转炉煤气干法除尘技术的发展及应用

转炉煤气干法除尘技术的发展及应用

煤气表通过泵送的过滤技术可分为湿法（og法）和法。由于以文氏喷雾法为主的湿式废水处理技术具有能耗高、废水含矿量高等缺点。考虑到世界钢铁行业高度集中的节能环保，如发电湿式水装置（bt）越来越受到重视。中国已将其纳入《国家重点行业清洁生产技术指导目录》，并将其推广。了解国内外转炉煤气干法除尘技术的发展及应用情况,对钢铁企业选择先进的除尘工艺,从而降低吨钢能耗、提高煤气回收率、实现负能炼钢具有重要意义。一、烟气余热除尘法法1最早的转炉煤气干法除尘工艺是由德国Lurgi和Thyssen在20世纪60年代末联合开发的LT法,西门子-奥钢联(SIMENS-VAI)公司在此基础上改进出DDS法近几年我国中冶京诚、中冶赛迪、西重所等单位也开发出了国产化的干法除尘系统。该法主要工艺流程见图1,整个系统主要包括煤气冷却系统(活动烟罩、汽化冷却烟道)、除尘系统(蒸发冷却器、静电除尘器)及回收系统(切换站、煤气冷却器)。1400~1600℃的转炉煤气经活动烟罩、汽化冷却烟道回收蒸汽后降温至约1000℃,进入蒸发冷却器进行冷却、粗除尘及增湿调质,温度降至150~200℃,粉尘浓度由80~150g/m3降至40~55g/m3。煤气经静电除尘器精除尘后粉尘浓度达到约10mg/m3,在煤气切换站,CO含量大于35%、O2含量小于2%的合格煤气送煤气冷却器冷却至75℃后储存,不合格煤气经放散烟囱点火排放。蒸发冷却器及静电除尘器收集的干粉尘经压块后可直接返回转炉使用。在除尘系统中,蒸发冷却器和静电除尘器是影响转炉煤气除尘效果的关键设备。1.增强冷却汽雾两相喷嘴蒸发冷却器引入了蒸发冷却原理,即利用水蒸发的潜热来使烟气降温,比湿法除尘通过水升温吸热的饱和冷却方式大幅降低了耗水量。汽雾两相喷嘴是实现有效冷却的核心部件。现在广泛使用的是双流体外混式喷枪,冷却水从喷嘴中心孔喷出,同时蒸汽从中心孔周围的环形间隙喷出,在喷嘴出口处形成雾化水,喷雾颗粒小于100μm,使水100%蒸发。喷水量由计算机根据烟气在蒸发冷却器进、出口的温度和流量自动控制。蒸汽也可以用氮气代替或互相切换,使用氮气更具节水效果。2.自动开启自动原理,设计自动把叶片发生爆炸的装置,方案2,将所有烟气成分进入燃烧静电除尘器是转炉煤气干法除尘系统最关键的设备,控制重点在于防止爆炸及保证出口烟气浓度在10~20mg/m3。由于转炉煤气含有约70%的CO,与空气混合形成的可燃性气体容易发生爆炸,所以将静电除尘器外形设计成圆筒形,使不同成分的气体呈柱塞状流动而不被混合,并在进出口处装有自动启闭安全防爆阀,在烟气成分进入燃烧爆炸范围时能有效地进行卸压。另外还有将整个系统设计成用氮气密封,从而隔绝空气中的氧气进入除尘器发生爆炸。为降低静电除尘器的爆炸率,我国中冶京诚工程技术有限公司研究在静电除尘器入口烟气管道上设置防爆装置,于2009年申请了专利。该防爆装置包括气体成分分析仪、气体喷射装置及控制装置,在检测到烟气中CO、O2含量达到爆炸极限范围内时,即CO浓度大于9%、同时O2浓度大于6%时,向烟气中喷射氮气、惰性气体、CO2或水蒸汽等,通过破坏气体混合比例来避免爆炸。为保证除尘效率,静电除尘器的电极选材、合理的极配形式非常重要。现在使用效果较好的极配形式是锯齿形阴极线和C形阳极板,内设4个电场平行布置。奥钢联DDS法静电除尘器设计的极线厚度为4~5mm,极板厚度为1.2~1.8mm,极间距为400mm。二、国内外钢、气干、煤除湿技术的应用1.浦项厂干法除尘系统目前国外转炉煤气干法除尘技术主要有鲁奇-比肖夫(Lurgi-Bischof)的LT法和西门子-奥钢联(SIMENS-VAI)公司的DDS法,在德国、奥地利、韩国、澳大利亚、法国、卢森堡等国得到了广泛应用,美、英、日也开始采用该技术,干法除尘应用总数已达40套以上。近几年亚洲钢厂应用逐渐增多,浦项公司在1987年将3座250t转炉引进LT法后,新建的浦项厂2套300t转炉继续采用该法,并计划应用于印度钢厂项目的2座脱磷转炉和3座脱碳转炉。近年来两家公司承担的部分项目见表1。