劉林剛  鄧宏達  陳壽紅  趙建宏

（昆鋼新區(qū)煉鋼廠）    

摘要：介紹了昆鋼新區(qū)120 t轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)的工藝流程、技術(shù)特點及其至關(guān)重要的防爆措施。通過控制轉(zhuǎn)爐操作和關(guān)鍵除塵設(shè)備相關(guān)參數(shù)的研究優(yōu)化，靜電除塵器泄爆次數(shù)減少了65.52％，并大大改善了除塵效果，凈化后的煙氣含塵量小于10 mg/m³，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼；干法除塵；煙氣；含塵量   

1  前言

昆鋼新區(qū)煉鋼廠120 t轉(zhuǎn)爐煙氣除塵系統(tǒng)采用具有世界先進水平的干法除塵技術(shù)，該技術(shù)與原有濕法除塵相比，具有節(jié)電節(jié)水、除塵效果好等明顯優(yōu)勢。但干法除塵系統(tǒng)很容易發(fā)生靜電除塵器泄爆，產(chǎn)生泄爆不僅會對設(shè)備造成嚴重危害，而且還會影響轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)。新區(qū)煉鋼廠自投入運行以來，通過不斷摸索完善轉(zhuǎn)爐冶煉操控技術(shù)，并對除塵設(shè)備及參數(shù)進行優(yōu)化，使干法除塵系統(tǒng)與轉(zhuǎn)爐操作得到了較好的結(jié)合，不僅實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的安全穩(wěn)定，還大大改善了除塵效果。

2  昆鋼新區(qū)120 t轉(zhuǎn)爐干法除塵技術(shù)系統(tǒng)簡況

2.1  工藝流程

昆鋼新區(qū)煉鋼廠建有2座120 t頂?shù)讖?fù)吹式轉(zhuǎn)爐，年設(shè)計產(chǎn)量200 萬t，二吹二生產(chǎn)模式，均采用干法除塵技術(shù)。工藝流程如下：

轉(zhuǎn)爐→活動煙罩→汽化冷卻煙道→蒸發(fā)冷卻器→電除塵器→軸流風(fēng)機→消音器→切換站→煤氣冷卻器→煤氣柜及放散煙囪。

轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓s1 500 ℃）經(jīng)汽化冷卻煙道冷卻至900 ℃左右，進入蒸發(fā)冷卻器，高壓水經(jīng)霧化噴嘴噴出將煙氣直接冷卻到250 ℃左右，噴水量根據(jù)煙氣含熱量精確控制，所噴出的水完全蒸發(fā)；噴水降溫的同時對煙氣進行了調(diào)質(zhì)處理，調(diào)整了粉塵的比電阻，有利于電除塵器的捕集，同時煙氣中的粗粉塵沉降到蒸發(fā)冷卻器的底部，由粗灰輸送系統(tǒng)排出。

冷卻和調(diào)質(zhì)后的煙氣進入圓形電除塵器，煙氣得到凈化，電除塵進、出口裝有安全泄爆閥，以釋放可能產(chǎn)生的爆炸壓力。被收集的粉塵通過細灰輸送系統(tǒng)排出。凈化后的煙氣進入軸流風(fēng)機。煙氣經(jīng)過風(fēng)機后進入切換站，切換站由兩個杯閥組成，對回收煤氣和放散燃燒兩種狀態(tài)進行快速切換。回收的煤氣在冷卻器中通過噴淋冷卻，由200 ℃降至75 ℃左右，然后送入煤氣柜供用戶使用。簡圖如下圖1：

圖 1  120t轉(zhuǎn)爐干法除塵工藝流程簡圖

2.2  主要工藝參數(shù)

昆鋼新區(qū)120 t轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)基本參數(shù)見下表1：

表 1  昆鋼新區(qū)120 t轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)基本參數(shù)

2.3  干法除塵系統(tǒng)與濕法除塵系統(tǒng)主要技術(shù)數(shù)據(jù)對比

濕法與干法系統(tǒng)相應(yīng)設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù)對比見下表2：

表 2  濕法與干法系統(tǒng)相應(yīng)設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù)對比

由表2可以看出，對比濕法，干法除塵主要優(yōu)點：

1）凈化后的煤氣含塵量可在10 mg/Nm³以下，可供用戶直接使用，可省去煤氣柜后的精除塵器。濕法凈化系統(tǒng)凈化后含塵量約為50~100 mg/Nm³；

