轉爐一次煙氣脫白技術的運用

楊 昆， 宋明明， 張丹筠， 王冰琪

（山西建邦集團通才工貿有限公司， 山西 曲沃 043400）

山西建邦集團通才工貿有限公司（以下簡稱建邦）煉鋼廠現有2 座65 t 轉爐和1 座80 t 轉爐，凈汽化系統采用第五代OG 系統；1 座轉爐一次除塵風機的風量為：10.8 萬m3/h。蒸汽溫度約70 ℃；為實現國家對環境保護發展要求，達到一次煙氣脫白效果，建邦采用北京金泰天成科技有限責任公司的WCPD（Wet Condensation&Purification Defogger）凈化冷凝消白除霧技術對煉鋼廠除塵系統進行改造。

1 脫白技術簡介

WCPD（Purification&Condensation defogger）凈化冷凝消白除霧技術是北京金泰天成科技有限責任公司研發的氣體凈化與消白的專利技術。WCPD 冷凝回收一次除塵煙氣中的水，同時對氣體的顆粒物進行凈化。

WCPD 技術利用環境冷風冷凝回收一次除塵煙氣水霧，降低水蒸汽含濕量，同時利用一次除塵煙氣蒸汽的熱量加熱環境冷風使一次除塵煙氣水汽轉化為不飽和狀態，消除外排白霧，實現潔凈一次除塵煙氣水汽、回收一次除塵煙氣水、節約水資源、消除現場白色水霧的目標，WCPD 是節水、除塵、消白的一體化技術[1]。

WCPD 消白通過如下技術途徑實現，技術路線見圖1。

圖1 脫白塔技術路線

擴容消白技術：

WCPD 利用水蒸氣由氣態凝結成水，放出汽化熱使環境冷風加熱升溫后與經過冷凝脫濕的一次除塵煙氣在排出口前形成不飽和水蒸氣，在空氣中將不再形成汽霧，達到消除外排一次除塵煙氣白霧目標[2]。

環境冷風為不飽和氣體，經過冷凝模塊加熱后從A 點加熱→A′點，一次除塵煙氣中水蒸氣為飽和水蒸氣，在冷凝模塊中冷凝過程中，保持飽和狀態，溫度降低從B點降溫→B′點。出塔水蒸氣在B′狀態與環境冷風A′狀態體積疊加降低水蒸氣相對濕度，轉為C點狀態。C點落在不飽和區，因而在排放過程中不形成水霧[3]。過程：回收一次除塵煙氣中塵和霧及小液滴；降低水蒸氣含水量；WCPD 中將水冷凝但保留一次除塵煙氣中水蒸氣液化放出的汽化潛熱使一次除塵煙氣轉化為不飽和狀態。

圖2 脫白塔技術流程

2 煙氣脫白技術的可行性分析

2.1 當地氣象條件

1）大氣壓力。冬季85 kPa、夏季107 kPa。

2）室外平均溫度。冬季-2.4 ℃、夏季26.1 ℃，日平均溫度≤5 ℃的天數30 d、極端最低溫度-21.4 ℃、極端最高溫度42 ℃。

3）室外計算相對濕度。最冷月月平均56%、最熱月月平均78%。

4）室外風速。冬季平均1.5 m/s、夏季平均2.5 m/s。

2.2 主要參數設計

設計采用最不利的冬季情況進行設計。運行分為冬季和正常運行狀況，以達到經濟、環保的目標。

根據項目情況，采用如下技術參數：

1）非冬季4 月—10 月降溫8%，含濕量降低15%，在蒸汽溫度70 ℃時，降低約6 ℃；蒸汽溫度60 ℃時，降低5 ℃。

2）冬季11 月—3 月降溫15%，含濕量降低30%，在蒸汽溫度70 ℃時，降低約11 ℃；蒸汽溫度60 ℃時，降低9 ℃。

設計按照冬季設計，按照夏季復核。

2.3 熱力計算

1）70 ℃飽和一次除塵煙氣參數：水分濃度為0.1981 kg/m3；含濕量為281.807 g/kg 干空氣；焓值為810.36 kJ/kg 干空氣；濕容積為1.398 6 m3/kg 干空氣；蒸汽量為32.4 萬m3；干空氣量為32.4/1.398 6=23.2 萬kg。

