機(jī)械式真空脫氣爐除塵系統(tǒng)應(yīng)用研究與改進(jìn)

葛本伍，王 寶，譚永彥，焦 健

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東萊蕪 271104）

0 引言

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部現(xiàn)有一套120 t雙工位真空脫氣爐，使用機(jī)械真空泵進(jìn)行鋼水脫氣處理。機(jī)械泵真空系統(tǒng)作為新型環(huán)保節(jié)能技術(shù)，取代系統(tǒng)對(duì)蒸汽的依賴(lài)，減少系統(tǒng)水資源消耗，只消耗少量電能，沒(méi)有污水、污泥排放，有良好的環(huán)保節(jié)能效果。

1 問(wèn)題及原因分析

1.1 問(wèn)題

機(jī)械式真空脫氣爐系統(tǒng)由16臺(tái)一級(jí)油旋泵、8臺(tái)二級(jí)羅茨泵、20臺(tái)三級(jí)羅茨泵組成，系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)，基本能滿(mǎn)足冶金要求，但隨著規(guī)模化生產(chǎn)的推進(jìn)，系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)除塵器布袋燒損現(xiàn)象，由于布袋除塵器頻頻燒損，大量粉塵聚集進(jìn)入泵組內(nèi)部，導(dǎo)致羅茨泵轉(zhuǎn)子積灰卡阻，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電流增大，溫度升高，嚴(yán)重者卡死失效；油旋泵油液污染，導(dǎo)致系統(tǒng)排氣不暢，排煙溫度升高，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)燒損。由于系統(tǒng)屬于同步動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，一旦污染基本同步，危害性極大，曾出現(xiàn)過(guò)16臺(tái)油旋泵同時(shí)燒損的情況。

1.2 原因分析

1.2.1 過(guò)濾器設(shè)計(jì)缺陷

（1）過(guò)濾面積小，造成較大的壓力損失。

（2）過(guò)濾效果差，過(guò)濾器出風(fēng)側(cè)粉塵堆積嚴(yán)重，影響機(jī)械泵壽命。

（3）除塵器設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致布袋吹掃沒(méi)有效果，破空時(shí)布袋被擠壓在一起，是粉塵堆積的主要原因。

（4）破空設(shè)置不合理。真空脫氣爐布袋除塵器為避免粉塵燃燒，過(guò)濾器應(yīng)100%氮?dú)馄瓶?。堆積的粉塵與高速的破空空氣接觸，極易引起燃燒，是布袋燃燒的主要原因。

1.2.2 設(shè)備配置不完善

（1）罐體—抽氣管線—旋風(fēng)除塵—過(guò)濾器—真空泵系統(tǒng)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)合理的氣體冷卻。

（2）安裝在罐體和旋風(fēng)除塵器之間的前置除塵器沒(méi)有解決燒布袋問(wèn)題。

（3）設(shè)備布置過(guò)于緊湊，真空管道短，容易使熱的粉塵進(jìn)入過(guò)濾器布袋。

1.2.3 抽真空階段溢渣

常規(guī)真空脫氣爐抽真空階段經(jīng)常發(fā)生溢渣，見(jiàn)圖1、圖2。如果抽真空過(guò)程沒(méi)有得到很好控制、及時(shí)調(diào)整真空度，容易導(dǎo)致廢渣進(jìn)入后部系統(tǒng)，工藝操作要盡量減少溢渣次數(shù)。

圖1 溢渣

圖2 防濺蓋外部堆積的鋼渣

圖3 鼠籠式過(guò)濾器

圖4 系統(tǒng)配置

2 改造方案

（1）增設(shè)更大過(guò)濾面積的過(guò)濾器系統(tǒng)以減少布袋阻力損失，提高煙氣離開(kāi)過(guò)濾器時(shí)的潔凈度，滿(mǎn)足機(jī)械泵系統(tǒng)要求，同時(shí)減少真空泵區(qū)域由于粉塵超標(biāo)引發(fā)的維護(hù)需求。采用鼠籠式濾袋結(jié)構(gòu)（圖3）降低系統(tǒng)壓力損失。工藝氣體從布袋外側(cè)進(jìn)入，粉塵附著在布袋外面。氮?dú)饷}沖吹掃時(shí)，氮?dú)鈴牟即膬?nèi)側(cè)向外吹掃，可將附著在布袋外面的粉塵吹掃到過(guò)濾器底部，確保清理效果。

