【技术文献】转炉煤气干法除尘回收系统关键技术的优化应用
转炉煤气干法除尘回收系统关键技术的优化应用
( 山西太钢不锈钢股份有限公司，太原030003)
摘要: 转炉煤气干法除尘回收系统在运行中存在较多不稳定因素，故障时有发生，严重制约生产的均衡稳定。通过进行工艺、设备改进，优化应用蒸发冷却器喷淋水水质提升、蒸发冷却器桶壁高效化清理技术、电除尘器泄爆控制技术、电除尘器电场劣化控制技术、电除尘器阴极线在线更换技术等关键技术，逐步完善原技术的固有缺陷，有效解决了各类问题。通过转炉煤气干法除尘回收系统关键技术的优化应用，实现了设备系统的稳定高效运行，使其运行效率达到甚至超过了国内外同行的最好水平，同时使得原转炉煤气干法除尘回收技术得到了有效的补充和完善。
关键词: 转炉煤气；干法除尘；关键技术；优化应用
早在1965 年，转炉烟气干法除尘回收系统在奥地利Donawitz 工厂的成功运行，就已被世人所关注。到了20 世纪80 年代初，由德国鲁奇( Lurgi) 与蒂森公司( Thyssen) 携手合作，将转炉煤气干法除尘回收工艺推向了一个新的高度，该工艺系统简称LT 系统。
近年来，在国内外转炉一次除尘中LT 煤气回收技术被广泛采用，国外德国蒂森克鲁伯、奥地利林茨钢厂采用的该项技术较为成熟; 国内上海宝钢、山东莱钢、内蒙古包钢也采用该项技术。
2 转炉煤气干法除尘回收系统工艺流程及技术原理
2. 1 工艺流程
转炉煤气干法除尘回收系统工艺流程如图1 所示。
2. 2 技术原理
它是一种把转炉生产过程中产生的大量含有CO的高温尘气进行捕集、冷却、净化并回收CO 气体的工艺技术，其核心是干法电除尘。转炉冶炼产生的高温尘气经汽化冷却系统冷却至1000℃ 左右，进入LT系统的蒸发冷却器进行水雾降温和粗除尘，然后进入电除尘进行干法精除尘，系统由一台轴流风机提供负压驱动力。转炉冶炼前期和后期，CO 浓度低，由钟型阀切换至放散塔进行点火燃烧; 转炉冶炼中期，CO 浓度大于30% ，由钟型阀切换进入煤气冷却器进行喷水再次冷却后送入煤气柜完成回收。LT 转炉煤气回收技术，控制程度高，煤气回收时切换速度快; 回收的煤气含尘浓度低，风机寿命长。
电除尘器是利用直流高压电源产生的强电场使气体电离，产生电晕放电，进而使悬浮尘粒荷电，并在电场力的作用下，将悬浮尘粒从气体中分离出来并加以捕集的除尘装置。其除尘效率高，设备阻力小，总能耗低。
3 转炉煤气干法除尘回收技术的应用前景
LT 系统的优越性得益于它是干法除尘系统，不存在废水和污泥的处理问题; 煤气回收时的超低值含尘浓度可直接供煤气用户使用。可以预期，该工艺技术的进一步推广应用、不断完善，一定会对转炉除尘的环保减排、节能降耗起到促进作用。
4 优化应用背景
4. 1 优化应用的意义
转炉煤气干法除尘回收系统，因该项技术的固有局限，系统运行存在较多不稳定因素。蒸发冷却器、电除尘器、ID 风机以及整个系统控制都存在不同程度的缺陷，故障时有发生，严重制约生产的均衡稳定。对系统应用新技术进行优化改进，能完善系统缺陷，控制劣化趋势，大幅降低故障率，实现系统稳定运行，保障生产顺行。
4. 2 优化应用难点
蒸发冷却器水汽双流喷嘴共16 个，均布于蒸发冷却器顶部进气口，在使用中易发生堵塞情况，导致喷淋冷却效果差; 随着生产运行周期的增加，蒸发冷却器桶壁会结成不同厚度的泥垢，泥垢积累受温度变化的影响，经常掉落堵塞输灰系统。根据对同行业兄弟单位的了解情况，无相应的控制处理措施，需立足自身优化改进。
