淺談氧氣頂吹轉爐煉鋼煙氣超低排放環境保護

胡 超

（首鋼股份有限公司遷鋼公司，河北 遷安 064400）

0 引言

氧氣頂吹轉爐在煉鋼生產過程中會產生含塵煙氣，若含塵煙氣任其排至大氣中，就會污染環境,因此在煙氣排至大氣之前，需進行除塵處理。轉爐煙氣的除塵系統包括一次、二次、三次除塵系統。傳統的一次除塵分為OG 濕法除塵和LT 干法除塵[1]，二次、三次除塵為布袋除塵。OG 法一次除塵煙氣排放濃度為80mg/Nm3左右，LT 法一次除塵煙氣排放濃度為15mg/Nm3左右，二次、三次除塵煙氣排放濃度為20mg/Nm3左右。按照生態環境部會同五部委聯合印發的《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》，要求鋼鐵企業轉爐煙氣顆粒物排放限值≤10mg/Nm3，而傳統的轉爐煙氣除塵工藝很難滿足現行標準。因此，國內大多數鋼鐵企業都面臨著轉爐煙氣除塵工藝升級改造的重任。

本文列舉了在傳統轉爐一次、二次、三次煙氣除塵工藝設備基礎上進行工程改造的技術與途徑，并對比分析了各種煙氣除塵改造技術與途徑的優勢和存在的問題，以期為鋼鐵企業轉爐煙氣超低排放除塵改造工程提供一定的借鑒。

1 氧氣頂吹轉爐煉鋼工藝

氧氣頂吹轉爐煉鋼工藝流程主要分為加料、氧氣吹煉、出鋼、濺渣護爐過程。加料過程：首先將廢鋼裝入爐內，然后兌入鐵水，最后加入適量的造渣材料（如生石灰等）。氧氣吹煉過程：加料結束后開始下氧槍進行吹煉，氧氣流直接跟高溫鐵水發生反應，按工藝要求進行脫碳、升溫、脫硫、脫磷、去除雜質，待鋼水的成分和溫度都達到要求時，即停止吹煉、提槍、準備出鋼。出鋼過程：出鋼過程中轉爐爐體向出鋼方向傾斜，使鋼水從出鋼口注入鋼水包里，同時加入脫氧劑及各類合金進行脫氧和調節成分。濺渣護爐過程：出鋼完畢后將爐體恢復到垂直狀態，并下槍吹氮氣進行濺渣護爐。

在氧氣頂吹轉爐煉鋼各個流程中均有含塵煙氣產生。其中轉爐吹煉時被一次除塵風機吸走的煙氣為一次煙氣，采用一次煙氣除塵工藝進行處理；以上各流程中外溢出爐口而被二次、三次除塵風機抽走的煙氣為二次、三次煙氣，采用二次、三次煙氣除塵工藝進行處理。除塵后的煙氣通過煙囪排放至大氣中。

2 轉爐煉鋼一次煙氣除塵工藝超低排放改造

為實現轉爐煙氣超低排放，國內鋼鐵企業在原有煙氣除塵工藝基礎上紛紛進行了升級改造，出現了一系列轉爐煉鋼一次煙氣除塵組合改造技術，這些除塵改造技術雖然都能實現轉爐煉鋼一次除塵煙氣超低排放，但各有利弊。

2.1 傳統OG法除塵工藝超低排放改造

傳統OG 法工藝流程：轉爐煙氣→活動煙罩→汽化冷卻煙道→噴淋降溫塔（簡稱一文）→可調喉口文氏管（簡稱二文）→旋流脫水器、彎頭脫水器→水霧分離器→一次除塵風機→三通切換閥→煤氣回收、放散。截至目前，OG 法逐代發展中，一文塔、二文塔及旋流脫水器等分別被噴霧洗滌塔、環縫文氏管、絲網脫水器等設備更新取代，但是除塵機理均為前期粗除塵，后期精除塵。轉爐吹煉時產生的高溫含塵煙氣，在除塵風機的抽引下，經活動罩裙和汽化煙道冷卻后進入一文塔，在一文噴水的作用下滅火、降溫、降塵，實現粗除塵；隨后煙氣進入二文塔，在二文噴水作用下對細小顆粒進一步除塵，實現精除塵；隨后煙氣由脫水器進一步脫水，達到精脫水目的（此時煙氣含塵量為80mg/Nm3左右）；最后經過一次除塵風機及三通閥切換實現煙氣的回收與放散，放散時含塵煙氣由煙囪排至大氣中。

