轉(zhuǎn)爐煤氣LT干法回收工藝技術(shù)的改進(jìn)

（攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計研究院有限公司，四川攀枝花 617000）

前言

為了充分綜合利用我國豐富的釩鈦磁鐵礦資源，把攀鋼建設(shè)成為國際上具有較強(qiáng)競爭力的現(xiàn)代化大型釩鈦鋼鐵企業(yè)集團(tuán)，攀鋼集團(tuán)從就近實現(xiàn)資源綜合利用、優(yōu)化生產(chǎn)力布局考慮，決定在西昌地區(qū)建設(shè)現(xiàn)代化的釩鈦資源綜合利用基地。其中煉鋼車間生產(chǎn)工藝為鐵水脫硫-霧化提釩-轉(zhuǎn)爐半鋼冶煉的主要流程，2×200 t 轉(zhuǎn)爐半鋼冶煉年產(chǎn)鋼水390.67 萬t，霧化提釩年產(chǎn)釩渣15 萬t。

轉(zhuǎn)爐在吹煉時產(chǎn)生大量含有CO 和氧化鐵類粉塵的高溫?zé)煔鈁1]，為了防止污染，保護(hù)環(huán)境，2 座煉鋼轉(zhuǎn)爐分別設(shè)置LT轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)行凈化回收處理。煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)自從2011 年投產(chǎn)至2017 年間，總體運(yùn)行情況正常，但是還是暴露出來一些問題需要攻關(guān)解決。

1 工藝流程和參數(shù)

LT 系統(tǒng)主要由煙罩、汽化冷卻煙道、蒸發(fā)冷卻器、電除塵器、回收風(fēng)機(jī)、鐘形閥、放散塔和煤氣冷卻器組成[2]，見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)工藝圖

轉(zhuǎn)爐最大粗煤氣回收量為135000 m3∕h，轉(zhuǎn)爐煤氣粗煤氣由活動煙罩捕集并經(jīng)汽化冷卻煙道冷卻至1000℃左右后進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器噴水降溫（噴水量設(shè)計值65 m3∕h）、調(diào)質(zhì)、粗除塵，溫度降至200℃左右后，進(jìn)入靜電除塵器進(jìn)行精除塵，經(jīng)精除塵后的凈煤氣，根據(jù)煤氣品質(zhì)及生產(chǎn)狀況回收或放散。煤氣若回收，需經(jīng)煤氣冷卻器二次噴水冷卻（噴水量設(shè)計值400 m3∕h），溫度降至≤70 ℃后進(jìn)入煤氣柜貯存，回收煤氣含塵濃度≤10 mg∕m3；煤氣若放散，則需點(diǎn)火燃燒后再排放，排放氣體含塵濃度≤10 mg∕m3。

實際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計值的對比見表1。

表1 轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)現(xiàn)狀實際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計值對比

2 運(yùn)行中存在的問題

2.1 蒸發(fā)冷卻器出口溫度過低

蒸發(fā)冷卻器出口溫度沒有達(dá)到設(shè)計的200℃，出口溫度明顯偏高。這直接導(dǎo)致了煤氣冷卻器的負(fù)荷偏大，降低了煤氣冷卻器的冷卻效果。且蒸發(fā)器噴水量過低則造成粉塵凝聚成團(tuán)，板結(jié)在蒸發(fā)冷卻器內(nèi)壁上，造成蒸發(fā)冷卻器堵塞。但如果為降低蒸發(fā)冷卻器出口溫度和防止蒸發(fā)冷卻器結(jié)垢而單純增加噴水量，就會造成瓦斯灰溫度過低、水份過多而呈現(xiàn)泥漿狀。蒸發(fā)冷卻器排灰采用的是刮板機(jī)加雙板閥，如瓦斯灰呈現(xiàn)泥漿狀，其會板結(jié)刮板機(jī)的刮板上，嚴(yán)重時會卡死刮板機(jī)，影響排灰。

2.2 電除塵器除塵效果差

LT 電除塵器有4 個除塵室，每個除塵室的電壓均為36 kV，1-4#除塵室電極板電流分別為：25～500 mA、125～670 mA、1000～1400 mA、1530～1950 mA，有明顯的除塵室電流不均的情況。電除塵器除塵室進(jìn)口的導(dǎo)流板和各電極板均為振動除塵，且為單個導(dǎo)流板或電極板順序振動除塵，在回收煤氣期間振動頻次較高，非回收期間振動頻次很低。結(jié)合電極板灰塵較多時，電流就會走低的情況看，顯然1#、2#除塵室電極板的抖灰效果遠(yuǎn)不如3#、4#除塵室，且1#、2#除塵室電極板附灰較多。

