泄爆次數(shù)同比減少了70% 左右，且隨著對控制技術(shù)的熟練應用，泄爆次數(shù)達到了每月僅一次的較好水平。
5. 4 電除塵器電場劣化控制技術(shù)
導致電除塵器電場劣化的主要因素是陰極線的斷裂問題，通過對電除塵器陰極線在線更換技術(shù)和電除塵器泄爆控制技術(shù)的應用，基本解決了陰極線的耐腐蝕性和電除塵器因泄爆對陰極線的沖擊問題。通過提升蒸發(fā)冷卻器噴淋水水質(zhì)，在降低噴淋水硬度的同時也降低了水中Cl 離子的含量，進而促使煙氣中的腐蝕性離子降低，減少對陰極線的腐蝕。
此外，通過優(yōu)化LT 系統(tǒng)運行參數(shù)和操作控制技能，將靜電除塵器入口溫度控制在150 ℃ 左右，既減少含水率又能保證靜電除塵器的穩(wěn)定運行收塵效果。再則如轉(zhuǎn)爐出鋼后要進行吊吹爐口，LT 系統(tǒng)操作工必須及時確認已轉(zhuǎn)到吹氧階段，以確保吊吹爐口過程中EC 蒸汽閥、水閥都能正常聯(lián)鎖打開; 如在爐口清洗階段進行吹渣或不在吹氧階段進行吊吹爐口造成EC 出口溫度高，LT 系統(tǒng)操作工必須在確認蒸汽閥已打開后及時手動打開水閥以控制EC 出口溫度在250 ℃左右。
硬件設(shè)備系統(tǒng)的改進運行加以軟件控制系統(tǒng)的優(yōu)化操作，抑制了電除塵器的電場劣化傾向，保障了整個LT 系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
5. 5 電除塵器陰極線在線更換技術(shù)
因LT 系統(tǒng)的含水率較大，其中氯離子等元素在常溫下與水、陰極線一起形成原電池腐蝕，使極線表面產(chǎn)生了腐蝕，導致了此部分極絲逐漸減薄、變形直至斷裂; 并且電除塵器泄爆使陰極線受到很大沖擊，且局部產(chǎn)生高溫，促使陰極線變形、斷裂迅速。陰極線斷裂極易導致電場短路失電，喪失除塵凈化工藝功能，被迫停產(chǎn)檢修。
電除塵器一二電場陰極線為扁鋼芒刺，厚度為6 mm，材質(zhì)為08A1，本身強度、剛度以及抗腐蝕性能稍有欠缺。經(jīng)論證確定選用強度、剛度以及抗腐蝕性能更佳的陰極線用來替代一二電場的扁鋼芒刺陰極線。陰極線的選材、制作、更換都需要技術(shù)革新。
考慮到Cl 離子等腐蝕作用，確立應用不銹鋼材質(zhì)的陰極線。
材質(zhì)確定以后，如何制作加工才能確保陰極線應有的性能成為新的課題。采用等離子切割技術(shù)，成型效果差，影響陰極線的放電性能; 采取激光切割技術(shù)，局部產(chǎn)生的高溫會破壞不銹鋼的鈍化層，同樣影響其放電性能; 最終確定應用線切割技術(shù)進行極線加工。陰極線制作完畢，但不具備電除塵器停用大修拆出整個框架進行陰極線更換的條件，陰極線必須進行在線更換。陰極線原安裝方式為極線兩端穿入框架內(nèi)設(shè)有的小孔內(nèi)進行焊接，新更換極線如仍采取該種
方式，將無法保證極線應有的拉伸力。為此，再對陰極線的制作新加一部工序，將陰極線兩端加工為螺桿，在進行極線更換時將極線兩端穿出框架內(nèi)設(shè)有的小孔，再用螺母進行緊定調(diào)節(jié)，以保證極線的拉伸力度。
陰極線在線更換技術(shù)的應用，穩(wěn)定了電除塵器電場的運行，控制了電場因陰極線斷裂導致的劣化傾向。
5. 6 ID 風機穩(wěn)定運行控制
ID 風機投用以來共出現(xiàn)過十幾次軸承振動大或者溫度高現(xiàn)象，嚴重時導致兩次軸承燒損故障，風機的穩(wěn)定運行遇到了挑戰(zhàn)。首先需解決風機本身固有的問題，大修時對風機實施了全面檢測，主軸水平度嚴重超標( 外方標準值為0. 5 mm /m) ，且外方標準值也不夠精。調(diào)整水平度精度，必須控制在0. 2 mm /m之內(nèi)，該項處理確保了風機本身無安裝缺陷。
對ID 風機的運行控制也要有一定的控制手段。
ID 風機固定端軸承座置于機殼之外，雖與大氣接觸且有自身的冷卻盤進行風冷，但由于系統(tǒng)煙氣本身溫度高達150 ℃，對軸承座的輻射熱很強，對機殼實施隔熱保溫，有效隔離了熱量的傳遞; 與此同時，為前軸承座增加強制冷卻風管，保證以最大的風量來促進軸承冷卻。ID 風機自由端軸承座置于機殼之內(nèi)，依靠專門的冷卻風機強制供風冷卻，吸風口的過濾網(wǎng)要實施定期清理; 同時為確保冷卻效果，又專設(shè)一套緊急冷卻用的壓縮空氣系統(tǒng)，必要時進行快速冷卻。此外，軸承潤滑油實施定人定量定周期置換以確保油質(zhì)的清潔度; 必要時要手動控制風機轉(zhuǎn)速進行煉鋼，最大程度的給風機軸承冷卻時間。
通過以高標準的精細改進和控制，ID 風機軸承振動大、溫度高的現(xiàn)象基本不再發(fā)生，穩(wěn)定運行得以保證。
目前，上述關(guān)鍵技術(shù)已在某鋼廠的轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收系統(tǒng)中得以優(yōu)化應用，夯實了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，使其運行效率達到甚至超過了國內(nèi)外同行的最好水平，同時使得轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵回收技術(shù)得到了有效的補充和完善。
參考文獻
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