八鋼150t轉爐干法除塵泄爆的研究與實踐

劉興海 蘇 磊

(寶鋼集團 新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，新疆 烏魯木齊830022)

0 前言

寶鋼集團八鋼公司（簡稱“八鋼”）新建150t轉爐首次采用干法除塵系統，自2012年8月投產至今已有9個月時間，從開始階段泄爆故障較多到如今泄爆次數完全可控，已實現3個月無泄爆目標，從中總結出一定的經驗，確保系統的穩定運行。

1 轉爐干法除塵工藝

圖1 轉爐干法除塵工藝流程圖

圖1所示轉爐煉鋼過程中產生含有大量粉塵、煤氣的高溫煙氣從爐口進煙罩，此時有部分空氣混入，使爐氣中部分CO燃燒生成CO2，同時帶入部分N2，此時煙氣的主要成分為：粉塵、CO、CO2、N2、O2等，煙氣溫度在 1500℃左右，煙氣在風機吸引力下經煙罩進入煙道，以柱塞流的方式運行到到蒸發冷卻器(EC)，此時煙氣溫度在800℃左右，蒸發冷卻器內設置了若干個噴嘴，噴嘴的作用就是利用低壓蒸汽把水霧化成霧狀噴入蒸發冷卻器內，對煙氣進行降溫和除塵，使EC出口煙氣溫度在300℃左右，同時，煙氣中將有45%左右的灰塵沉淀在蒸發冷卻器底部形成“粗灰”，粗灰由輸灰系統送至粗灰倉進行再利用。經過除塵、降溫后的煙氣進入靜電除塵器（EP），由直流高壓形成電場吸附煙氣中剩余的灰塵（細灰），收集了細灰的靜電除塵器由輸灰系統送至細灰倉。而煙氣經過靜電除塵器除塵后灰塵含量可降至15mg/m3以下。合格的煙氣在ID風機的引導下由液壓切換站選擇回收和放散。

2 泄爆的定義

電除塵器內部一氧化碳達到其爆炸極限，發生爆炸，使電除塵器內部壓力迅速超過泄爆閥所允許承受的最大壓力,迫使泄爆閥迅速打開，煙氣外泄，就造成了電除塵器泄爆。

電除塵器入口和出口各安裝有四個泄爆閥，允許承受的最大壓力為2.5Kpa，當電除塵器內部壓力超過2.5Kpa后，泄爆閥就會打開，使電除塵器內部壓力外泄，對電除塵器起到保護作用。但是如果電除塵器頻繁泄爆，則會嚴重影響煉鋼生產節奏，使企業蒙受經濟損失，所以在生產過程中應嚴格控制電除塵器泄爆。

3 電除塵器泄爆的條件

影響電除塵器泄爆的因素如下:

（1）氧氣濃度；

（2）一氧化碳濃度；

（3）火種的存在；

（4）煙氣在煤氣管道和電除塵器內部的流動狀態。

風機轉速較高或波動較大時，會對煙氣造成較大的擾動。煙氣進入電除塵器后流速降低，加上極線、極板等電除塵器內部構件對流體流態的影響，煙氣在原來運行方向上產生紊亂，出現局部或整體混合現象。極線、極板之間產生間歇性放電，電弧溫度很高，一般可以達到3000℃～6000℃。轉爐煤氣的燃點在650～700℃。如果此時混合煙氣中O2和CO含量達到或超過此時混合氣體的爆炸極限，就會產生爆炸，造成泄爆。

4 泄爆原因分析

電除塵內的爆炸其根本原因是電除塵內煙氣中的CO與O2混合后濃度到達一定比例后，經電場中高壓閃絡的電弧火花引起爆炸。通過對150t轉爐投產后電除塵的泄爆統計后分析，靜電除塵器發生泄爆主要有以下幾個原因：

4.1 冶煉開始階段

轉爐開始吹煉時碳氧反應就十分劇烈，CO迅速產生，如果產生的CO在爐口沒有被完全燃燒而進入靜電除塵器，在靜電除塵器內部與開吹前煙道中的空氣進行混合，從而在靜電除塵器內產生爆炸，使泄爆閥打開而中斷吹煉。

4.2 冶煉中斷階段

轉爐吹煉中事故提槍后進行再吹煉，這時再吹煉的鐵水與經過鐵水預處理三脫后的鐵水性質類似，所以泄爆原因基本類似。

4.3 冶煉結束階段

轉爐吹煉結束氧槍提槍，到關氧點氧氣切斷閥迅速關閉，若氧氣切斷閥關閉速度滯后，造成多余的O2進入煙道，與停吹一刻產生CO混合從而在靜電除塵器內產生爆炸。

4.4 長時間停爐

轉爐經過長時間停爐后，蒸發冷卻器入口溫度只有幾十度左右。在吹煉第一爐鋼的初期，由于煙道裙罩口處于低溫狀態，CO2的產生速度會比高溫時要慢，這樣在吹煉初期CO在爐口沒有完全燃燒而在電除塵器內部與O2混合濃度達到爆炸的邊界范圍時，也就會發生泄爆現象。