2.3 煤氣冷卻器降溫、脫水效果差

煤氣冷卻器上下兩層的噴水量（470～500 m3∕h）已超過設(shè)計噴水量（400 m3∕h），但轉(zhuǎn)爐煤氣冷卻后的溫度已達(dá)65℃，且裹挾了大量的水份進(jìn)入到管網(wǎng)中。針對煤氣冷卻器的噴水量偏高的問題，不能單方面的進(jìn)行考慮，煤氣冷卻器其設(shè)計的轉(zhuǎn)爐煤氣回收溫度為≤70℃，與轉(zhuǎn)爐煤氣柜密封橡膠能耐受的溫度70℃過于接近，如單純的降低煤氣冷卻器的噴水量來降低轉(zhuǎn)爐煤氣的含水量勢必對轉(zhuǎn)爐煤氣的安全造成威脅，同時也降低了轉(zhuǎn)爐煤氣回收的經(jīng)濟(jì)性。因轉(zhuǎn)爐煤氣含水量較大，達(dá)到了14 g∕m3，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐煤氣風(fēng)機(jī)葉輪附灰嚴(yán)重、故障頻繁，最嚴(yán)重的時候3 天檢修1 次，嚴(yán)重降低了轉(zhuǎn)爐煤氣系統(tǒng)的保產(chǎn)能力。

2.4 轉(zhuǎn)爐煤氣回收熱量偏低

攀鋼西昌公司轉(zhuǎn)爐煤氣回收設(shè)計值為轉(zhuǎn)爐煤氣回收量≥90 m3∕t 鋼，熱值≥7524 kJ∕m3，相當(dāng)于0.68 GJ∕t。目前鋼鐵企業(yè)煤氣回收量一般在0.48 GJ∕t 左右，最好的可達(dá)0.52 GJ∕t[3]，但攀鋼西昌公司轉(zhuǎn)爐煉鋼為半鋼冶煉，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)爐煤氣回收量較低。2014年僅為0.40 GJ∕t鋼，低于同行業(yè)水平。

3 改進(jìn)方案及措施

3.1 蒸發(fā)冷卻器增加噴水量

在蒸發(fā)冷卻器排灰系統(tǒng)能承受的情況下盡量增加蒸發(fā)冷卻器的噴水量。這樣不僅可以降低煤氣溫度，同時也可以增加煤氣濕度，進(jìn)而提高電除塵器的擊穿電壓，減少火花放電現(xiàn)象，保障電除塵器在高電壓情況下的穩(wěn)定運(yùn)行，提高電除塵器的除塵率。同時也能沖擊成團(tuán)的粉塵凝聚，并將粉塵由水流帶走，降低粉塵板結(jié)在蒸發(fā)冷卻器內(nèi)壁上的幾率，減少蒸發(fā)冷卻器堵塞情況的發(fā)生。

3.2 電除塵器優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)

定期對電除塵器的電極板進(jìn)行除灰，減少除塵室電流不均的現(xiàn)象，對電除塵器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化提高其除塵效率：各導(dǎo)流板和電極板振動排灰由單一振動改為同時振動排灰，減少了因電極板在工作不同步而導(dǎo)致抖落的粉塵被重復(fù)吸附的不良現(xiàn)象；同時將電除塵器在轉(zhuǎn)爐煤氣非回收期間的振動頻率由4次∕s縮短到2 次∕s，停止電除塵器在轉(zhuǎn)爐煤氣回收期間的振動排灰作業(yè)，這樣既可以在非回收期間盡量減少電極板上的附灰，增加電極板電流，也杜絕了電除塵器在回收期間抖落已吸附粉塵并被煤氣裹挾帶走的不良現(xiàn)象。改進(jìn)后的電除塵器內(nèi)部情況見圖2。

圖2 清灰后的電除塵器內(nèi)部

3.3 煤氣冷卻器改善霧化及脫水

由于原設(shè)計中沒有設(shè)置脫水裝置，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐煤氣中含水量過高達(dá)到了14 g∕m3，為了減少轉(zhuǎn)爐煤氣中的含水量，利用煉鋼1#、2#轉(zhuǎn)爐檢修機(jī)會，在煤氣冷塔上部增設(shè)了簡易的脫水裝置——格柵擋水板，并且對煤氣冷卻器噴水嘴更換了型號，提高噴嘴的霧化效果，優(yōu)化了噴嘴的布置，提高了水冷系統(tǒng)的冷卻效果，煤氣的含水量降低至5.3 g∕m3。如此也有利于減少風(fēng)機(jī)和管道損耗，防止風(fēng)機(jī)因煤氣水分過高導(dǎo)致葉輪結(jié)垢，引起振動偏高跳機(jī)，改進(jìn)后轉(zhuǎn)爐煤氣風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時間從72 h延長至360 h。

