轉爐干法除塵新工藝路線探討

王鵬軍 王波 薛琨 吳佳

摘要：基于我國提出的鋼鐵行業煉鋼排放煙氣顆粒物濃度限值為10 mg/Nm3的超低排放要求，對現有鋼鐵企業大多采用的LT干法除塵系統及其優化改進后的新技術進行介紹，并以實際項目為依托，分析改進后工藝的實際運行情況，闡述其實現超低排放的途徑。實踐運行結果表明，LT煙囪前加金屬濾筒工藝可滿足煙氣中的顆粒物濃度不超過10 mg/Nm3的超低排放要求。該改進技術的成功應用為LT技術的普及和推廣提供了參考。

關鍵詞：LT技術;鋼鐵;干法除塵;超低排放;新工藝

中圖分類號：X757? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）03-0077-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.03.022

0? ? 引言

隨著我國城市化進程的不斷加快，各大鋼企產能不斷擴大，轉爐煙氣量也在增大。轉爐煙氣具有含塵量大、溫度高且有毒等特點[1]，會對環境和人體造成很大威脅。2019年，國家生態環境部等五部委聯合印發《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》，規定轉爐煙氣中顆粒物的排放限值為10 mg/Nm3[2]。這一舉措意味著進一步優化現有除塵系統，滿足我國提出的超低排放要求，成為目前轉爐煙氣凈化中亟需解決的問題。

近年來，在全球鋼鐵行業大力推進節能減排的形勢下，以干法除塵技術為代表的轉爐煤氣除塵技術已經受到越來越多鋼廠的青睞[3]。其中具有代表性的有德國魯奇的LT干法系統，該系統具有占地面積小、能耗低、除塵效率高、無二次污染等優點[4]。

目前新的LT干法系統主要是在原LT系統工藝基礎上進行改進和優化，具體路線包括以下兩種：

（1）將原LT干法系統中的煤氣冷卻器移至切換站之前，即煤氣冷卻器前置工藝;

（2）基于原LT干法系統，在放散杯閥和放散煙囪間額外增加一套金屬濾筒除塵器。

本文主要介紹原LT干法系統和兩種優化后的LT干法系統的工藝路線，同時結合各工藝的實際運行情況進行分析和探討，以期為LT干法系統工藝在國內大型鋼廠的普及和推廣提供有力借鑒。

1? ? LT干法系統工藝及其優化工藝介紹

1.1? ? LT轉爐一次干法除塵系統介紹

圖1展示了原LT轉爐一次煙氣干法除塵系統工藝流程，可以看到，在ID風機的抽引作用下，轉爐產生的1 400～1 550 ℃高溫煙氣進入煙氣冷卻系統，依次經過活動煙罩、汽化冷卻煙道后，煙氣溫度降至900～1 000 ℃，隨后進入蒸發冷卻器。蒸發冷卻器上部采用雙介質霧化冷卻噴嘴，該噴嘴可實現對煙氣進行調質、降溫、粗除塵的作用。煙氣進入蒸發冷卻器中，將有30%～40%的大顆粒粉塵被捕獲，捕獲的粉塵顆粒通過鏈式輸送機輸入粗灰料倉進行下一步處理。經蒸發冷卻器后的煙氣溫度降至250～280 ℃，而后進入圓筒形靜電除塵器進行精除塵，精除塵后的煙氣含塵量降至15 mg/Nm3以下，此時除塵器中收集的細灰經扇形刮板器、底部鏈式輸送機和細灰輸送裝置排到細煙塵倉。經精除塵的煙氣會首先通過切換站系統，當煙氣的CO濃度滿足回收濃度條件時，煙氣會進入煤氣冷卻器降溫，待溫度降至70～80 ℃后，再經過回收杯閥進入煤氣柜;當煙氣氧含量大于2%或CO濃度不符合回收條件時，回收杯閥關閉，放散杯閥打開，煤氣通過放散杯閥至煙囪火炬裝置點火放散?？偟膩碚f，整套系統采用自動控制，與轉爐的控制相結合。

1.2? ? 煤氣冷卻器前置工藝介紹

如圖2所示，與原LT系統相似，轉爐煙氣首先會在ID風機的作用下依次經過活動煙罩、汽化冷卻煙道進行初步降溫，溫度降至900～1 000 ℃后進入蒸發冷卻器進行降溫、調質、粗除塵。在此過程中，煙氣中30%～40%的大顆粒粉塵凝結沉降，其余溫度降至250～280 ℃的煙氣再進入圓筒形靜電除塵器進行精除塵，使得煙氣含塵量降至15 mg/Nm3以下。然而，與原LT干法系統不同，由于煤氣冷卻器被移至切換站之前，經靜電除塵器精除塵后的轉爐煙氣無論是否滿足回收條件，都會首先進入煤氣冷卻器中。一般情況下，煤氣冷卻器選用實心螺旋噴嘴，在螺旋噴嘴處的水介質壓力為0.4 MPa時，平均噴霧粒徑小于750 μm，噴槍分兩層布置，每層噴槍6～8把不等，該噴槍主要是根據煙氣量選擇數量配置的。除此以外，在煤氣冷卻器入口管道設置一把雙介質噴槍，豎直插入入口管道，雙介質噴槍噴霧角度約為100°，額定水壓力為0.4 MPa（噴嘴處），額定流量約3.5 m3/h，噴水最大粒徑為300～350 μm，平均粒徑基本不超過150 μm。當轉爐煙氣進入煤氣冷卻器后，入口管道的雙介質噴槍和通體兩層實心螺旋噴嘴會同時開啟，煙氣一進入煤氣冷卻器，雙介質噴槍便會噴出冷卻水對煙氣進行一次顆粒物的洗滌，同時由于雙介質噴槍噴出的水介質霧化粒度更小，可以對煙氣溫度的降低起到很好的效果。當煙氣進入煤氣冷卻器內部時，筒體內部設置的兩層實心螺旋噴嘴會噴入大量的冷卻水介質對煙氣進行進一步的洗滌凈化。經煤氣冷卻器洗滌降溫除塵后的煙氣再經煤氣分析儀分析判斷應當回收還是放散，由此保證最終排放的煙氣可以滿足10 mg/Nm3排放標準。