4.5 加料原因

副原料潮濕含有一定水分，加入轉爐后高溫將其水反應分解含有H2，造成H2含量超標，造成H2泄爆。

加料方式不正確，比如一次加入量過多，造成爐內劇烈反應，爐口處充滿煙氣，煙氣量瞬間增大，若風機沒有及時調整轉度，將造成部分煙氣滯留煙罩口，此時造成爐口處處于負壓狀態，易將空氣帶入煙道內，進而造成泄爆。

4.6 煙罩控制

煙罩控制不當造成泄爆，150t轉爐煤氣要回收，冶煉過程要進行降罩操作，冶煉開始時煙罩降的過早以及冶煉結束煙罩提升過晚都將造成空氣進入煙道內進而和CO混合，達到一定比例后造成泄爆。

綜合所有故障發現，電除塵器泄爆現象主要是出現在開吹的時間段，都是由于停吹時滯留在電除塵器中充滿著空氣，當轉爐開吹時產生的CO沒有完全燃燒與空氣混和濃度到達一定的比例后造成的泄爆。

5 預防泄爆的措施

在影響電除塵器泄爆的因素里，通過人為操作，能夠影響的因素有：O2濃度、CO濃度、和煙氣的流動狀態，其中對CO濃度的控制主要是改變CO在電除塵器內部的爆炸極限范圍。通過對以上三個因素的控制，可以有效降低電除塵器的泄爆頻率。主要采取以下措施：

5.1 優化轉爐吹氧流量控制

在轉爐開吹過程中，為了嚴格控制O2與鋼水反應速率，初期產生的CO要求能在爐口完全燃燒變成CO2,增加一套氧氣流量的斜坡控制方案，即在轉爐開吹之初控制氧氣流量按一定的斜坡緩慢上升，在這種控制條件下，開吹時氧氣初始流量低，在吹煉過程中產生的CO在爐口基本能完全燃燒變為CO2，而CO2為非爆炸性氣體，利用CO2氣體形成一種活塞式煙氣柱，一直推動煙氣管道中殘余的空氣向放散煙囪排出，后來產生的富含CO的轉爐煙氣利用非爆炸性的煙氣與空氣中的氧氣隔離開來，將CO與O2的混合濃度控制在爆炸范圍之外。

這種斜坡控制同樣適合于轉爐冶煉中斷以及長時間停爐后的吹煉，轉爐在經過長時間停爐后吹煉第一爐鋼時，先用少量氧氣吹煉一定時間后，提高蒸發冷卻器入口溫度后，從而進入正常的吹煉方式。煙道中的高溫狀態能促進汽化冷卻煙道中CO與O2的反應速度，增加CO2的量，降低O2的濃度至安全范圍，所以有效的避免了泄爆現象。

以上三種情況實際應用中氧流量還有一定的差別，具體根據三種情況分別設定三條不同的吹氧曲線，依據冶煉時間改變氧流量的設定值，在上位機畫面上可以選擇相應的曲線，非常方便。

5.2 優化ID風機控制

在電除塵系統中ID風機為變頻調速風機，為適應轉爐煙氣變化的工藝需要，在轉爐的各種狀態下，ID風機都需要有與之相配的控制模式。轉爐的開吹階段，為了防止電除塵泄爆，煙氣中的CO需要完全燃燒而在管道中形成隔離帶，所以這時的ID風機的轉速依據風機控制模型進行計算得出，充分保證吹煉產生的CO在裙罩口完全燃燒，且煙氣中過剩氧含量較低。冶煉中斷情況，為保證管道中的CO快速被抽走，此時ID風機的轉速為高速。

5.3 優化工藝

（1）吹煉中斷再吹煉時，提前打開氮氣切斷閥，向煙氣管道中吹入一定量的氮氣，進入電除塵從而稀釋電除塵中的氧氣含量，使氧含量小于13%，達到避免電除塵泄爆的目的。

（2）確保副原料干燥，沒有水分。

（3）副原料投料時遵循少量、多批次的原則，確保爐口煙氣量的均勻變化。

5.4 優化設備控制和維護

（1）控制泄露進入系統的氧氣量，確保自煙罩、加料口、爐口微差壓、粗灰系統、風管等的密封，定期進行檢修，使系統泄露率控制在1%以下。

（2）定期檢修、檢測氧槍用氧氣切斷閥，確保其關斷時間小于5秒。

（3）優化煙罩升降自動控制，吹煉開始后當氧含量小于6%時煙罩下降，當吹煉實績大于90%時，自動上升，根據實際情況可以實時手動干預。

（4）梳理氧槍系統報警提槍的條件，包括氧槍水系統、汽化系統，通過點檢、定修確保系統的可靠運行，減少異常報警次數，從而減少事故提槍造成冶煉中斷的次數。

總之，解決電除塵的泄爆這一問題要綜合考慮整個轉爐系統，尋找出現問題的根源，單純認為泄爆發生在靜電除塵器，解決泄爆問題就應該在電除塵這部分做工作是不正確的。

6 結束語

通過八鋼新疆150t轉爐干法除塵泄爆故障的原因分析，并結合其他鋼廠的轉爐干法除塵的控制經驗，我們制定了包括工藝、設備在內的多項措施，有效的避免電除塵器內部泄爆現象的發生，降低了轉爐的異常提槍次數，保護了電除塵器內部設備，增加內部極板極線的使用壽命，很好的提高了轉爐電除塵系統的可靠性和安全性。

［1］張殿印，王純.除塵器手冊[S].北京：化學工業出版社，2004.