轉爐干法除塵控制放散塔排放的研究

李艷東

（河鋼集團承鋼公司，河北 承德 067102）

1 概述

隨著轉爐煉鋼技術的發展，煉鋼工藝的日趨完善，相應的除塵技術也在不斷地發展完善。目前，氧氣頂吹轉爐煉鋼的煙氣凈化回收主要有兩種方法，一種是煙氣濕法凈化回收系統，一種是煙氣干法凈化回收系統。

轉爐煙氣干法凈化回收系統主要由蒸發冷卻器、靜電除塵器、風機、煤氣冷卻器、切換站、放散塔幾大部分組成。雖然較濕法除塵相比，干法除塵具有節水節電、系統簡化、占地面積小、不存在二次污染的優點，但在吹煉初期及泄爆后放散塔冒煙的問題，造成排放超標，對環境有一定的污染。

2 干法除塵放散塔排放控制技術在承鋼120噸系統轉爐的應用研究

2.1 簡介

河鋼集團承鋼公司線材事業部120噸系統有2座120噸轉爐，1座轉爐提釩，1座轉爐煉鋼。2座轉爐一次除塵系統全部采用新型的干法除塵技術，由西門子奧鋼聯成套設計制造，每座轉爐單獨一套干法除塵設備，2座轉爐共用1座轉爐煤氣柜。

在投產初期，因半鋼冶煉的特殊性，120噸系統干法除塵放散塔存在排放超標現象，主要表現如下：第一，電除塵器頻繁泄爆，不但對電除塵器設備損害較大，且泄爆后放散塔冒黑煙，排放嚴重超標。第二，在吹煉初期存在放散塔輕微排放超標現象。第三，因打火失敗吹煉中斷而導致放散塔排放超標。

2.2 放散塔排放控制技術研究

（1）對放散塔排超標的原因總結。收集分析放散塔冒煙的各個案例，記錄涉及到的各項工藝參數，總結出放散塔冒煙主要有以下幾種原因：一是因轉爐崗位、電除塵崗位操作不經心，不互相配合，造成放散塔冒煙。例如加料操作與煤氣回收操作沖突。二是因設備控制不合理，導致放散塔冒煙。例如，在吹煉初期，風機轉速升速過快，造成電場內積灰抽出，從而造成放散塔冒煙。三是因半鋼冶煉的工藝特殊性，在吹煉初期打火期間氧氣有富余，從而造成電除塵器泄爆，放散塔冒煙。四是電除塵器單項電源除塵效率低。

（2）對放散塔排超標的解決辦法。從管理、設備、操作各個方面分別制定針對性的解決措施。一是在吹煉初期，利用模糊控制原理，通過模型計算一次除塵風機的轉速及蒸發冷卻器的配水量以及氧氣流量，以PID控制為基礎，實現一次除塵風機轉速、蒸汽冷卻器配水量的合理控制，進而保證在吹煉初期放散塔排放達標。二是收集并分析吹煉初期打火泄爆爐次與非泄爆爐次O2與CO含量的對比圖（圖1、圖2），正常爐次，O2與CO混合點明顯低于泄爆爐次混合點，且混合點O2與CO含量均低于3%。而泄爆爐次混合點約6%，說明解決O2和CO含量的爆炸范圍就是解決吹煉前期泄爆的主要研究內容，因此提出在打火階段，采用氧氣-氮氣混合噴吹的方式，稀釋打火過程中的氧氣富于，避免泄爆。

