干法除尘在炼钢厂的应用.docx

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干法除尘在炼钢厂的应用

干法除尘在江阴兴澄转炉炼钢厂的应用

刘新建

（江阴兴澄特种钢铁有限公司，江苏省江阴市，）

摘要：

阐述干法除尘技术在转炉炼钢厂的应用，对干法除尘系统使用过程中出现的问题进行总结分析，为该项工艺技术的进一步的研究与改进积累经验及提供依据。

关键词：

干法除尘、蒸发冷却器、电除尘器、爆炸极限

Abstract:

ThisarticledescribestheapplicationofDryDedustSystemtechnologyinConverterSteelmakingPlant,combinedwiththeexperienceofJiangyinXingchengSpecialSteelCo.,Ltd.,toanalyzethequestionsandsummarizeexperience,inordertoprovidethebasisforthefurtherresearchandaccumulationofexperience.

Keyword:

DDS、EvaporationCooler、ElectrostaticPrecipitator、Explosivelimits

引言

江阴兴澄公司特板炼钢厂于2009年投运的两套炼钢主体设备包括2台120吨转炉及2套转炉一次干法电除尘设备。

与传统湿法除尘OG法相比，干法除尘具有能耗低、排放低、运行成本低、占地少、粉尘回收处理简单、现场管理条件优越等优势，近年来随着钢铁企业的节能环保压力逐渐加大以及该项工艺技术不断完善和趋于成熟，愈来愈多的转炉炼钢开始采用干法除尘。

一．转炉干法除尘工艺介绍

约1600℃的转炉烟气在ID风机的牵引作用下，经过烟气冷却系统（活动烟罩、汽化冷却烟道），使温度降至800℃～1000℃后进入蒸发冷却器。

蒸发冷却器内配备10只双介质雾化冷却喷嘴，对烟气进行降温、调质、粗除尘，烟气温度降低到250℃～270℃，同时约40%烟气中的粉尘在蒸发冷却器雾化水的作用下被捕获，形成的粗颗粒粉尘通过链式输送机输入粗灰储灰仓；经冷却、粗除尘和调质后的烟气通过除尘管道进入圆筒形静电除尘器，烟气经静电除尘器除尘后含尘量降至10mg/m3以下。

静电除尘器收集到的除尘灰，经过扇形刮板器、底部链式输送机和细灰输送装置排到细灰仓。

经过静电除尘器精除尘的热值较高的烟气经过煤气冷却器降温到70℃以下后进入煤气柜回收；热值较低的或氧含量>0.5%的烟气通过放散装置放散。

整套系统与转炉的控制相结合，采用自动控制。

1.蒸发冷却器

转炉冶炼过程中，含有大量ＣＯ的高温烟气经冷却后才能满足干法除尘系统的运行条件。

蒸发冷却器入口的烟气温度为800℃～1000℃，出口温度约为270℃才能达到静电除尘器的条件。

为此，采用了10只双流喷嘴调节最佳水量降温。

双流喷嘴的水量根据进入蒸发冷却器的转炉烟气进、出口温度及流量随时调整。

通入的蒸汽将水雾化成微小的水滴，水滴受烟气加热被蒸发汽化，在汽化过程中吸收烟气的热量，从而降低烟气温度。

　　蒸发冷却器除了冷却烟气功能外，还可依靠气流的减速以及进口处水滴对烟尘的润湿将粗颗粒的烟尘分离出去，达到除尘的目的。

粉尘聚积在蒸发冷却器底部由链式输送机输出。

　　蒸发冷却器还有对烟气进行调质的功能。

即在降低气体温度的同时提高烟气含湿量对烟气进行调质，改变烟气粉尘比电阻，有利于在静电除尘器中将粉尘分离出来。

除了烟气冷却和调节以外，占烟气中总粉尘含量约40%的粗灰在蒸发冷却器中进行沉积并被收集。

2.静电除尘器

静电除尘器有一个圆筒形的钢板外壳，壳体外表面带有隔热装置，设计有4个独立的电场，平行布置。

与除尘器的外壳相连接的阳极板之间形成通道，需净化的烟气流经这些通道，在集尘电极板框架间装有与高压供电系统连接的电极（阴极），由绝缘支架支撑。

工作电压67kV，峰值电压111kV，

由此产生的电晕，将导致形成带负电荷的气体离子，在放电电极和集尘电极之间的电场作用下，细小的粉尘颗粒由于受到气体离子的作用带上负电，在电场作用下在集尘阳极板上堆集。