1.3? ? LT煙囪前加金屬濾筒工藝介紹

圖3展示了LT轉爐一次干法除塵系統煙囪前加金屬濾筒除塵器的工藝流程，可以看到，轉爐煙氣經汽化冷卻煙道進行初步降溫（900～1 000 ℃），而后進入蒸發冷卻器降溫、調質、粗除塵，最后再進入圓筒形靜電除塵器進行精除塵。經精除塵后的煙氣通過切換站系統，當煙氣的CO含量達到設置的回收濃度條件時，與原LT系統相同，煙氣會經過回收杯閥進入煤氣柜;然而，當煙氣氧含量大于2%或CO濃度不符合回收條件時，回收杯閥關閉，放散杯閥打開，此時轉爐煤氣通過放散杯閥不再進入煙囪火炬裝置點火放散，而是進入金屬濾筒除塵器進行深度精除塵后再進入煙囪火炬裝置點火放散。

2? ? 實際運行情況分析

目前，原LT煤氣干法凈化與回收系統是采用軸流風機來進行煙氣輸送的。由于采用了變頻器調速，風機電機可以依據不同的工況動態來調整系統的抽風量。電除塵器的高壓電源采用節能模式，可以根據不同的煉鋼階段調整輸出功率。由于轉爐煉鋼分為停爐、準備、兌鐵、吹氧、投料、吹氧結束、出鋼、濺渣護爐8個階段，加之工藝的不連續性，兌鐵階段會出現煙囪排放超標情況。

以上問題可以通過改進原LT工藝解決。將煤氣冷卻器和切換站杯閥位置的簡單互換，能夠有效降低進入煙囪放散的煙氣含塵量。按照電除塵器出口排放不超過15 mg/Nm3、煤氣冷卻器50%除塵效率考慮，經過煤氣冷卻器的煙氣含塵量完全可以達到小于10 mg/Nm3的超凈排放要求。然而，實際運行結果顯示，煤氣冷卻器前置工藝在新建系統的運行過程中雖然能夠滿足低于10 mg/Nm3的超凈排放要求，但煤氣冷卻器經洗滌后，煙囪排放煙氣的含濕量加大。觀察云南、山西等地項目的實際運行情況發現，煤氣冷卻器前置系統經過3～5年的運行后，出現除塵器除塵效率降低、除塵器出口含塵量增加、煤氣冷卻器循環水質控制不達標等問題，導致煙囪出口煙氣含塵量無法有效穩定在低于10 mg/Nm3的超凈排放要求。此外，煤氣冷卻器的前置導致煙囪出口煙氣的含濕量增大，部分地區會出現夏天短時間煙雨、冬天大白煙的現象。

LT煙囪前加金屬濾筒的工藝可以有效解決煤氣冷卻器前置工藝所引發的問題。對于原LT系統而言，在放散杯閥和煙囪之間增加金屬濾筒，對系統本身不會產生任何影響。金屬濾筒過濾風速為1～2 m/min，過濾精度高達0.1 μm，過濾后的煙氣排放濃度可低至10 mg/Nm3以下。此外，金屬濾筒耐高溫（一般情況下，含塵氣體溫度不超過500 ℃）、耐腐蝕、強度高，不會出現“燒袋”和“破袋”現象;而且其導電性好，可以避免因靜電而引起的粉塵爆炸，無安全隱患。截至目前，LT煙囪前加金屬濾筒工藝已成功在日照、鞍山等多個鋼廠投入使用，表1列出了某鋼廠實測排放數據。

3? ? 結語

金屬濾筒除塵器運行成本低，主要部件損耗率低，運行穩定可靠，運行實踐證明，LT煙囪前加金屬濾筒工藝能夠有效且穩定地保證煙囪出口排放滿足10 mg/Nm3的超凈排放標準。當前，國家對環境保護的要求越來越嚴，改善生態環境、實現污染物超低排放是大勢所趨，LT煙囪前加金屬濾筒工藝技術的成功應用，為今后轉爐一次煙氣超低排放治理目標的實現提供了參考，更為LT技術的普及和推廣提供了有力借鑒。

[參考文獻]

[1] 張滔.轉爐干法除塵煙氣粉塵特性研究[D].唐山：華北理工大學，2016.

[2] 生態環境部，發展改革委，工業和信息化部，財政部，交通運輸部.關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見[J].中國鋼鐵業，2019（6）：5-8.

[3] 張東麗，毛艷麗，曲余玲，等.轉爐煤氣干法除塵技術[J].世界鋼鐵，2012，12（5）：51-59.

[4] 吳其玲.轉爐煤氣干法除塵系統溫度控制策略研究[D].馬鞍山：安徽工業大學，2016.

收稿日期：2021-11-19

作者簡介：王鵬軍（1985—），男，陜西咸陽人，工程師，研究方向：環境除塵。