圖1 正常爐次吹煉前期煙氣成分圖

圖2 泄爆爐次吹煉前期煙氣成分

氧氣-氮氣混合噴吹的方式中，因氧氣、氮氣是同時噴吹，必須采取有效控制措施，杜絕氧氣串入氮氣管道。三是在第二電場采用三項電源技術，提升電場細灰補集效率。120噸系統原設計電場高壓電源是單相電源，平均電壓較低，因此除塵效率低。為提升除塵效率，引進新興技術，即三相電源技術。較單相電源相比，三相智能變頻高壓設備二次電壓比現有單相可控硅高壓電源(79kV/1800mA)的二次電壓值可大為升高，電場除塵效果將大為提升，最終粉塵排放降低30%。對120噸系統B電場的原單相電源進行升級改造，改造后設備具備火花硬件高速檢測、鎖存技術，火花判斷時間＜20us，并可立即關閉IGBT，降低火花能耗，快速恢復供電的優點，有效提升了干法除塵電除塵器的除塵效率。四是將二次除塵風機、二次除塵閥門控制與吹煉過程相結合，輔助一次除塵。設計二次除塵閥門控制要求，并編寫相應的PLC控制程序及監控界面，實現二次除塵閥門的自動控制：在不同的生產階段，二次除塵閥門的位置自動調整，例如，在吹煉階段，二次除塵閥門自動開至50%，輔助吹煉初期的一次除塵，避免爐前冒煙，從而為吹煉初期一次除塵風機的低轉速運行創造條件。五是根據吹氧時間、吹氧量累計參數，編寫“打火失敗”控制程序，自動判斷“打火失敗”引起的吹煉中斷，并自動調整風機轉速，避免風機轉速過高而引起放散塔冒黑煙。因加渣鐵冶煉的特殊性，在吹煉初期時有打不著火的現象出現。打不著火屬于吹煉中斷的一種，但此時煙氣里并無一氧化碳存在，若此時將風機轉速按泄爆后吹煉中斷的風機轉速控制，放散塔會冒黑煙。為此，以吹氧時間、吹氧量累計、蒸發冷卻器入口溫度共同作為判斷條件，在吹氧時間小于40s、氧氣累積量小于1000立、蒸發冷卻器入口溫度低于400度，則判斷為“點火失敗”，提槍后的風機速度自動控制為1400轉，而非泄爆后吹煉中斷的1600轉，避免風機轉速過高二引起的放散塔冒煙。六是加料時刻以及加料重量、批次，與煤氣回收時刻相結合，避免加料過程與煤氣回收過程沖突。因干法除塵煤氣回收煤氣杯閥切換的特殊性，在煤氣放散杯閥、回收杯閥的切換過程中，有幾秒鐘的憋壓狀態，此時爐前若在加料，會造成爐口冒煙，為避免爐口冒煙，提高風機轉速又會造成放散塔冒煙。為解決此矛盾，在爐前崗位的監控畫面上增加煤氣回收過程顯示，爐前崗位人員關注煤氣回收過程，避免在煤氣回收過程中加料。七是采取針對性措施，防止在吹煉中期、吹煉后期及其他電除塵器泄爆。八是在放散塔增加噴水閥，并自動控制噴水時刻及噴水量，抑制放散塔冒煙。噴水閥自動控制，在吹煉期間噴水閥自動打開，并根據煙氣溫度自動調整噴水量；在非吹煉期間自動關閉。

3 生產實績

120噸系統在投產以來，高度重視干法除塵系統的的運行情況，利用三相高壓電源技術、高壓變頻調速技術、數據采集技術等先進的自動化技術，以現場實際收集的工藝參數為基礎，以PLC技術和人際界面技術為工具，利用模糊控制原理，實現對一次除塵風機、二次除塵風機及除塵閥門、頂吹氧氣及氮氣的綜合控制，在保證放散塔排放達標的前提下，同時保證了干法除塵設備的穩定、可靠運行、節能運行，適合在各鋼鐵企業推廣應用。

4 結語

干法除塵系統作為目前轉爐煉鋼煙氣凈化的前沿技術，在節能減排方面具有突出的優勢，是今后的發展方向。從120噸轉爐系統的應用來看，干法除塵最大的應用難點就是在于控制放散塔在吹煉初期、泄爆及吹煉中斷后放散塔的排放超標。從120噸系統的成功經驗來看，要解決放散塔排放超標問題，要從抓管理、抓操作、抓技術三個方面入手，才能切實實現放散塔排放達標。

參考文獻：

[1]崔明元，翟玉杰.轉爐煤氣凈化回收技術發展現狀[J].工業安全及環保，2006，(5);41-42.

[2]李艷東，程建民，趙海平，萬玉紅，張廣偉.轉爐干法除塵技術在承鋼120噸轉爐的穩定應用研究[J].山東工業技術，2015，10（15）.

[3]李艷東，韓鋒，程建民.自動化控制技術在一次除塵節能環保領域的應用研究[J].冶金設備，2017，（3）.