LT干法靜電除塵技術的發展及探討

齊利國，段云祥

(河鋼樂亭鋼鐵有限公司，河北 唐山 063000)

0 前言

國內進行煤氣回收的轉爐，除應用LT干法靜電除塵技術外，其他轉爐主要應用新OG除塵技術或其他濕法除塵技術，但就除塵效果看，干法除塵效果15 mg/m3優于濕法除塵效果30 mg/m3。LT干法靜電除塵技術由德國Lurgi和Thyssen鋼廠合作開發，具有煤氣回收利用率高，能耗低，煙氣排放含塵量低的優點。目前經過煤氣冷卻器回收煤氣含塵量普遍能達到10 mg/m3，排放煙氣含塵量達到15 mg/m3以下。基于國家對環保的大力整治，新建的國內較大轉爐，如山鋼日照210 t轉爐、日照鋼鐵300 t轉爐、首鋼京唐300 t轉爐和包鋼260 t轉爐等均采用這種對環境較好的除塵形式。本文重點介紹干法靜電除塵工藝、存在問題、解決方案及發展方向，以實現轉爐負能煉鋼。

1 LT干法靜電除塵工藝描述

LT干法靜電除塵工藝如圖1所示。轉爐吹氧冶煉過程中爐氣溫度約為1 450 ℃，在爐口通過裙罩補集，與混入空氣燃燒后，煙氣溫度升至約1 650 ℃，經過汽化冷卻煙道的初步降溫，汽化冷卻煙道出口溫度約為800～950 ℃。

在彎曲煙道(末段煙道)設置雙介質噴槍，噴入蒸汽或氮氣與水的混合物將氣體溫度降至約250 ℃，水霧附著粉塵在蒸發冷卻器沉降。初除塵的煙氣由除塵煤氣管道進入LT靜電除塵器除塵，靜電除塵器的工作最佳環境為入口160～180 ℃，煤氣管道過長時設置保溫。煤氣冷卻器降溫洗滌的入柜煤氣含塵濃度通常 ≤10 mg/m3，放散煙囪出口煤氣含塵濃度通常≤15 mg/m3。煤氣冷卻器之前一般設置切換站，實現煤氣放散或回收的快速切換，切換站一般為兩個杯閥通過液壓站控制。軸流風機采用變頻調速，風量因冶煉周期不同和吹氧量不同而產生的煙氣量不同進行調整。一般切換站前設置氣體分析儀，分析儀采用激光形式，根據一氧化碳和氧氣濃度來控制杯閥放散或回收。回收狀態的氣體經煤氣冷卻器水噴淋冷達到70 ℃以下的溫度送入煤氣柜。不合格的煤氣或合格煤氣被氣柜拒絕回收時，則通過放散煙囪點火放散。

圖1 LT干法靜電除塵工藝

2 LT干法靜電除塵設備組成和功能

汽化冷卻煙道：轉爐吹煉時，燃燒后爐氣溫度約1 650 ℃左右，汽化冷卻煙道在回收熱能的同時將轉爐煤氣溫度降低到800～950 ℃。

蒸發冷卻器：蒸發冷卻器通過煙道彎曲段(也叫蝦尾段)設置雙介質噴槍將霧化后的冷卻水噴入與煙氣混合，依靠設置較大容積的蒸發冷卻器使煙氣與水滴充分混合、沉降，以達到初步除塵的目的。一般設計過程中蒸發冷卻器的容積能夠滿足煙氣在其中停留5 s左右，保證粉塵顆粒充分沉降。冷卻水的霧化通過雙介質噴槍實現，冷卻水的混合介質選用氮氣或蒸氣。兩種介質分別設置調節閥調節流量，在PLC中通過設計好的計算模型進行PID調節，噴水量與煙氣溫度和煙氣量息息相關。