积聚在集尘电极上的细颗粒粉尘通过振打脱尘系统，掉落在静电除尘器底部，由扇形刮灰装置收集到电除尘器底部的链式输灰机中。

圆筒形静电除尘器作为转炉一次烟气干法除尘系统的核心设备，其主要技术特点为：

　　①优异的极配形式。

由于转炉煤气的含尘量较高，在进入电除尘器时，一般为55g/Nm³-80g/Nm³，而除尘器出口的排放浓度要求小于15mg/Nm³。

这就要求电除尘器具有非常高的除尘效率，而除尘效率高低的主要因素就取决于其极线极板设计的合理性。

除尘器分为4个独立的电场，平行布置。

第三、四个电场均采用ZT24型阳极板，由于烟气温度较高且条件复杂，所以一、二电场阳极板采用了00Cr12材料。

针对4个电场的先后顺序，阴极采用了不同的形式和材质。

一、二电场阴极极线采用φ6mm不锈钢材质的扁钢芒刺，具备更强的耐冲击性、耐腐蚀性、耐磨性及耐高温性能，其余三、四电场采用了普通C钢材料，通过热调试后的检测，证明了该极线极板设计形式能够保证除尘效率，满足使用要求。

　　②良好的安全防爆性能。

由于转炉煤气属于易燃易爆介质，对设备的强度、密封性及安全泄爆性提出了很高的要求。

该除尘设备采用了抗压的圆筒外形，而且在锥形进出口各配有4套压力释放装置，从而保证了除尘器长期运行的安全可靠性。

③除尘器内部的扇形刮灰装置。

电除尘器内部刮灰装置是电除尘器中极为重要的一部分，电除尘器排灰是否顺利，会影响到整个系统的正常运转。

该除尘器的刮灰装置采用齿轮带动弧形齿条传动，并采用干油智能集中润滑，保证了刮灰装置的顺利运行。

④耐高温双排链式输送机。

由于该除尘设备除尘效率高，所以有大量的灰需要即时输送出去。

设备采用了较单排输灰链更为可靠的耐高温双排链式输送机进行输灰，确保输灰顺畅。

⑤大容量细灰储仓。

由于二台电除尘器都使用一套细灰储灰仓，为确保转炉连续稳定生产，同时还要考虑储灰仓不能及时卸灰的事故状态，因此细灰储灰仓容量按照12小时转炉生产设计；

3.轴流风机 

在干法除尘系统内，烟气依靠轴流风机提供驱动力，是整个干法除尘系统的动力源。

该种风机具备效率高、气流为线型的优点。

与电除尘器配合，引导并驱动转炉烟气呈柱塞形流动。

4.切换站

主要由两个严密密封的具有调节性能的钟型阀组成，负责在放散烟囱和煤气柜之间进行快速切换，以达到回收尽可能多的转炉煤气的目的；另外，为避免开关转换不会导致烟气压力的突然变化，在转炉烟气捕集段产生干扰性的烟气喘振现象，阀门关闭时必须在转换的终点位置完全密封，为此干法系统的钟型阀配有液压装置，与调节控制装置协同保证在排放烟囱和煤气柜之间阀门快速切换，阀门切换时间控制在3秒时间范围内。

5.煤气冷却器

　　煤气冷却器在静电除尘器后主要起洗涤降温作用，把经过静电除尘器除尘的合格的回收烟气（150℃～200℃）降温到低于70℃后送入煤气柜，并进一步除尘以减少回收至煤气柜的煤气含尘量。