目前傳統轉爐OG 法煙氣除塵工藝很難滿足現行標準，因此需要對現有傳統轉爐一次煙氣OG 法除塵工藝進行升級改造。現有傳統轉爐OG 法實現一次煙氣超低排放改造方式主要包括：“OG+濕法電除塵、OG+高效凈化塵霧分離器、OG+相變凝聚塔+高效模式除塵器、OG+聲波團聚除塵”。

2.1.1 OG+濕法電除塵

該改造方式是將濕法靜電除塵器嵌入在一次除塵風機前的管道，OG 系統無任何改動。工藝流程：轉爐煙氣→OG 設備設施→濕式電除塵器（新）→一次除塵風機。

煙氣通過原OG 系統設備后進入新建的濕法電除塵器，含有粉塵顆粒的飽和煙氣在濕法電除塵器的高壓電場中通過時，由于陰極發生電暈放電、氣體被電離，此時煙氣中粉塵顆粒在電場力的作用下向陽極運動，并在陽極放電后沉積于陽極板上。沉積于陽極板上的粉塵顆粒通過周期性水沖洗被排走和處理。該煙氣凈化處理方式可實現細小粉塵顆粒除塵，尤其對亞微米的粉塵顆粒凈化效果明顯，可實現超低排放。此改造方式占地小、便于施工，且均為成熟技術，但循環水量大、增加能耗。

2.1.2 OG+高效凈化塵霧分離器

該改造方式是將高效凈化塵霧分離器嵌入在一次除塵風機前管道，OG 系統無任何改動。工藝流程：轉爐煙氣→OG 設備設施→高效凈化塵霧分離器（新）→一次除塵風機。

煙氣通過原OG 系統后進入新建的高效凈化塵霧分離器，分離器前配有水噴霧裝置對煙氣進行霧化，煙氣中的粉塵顆粒被霧化水濕潤和捕獲，凝聚為較大的含塵水滴。霧化后的煙氣再經過高效塵霧分離器，煙氣中的含塵水滴大量被分離器捕捉并沉降排出，可實現超低排放。此改造方式占地相對小，便于施工，但增加能耗。

2.1.3 OG+相變凝聚塔+高效膜式除塵器

該改造方式是將高效膜式除塵器嵌入在一次除塵風機前管道，將OG系統部分設備改為相變凝聚塔。工藝流程：轉爐煙氣→OG設備設施（部分改造，增設相變凝聚塔）→高效膜式除塵器（新）→一次除塵風機。

煙氣通過OG 系統設備時，在相變凝聚塔內對粉塵進一步凝聚便于除塵，進入高效膜式除塵器時，細小的水滴在設備內撞擊積聚，形成大顆粒水滴，并在離心力及氣流的旋轉作用下分離。頂部高效膜式除塵模塊具有超精除塵、終極脫水除霧的作用，可實現超低排放。此改造方式需將原OG 系統部分設備進行改造，較難施工，且增加能耗。

2.1.4 OG+聲波團聚除塵

該改造方式是將OG 旋流脫水器改造為聲波團聚除塵器，OG 系統其余設施無任何改動。工藝流程：轉爐煙氣→OG 設備設施（旋流脫水器改造為聲波團聚除塵器）→一次除塵風機[2]。

煙氣通過OG 系統二文后進入聲波團聚除塵器，除塵器采用高強聲場對煙氣進行輻射處理。通過調節聲波頻率使煙氣中粉塵顆粒達到最佳團聚效果，在短短數秒內可使煙氣中的粉塵顆粒發生團聚，這為提高后續的除塵效率創造了有利條件，從而實現超低排放。此改造方式原設備小范圍變動，施工方便，除塵效率高。