2）由于凈化后氣體含塵量低，因而風(fēng)機使用壽命長，風(fēng)機維護工作量小；

3）干法系統(tǒng)阻力約7 500 Pa，濕法系統(tǒng)阻力約23 000 Pa，因此干法系統(tǒng)耗電約為濕法系統(tǒng)的1/5，節(jié)能效益明顯；

4）干法除塵系統(tǒng)回收的是干粉塵，濕法系統(tǒng)需設(shè)置污水及污泥處理設(shè)施，對120 t級的轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)用水量約15~30 m³/h，是濕法系統(tǒng)的1/3左右；

5）煤氣噸鋼回收率高，熱值不小于595 MJ/t鋼；

6）干法系統(tǒng)回收的干粉塵，壓塊后可供轉(zhuǎn)爐使用，采用這種方式可使鋼產(chǎn)量提高約1%，粉塵回收利用率高；濕式系統(tǒng)需設(shè)置污水及污泥處理設(shè)施，回收的濕粉塵要送燒結(jié)廠利用。

3  轉(zhuǎn)爐干法除塵的主要防泄爆措施

干法除塵由于靜電除塵器存在爆炸風(fēng)險，因此需要通過各種措施來確保系統(tǒng)安全高效運行，這些措施包括通過對現(xiàn)場跟蹤調(diào)查總結(jié)出的防止泄爆措施、設(shè)備安全措施以及通過程序?qū)崿F(xiàn)的安全聯(lián)鎖。

3.1  優(yōu)化轉(zhuǎn)爐操作防止靜電除塵器泄爆

干法除塵與轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)密切相關(guān)，干法除塵設(shè)備與轉(zhuǎn)爐工藝的有機結(jié)合是干法除塵系統(tǒng)良好運行的保障，保證兩者同時順利運行是關(guān)鍵，通過適當改變冶煉工藝，在不影響冶煉效果的基礎(chǔ)上保證干法除塵的安全運行。

只有在煤氣組分達到其爆炸極限時，靜電除塵器內(nèi)才可能發(fā)生爆炸。轉(zhuǎn)爐煤氣爆炸極限有兩個：①CO%>9%；O₂%>6% ②H₂%>5%。所以，要減少或避免泄爆，就需將煤氣成分控制在爆炸極限之外。經(jīng)過投產(chǎn)初期一個月的摸索，我們對靜電除塵器泄爆的控制非常理想，下表3是昆鋼新區(qū)煉鋼廠投產(chǎn)以來轉(zhuǎn)爐干法除塵靜電除塵器的泄爆次數(shù)。

表 3  昆鋼新區(qū)投產(chǎn)以來靜電除塵器泄爆次數(shù)

由表3可以看出，昆鋼新區(qū)煉鋼廠靜電除塵器的泄爆次數(shù)，通過轉(zhuǎn)爐冶煉操控技術(shù)的不斷優(yōu)化減少了65.52%。通過實踐，得出了靜電除塵器飛槍、泄爆主要發(fā)生在轉(zhuǎn)爐加廢鋼、開吹2分鐘內(nèi)、中期抬槍、后期的提槍再下槍點吹等階段，主要采取采取以下措施控制煙氣成分：

1）開始階段的吹氧量與氧槍的位置

開始煉鋼時，需要將氧槍控制在一個合適的高度，且減少吹氧量，這樣可保證生成的CO在爐內(nèi)或者爐口處基本全部被氧化成了CO₂，通常情況下氧槍距離鐵水液面2.5 m左右開始吹氧，在5 s左右氧量升至設(shè)計吹氧量的50％～70%，穩(wěn)定20 s左右再將吹氧量增加到最大，該操作的目的是將初生成的CO氧化為CO₂，使得煉鋼初期產(chǎn)生的氣體主要是空氣和CO₂，從而不會發(fā)生爆炸。

2）風(fēng)機的控制

當轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)處在煤氣向空氣過渡或者空氣向煤氣過渡階段時，要加大風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，以盡量減少空氣和煤氣的混合，從而減少泄爆的概率。

