轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)低排放技術(shù)探討
近年來,我國對轉(zhuǎn)爐煉鋼煙氣的粉塵排放濃度要求越來越嚴(yán),部分地區(qū)鋼鐵企業(yè)已經(jīng)提高到了10mg/Nm3甚至5mg/Nm3的要求。這樣就引出了諸多新的除塵技術(shù)在轉(zhuǎn)爐干法系統(tǒng)上的應(yīng)用。針對轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)的幾種低排放技術(shù)進(jìn)行了探討,并對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了論述。
1 概述
轉(zhuǎn)爐煉鋼煙氣的凈化回收系統(tǒng)目前主要有以下3 種：①濕法除塵系統(tǒng)（OG 法）。轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過汽化冷卻煙道冷卻至800～1 000 ℃，然后經(jīng)過文氏管及脫水器的作用，將系統(tǒng)內(nèi)的大部分粉塵除去。②干法除塵系統(tǒng)。采用蒸發(fā)冷卻器與電除塵器有機(jī)結(jié)合起來的方法，蒸發(fā)冷卻器捕集大顆粒粉塵，電除塵器捕集細(xì)顆粒粉塵。③半干法除塵系統(tǒng)。結(jié)合干法系統(tǒng)和濕法系統(tǒng)的部分優(yōu)點(diǎn)，采用“蒸發(fā)冷卻器+環(huán)縫文氏管”的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)內(nèi)既有蒸發(fā)冷捕集的干灰，也有環(huán)縫收集下的污泥。三種技術(shù)路線各有各的特點(diǎn)，但從節(jié)能降耗、排放等角度來看干法系統(tǒng)優(yōu)勢更明顯。因此，轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)是國家發(fā)改委編制的《國家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄（2017 年本，節(jié)能部分）》第三項(xiàng)，也是國家鋼鐵工業(yè)協(xié)會大力推廣的“三干、三利用“中的重點(diǎn)技術(shù)。
2 轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)工藝
轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示。
轉(zhuǎn)爐在冶煉過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓? 400～1 600 ℃）經(jīng)汽化冷卻煙道冷卻，溫度降至800～1 000 ℃，然后通過蒸發(fā)冷卻器繼續(xù)冷卻，煙氣溫度降至250 ℃左右，降溫的同時對煙氣進(jìn)行了調(diào)質(zhì)處理，使煙氣中粉塵的比電阻更有利于電除塵器的捕集。煙氣中30%～40%的粗粉塵被蒸發(fā)冷卻器所捕集。調(diào)質(zhì)的煙氣經(jīng)荒煤氣管道自然冷卻，煙氣溫度降至約150 ℃，進(jìn)入圓形電除塵器，經(jīng)電除塵器凈化后含塵量可達(dá)15 mg/Nm3 以下。捕集到的粉塵為干態(tài)，可以通過汽車運(yùn)出，送至燒結(jié)廠回收再利用。
風(fēng)機(jī)采用變頻器變頻調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)流量跟蹤調(diào)節(jié)，以保證煤氣回收的數(shù)量與質(zhì)量，節(jié)電降耗。煤氣切換站由2 個液壓驅(qū)動的杯閥所組成。當(dāng)煙氣符合回收條件時，回收杯閥打開，放散杯閥關(guān)閉。煙氣通過回收杯閥進(jìn)入煤氣冷卻器，經(jīng)噴淋冷卻將溫度由150 ℃降至70 ℃以下進(jìn)入煤氣柜。當(dāng)煙氣不符合回收條件時，放散杯閥打開，回收杯閥關(guān)閉，煙氣通過放散杯閥由放散煙囪點(diǎn)火放散。
3 轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)的排放現(xiàn)狀
新建的轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)經(jīng)檢測排放含塵濃度的平均值可達(dá)15 mg/Nm3 以下。但目前國家對部分地區(qū)排放有了更高的要求。國務(wù)院辦公廳還發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動計(jì)劃實(shí)施情況考核辦法的通知》，對各地各種大氣污染進(jìn)行了強(qiáng)制規(guī)定。因此，很多鋼鐵企業(yè)對排放提出了更高的要求——排放含塵濃度的平均值≤10 mg/Nm3。