2.2 傳統LT法除塵工藝超低排放改造

傳統LT法除塵工藝流程：轉爐煙氣→活動煙罩→汽化冷卻煙道→蒸發冷卻器→電除塵器→ID風機→杯閥切換→煤氣回收、放散（回收時經過煤冷塔）。轉爐在冶煉過程中產生大量高溫煙氣，經汽化冷卻煙道降溫后，進入蒸發冷卻器，蒸發冷卻器內部雙流霧化噴嘴噴水對煙氣進行冷卻降溫，然后煙氣進入圓筒式電除塵器進行精除塵。在軸流風機的引力作用下，煙氣經消音器、切換站，合格的煙氣經煤氣冷卻器降溫后送往煤氣柜，不合格的含塵煙氣經煙囪放散[3]。

目前傳統轉爐LT 法煙氣除塵工藝很難滿足現行標準，因此需要對現有傳統轉爐一次煙氣LT 法除塵工藝進行升級改造。現有傳統轉爐LT 法實現一次煙氣超低排放改造方式主要包括：“LT+布袋除塵、LT+煤冷塔前移”。

2.2.1 LT+布袋除塵

該改造方式是將布袋除塵器嵌入在放散杯閥及放散煙囪之間的管道上，LT系統其余設施無任何改動。工藝流程：轉爐煙氣→LT設備設施→ID風機→杯閥切換→煤氣回收、放散（放散時通過布袋除塵器）。

布袋除塵器對細小粉塵具有高效脫除作用。在放散煙氣通過布袋除塵器時，對煙氣中細小粉塵進一步脫除，可實現超低排放。此改造方式存在布袋結露失效、燃爆風險。

2.2.2 LT+煤冷塔前移

該改造方式是將原LT 工藝中的煤冷塔移至ID風機與杯閥之間，LT 系統其余設施無任何改動。工藝流程：轉爐煙氣→LT 設備設施→ID 風機→煤冷塔（前移）→杯閥切換→煤氣回收、放散。

改造后，放散煙氣經過煤冷塔進一步噴水降溫、除塵，從而實現超低排放。改造后阻力增大，能耗增大。

3 轉爐煉鋼二次、三次煙氣除塵工藝超低排放改造

二次、三次煙氣除塵工藝：轉爐生產過程中產生的外溢煙氣→自吸塵口吸入除塵管道→進入到逆噴布袋除塵器內→二次、三次除塵風機→放散煙囪。為進一步降低排放濃度實現超低排放，二次、三次除塵在現有基礎上可通過“除塵器擴容、布袋改型”的方式提升改造。

3.1 除塵器擴容

除塵器擴容是增設新除塵器及除塵風機。擴容后除塵器整體過濾面積及風量均增大，此改造占地大，投資高，施工周期長，適宜于需要提升整體除塵風量的系統改造。

3.2 布袋改型

布袋改型是將現有除塵器普通非覆膜濾料更換為高效低阻力的覆膜濾料[4]，此改造不需要增加占地面積，改造時間短，投資相對低，適宜于現場風量不需要提高，現有布袋除塵器過濾面積不變的系統改造。

4 結語

各鋼鐵企業為實現氧氣頂吹轉爐煙氣超低排放，傳統的濕法、干法一次除塵以及二次、三次除塵可根據上述不同改造組合的技術和改造特點，結合企業自身實際情況采用相應的提升改造組合方式，且各改造組合方式均能達到煙氣顆粒物排放值≤10mg/Nm3的目標。

“OG+濕法電除塵、OG+高效凈化塵霧分離器”兩者均無需對原OG系統設備進行改動，僅增設新設備，改造占地相對小，便于施工；“OG+相變凝聚塔+高效膜式除塵器”需對原OG系統設備進行改動，同時需增設新設備，改造較難施工；“OG+聲波團聚除塵”需對原OG系設備進行改動，但改造范圍小。“LT+布袋除塵器”無需對原LT系統設備進行改動，需增設新布袋除塵器；“LT+煤冷塔前移”無需增設新設備，但需對原煤冷系統設備進行整體移位。二次、三次除塵器擴容需增設新除塵器及除塵風機，占地大且投資高；二次、三次除塵器除塵布袋改型無需增設新設備，需對現有除塵布袋進行整體更換，改造不占地且投資相對低。