3）轉(zhuǎn)爐噴濺控制

煉鋼過程中經(jīng)常發(fā)生噴濺現(xiàn)象，尤其是在吹煉初期如果發(fā)生噴濺現(xiàn)象，將使得大量的CO進入除塵系統(tǒng)，而現(xiàn)在O₂含量還沒有降到足夠低，有可能發(fā)生爆炸現(xiàn)象。所以吹煉初期要注意防止噴濺且保證轉(zhuǎn)爐點火成功。

4）廢鋼、冷卻劑和造渣料等要盡量干燥

加入轉(zhuǎn)爐的廢鋼、造渣料、冷卻劑等要盡量干燥，尤其是活性石灰應(yīng)避免受潮，否則帶入的水分最終將以H₂的方式進入除塵系統(tǒng)，H₂和O₂的爆炸極限很寬，容易因氫氣過多而引起爆炸。

5）利用氮氣稀釋煤氣

轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)的爆炸基本都發(fā)生在開始吹煉、緊急提槍和補吹階段，所以可考慮在下槍吹氧和緊急提槍時，在蒸發(fā)冷卻器出口處噴入一定量的N₂，其目的是同時降低CO、O₂和H₂的體積分數(shù)，使之遠離爆炸極限，從而減少爆炸的可能性，通常情況下吹入的N₂持續(xù)60～90 s即可。

6）雙渣法煉鋼

如果高爐鐵水Si、P較高，則在吹煉過程中會產(chǎn)生更多的爐渣，通常爐渣過多容易導(dǎo)致噴濺的發(fā)生而造成煤氣成分的不穩(wěn)定，易引起泄爆。對于含Si、P量較高的鐵水應(yīng)采用雙渣法煉鋼，即在開始吹煉4~6分鐘后，中斷吹氧，進行出渣操作，然后復(fù)吹，除塵系統(tǒng)按一次緊急提槍情況操作。

3.2　除塵設(shè)備的防泄爆措施

轉(zhuǎn)爐冶煉操作會引起靜電除塵器的泄爆，而干法除塵系統(tǒng)本身設(shè)備問題也會引起泄爆，新區(qū)煉鋼廠投產(chǎn)以來通過對干法除塵系統(tǒng)的一些關(guān)鍵設(shè)備進行設(shè)備及相關(guān)參數(shù)優(yōu)化，取得了較好的防止靜電除塵器泄爆的控制措施。

3.2.1 電除塵器防泄爆措施

1）電除塵內(nèi)部流場要盡量分布均勻避免產(chǎn)生渦流，從而避免H₂、CO聚集與O₂發(fā)生爆炸。

2）電除塵器設(shè)泄爆閥，切必須經(jīng)過嚴格的質(zhì)量把關(guān)，保證其在5 000±500 pa能夠順利泄爆。

3）電除塵器懸掛裝置加熱器溫度控制在100-120 ℃以確保絕緣瓷套上不會結(jié)露。該處氮封壓力為0.3-0.6 bar。

4）電除塵器潤滑系統(tǒng)主泵站有電加熱器，以防止?jié)櫥驮诘蜏靥鞖饽獭?/p>

3.2.2 蒸發(fā)冷卻塔防泄爆措施

1）蒸發(fā)冷卻塔入口溫度須低于1 200 ℃，高于該溫度則停止吹煉保護設(shè)備，否則會損壞雙流噴嘴和測溫?zé)犭娕肌?/p>

2）蒸發(fā)冷卻塔出口溫度正常為180～290 ℃，高于380 ℃報警，高于420 ℃，停止吹煉。

3）主廠房內(nèi)蒸發(fā)冷卻塔各層操作平臺都要安裝煤氣報警器，此外靜電除塵器前部、后部，軸流風(fēng)機旁，切換站頂部，放散煙囪頂部和中部，煤氣冷卻器底部和中部都要安裝就地的煤氣報警器。