但電除塵器本身受限于高比電阻粉塵引起的反電暈、振打引起的二次揚(yáng)塵及微細(xì)粉塵荷電不充分等電除塵器固有的技術(shù)瓶頸，很難實(shí)現(xiàn)出口排放濃度穩(wěn)定≤10mg/Nm3。在這樣的背景下就提出了對轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)進(jìn)行低排放技術(shù)路線的研究。
4 終端精除塵路線
4.1 干法電除塵器后增加濕式電除塵器
在原干法除塵系統(tǒng)放散杯閥之后，放散煙囪之前增加濕式圓筒型電除塵器。煙氣經(jīng)過轉(zhuǎn)爐煤氣干法電除塵器凈化后，粉塵含塵量在15 mg/Nm3 以下。然后經(jīng)過濕式電除塵器進(jìn)一步精除塵，可使煙氣排放濃度遠(yuǎn)低于10 mg/Nm3，甚至在5 mg/Nm3 以下。
此種方案濕式電除塵器必須采用圓筒型，保證煙氣在濕電內(nèi)的柱塞狀流通，設(shè)備不存在死角，可降低爆炸的可能性，而圓筒型濕電又可以設(shè)計(jì)成為立式和臥式兩種。立式濕電一般采用蜂窩式，相對電場風(fēng)速較臥式濕電可以大一些。但由于采用立式結(jié)構(gòu)，除塵器只能制作一個電場。因此，一旦電場出現(xiàn)問題，整個除塵器將無法使用，冶煉必須停止。臥式濕電一般采用板線式，可設(shè)置兩個或更多的電場保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。一個電場故障時，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，不會造成停產(chǎn)。但相對與立式濕電，其投資費(fèi)用要高很多。
無論采用臥式濕電或立式濕電，均會給整個系統(tǒng)增加爆炸的可能性，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性要求更高。增加濕式電除塵器的缺點(diǎn)有以下幾個：①循環(huán)水量、能耗增加。在干法電除塵器之后增加濕電還需要解決一個問題，就是要噴水降溫使煙氣飽和。進(jìn)入濕電前要通過噴淋冷卻將煙氣溫度降至60 ℃以下，使煙氣飽和，保證濕式電除塵器的除塵效率。②噴水降溫后煙氣飽和，煙囪出口會出現(xiàn)“白煙羽”現(xiàn)象。部分地區(qū)是明確要求必須進(jìn)行“脫白”治理的，其一次投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用非常高。③必須增加一套水處理及污泥處理裝置，費(fèi)用增加基本占了整個系統(tǒng)費(fèi)用的15%～25%。④末端增加濕電的技術(shù)路線，引入了爆炸的可能性。因此，不建議采用末端增加濕式電除塵器去保證排放的技術(shù)路線。
4.2 “煤冷前移”路線
“煤冷前移”路線如圖2 所示。
傳統(tǒng)干法的工藝路線是符合煤氣回收的煙氣經(jīng)過回收杯閥進(jìn)入煤氣冷卻器，而不符合煤氣回收的煙氣則由放散杯閥經(jīng)放散煙囪點(diǎn)火放散?！懊豪淝耙啤笔菍⑶袚Q站后的“煤氣冷卻器”前移，移至切換站之前，即無論是否符合煤氣回收條件，煙氣都必須經(jīng)過“煤氣冷卻器”冷卻及噴水除塵，再次凈化后的煙氣經(jīng)過切換站進(jìn)行回收和放散過程。
“煤冷前移”路線的優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)過再次水浴除塵，粉塵排放濃度可以由15 mg/Nm3 降低至10 mg/Nm3 以下。
“煤冷前移”路線的缺點(diǎn)：①無論煙氣回收與否，均需要經(jīng)過“煤冷”，這必然會增加大量的阻力，造成系統(tǒng)能耗增大。②經(jīng)過水浴后，煙氣中將含有大量霧滴，如果不進(jìn)行除霧，則會造成煙囪“下雨”現(xiàn)象；增加除霧裝置就會相應(yīng)增加投資和運(yùn)行費(fèi)用。③經(jīng)過水浴除塵后，煙氣中含濕度增大，由原來的不飽和煙氣變成飽和煙氣，在煙囪排放的過程中，必然會出現(xiàn)“白煙羽”的現(xiàn)象，引入了新的煙氣“脫白”需求。④原有工藝。當(dāng)煤氣冷卻器出現(xiàn)故障，可以采用緊急放散，繼續(xù)冶煉，隔斷煤冷進(jìn)行檢修。而“煤冷前移”后，一旦煤氣冷卻器出現(xiàn)問題，將必然導(dǎo)致停產(chǎn)檢修煤冷，直接影響生產(chǎn)的連續(xù)性。
5 結(jié)束語