电除尘器电场内部阴极线频繁出现断线状况，经常导致电场短路失电，非计划检修次数较多，严重影响生产的正常进行。此类情况国内外各单位都存在，与设计单位进行了多次交流讨论，未得出较好的控制方案。还需自身系统分析，革新解决。
ID 风机是从国外整机进口的设备，运行不到一年时间就出现轴承运行温度高、振动大的问题，甚至发生过轴承烧损情况，与设备厂家进行了多次交涉，未找到真正的故障原因。需结合机组安装、系统运行找到真正问题予以改进控制。
4. 3 优化改进情况
通过对转炉煤气干法除尘回收技术的细致钻研分析，结合系统运行的实际情况，积极进行工艺优化、设备改进，不断采用新技术，逐步完善原技术的固有缺陷，补充原有技术的空白，对转炉煤气干法除尘回收技术进行了充实发展，通过实践应用，各类问题得到了根本性的解决。
到目前为止，转炉煤气干法除尘回收技术的优化应用，已实现了设备系统的稳定高效运行，在保障生产均衡顺行的基础上有力促进了转炉煤气的回收。现转炉煤气干法除尘回收系统的运行稳定性和转炉煤气回收水平在国内同行业中处于领先水平，达到国外先进水平。
转炉煤气干法除尘回收技术的成功优化应用，为转炉一次除尘系统由LT 干法替代OG 湿法树立了典范，对冶金行业实现节能减排具有重大意义。
5 关键技术优化应用
5. 1 蒸发冷却器喷淋水水质提升
蒸发冷却器喷淋水设计水质指标中硬度要求≤200 mg /L，按照设计，原选用工业新水作为喷淋用水，为保证水量的足够使用，设有工业循环水管路作为应急给水。本身工业新水硬度基本与200 mg /L 临界，再加上在转炉生产紧张时，因工业新水水量不足，必须用工业循环水进行补水，工业循环水硬度在800 mg /L左右，就更加导致水质指标中硬度大，极易导致蒸发冷却器喷淋喷嘴堵塞。针对该问题，论证形成了将汽化冷却系统排污出的高级除盐水回收作为蒸发冷却器喷淋用水的方案。高级除盐水硬度为1 μg /L，基本不含有易导致结垢的离子。将高级除盐水作为喷淋水后，将工业新水作为应急给水。这样，使喷淋水水质得以提升，蒸发冷却器喷淋喷嘴堵塞问题得以明显改善。
5. 2 蒸发冷却器桶壁高效化清理技术
蒸发冷却器桶壁随着生产运行周期的增加结有不同厚度的泥垢，需要定期对其进行清理，防止结成大块从上面跌落导致设备损坏。原来是清理人员通过检修人孔进入到蒸发冷却器桶内，利用简易吊筐上下移动，使用大锤、风镐等工具进行清理，工作条件恶劣，强度大，清理时间长，清理不够彻底，同时需要专门申请20 h 左右的时间检修。针对这种情况，经多方论证，决定应用高压水清理技术。在蒸发冷却器桶壁原相距较远的两层检修人孔间再增加两层人孔，对
应设置检修平台，引进高压清洗机，在检修时打开检修人孔，人站在蒸发冷却器外部的检修平台上即可进行高压水清理作业。清理时间由原来的20 h / 次缩短为6 h / 次; 人力资源方面，由原来的24 人/ 次减少为7 人/ 次。并且安全得以全面保障，清理效果干净彻底。
5. 3 电除尘器泄爆控制技术
电除尘器在转炉冶炼中如果系统烟气氧含量≥6%、CO 含量≥9% 时极易发生泄爆，此类现象基本都发生在转炉开吹时; 此外如烟气中有氢气存在，也有发生泄爆的可能。转炉冶炼有时一次下枪即可连续冶炼完一炉钢，有时因铁水中Si 含量偏高的因素还需冶炼中间进行提枪停吹倒渣，就出现了二次下枪冶炼的情况。但每次下枪开吹都存在电除尘器泄爆的可能。