靜電除塵器：LT靜電除塵器通過四個電場進行精除塵。為防止爆炸性混合氣體的形成，煙氣在整個路徑上成柱塞流狀流動。除塵器入口和出口處設置足夠數量的泄爆閥。泄爆閥的開關設置限位開關，用以保證發生泄爆時設備免受損壞。四個電場的電壓通過高壓電源形成。粉塵荷電后荷電粉塵向收塵極運動直至被收塵極捕獲，利用輸灰機或氣力輸灰將此部分細灰輸出。

風機：軸流風機為干法除塵提供動力，風機前為負壓，轉爐吹氧過程中產生的煙氣依靠風機產生的動力吸到靜電除塵器中。目前國內也有利用離心風機代替軸流風機的案例。

切換站：包括回收杯閥、放散杯閥、盲板閥、液壓系統。轉爐煙氣回收、放散是通過激光分析儀和切換站來實現的，激光分析儀分別對CO和O2含量進行檢測(較為嚴格時也需要對H2進行檢測)，并根據PLC中設定的煤氣回收值發出回收、放散的信號。確保干法除塵系統可在轉爐口處無任何壓力沖擊情況下進行切換。

煤氣冷卻器：作用是降低煤氣入柜溫度和體積，實現精除塵。一般在切換站和煤氣柜之間安裝煤氣冷卻器，然后送入煤氣柜。煤氣冷卻器出口設置一個電動盲板閥、一個電動蝶閥，有時設置V型水封，用于維修和檢查煤氣冷卻器時隔斷與煤氣柜間的管道。

輸灰系統：輸灰系統包括粗灰輸送系統和細灰輸送系統。蒸發冷卻器捕集的粗灰和靜電除塵器捕集細灰通過排輸灰設備進入到灰倉中，實現粉塵收集。

3 LT干法靜電除塵設備的問題及解決方案

因影響煙氣干法除塵效果因素很多，煙塵在蒸發冷卻器中要通過降溫加濕調質處理來降低比電阻，而比電阻受煉鋼生產工藝原輔料質量影響很大，如石灰鎂球的強度，廢鋼比，輔料量等。LT靜電除塵的適應性不及濕法煙氣凈化(濕法煙氣凈化對生產工藝輔料等要求不高)，故干法除塵需對物料控制嚴格才能有效的解決此項問題。

蒸發冷卻器雙介質噴槍是蒸發冷卻器的關鍵設備，一般介質選用氮氣或蒸汽，氣體介質和水的配比和用量影響煙氣冷卻及除塵效果。生產過程中蒸汽或水量低報警的情況，會造成粗灰去除率低和粗灰潮濕將設備卡住無法運行。解決方案可選擇周期更換噴槍或根據蒸發冷卻器筒壁積灰異常分布的情況更換該方向噴槍。

除塵效果有時間性，靜電除塵器運行時間越長，相對除塵效果明顯降低。煙塵中氧化鈣、氧化鎂在蒸發冷卻器內調質處理時與霧化水接觸生成氫氧化鈣、氫氧化鎂，粘附在靜電除塵器的極線、極板上，然后與煙氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣、碳酸鎂，即使采用振打裝置，要想徹底清除依然很難實現。這就需要我們在定修或年修過程中進入靜電除塵器內部定期清理，并根據使用情況酌情更換極線、極板來保證除塵效果。

4 LT靜電除塵的發展方向

4.1 PID控制優化

通過優化PID控制，可以實現蒸發冷卻器溫度與噴水量控制，系統煙氣流量與爐口微差壓控制。煤氣回收差壓與切換杯閥位置控制完全根據轉爐在冶煉過程中系統各項參數發生的變化量進行可靠、穩定、響應快速的實時控制，以確保各系統設備可靠運行，降低事故率，降低系統爆破。通過PID調節后的雙介質噴槍噴水情況見圖2。

