轉(zhuǎn)爐煙氣除塵行業(yè)的現(xiàn)狀及展望

席小鵬 孫鵬 王璐 鄭惠文 蘇娜 王曉杰

摘 要：全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的沖突日益加劇，如何做到綠色發(fā)展、節(jié)能減排顯得尤為重要。本文通過(guò)闡述目前轉(zhuǎn)爐煙氣除塵工藝的研究進(jìn)展，對(duì)高溫金屬濾袋在除塵和余熱回收利用方面的應(yīng)用進(jìn)行分析討論，并對(duì)轉(zhuǎn)爐煙氣治理改造的方向進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐;除塵;金屬濾袋;余熱回收

1 引言

我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)和“去產(chǎn)能”的關(guān)鍵時(shí)期，面臨著日益嚴(yán)峻的資源和環(huán)境壓力，必須走節(jié)能、降耗的可持續(xù)發(fā)展道路。轉(zhuǎn)爐煉鋼作為目前鋼鐵企業(yè)主要的煉鋼工藝，其產(chǎn)量占世界鋼產(chǎn)量的65%以上。且隨著近年來(lái)國(guó)家環(huán)保政策的出臺(tái)，對(duì)鋼鐵企業(yè)煉鋼過(guò)程中粉塵排放要求更加嚴(yán)格。

2 轉(zhuǎn)爐煙氣特點(diǎn)

轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中的反應(yīng)主要是碳氧反應(yīng)，生成CO、CO2，見(jiàn)公式1所示。同時(shí)吹入爐內(nèi)的氧氣中含有少量的氮?dú)?，且部分未反?yīng)的氧氣隨爐氣從轉(zhuǎn)爐爐口溢出，所以煙氣的主要成分是CO、CO2、N2、O2、H2以及硫化物等。而轉(zhuǎn)爐內(nèi)的反應(yīng)，特別是碳氧反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因此隨著吹煉的進(jìn)行，熔池內(nèi)的溫度逐漸升高，因而轉(zhuǎn)爐煙氣的溫度不斷升高，煙氣溫度也與吹煉過(guò)程的工藝操作有關(guān)，波動(dòng)范圍較大，一般在1450-1600℃。煙中含有大量的潛熱，若不加以利用，會(huì)造成能量的消耗;同時(shí)，轉(zhuǎn)爐煙氣具有高溫、有毒、易燃易爆且含塵量高的特點(diǎn)，煙氣含塵濃度可達(dá)150-300g/Nm3，其中含有大量的氧化鐵和金屬鐵。

2C+O2=2CO C+O2=CO2 CO+O2=CO2（公式1）

3 轉(zhuǎn)爐除塵工藝

3.1 濕法除塵工藝

最初關(guān)于轉(zhuǎn)爐高溫高塵煙氣的除塵技術(shù)是濕法除塵工藝，即傳統(tǒng)OG工藝，傳統(tǒng)OG工藝起源于日本，該OG除

塵工藝主要由“二文三脫”組成，即定徑溢流文氏管、調(diào)徑文氏管和重力脫水器、90°彎頭脫水器以及絲網(wǎng)脫水器。

因傳統(tǒng)OG工藝具有成熟可靠，系統(tǒng)簡(jiǎn)單易操作，且該工藝在運(yùn)行過(guò)程中阻力大、耗水耗電等特點(diǎn)，一直被廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐除塵，見(jiàn)圖1。

在傳統(tǒng)OG法基礎(chǔ)上，20世紀(jì)90年代我國(guó)大型鋼廠引進(jìn)了第四代OG技術(shù)，該技術(shù)主要采用噴淋塔進(jìn)行降溫，用飽和器替代了一文，用環(huán)縫洗滌器代替二文，相較傳統(tǒng)OG法更安全，運(yùn)行阻力小，系統(tǒng)更加穩(wěn)定且設(shè)備使用壽命增長(zhǎng)。但由于是采用氣霧噴槍進(jìn)行噴淋，會(huì)造成凈環(huán)水溢出流入濁循環(huán)水系統(tǒng)，導(dǎo)致循環(huán)水量增大。

3.2 干法除塵工藝

干法除塵技術(shù)簡(jiǎn)稱LT除塵技術(shù)，最早是由德國(guó)魯奇公司和蒂森鋼廠聯(lián)合開(kāi)發(fā)問(wèn)世。相較濕法除塵，干法除塵技術(shù)不需廢水處理和污泥脫水設(shè)備，因此具有耗水量低、耗電量低、煤氣發(fā)熱值高、風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定且系統(tǒng)運(yùn)行阻力小，粉塵排放濃度低等優(yōu)點(diǎn)，克服了濕法除塵的弊端。而高溫?zé)煔獬龎m系統(tǒng)能耗指標(biāo)主要是耗水量和耗電量。