(1)应用效果欧洲钢厂在20世纪80年代开始采用干法除尘,经过改进设备及工艺后,进入21世纪干法系统运行非常稳定,部分钢厂转炉干法除尘系统运行效果如表2所示,除尘后粉尘排放浓度均在10mg/m3以下。(2)技术改进措施对于静电除尘器的泄爆问题,欧洲钢厂已能够稳定控制,将除尘系统发生泄爆的次数控制在1~3次/月。泄爆主要发生在装铁水后至开吹前这段时间,且多在冬、夏季发生,主要原因是废钢带入水分造成。欧洲钢厂废钢装入比高,并大量使用废旧家电、汽车、饮料罐等薄板制品压制成的废钢压块,在雨季和冬季容易积存水分,带入转炉后的水被还原为H2和CO,在开吹前进入静电除尘器并与空气混合,造成泄爆。欧洲钢厂的应对措施是采取先加废钢后兑铁水,控制废钢比在20%以下;补吹时泄爆采用高氧枪位和小氧量,在1min内氧气从零增加至550m3/min,然后为每30s增加50m3/min,下枪间隔时间大于2min。对于吹炼开始后和停吹后再开吹时由于炉气中CO与系统内的空气混合造成的系统泄爆,通过设定“前烧期”和开吹后采用较小氧流量控制方法,已基本能够杜绝。2.干法除尘系统运行问题及改进措施目前我国约90%的转炉仍采用湿法除尘,但随着国家节能减排政策要求的提高,国内越来越多的钢铁企业意识到采用和推广干法除尘技术的重要性。从1994年宝钢第一次全套引进国外转炉煤气干法除尘系统开始,至今已有40多座转炉采用了干法。目前我国除少量关键技术和部件引进外,大量的设备、系统设计已实现了国产化,我国采用干法除尘的部分转炉见表3。(1)应用效果我国部分转炉干法除尘效果见表4,不仅放散烟气含尘量达到了设计要求,煤气回收量也大大提高。根据宝钢经验,与OG法相比,采用LT法除尘工艺,吨钢可节电约1.1kWh,节水约3t,并可回收10.5kg含铁75%以上的粉尘和相当于20L燃油的优质煤气。(2)技术改进措施国内钢厂针对干法除尘系统运行中出现的问题,总结经验,进行了诸多改进,取得了显著效果。1)在静电除尘器泄爆问题上,中冶京诚在系统自动化控制程序中对二次下枪冶炼模式进行限定,避免导致爆炸的气体混合;对于废钢含水导致炉气中氢气含量增加带来的爆炸,采用了可以同时分析O2、CO2、CO、H2四种气体的分析仪,并在程序中增加了对相应成分的浓度联锁。天铁开发了转炉供氧冶炼的控制技术,在转炉开吹时,供氧量为18000~20000m3/h,在90s后,当冶炼达到C-O反应的激烈时期,供氧再达到额定量38000m3/h。另外天铁还在蒸发冷却器出口增加氮气稀释装置,于开始冶炼前40s向除尘系统喷吹氮气来稀释残余CO,有效地避免了除尘系统泄爆。2)优化静电除尘器极线-极板配置,提高使用寿命及除尘效果。由于转炉煤气成分复杂,极线、极板容易腐蚀断裂,天铁、包钢、迁钢等钢厂改进了极配形式,静电除尘器的1、2电场极线采用6mm厚的不锈钢材料,阳极板采用2mm不锈钢,天铁还将极间距改为350mm。另外包钢根据除尘器前段及内部烟气速度、含尘量的变化特点,将4个电场采用不同的电流供给,使3、4电场强度大于1、2电场强度,达到烟气彻底净化的效果。(3)改善蒸发冷却器水质国内外一般将煤气冷却器的回水用于蒸发冷却器喷嘴用水,由于水质悬浮物较多,存在喷嘴堵塞及偏流问题,影响除尘效果。迁钢及宝钢采用蒸发冷却器单独供净水,提高了喷嘴的可靠程度。三、我国包钢200t转炉烟气干法除尘技术由于转炉煤气干法除尘系统初期投资比湿法系统高,而且需要经常对静电除尘器进行维护,很多钢厂对是否采用该法存在投资收益顾虑。为此将国内外成功应用干法除尘系统的转炉经济指标与湿法进行了对比。点,其年经营费用比OG法约低22%,经济收益则比OG法高出30%。LT法4年左右即可收回投资,而OG法一般需14年以上。我国包钢210t转炉除尘系统由传统OG法改造为LT法能耗及经济效益对比见表7、8。从表中可以看出,LT法系统比OG法系统仅在节省运行费用和多回收煤气方面,效益之和就达到1204.97万元,3.2年即可回收全部设备投资。转炉煤气干法除尘技术具有节能、除尘效果好、投资回收期短等优点,在国际上已经成为转炉烟气除尘技术的发展方向。随着国内外多套转炉煤气干法除尘系统的成功应用,总结了一系列经验,包括选择高效雾化的喷嘴,静电除尘器极配形式合理、材质防腐性能好,