煤气冷却器内上部装有两层喷水系统，合格烟气从煤气冷却器下部进入顶部排出，从而达到降温作用及进一步净化回收的煤气功能。

6.控制系统

干法除尘控制系统主要包括以下控制系统：

静电除尘器的控制、蒸发冷却器的温度控制、风机转速控制及切换站控制。

整个控制系统的关键是静电除尘器的控制，其性能特点是根据转炉冶炼周期不同工作状态，进行火花跟踪控制、间歇供电、反电晕检测、峰值跟踪控制并提供各种保护功能。

按预先设置的参数控制电场电压和电流，以发挥电除尘器除尘效率，确保安全生产；

蒸发冷却器水量控制是以控制出口烟气温度为核心，通过PID算法控制喷嘴蒸汽阀和水阀，来调节喷嘴的蒸汽及水用量，确保在保证进入蒸发冷却器的水完全蒸发的前提下，尽可能加大用水量，提高转炉烟气湿度，这样可以控制输灰系统不至积水并能沉积尽可能多的粉尘，减轻电除尘本体的除尘压力，而且湿度适当的烟气在电除尘器中更加容易被电场吸附并去除。

风机转速控制：

在不同的转炉冶期时期，烟气量各不相同。

烟气流量根据转炉的状态，按照预先设定好的风机参数――通过改变风机的转速来实现。

其中对烟气流量调节起主要作用的影响参数是吹氧量和烟气量，对于在炼钢过程中进行的加料作业，如球团料或造渣的石灰，DDS系统中的烟气流量调节系统将根据预先设定的程序做出相应的反应。

此外转炉的烟罩的位置和是否启用微差压控制也能影响风机的转速，但软件中该部分调节风机转速范围较窄。

切换站控制是在转炉固定的冶炼周期内根据烟气成分分析确定切换站的动作。

当烟气中ＣＯ含量大于整定值30%、氧气含量小于0.5%时，回收侧杯阀打开、放散侧杯阀关闭进行煤气回收。

反之放散侧杯阀打开、回收侧杯阀关闭进行烟气放散。

二．干法除尘系统故障分析

1.混气提枪

通常干法除尘系统设有在线气体分析装置用于系统内气体成分的在线分析，控制转炉氧枪吹炼。

以此避免系统中出现H2、CO和O2在爆炸极限内混和。

尤其要注意的是，如图2的双元体系爆炸极限与爆炸区域三角图中所示，H2、CO组成的混和气体爆炸极限较单一的H2或CO更为宽广，其爆炸下限有明限降低。

这样转炉吹炼的条件要综合考虑最差状态下H2与CO混合烟气的爆炸极限。

由于转炉的二次操作极难控制如喷溅、转炉返干、每次下枪的初始状态蒸发冷却器内喷嘴用水难以控制等原因，因此转炉必须坚决杜绝频繁提枪的生产及设备事故，以保证转炉生产的平稳与连续性，这样转炉铁水成分及氧枪开氧点、氧气流量控制、原辅料加料时机的把握等操作必须根据现场实际情况不断实验及摸索，避免系统内H2、CO和O2在爆炸极限内混和，总结出适用于本厂的转炉操作。

2.输灰机堵灰

蒸发冷却器、电除尘器输灰链堵灰，尤其蒸发冷却器输灰机极易堵灰，主要是：

①由于蒸发冷却器温度控制不好，喷水量大，造成粗灰潮湿。

②蒸发冷却器入口处的双流喷嘴的工作状态将直接影响到水量的调节，在生产中经常出现喷嘴堵塞导致冷却水不能完全蒸发以及在控制蒸发冷却器出口烟气温度恒定的要求下只能加大用水量，使得蒸发冷却器的粗灰潮湿。

③蒸发冷却器双流喷嘴阻塞或磨损，不能很好地将蒸发冷却器的用水雾化，一部分水滴落在蒸发冷器底部，这样导致输灰链箱体及下料管积灰潮湿而堵灰。

3.除尘器泄爆

转炉干法除尘在生产过程中可能产生燃爆，为避免严重的安全事故，必须防止在电除尘器内产生大的泄爆。

①在转炉吹炼前如使用先加铁水后加废钢的加料工艺或吹炼过程中加入的石灰、球团等辅助材料潮湿，尤其是在南方潮湿多雨的地区，易导致以下反应：

C+H2O→CO+H2－Q2CO+O2→2CO2+Q

2H2+O2→2H2O+Q

铁水中的碳将与废钢中所含水反应产生大量可燃性气体H2和CO，该部分气体进入电除尘器后与原先驻留的O2混和，极易产生大的泄爆。

图4所示为吹炼过程中转炉添加辅料生成大量的H2;