“煤冷前移”作為保證出口排放濃度的一種新技術(shù)路線，其經(jīng)濟(jì)性十分好，但是需要引入“除霧器”和“煙氣脫白裝置”。一次投資和運(yùn)行費(fèi)用都有較高的漲幅，但相對于濕式電除塵器而言，無論是投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都基本只占濕電的1/5，因此，在粉塵濃度提出排放10 mg/Nm3以下要求時，干法電除塵器后采用“煤冷前移”是性價比非常高的選擇。
1 概述
轉(zhuǎn)爐煉鋼煙氣的凈化回收系統(tǒng)目前主要有以下3 種：①濕法除塵系統(tǒng)（OG 法）。轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過汽化冷卻煙道冷卻至800～1 000 ℃，然后經(jīng)過文氏管及脫水器的作用，將系統(tǒng)內(nèi)的大部分粉塵除去。②干法除塵系統(tǒng)。采用蒸發(fā)冷卻器與電除塵器有機(jī)結(jié)合起來的方法，蒸發(fā)冷卻器捕集大顆粒粉塵，電除塵器捕集細(xì)顆粒粉塵。③半干法除塵系統(tǒng)。結(jié)合干法系統(tǒng)和濕法系統(tǒng)的部分優(yōu)點(diǎn)，采用“蒸發(fā)冷卻器+環(huán)縫文氏管”的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)內(nèi)既有蒸發(fā)冷捕集的干灰，也有環(huán)縫收集下的污泥。三種技術(shù)路線各有各的特點(diǎn)，但從節(jié)能降耗、排放等角度來看干法系統(tǒng)優(yōu)勢更明顯。因此，轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)是國家發(fā)改委編制的《國家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄（2017 年本，節(jié)能部分）》第三項(xiàng)，也是國家鋼鐵工業(yè)協(xié)會大力推廣的“三干、三利用“中的重點(diǎn)技術(shù)。
2 轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)工藝
轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示。
轉(zhuǎn)爐在冶煉過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓? 400～1 600 ℃）經(jīng)汽化冷卻煙道冷卻，溫度降至800～1 000 ℃，然后通過蒸發(fā)冷卻器繼續(xù)冷卻，煙氣溫度降至250 ℃左右，降溫的同時對煙氣進(jìn)行了調(diào)質(zhì)處理，使煙氣中粉塵的比電阻更有利于電除塵器的捕集。煙氣中30%～40%的粗粉塵被蒸發(fā)冷卻器所捕集。調(diào)質(zhì)的煙氣經(jīng)荒煤氣管道自然冷卻，煙氣溫度降至約150 ℃，進(jìn)入圓形電除塵器，經(jīng)電除塵器凈化后含塵量可達(dá)15 mg/Nm3 以下。捕集到的粉塵為干態(tài)，可以通過汽車運(yùn)出，送至燒結(jié)廠回收再利用。
風(fēng)機(jī)采用變頻器變頻調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)流量跟蹤調(diào)節(jié)，以保證煤氣回收的數(shù)量與質(zhì)量，節(jié)電降耗。煤氣切換站由2 個液壓驅(qū)動的杯閥所組成。當(dāng)煙氣符合回收條件時，回收杯閥打開，放散杯閥關(guān)閉。煙氣通過回收杯閥進(jìn)入煤氣冷卻器，經(jīng)噴淋冷卻將溫度由150 ℃降至70 ℃以下進(jìn)入煤氣柜。當(dāng)煙氣不符合回收條件時，放散杯閥打開，回收杯閥關(guān)閉，煙氣通過放散杯閥由放散煙囪點(diǎn)火放散。
3 轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)的排放現(xiàn)狀
新建的轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)經(jīng)檢測排放含塵濃度的平均值可達(dá)15 mg/Nm3 以下。但目前國家對部分地區(qū)排放有了更高的要求。國務(wù)院辦公廳還發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動計(jì)劃實(shí)施情況考核辦法的通知》，對各地各種大氣污染進(jìn)行了強(qiáng)制規(guī)定。因此，很多鋼鐵企業(yè)對排放提出了更高的要求——排放含塵濃度的平均值≤10 mg/Nm3。