圖2 雙介質噴槍噴水情況

4.2 煤氣冷卻器前置

傳統的煤氣冷卻器一般布置在切換站與煤氣柜之前，實現煤氣回收之前的降溫、精除塵和縮小體積。目前受環保要求的制約，對煙囪排放含塵量提出了要求，煤氣冷卻器前置可實現煙囪煙氣排放含塵量由15 mg/m3降到10 mg/m3以下，同時可解決非冶煉期間煙囪冒黃煙的問題。煤氣冷卻器前置對原系統帶來的影響是系統阻損升高約700 Pa，在系統選取風機和阻損配比計算時應予以考慮。

圖3為國內安陽鋼廠將煤氣冷卻器前置后放散煙囪粉塵監測畫面，表1為具體粉塵濃度。其放散煙氣含塵量檢測情況良好，粉塵濃度較低。

圖3 放散煙囪粉塵監測畫面

表1 具體粉塵濃度

4.3 煙道設備延長

通過增加汽化冷卻煙道長度，增加汽化冷卻煙道的換熱面積，可有效降低進入蒸發冷卻器的煙氣溫度，大幅提升蒸汽回收量，同時降低蒸發冷卻器的冷卻水消耗。理想狀態是可在煙道后部增加列管換熱器，直接將煙氣溫度降至250 ℃以下，通過一次除塵管道直接送至靜電除塵器。新增煙道部分蒸發冷卻板、蒸發冷卻管組、經濟器管組見圖4。但目前由于煙氣爆燃的情況未得到解決，國內鋼廠普遍采用了蒸發冷卻器。

圖4 新增煙道部分

4.4 利用高溫布袋代替靜電除塵器

布袋除塵器目前可有效的將煙氣含塵量降低至10 mg/m3以下，且可有效的解決冶煉間隙靜電除塵器不工作時冒煙的問題。高溫濾料是高溫袋式除塵器的重要組成部分，在約400 ℃的煙氣環境中，可以完全替代靜電除塵器，只需定期更換布袋即可，不僅減少了電量的消耗，也節省了維護成本。

5 結束語

LT干法除塵技術與濕法除塵技術相比，除塵效果更好，凈化后的煙氣含塵量可達到10 mg/m3以下。從LT干法靜電除塵技術的工藝、設備和發展趨勢分析可以看出，其具有技術先進、環保、節約能耗等優點，是清潔，綠色環保的可行之路。隨著科技的發展，LT干法靜電除塵技術可以補償轉爐煉鋼過程中的能耗，實現轉爐負能煉鋼。

參考文獻:

[1] 韓榮孝.轉爐一次除塵技術發展趨向研討[J].甘肅科技,2012,28(07):73-75.

[2] 蔣為民，王永忠.轉爐一次煙氣高溫除塵與能源回收新技術[J].世界鋼鐵,2011,11(03):10-12.

[3] 韓威.300 t轉爐干法除塵設備維護實踐[J].河北冶金，2012(03)：55-57.

[4] 鄭建勛.淺析轉爐煙氣干法除塵工藝技術[J].通用機械，2012(06)：58-63.

[5] 張大勇,賈寧.宣鋼150噸轉爐干法除塵工藝分析與應用[J].科技風，2011(23)：100.

[6] 張娟,郭啟超,李永輝,等.提高轉爐干法煤氣凈化回收系統的煤氣回收率的研究[J].冶金動力，2017(03):49-51.

[7] 呂平，張春燕.轉爐煙氣干法凈化回收技術應用[J].冶金叢刊，2015(05)：20-23.

[8] 李永輝,高璐,張娟,等.干法除塵在礦熱爐煙氣處理中的應用[J].中國重型裝備,2016(04):46-48.

[9] 李煥枝.安鋼150 t轉爐煙氣一次除塵系統濕法改造項目技術方案探討[J].環境與發展，2017(06)：91-93.

[10] 劉曉景.轉爐干法除塵蒸發冷卻器溫度控制[J].甘肅科技，2012,28(24):58-59.