对电除尘器泄爆的控制涉及到转炉冶炼工序和LT 系统运行操作工序两方面。转炉吹氧量和转炉投加物料是控制泄爆的关键因素，优化转炉吹氧、加料工艺是最为有效的途径。转炉在加入废钢、兑入铁水后反应较为剧烈，需转炉前后摇炉使炉内物料混合均匀的完成燃烧。转炉摇正开始下枪吹氧后，必须采用吹氧量逐渐升高法，不得开吹给氧太大，避免由于吹氧量升高过快与CO 混合不均匀导致泄爆。转炉加料由原来的3 次改成现在的7 次，避免了大量加料带
入较多氧气引发燃爆。如转炉冶炼中提枪后，LT 系统运行操作工必须实时注意CO 的浓度，及时与转炉操作工进行联络，待CO 浓度降到1% 以下后可进行二次下枪，同时要求控制吹氧量，使其缓慢逐步增大，避免下枪泄爆。如在转炉冶炼过程中发生泄爆，LT系统操作工必须实时注意电除尘器的出口温度，及时与转炉操作工进行联络，待电除尘器的出口温度降到150 ℃左右后可进行二次下枪，同时要求控制吹氧量，使其缓慢逐步增大，避免再次泄爆。
通过对电除尘器泄爆控制技术的实践，电除尘器泄爆次数同比减少了70% 左右，且随着对控制技术的熟练应用，泄爆次数达到了每月仅一次的较好水平。
5. 4 电除尘器电场劣化控制技术
导致电除尘器电场劣化的主要因素是阴极线的断裂问题，通过对电除尘器阴极线在线更换技术和电除尘器泄爆控制技术的应用，基本解决了阴极线的耐腐蚀性和电除尘器因泄爆对阴极线的冲击问题。通过提升蒸发冷却器喷淋水水质，在降低喷淋水硬度的同时也降低了水中Cl 离子的含量，进而促使烟气中的腐蚀性离子降低，减少对阴极线的腐蚀。
此外，通过优化LT 系统运行参数和操作控制技能，将静电除尘器入口温度控制在150 ℃ 左右，既减少含水率又能保证静电除尘器的稳定运行收尘效果。再则如转炉出钢后要进行吊吹炉口，LT 系统操作工必须及时确认已转到吹氧阶段，以确保吊吹炉口过程中EC 蒸汽阀、水阀都能正常联锁打开; 如在炉口清洗阶段进行吹渣或不在吹氧阶段进行吊吹炉口造成EC 出口温度高，LT 系统操作工必须在确认蒸汽阀已打开后及时手动打开水阀以控制EC 出口温度在250 ℃左右。
硬件设备系统的改进运行加以软件控制系统的优化操作，抑制了电除尘器的电场劣化倾向，保障了整个LT 系统的稳定运行。
5. 5 电除尘器阴极线在线更换技术
因LT 系统的含水率较大，其中氯离子等元素在常温下与水、阴极线一起形成原电池腐蚀，使极线表面产生了腐蚀，导致了此部分极丝逐渐减薄、变形直至断裂; 并且电除尘器泄爆使阴极线受到很大冲击，且局部产生高温，促使阴极线变形、断裂迅速。阴极线断裂极易导致电场短路失电，丧失除尘净化工艺功能，被迫停产检修。
电除尘器一二电场阴极线为扁钢芒刺，厚度为6 mm，材质为08A1，本身强度、刚度以及抗腐蚀性能稍有欠缺。经论证确定选用强度、刚度以及抗腐蚀性能更佳的阴极线用来替代一二电场的扁钢芒刺阴极线。阴极线的选材、制作、更换都需要技术革新。
考虑到Cl 离子等腐蚀作用，确立应用不锈钢材质的阴极线。
材质确定以后，如何制作加工才能确保阴极线应有的性能成为新的课题。采用等离子切割技术，成型效果差，影响阴极线的放电性能; 采取激光切割技术，局部产生的高温会破坏不锈钢的钝化层，同样影响其放电性能; 最终确定应用线切割技术进行极线加工。阴极线制作完毕，但不具备电除尘器停用大修拆出整个框架进行阴极线更换的条件，阴极线必须进行在线更换。阴极线原安装方式为极线两端穿入框架内设有的小孔内进行焊接，新更换极线如仍采取该种
方式，将无法保证极线应有的拉伸力。为此，再对阴极线的制作新加一部工序，将阴极线两端加工为螺杆，在进行极线更换时将极线两端穿出框架内设有的小孔，再用螺母进行紧定调节，以保证极线的拉伸力度。