轉(zhuǎn)爐除塵原理圖見(jiàn)下圖2所示，轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程所產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)汽化冷卻煙道，降溫至800-1000℃后進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器，借助水和蒸汽雙介質(zhì)再經(jīng)頂部水槍混合，實(shí)現(xiàn)水的霧狀，高溫?zé)煔庠谛羞M(jìn)過(guò)程中進(jìn)行充分的熱交換，達(dá)到煙氣降溫目的，煙氣始終處于干態(tài)，水霧化效果越好，熱交換越充分。煙氣通過(guò)在蒸發(fā)冷卻器進(jìn)行粗除塵，出口煙氣溫度可控制在220℃左右。經(jīng)過(guò)粗除塵的煙氣進(jìn)入靜電除塵器進(jìn)一步精除塵，使其含塵濃度降至10mg/m3以下。而后煙氣進(jìn)入煤氣冷卻器，進(jìn)入煤氣柜進(jìn)一步回收利用。目前國(guó)內(nèi)新建的中大型轉(zhuǎn)爐，基本均以干法除塵為主。

3.3 半干法除塵工藝

半干法除塵工藝，又稱高效節(jié)節(jié)水型塔文工藝，主要利用干法除塵蒸發(fā)冷卻塔的出干灰系統(tǒng)，和濕法除塵系統(tǒng)的塔文除塵系統(tǒng)，兩者結(jié)合。具有節(jié)約能耗、省電省水、降低設(shè)備故障率，提高風(fēng)機(jī)壽命的特點(diǎn)，排放濃度可降低到50mg/m3以下。

4 金屬濾袋在轉(zhuǎn)爐除塵的應(yīng)用

袋式除塵器主要通過(guò)選擇不同材質(zhì)的濾料來(lái)滿足不同工況的使用要求。轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)冷卻器后溫度仍在220℃左右，瞬時(shí)溫度可達(dá)350℃。普通布袋易造成破袋燒袋現(xiàn)象，西安菲爾特金屬過(guò)濾材料股份有限公司生產(chǎn)的金屬纖維濾料，以金屬纖維燒結(jié)氈為濾材，經(jīng)焊接加工而成，具有耐高溫、耐腐蝕、運(yùn)行阻力小、壽命長(zhǎng)且具有可再生，同時(shí)可有效保證粉塵排放濃度低于10mg/Nm3，甚至5mg/Nm3以下。目前在轉(zhuǎn)爐煙氣治理中主要傾向于以下幾種改造方式：

4.1 嵌入式

由于現(xiàn)有的大部分轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵系統(tǒng)皆是在原有濕法除塵系統(tǒng)場(chǎng)地上升級(jí)改造的，廠房外除塵設(shè)備布置比較緊湊，大規(guī)模范圍的改造已然無(wú)法實(shí)現(xiàn)，隨著國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求越來(lái)越高，要達(dá)到粉塵排放濃度<10mg/Nm3。在原有轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)中嵌入袋式除塵器，以滿足工況要求顯得尤為重要，即電--袋復(fù)合技術(shù)，目前根據(jù)需求主要存在袋式除塵器位于切換站之后，放散煙囪之前。

4.2 替換式：純干法除塵

即用袋式除塵系統(tǒng)代替靜電除塵器。目前，轉(zhuǎn)爐煉鋼900℃以下的高溫?zé)煔饣疚吹玫胶侠淼幕厥绽?，造成大量能源浪費(fèi)，考慮到國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼要實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼，對(duì)經(jīng)汽化冷卻煙道后的高溫?zé)煔膺M(jìn)行余熱利用回收具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)汽化煙道后，溫度在800-1000℃，不經(jīng)噴水冷卻階段，直接進(jìn)入抗爆防爆型直立煙道式余熱鍋爐，從余熱鍋爐出來(lái)的煙氣溫度在220℃，而后煙氣進(jìn)入高溫金屬濾袋除塵器進(jìn)行過(guò)濾，出口粉塵排放長(zhǎng)期穩(wěn)定在<10mg/Nm3。

5 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)家倡導(dǎo)“綠色發(fā)展、節(jié)能減排”形勢(shì)下，在轉(zhuǎn)爐現(xiàn)有的除塵工藝己發(fā)展完善、效益增值空間十分有限的情況下，如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵技術(shù)向低能耗、超低排放技術(shù)的負(fù)能煉鋼水平的發(fā)展是大勢(shì)所趨。濕法除塵、干法除塵、半干法除塵等除塵技術(shù)各有利弊，無(wú)法滿足未來(lái)鋼鐵企業(yè)發(fā)展的要求，改進(jìn)創(chuàng)新工藝勢(shì)在必行。高溫金屬濾袋除塵和余熱回收技術(shù)在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煙氣超低標(biāo)排放的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)資源再利用，極具前景。

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作者簡(jiǎn)介：

席小鵬（1992- ），男，陜西西安人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楦邷責(zé)煔獬龎m。

通訊作者：

王璐（1993- ），女，陜西寶雞人，本科，研究方向金屬材料加工，寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司。