3.2.3 放散煙囪等設(shè)備的防泄爆措施

1）放散煙囪底部有氮氣引射裝置，在風(fēng)機故障停機時，氮氣引射裝置將系統(tǒng)內(nèi)煤氣從放散煙囪燒掉。

2）在放散煙囪底部和煤氣冷卻器底部設(shè)計煤氣水封，以免煤氣泄漏。

3）兩個眼鏡閥之后及煤氣冷卻器放散口都裝有安全閥。

3.3  控制程序保障系統(tǒng)的防泄爆措施

除了干法除塵系統(tǒng)本身的安全措施外，轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)與除塵系統(tǒng)的信息通訊和聯(lián)動控制對除塵系統(tǒng)的安全運行有重要作用，除塵系統(tǒng)要向轉(zhuǎn)爐提供允許煉鋼、允許吹氧、吹氧中斷等信息，轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)要向除塵系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)爐工作狀態(tài)（包括停止、預(yù)熱、待機、加料、吹煉、吹煉中斷、出鋼等）、氧氣閥開關(guān)狀態(tài)、氧氣設(shè)定流量、氧氣實際流量、氧氣消耗量等信息。為保證系統(tǒng)安全運行，避免電除塵器內(nèi)的發(fā)生爆炸，除塵系統(tǒng)要根據(jù)轉(zhuǎn)爐工作階段和氧氣量對各種設(shè)定值進行即時自動調(diào)整，轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)在各個階段要按特定要求操作，尤其在吹煉初期、吹煉中斷提槍及吹煉結(jié)束時，正確的操作對避免除塵器內(nèi)爆炸有重要作用。

4　轉(zhuǎn)爐干法除塵實施效果

4.1　除塵率高

根據(jù)當?shù)丨h(huán)保部門檢測，昆鋼新區(qū)煉鋼廠向大氣排放的煙氣含塵濃度小于15 mg/Nm³，與濕法除塵55 mg/Nm³的排放濃度比，每年按轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量200 萬t計算，干法除塵每年可減少向大氣排放粉塵約29.4 t，環(huán)境效益非?？捎^。而且由于干法除塵回收煤氣中粉塵少，所回收煤氣可以直接利用。

4.2　耗電量小

濕法除塵采用文氏管除塵，阻力大。老廠（昆鋼安寧分公司）的濕法除塵風(fēng)機全壓在高達25～28 kPa的情況下仍然抽不凈，還要配備龐大的高耗能進行二次除塵。根據(jù)測算，干法除塵阻力僅為濕法的1/5左右，噸鋼消耗電能降低約5 kWh。

4.3　耗水量小

干法除塵技術(shù)在蒸發(fā)冷卻器處用蒸汽霧化水，利用水的潛熱給煙氣降溫，本身就比濕法除塵技術(shù)節(jié)約用水。經(jīng)過測量計算，老廠濕法除塵工序耗水在150 kg/t鋼。經(jīng)過技術(shù)研發(fā)在蒸發(fā)冷卻器使用富裕氮氣代替蒸汽，霧化水給煙氣冷卻，這樣，干法除塵更具有節(jié)水效果，干法除塵工序耗水在29.2 kg/t鋼。每年按轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量200 萬t計算，干法除塵每年可減少用新水24.16 萬t。

4.4  CO回收率高

昆鋼新區(qū)煉鋼廠轉(zhuǎn)爐除塵系統(tǒng)，由于干法除塵采取了防止CO在爐口燃燒的措施，CO濃度平均在60％左右，比濕法除塵CO濃度高出10％左右。待新區(qū)煤氣柜擴容改造后，干法除塵CO回收量可達到115 Nm³/t鋼以上的水平，比濕法除塵煤氣回收高出15 Nm³/t鋼。如果按每年轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量200 萬t計算，干法除塵每年可減少向大氣排放CO約3000 萬m³。

4.5  設(shè)備維修量小

濕法除塵由于粉塵含量高，系統(tǒng)磨損周期短，且風(fēng)機經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)垢等現(xiàn)象，維修量大，而干法除塵克服了以上問題，設(shè)備損耗小，使用周期長。

5  結(jié)語

1）昆鋼新區(qū)煉鋼廠120 t轉(zhuǎn)爐采用干法除塵技術(shù)已實現(xiàn)了安全穩(wěn)定生產(chǎn)，通過相應(yīng)關(guān)鍵技　術(shù)的研究優(yōu)化，顯著減少了靜電泄爆次數(shù)，掌握了干法除塵防泄爆關(guān)鍵技術(shù)；

2）轉(zhuǎn)爐干法除塵應(yīng)用效果良好，煙氣排放濃度達到小于10 mg/Nm³，耗電較濕法降低約5 kwh/t鋼，耗水較濕法降低約120.8 kg/t鋼，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟和社會效益。

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