②转炉开吹时点火不充分，大量未燃烧尽的氧气进入电除尘器与生成的CO在爆炸极限区间内混和反应导致泄爆。

2C+O2→2CO+Q　　2CO+O2→2CO2+Q

图5为吹炼初始系统内留存大量氧气；

③转炉生产过程中吹炼中断，在脱碳反应剧烈时突然关氧提枪。

此时CO含量由50~60%逐步降低至0，而系统中的氧气由0逐步升高至20%，极易造成电除尘器内CO与O2在爆炸极限区间内混合，造成严重泄爆。

图6为脱碳反应剧烈时突然关氧提枪情况。

④系统如密封不严，如检修人孔在检修结束后未关闭、汽化烟道上的非金属膨胀结密封破损等，在系统内为负压的情况下会造成大量空气进入，在吹炼初期导致CO与O2在爆炸极限区间内混合泄爆。

因此为了避免泄爆要求必须严格执行转炉吹氧制度及转炉与操作规程系统、整个系统不能有大的漏风、加入的原辅料绝对不能潮湿以杜绝烟气中的H2含量等。

4.高压绝缘套管破损

在运行过程中，电除尘器的绝缘件由于安装或自身质量问题会出现破损，另外在转炉长时间停炉不开启加热器的情况下，不经预热将电除尘器立即投入运行也会导致高压绝缘套管破损、碎裂。

高压绝缘套管作为极线框架的支撑结构，破损将会导致阴极极线框架倾斜、变形，甚至与阳极极板相碰致使电除尘器的高压电场不能正常工作，因此必须定期检查及发现损坏的需及时更换。

5.电场极线极板变形

在运行中发现极板易变形，主要是由于电场内部规模较大的泄爆产生的冲击力引起的极线框架和极板变形。

除此之外，由于蒸发冷却器温度控制不稳定、以及由于电除尘器壳体漏风造成内部燃烧，引起电除尘内部结构件局部高温导致变形。

6.第一电场电压和电流太低或者跳电

由于第一电场基本上要负担整个电除尘器的65%左右的除尘负荷，因此如转炉吹炼操作、转炉原辅料用料、操作、烟气温度及水量控制不好，尤其是电除尘器内刮灰装置故障，会造成电场内除尘灰堆积，当积灰接近或达到极板极线框架下沿高度时，电场电流和电压会表现出始终没有其它电场高，直至停止运行，容易造成除尘效果不好。

7.扇形刮灰装置故障

扇形刮灰装置作为电除尘器的关键部件，其工作状态将直接影响电除尘器能否正常运行。

由于电除尘器内的走道材质选型或齿条柱销表面热处理的原因会导致走道下沉及齿条柱销磨损，最终都会使扇形刮灰装置齿条与驱动齿轮脱开，驱动齿轮空转。

这样沉积在电除尘器底部的除尘灰不能被刮刀送入细灰箱体，在电除尘器底部堆积，当除尘灰与极板及极线框架相接触时，电除尘器电场就会表现出工作电流极大但工作电压为0的状况。

8.回收中断

在转炉吹炼正常情况下，影响煤气回收的主要原因除转炉操作外，杯阀前的气体分析设备的故障也会导致的回收中断，因此必须定期对气体分析设备进行维护及易损件的更换；另外放散烟囱顶部的点火装置故障也是引起转炉事故提枪中断回收的原因之一，主要原因为①火炬防风罩与烟囱设计间距太小，而烟气流速太高，达到27m/s，如果火炬硬度不够，易被转炉烟气吹灭；②火炬混风口布置位置不正确；③天然气压力调节不合适。

三．结束语

作为传统高能耗、重污染的钢铁行业，目前国内所有钢铁公司都面临着极大的环保与节能压力，干法除尘逐渐成为炼钢厂的节能环保的手段之一。

兴澄公司特板炼钢厂在投产一年半的时间内，通过精心操作，不断摸索、总结，转炉炼钢已经实现蒸汽回收90kg/t，煤气回收100Nm3/t，烟气排放＜10mg/m3，达到转炉“负能炼钢”的水平及环保要求，取得良好社会效益及经济效益。

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