3.4 提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收熱量的優(yōu)化措施

3.4.1 規(guī)范調(diào)度調(diào)節(jié)

將轉(zhuǎn)爐煤氣加壓站和轉(zhuǎn)爐煤氣柜的調(diào)節(jié)權(quán)利上移至調(diào)度，調(diào)度總體平衡后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)，控制轉(zhuǎn)爐煤氣柜柜位在3.6萬～10萬m3間運(yùn)行（轉(zhuǎn)爐煤氣柜實際柜容為0.8 萬～10.23 萬m3）。當(dāng)轉(zhuǎn)爐煤氣柜柜位大于7.5萬m3，同時煉鋼集中消鐵，則儲配站運(yùn)行兩臺轉(zhuǎn)爐煤氣風(fēng)機(jī)，煤氣柜柜位低于5 萬m3，則儲配站停運(yùn)一臺轉(zhuǎn)爐煤氣風(fēng)機(jī)，形成了《轉(zhuǎn)爐煤氣系統(tǒng)操作管理規(guī)定》和《轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用系統(tǒng)聯(lián)系制度》。

3.4.2 杯閥的液壓系統(tǒng)動作時間縮短

杯閥是轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)的重要裝置，共計有兩套杯閥系統(tǒng)，分別為：回收杯閥和放散杯閥。當(dāng)轉(zhuǎn)爐煤氣成分符合轉(zhuǎn)爐煤氣回收指標(biāo)時，放散杯閥關(guān)閉、回收杯閥打開，轉(zhuǎn)爐煤氣開始回收；當(dāng)轉(zhuǎn)爐煤氣成分不符合轉(zhuǎn)爐煤氣回收指標(biāo)時，回收杯閥關(guān)閉、放散杯閥打開，轉(zhuǎn)爐煤氣拒絕回收，送至放散塔放散。兩套杯閥系統(tǒng)均為液壓系統(tǒng)，完成一個開∕關(guān)動作時間為34 s，雖然34 s 的時間并不長，但是相對于轉(zhuǎn)爐煤氣回收周期10 min 來說還是比較重要的。于是對杯閥的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改造，使得杯閥平均動作時間從34 s縮短為3～5 s，這樣有利于是在回收開始階段接收的CO 含量較高（60%左右），使轉(zhuǎn)爐煤氣熱值從開始的4710 kJ∕m3上升至4866 kJ∕m3。

3.4.3 回收起止CO濃度范圍加大

轉(zhuǎn)爐煤氣回收參數(shù)直接決定了轉(zhuǎn)爐煤氣的回收時間和回收煤氣的熱值。回收參數(shù)越高，轉(zhuǎn)爐煤氣回收時間越短，回收煤氣的熱值越高，總的回收熱量越低；回收參數(shù)越低，轉(zhuǎn)爐煤氣回收時間越長，回收煤氣的熱值越低，總的回收熱量越高。所以將轉(zhuǎn)爐煤氣回收參數(shù)，在保障安全生產(chǎn)的前提下，從起始CO 濃度30%，終止CO 濃度18%，逐步降低至12%和7%。使得轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收量從開始的71.8 m3∕t上升至91.2 m3∕t。詳見圖3。

3.4.4 煙罩高度降低

轉(zhuǎn)爐煙罩高度過高會導(dǎo)致大量的空氣進(jìn)入煙道，增加了煤氣在煙罩中的燃燒，使煤氣CO 濃度降低，減少了煤氣回收的時間和熱值。

在保障煉鋼正產(chǎn)生產(chǎn)的前提下，通過降低煙罩高度試驗使得煙罩高度從原來的距離爐口800mm高逐漸降至400 mm，大大減少了進(jìn)入煙道的空氣量，轉(zhuǎn)爐煤氣熱值從開始的4866 kJ∕m3上升至5183 kJ∕m3。詳見圖4。

圖3 改進(jìn)前和改進(jìn)后轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收量對比

圖4 改進(jìn)前和改進(jìn)后轉(zhuǎn)爐煤氣熱值對比

4 成果和效果

開展以上研究和工作，取得了如下效果：

（1）延長了風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行時間。在降低煤氣溫度的同時，將煤氣中絕大部分粉塵和水份脫除，以減少對轉(zhuǎn)爐煤氣風(fēng)機(jī)葉輪的沖擊，延長風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行時間，運(yùn)行時間從72 h 延長至360 h，提高了轉(zhuǎn)爐煤氣系統(tǒng)的保產(chǎn)能力。

（2）提高了轉(zhuǎn)爐煤氣回收熱量。項目實施后轉(zhuǎn)爐煤氣回收熱量有了很大的提升，轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收量從開始的71.8 m3∕t 上升至91.2 m3∕t，回收的熱量也從原來的0.4 GJ∕t鋼提升到了0.45 GJ∕t鋼。