阴极线在线更换技术的应用，稳定了电除尘器电场的运行，控制了电场因阴极线断裂导致的劣化倾向。
5. 6 ID 风机稳定运行控制
ID 风机投用以来共出现过十几次轴承振动大或者温度高现象，严重时导致两次轴承烧损故障，风机的稳定运行遇到了挑战。首先需解决风机本身固有的问题，大修时对风机实施了全面检测，主轴水平度严重超标( 外方标准值为0. 5 mm /m) ，且外方标准值也不够精。调整水平度精度，必须控制在0. 2 mm /m之内，该项处理确保了风机本身无安装缺陷。
对ID 风机的运行控制也要有一定的控制手段。
ID 风机固定端轴承座置于机壳之外，虽与大气接触且有自身的冷却盘进行风冷，但由于系统烟气本身温度高达150 ℃，对轴承座的辐射热很强，对机壳实施隔热保温，有效隔离了热量的传递; 与此同时，为前轴承座增加强制冷却风管，保证以最大的风量来促进轴承冷却。ID 风机自由端轴承座置于机壳之内，依靠专门的冷却风机强制供风冷却，吸风口的过滤网要实施定期清理; 同时为确保冷却效果，又专设一套紧急冷却用的压缩空气系统，必要时进行快速冷却。此外，轴承润滑油实施定人定量定周期置换以确保油质的清洁度; 必要时要手动控制风机转速进行炼钢，最大程度的给风机轴承冷却时间。
通过以高标准的精细改进和控制，ID 风机轴承振动大、温度高的现象基本不再发生，稳定运行得以保证。
目前，上述关键技术已在某钢厂的转炉煤气干法除尘回收系统中得以优化应用，夯实了系统的稳定运行，使其运行效率达到甚至超过了国内外同行的最好水平，同时使得转炉煤气干法除尘回收技术得到了有效的补充和完善。
［1 ］ 马宝宝，刘飞． 济钢三炼钢转炉干法除尘系统泄爆控制的实践［J］． 科技信息，2
010( 13) : 87-88.
［2 ］ 周茂林，吴强，马丽，等． 莱钢120t 转炉干法除尘系统优化改造实践［J］． 山东冶金，) : 25-26.
［3 ］ 张东丽，毛艳丽，曲余玲． 转炉煤气干法除尘技术应用现状［J］． 冶金管理，2010( 7) : 57-60.
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你可能喜欢2）蒸汽回收情况，下表为京唐公司统计的09年10-12月的蒸汽回收情况
09年10-12月蒸汽回收情况统计
&&&&&&&&&&&&&&&&&09年10-12月蒸汽回收情况统计
从以上两表可以看出，蒸汽回收量基和煤气回收量已经基本达到了课题目标要求。
3）烟尘排放浓度
通过在线粉尘分析，排放烟气含尘量平均为10mg/Nm3，最低达到了5mg/Nm3以下，基本实现了＜15mg/Nm3课题目标要求。
4大型转炉干法除尘设施的消化引进再创新的研究内容
为了进一步消化引进转炉干法除尘技术装备，课题组联合了国内具有一定实力和研制基础的单位，对转炉干法除尘的核心设备和技术进行了研发。目前完成研发工作已经全面完成，正在进行课题总结工作，准备在2010年完成课题的验收工作。主要研发内容为：&4.1转炉煤气干法除尘新工艺控制的优化
研究开发工作内容
1）干法除尘工艺对转炉吹炼工艺控制的研究
2）研究转炉全三脱吹炼过程中，烟气成份，温度的变化规律，开发干法除尘系统精确控制技术
3）转炉全三脱冶炼条件下,与干法除尘工艺连锁控制技术的研究
4）干法除尘与回收系统关键复合功能组检测与控制技术
A）蒸发冷却器复合功能组（EC）
B）静电除尘器复合功能组(EP)
C）风机站复合功能组（ID）
D）煤气切换站复合功能组
E）煤气冷却器复合功能组（GC）