2）非冬季冷凝后溫度為64 ℃。64 ℃飽和水汽狀態的參數：含濕量為196.078 g/kg 干空氣；焓值為575.77 kJ/kg 干空氣；濕容積為1.227 0 m3/kg 干空氣；水分濃度為0.1482 kg/m3；含濕量下降30.2%滿足15%濕降要求。

3）冬季冷凝后溫度為59 ℃。59 ℃飽和水汽狀態的參數：含濕量為146.186 g/kg 干空氣；焓值為440.93 kJ/kg 干空氣；濕容積為1.156 3 m3/kg 干空氣；水分濃度為0.124 8 kg/m3；冬季含濕量降低（281.807-146.186）/281.807=48.1%；滿足濕降≥30%要求；處理一次除塵煙氣焓變化值為23.2（810.36-440.93）=8570.8 萬kJ/h。回收水量為31.5 t/h。

4）環境冷風量計算。環境冷風溫度按照0 ℃，相對濕度50%計算：含濕量為1.8 g/kg 干空氣；焓值為4.7 kJ/kg 干空氣；比容為0.947 m3/kg；環境冷風升溫按50 ℃設計，計算焓值增加量為50 kJ/kg 干空氣；計算冷卻風量為171 萬kg；60 ℃時，換算風量165萬m3/h；

5）年平均小時冷凝回收水量。采用冬季與夏季平均回收水量：32 000×（281.807-146.186）=31.5 t/h。

2.4 除塵冷凝模塊設計

冷凝帶走熱量為8 570.8 萬kJ/h。

計算換熱溫差：

式中：T1為熱流進口溫度70 ℃；T2為熱流出口溫度59 ℃；t1為冷流進口溫度0 ℃；t2為冷流出口溫度50 ℃；

根據傳熱計算公式A=Q/KΔTm（式中：A為換熱面積；K為換熱系數；Q為熱量；ΔTm為換熱溫差）計算得：

計算換熱面積6 600 m2；設計按照8 000 m2進行設計。本設計中采用CPM 系列冷凝除塵模塊，冷凝設計模塊采用多組除塵冷凝膜管構成，管組吸收膜組件CPM60 冷膜機組2 臺。冷凝膜組：10 m×10 m×5 m。

2.5 WCPD 主要動力與能耗

WCPD 主要動力設備為風機，實際設計采用200 萬m3/h 風機，數量為1 臺，功率為110 kW。

風機采用不銹鋼傳動軸，提高防腐性能，風機支架采用不銹鋼支架，設備設置安全檢修門和檢修欄桿通道，控制采用變頻，功率風量可調節。

3 可靠性檢驗

通才煉鋼廠經過脫白塔建設后，進入正常生產設備調試狀態，關閉通往原三管放散管網，開啟煙氣進入脫白塔管網閥門，經過三個月的生產，一次煙氣脫白塔完全能夠滿足現場使用。

專業機構檢測表明：在檢測期間一次轉爐煙氣出口煙溫降低30.6%，含濕量降低42.8%，均符合（臨氣指辦發[2018]37 號）《關于督促加快鋼鐵、焦化、燃煤電廠白色煙羽治理的通知》文件中鋼鐵行業排放煙氣中含濕量超過25%以上時需要采取減排“控白”措施以降低煙氣排放溫度和含濕量，煙氣冬季煙溫降低15%以上，含濕量降低30%以上的標準限值要求（見表1）。

表1 一次轉爐煙氣出口檢測結果一覽表

4 結語

新建脫白塔可以有效地對煉鋼一次煙氣進行有效地消除，達到排放要求，并且在生產過程中，脫白塔煙囪出口全程無白煙；一次除塵煙氣冷凝水符合國家三級排放標準（顆粒物的質量濃度遠遠小于10 mg/m3，COD（化學需氧量）質量濃度遠遠小于500 mg/m3，氨氮質量濃度遠遠小于50 mg/m3等）；在空氣中將不再形成汽霧，達到了顆粒物排放10 mg/m3超低排放標準，同時，消除外排煙氣白霧，凈化煙氣的目標。