（2）增設(shè)自動(dòng)脈沖吹掃系統(tǒng)以確保每個(gè)機(jī)械泵循環(huán)結(jié)束后粉塵的及時(shí)清理。過(guò)濾器布袋可在真空狀態(tài)下清理，過(guò)濾器僅在設(shè)備停機(jī)時(shí)才需要破空。布袋清理的粉塵收集在過(guò)濾器底部，通過(guò)雙真空閥系統(tǒng)排放到過(guò)濾器下面的灰箱，避免灰塵在布袋內(nèi)堆積。

（3）安裝帶有切線入口的氣體冷卻器。安裝1個(gè)氣體冷卻器，氣冷器為板式旋風(fēng)結(jié)構(gòu)，既能確保氣冷器出口的煙氣溫度＜130℃，減少高溫粉塵進(jìn)入過(guò)濾器的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)降低工藝氣體溫度，減少泵系統(tǒng)吸入的煙氣體積，提高設(shè)備效率，又能達(dá)到粗除塵效果，將大顆粒粉塵捕集并排放到灰箱中。

（4）破空系統(tǒng)升級(jí)。用氮?dú)?00%破空布袋過(guò)濾器。在過(guò)濾器和罐體間安裝真空隔離閥門(mén)。利用現(xiàn)有真空閥與新增過(guò)濾器前端真空閥門(mén)的配合，實(shí)現(xiàn)真空下的脈沖吹掃和卸灰，加大預(yù)抽真空能力。同時(shí)只在真空脫氣爐設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)才需要完全破空布袋過(guò)濾器，減少氮?dú)獾南模瑢?shí)現(xiàn)100%過(guò)濾器氮?dú)馄瓶?，避免布袋燒損。

（5）采用工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，為人為干預(yù)泡沫渣控制提供支持，控制底吹效果，提高脫氣效率。

（6）系統(tǒng)配置如圖4所示，改造新增設(shè)備：真空管道、旋風(fēng)氣體冷卻器（帶真空集灰罐）、擁有專(zhuān)利技術(shù)的布袋除塵器（帶脈沖吹掃控制）、真空控制閥組、各類(lèi)傳感器儀表等元件，升級(jí)電控系統(tǒng)及程序控制。

3 改造效果及效益分析

3.1 改造效果

（1）徹底解決布袋除塵器布袋燒損問(wèn)題以及由布袋燃燒引起的油泵污染等問(wèn)題。

（2）縮短每爐真空脫氣處理時(shí)間5 min，減少機(jī)械泵組額外能源消耗。

（3）每爐鋼水減少溫降10℃，降低真空脫氣前級(jí)工序消耗更多能源，將鋼水提升至更高溫度，彌補(bǔ)額外的鋼水溫降。

（4）提高鋼水脫氣效果。

3.2 效益分析

改造后最直接的效益是對(duì)生產(chǎn)的助益。減少脫氣時(shí)間，為機(jī)械泵組提供更好、更穩(wěn)定的保護(hù)；提升鋼水脫氣質(zhì)量，使生產(chǎn)節(jié)奏更加順暢。從縮短真空脫氣處理時(shí)間和減少因鋼水溫降而導(dǎo)致前級(jí)工序額外耗能的角度做簡(jiǎn)單量化，可以看出改造帶來(lái)的直觀效益。

（1）真空脫氣處理時(shí)間每爐至少縮短5 min，減少泵組額外運(yùn)轉(zhuǎn)耗電。44臺(tái)泵組，單泵功率18.5 kW，總耗電量67 kW·h。

（2）每爐鋼水減少溫降10℃，前級(jí)LF（Ladle Furnace，鋼包精煉爐）需將每爐鋼水提升溫度10℃以彌補(bǔ)此額外溫降，保證后道工序的溫度要求。120 t鋼水在LF爐每升高1℃至少需消耗電60 kW·h，每爐鋼水需在LF額外耗能600 kW·h。

（3）新式除塵器維護(hù)量遠(yuǎn)小于原除塵器，布袋更換頻率1次/a，運(yùn)維成本遠(yuǎn)低于原除塵設(shè)備。僅2016年以來(lái)，隨機(jī)燒損布袋現(xiàn)象頻發(fā)，為現(xiàn)維持運(yùn)行，平均每2個(gè)月?lián)Q3次布袋，年消耗布袋費(fèi)用524 160元人民幣；改造后每年整體換1次布袋，年消耗布袋費(fèi)用30 000元人民幣，每年可節(jié)省布袋消耗費(fèi)用49.4萬(wàn)元人民幣。

（4）由于除塵效果提高，粉塵進(jìn)入泵系統(tǒng)的總量降低，油膜旋片泵潤(rùn)滑油更換頻率隨之降低（改造前每年至少更換4次，改造后每年最多更換2次），每年節(jié)省換油費(fèi)用80萬(wàn)人民幣。