F）放散塔复合功能组。
5）子项进展情况：
目前完成干法除尘工艺对转炉吹炼工艺控制的研究，编写完成了《干法除尘工艺对转炉工艺的工艺操作要求》。完成了&全三脱&冶炼工艺及相应干法除尘系统的快速检测。继续跟踪京唐公司炼钢部共同完成&全三脱&条件下的工艺连锁和相关功能组的检测与控制技术的研究，编制完成适合京唐炼钢厂转炉&全三脱&冶炼模式的自动化连锁程序。
4.2转炉煤气干法除尘新工艺冷却系统的优化
1）对蒸发塔的烟气流场、温度场及塔内的烟气均布、水蒸汽均布进行研究，并对喷水装置的安装位置及断面分布、烟气流速进行优化；
2）建立蒸发塔的数学模型，利用CFD软件对其进行数值模拟，并根据计算结果对蒸发塔的冷却装置进行设计优化；
3）对蒸发塔内的粉尘运动进行数学模拟，通过数值计算得到粉尘在蒸发塔内的运动轨迹和沉降位置，并提出相应的粉尘堆积位置。
4）建造实验设备（1：10）主要实验设备包括蒸发器模型（有机玻璃）、喷水装置、泵和风机
子项进展情况：
已经建成蒸发冷却塔数模。对蒸发冷却塔温度场、水蒸气浓度分布、湿塔底的原因、烟气流动均布装置等进行了研究，并完成了总结报告（见图3）；物理试验试验场所已选定，正在建设；下一步在试验设备建成之后，进行相关的物模试验。
图3首钢京唐300吨转炉蒸发冷却塔温度场、烟气浓度分布研究
4.3转炉煤气干法除尘新工艺蒸发冷却塔喷枪设备开发
研究开发的工作内容
1）研究喷枪的基本原理、构造、基本特征等基础理论。
2）制造样品试验。
3）研制出国产化的合格产品。
子项进展情况：
完成首钢京唐炼钢厂喷嘴备件的测绘工作、图纸设计及审查工作。完成了样品制造，并进行了相关试验。下一步将做出合格样品运抵首钢京唐现场，完成研究与试制报告。
4.4转炉煤气干法除尘新工艺电除尘器泄爆阀的设备开发
研究开发的工作内容
1）研究泄爆阀的基本原理、构造、基本特征等基础理论。
2）制造样品试验。
3）做出国产化的合格产品。
子项进展情况：
泄爆阀已经完成试验样品的图纸设计和样品制造，并在2010年2月底对样品成功的进行了爆破试验，下一步将最终做出合格样品运抵首钢京唐现场，按期完成研究报告。
4.5转炉煤气干法除尘新工艺眼睛阀的设备开发
研究开发的工作内容
1）研究眼睛阀的基本原理、构造、基本特征等基础理论。
2）制造样品试验。
3）做出国产化的合格产品。
子项进展情况：
眼睛阀已经设计、制造完毕并运抵首钢京唐现场安装使用，同时已经完成研究报告。
5转炉干法除尘技术研发团队&&&&自2006年至今，首钢国际工程公司坚持引进技术进行集成创新，在转炉干法除尘方面取得了较大的成绩，首钢国际工程公司课题组成员在教授级高级工程师何巍、张福明的领导下，锻炼了一支以教授级高级工程师张德国、韩愈京，高级工程师王力群、黄忠泽、于育良等一批炼钢和燃气设计师为主导，多名工艺及燃气专业的年轻同志，如工艺设计人张凌义、刘东，燃气设计人曹勇杰、陶有志、马亮等工程师为技术骨干的专业化技术团队。他们组织并承担了转炉煤气干法除尘技术研发课题，同时为国家和企业培养了多名青年技术骨干。近年来，这支由老中青三代技术专家组成的技术团队完成了多项具有自主知识产权的干法除尘专利技术，&炼钢全三脱冶炼工艺的烟气净化装置及其方法&发明专利获得受理，获得了&转炉煤气干法净化设备自动抑爆装置&实用新型专利，同时发表了多篇干法除尘方面的论文。（首钢国际工程公司：张德国）
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