轉爐煙氣除塵行業的現狀及展望

席小鵬 孫鵬 王璐 鄭惠文 蘇娜 王曉杰

摘 要：全球經濟發展與環境保護的沖突日益加劇，如何做到綠色發展、節能減排顯得尤為重要。本文通過闡述目前轉爐煙氣除塵工藝的研究進展，對高溫金屬濾袋在除塵和余熱回收利用方面的應用進行分析討論，并對轉爐煙氣治理改造的方向進行展望。

關鍵詞：轉爐;除塵;金屬濾袋;余熱回收

1 引言

我國鋼鐵產業正處于產業結構的優化升級和“去產能”的關鍵時期，面臨著日益嚴峻的資源和環境壓力，必須走節能、降耗的可持續發展道路。轉爐煉鋼作為目前鋼鐵企業主要的煉鋼工藝，其產量占世界鋼產量的65%以上。且隨著近年來國家環保政策的出臺，對鋼鐵企業煉鋼過程中粉塵排放要求更加嚴格。

2 轉爐煙氣特點

轉爐煉鋼過程中的反應主要是碳氧反應，生成CO、CO2，見公式1所示。同時吹入爐內的氧氣中含有少量的氮氣，且部分未反應的氧氣隨爐氣從轉爐爐口溢出，所以煙氣的主要成分是CO、CO2、N2、O2、H2以及硫化物等。而轉爐內的反應，特別是碳氧反應為放熱反應，因此隨著吹煉的進行，熔池內的溫度逐漸升高，因而轉爐煙氣的溫度不斷升高，煙氣溫度也與吹煉過程的工藝操作有關，波動范圍較大，一般在1450-1600℃。煙中含有大量的潛熱，若不加以利用，會造成能量的消耗;同時，轉爐煙氣具有高溫、有毒、易燃易爆且含塵量高的特點，煙氣含塵濃度可達150-300g/Nm3，其中含有大量的氧化鐵和金屬鐵。

2C+O2=2CO C+O2=CO2 CO+O2=CO2（公式1）

3 轉爐除塵工藝

3.1 濕法除塵工藝

最初關于轉爐高溫高塵煙氣的除塵技術是濕法除塵工藝，即傳統OG工藝，傳統OG工藝起源于日本，該OG除

塵工藝主要由“二文三脫”組成，即定徑溢流文氏管、調徑文氏管和重力脫水器、90°彎頭脫水器以及絲網脫水器。

因傳統OG工藝具有成熟可靠，系統簡單易操作，且該工藝在運行過程中阻力大、耗水耗電等特點，一直被廣泛應用于轉爐除塵，見圖1。

在傳統OG法基礎上，20世紀90年代我國大型鋼廠引進了第四代OG技術，該技術主要采用噴淋塔進行降溫，用飽和器替代了一文，用環縫洗滌器代替二文，相較傳統OG法更安全，運行阻力小，系統更加穩定且設備使用壽命增長。但由于是采用氣霧噴槍進行噴淋，會造成凈環水溢出流入濁循環水系統，導致循環水量增大。

3.2 干法除塵工藝

干法除塵技術簡稱LT除塵技術，最早是由德國魯奇公司和蒂森鋼廠聯合開發問世。相較濕法除塵，干法除塵技術不需廢水處理和污泥脫水設備，因此具有耗水量低、耗電量低、煤氣發熱值高、風機運行穩定且系統運行阻力小，粉塵排放濃度低等優點，克服了濕法除塵的弊端。而高溫煙氣除塵系統能耗指標主要是耗水量和耗電量。

轉爐除塵原理圖見下圖2所示，轉爐煉鋼過程所產生的高溫煙氣經過汽化冷卻煙道，降溫至800-1000℃后進入蒸發冷卻器，借助水和蒸汽雙介質再經頂部水槍混合，實現水的霧狀，高溫煙氣在行進過程中進行充分的熱交換，達到煙氣降溫目的，煙氣始終處于干態，水霧化效果越好，熱交換越充分。煙氣通過在蒸發冷卻器進行粗除塵，出口煙氣溫度可控制在220℃左右。經過粗除塵的煙氣進入靜電除塵器進一步精除塵，使其含塵濃度降至10mg/m3以下。而后煙氣進入煤氣冷卻器，進入煤氣柜進一步回收利用。目前國內新建的中大型轉爐，基本均以干法除塵為主。

3.3 半干法除塵工藝

半干法除塵工藝，又稱高效節節水型塔文工藝，主要利用干法除塵蒸發冷卻塔的出干灰系統，和濕法除塵系統的塔文除塵系統，兩者結合。具有節約能耗、省電省水、降低設備故障率，提高風機壽命的特點，排放濃度可降低到50mg/m3以下。

4 金屬濾袋在轉爐除塵的應用

袋式除塵器主要通過選擇不同材質的濾料來滿足不同工況的使用要求。轉爐煙氣經過蒸發冷卻器后溫度仍在220℃左右，瞬時溫度可達350℃。普通布袋易造成破袋燒袋現象，西安菲爾特金屬過濾材料股份有限公司生產的金屬纖維濾料，以金屬纖維燒結氈為濾材，經焊接加工而成，具有耐高溫、耐腐蝕、運行阻力小、壽命長且具有可再生，同時可有效保證粉塵排放濃度低于10mg/Nm3，甚至5mg/Nm3以下。目前在轉爐煙氣治理中主要傾向于以下幾種改造方式：

4.1 嵌入式

由于現有的大部分轉爐煙氣干法除塵系統皆是在原有濕法除塵系統場地上升級改造的，廠房外除塵設備布置比較緊湊，大規模范圍的改造已然無法實現，隨著國家環保標準要求越來越高，要達到粉塵排放濃度<10mg/Nm3。在原有轉爐干法除塵系統中嵌入袋式除塵器，以滿足工況要求顯得尤為重要，即電--袋復合技術，目前根據需求主要存在袋式除塵器位于切換站之后，放散煙囪之前。

4.2 替換式：純干法除塵

即用袋式除塵系統代替靜電除塵器。目前，轉爐煉鋼900℃以下的高溫煙氣基本未得到合理的回收利用，造成大量能源浪費，考慮到國內轉爐煉鋼要實現負能煉鋼，對經汽化冷卻煙道后的高溫煙氣進行余熱利用回收具有很高的經濟價值。

轉爐煙氣經汽化煙道后，溫度在800-1000℃，不經噴水冷卻階段，直接進入抗爆防爆型直立煙道式余熱鍋爐，從余熱鍋爐出來的煙氣溫度在220℃，而后煙氣進入高溫金屬濾袋除塵器進行過濾，出口粉塵排放長期穩定在<10mg/Nm3。

5 結語

在國家倡導“綠色發展、節能減排”形勢下，在轉爐現有的除塵工藝己發展完善、效益增值空間十分有限的情況下，如何實現轉爐煉鋼除塵技術向低能耗、超低排放技術的負能煉鋼水平的發展是大勢所趨。濕法除塵、干法除塵、半干法除塵等除塵技術各有利弊，無法滿足未來鋼鐵企業發展的要求，改進創新工藝勢在必行。高溫金屬濾袋除塵和余熱回收技術在實現轉爐煙氣超低標排放的同時，可實現資源再利用，極具前景。

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作者簡介：

席小鵬（1992- ），男，陜西西安人，碩士研究生，主要研究方向為高溫煙氣除塵。

通訊作者：

王璐（1993- ），女，陜西寶雞人，本科，研究方向金屬材料加工，寶雞石油鋼管有限責任公司。