但電除塵器本身受限于高比電阻粉塵引起的反電暈、振打引起的二次揚(yáng)塵及微細(xì)粉塵荷電不充分等電除塵器固有的技術(shù)瓶頸，很難實(shí)現(xiàn)出口排放濃度穩(wěn)定≤10mg/Nm3。在這樣的背景下就提出了對轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵系統(tǒng)進(jìn)行低排放技術(shù)路線的研究。
4 終端精除塵路線
4.1 干法電除塵器后增加濕式電除塵器
在原干法除塵系統(tǒng)放散杯閥之后，放散煙囪之前增加濕式圓筒型電除塵器。煙氣經(jīng)過轉(zhuǎn)爐煤氣干法電除塵器凈化后，粉塵含塵量在15 mg/Nm3 以下。然后經(jīng)過濕式電除塵器進(jìn)一步精除塵，可使煙氣排放濃度遠(yuǎn)低于10 mg/Nm3，甚至在5 mg/Nm3 以下。
此種方案濕式電除塵器必須采用圓筒型，保證煙氣在濕電內(nèi)的柱塞狀流通，設(shè)備不存在死角，可降低爆炸的可能性，而圓筒型濕電又可以設(shè)計(jì)成為立式和臥式兩種。立式濕電一般采用蜂窩式，相對電場風(fēng)速較臥式濕電可以大一些。但由于采用立式結(jié)構(gòu)，除塵器只能制作一個電場。因此，一旦電場出現(xiàn)問題，整個除塵器將無法使用，冶煉必須停止。臥式濕電一般采用板線式，可設(shè)置兩個或更多的電場保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。一個電場故障時，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，不會造成停產(chǎn)。但相對與立式濕電，其投資費(fèi)用要高很多。
無論采用臥式濕電或立式濕電，均會給整個系統(tǒng)增加爆炸的可能性，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性要求更高。增加濕式電除塵器的缺點(diǎn)有以下幾個：①循環(huán)水量、能耗增加。在干法電除塵器之后增加濕電還需要解決一個問題，就是要噴水降溫使煙氣飽和。進(jìn)入濕電前要通過噴淋冷卻將煙氣溫度降至60 ℃以下，使煙氣飽和，保證濕式電除塵器的除塵效率。②噴水降溫后煙氣飽和，煙囪出口會出現(xiàn)“白煙羽”現(xiàn)象。部分地區(qū)是明確要求必須進(jìn)行“脫白”治理的，其一次投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用非常高。③必須增加一套水處理及污泥處理裝置，費(fèi)用增加基本占了整個系統(tǒng)費(fèi)用的15%～25%。④末端增加濕電的技術(shù)路線，引入了爆炸的可能性。因此，不建議采用末端增加濕式電除塵器去保證排放的技術(shù)路線。
4.2 “煤冷前移”路線
“煤冷前移”路線如圖2 所示。
傳統(tǒng)干法的工藝路線是符合煤氣回收的煙氣經(jīng)過回收杯閥進(jìn)入煤氣冷卻器，而不符合煤氣回收的煙氣則由放散杯閥經(jīng)放散煙囪點(diǎn)火放散?！懊豪淝耙啤笔菍⑶袚Q站后的“煤氣冷卻器”前移，移至切換站之前，即無論是否符合煤氣回收條件，煙氣都必須經(jīng)過“煤氣冷卻器”冷卻及噴水除塵，再次凈化后的煙氣經(jīng)過切換站進(jìn)行回收和放散過程。
“煤冷前移”路線的優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)過再次水浴除塵，粉塵排放濃度可以由15 mg/Nm3 降低至10 mg/Nm3 以下。
“煤冷前移”路線的缺點(diǎn)：①無論煙氣回收與否，均需要經(jīng)過“煤冷”，這必然會增加大量的阻力，造成系統(tǒng)能耗增大。②經(jīng)過水浴后，煙氣中將含有大量霧滴，如果不進(jìn)行除霧，則會造成煙囪“下雨”現(xiàn)象；增加除霧裝置就會相應(yīng)增加投資和運(yùn)行費(fèi)用。③經(jīng)過水浴除塵后，煙氣中含濕度增大，由原來的不飽和煙氣變成飽和煙氣，在煙囪排放的過程中，必然會出現(xiàn)“白煙羽”的現(xiàn)象，引入了新的煙氣“脫白”需求。④原有工藝。當(dāng)煤氣冷卻器出現(xiàn)故障，可以采用緊急放散，繼續(xù)冶煉，隔斷煤冷進(jìn)行檢修。而“煤冷前移”后，一旦煤氣冷卻器出現(xiàn)問題，將必然導(dǎo)致停產(chǎn)檢修煤冷，直接影響生產(chǎn)的連續(xù)性。
5 結(jié)束語
“煤冷前移”作為保證出口排放濃度的一種新技術(shù)路線，其經(jīng)濟(jì)性十分好，但是需要引入“除霧器”和“煙氣脫白裝置”。一次投資和運(yùn)行費(fèi)用都有較高的漲幅，但相對于濕式電除塵器而言，無論是投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都基本只占濕電的1/5，因此，在粉塵濃度提出排放10 mg/Nm3以下要求時，干法電除塵器后采用“煤冷前移”是性價比非常高的選擇。
