轉爐煤氣干法除塵系統低排放技術探討
近年來,我國對轉爐煉鋼煙氣的粉塵排放濃度要求越來越嚴,部分地區鋼鐵企業已經提高到了10mg/Nm3甚至5mg/Nm3的要求。這樣就引出了諸多新的除塵技術在轉爐干法系統上的應用。針對轉爐煤氣干法除塵系統的幾種低排放技術進行了探討,并對其優缺點進行了論述。
1 概述
轉爐煉鋼煙氣的凈化回收系統目前主要有以下3 種：①濕法除塵系統（OG 法）。轉爐產生的高溫煙氣經過汽化冷卻煙道冷卻至800～1 000 ℃，然后經過文氏管及脫水器的作用，將系統內的大部分粉塵除去。②干法除塵系統。采用蒸發冷卻器與電除塵器有機結合起來的方法，蒸發冷卻器捕集大顆粒粉塵，電除塵器捕集細顆粒粉塵。③半干法除塵系統。結合干法系統和濕法系統的部分優點，采用“蒸發冷卻器+環縫文氏管”的結構，系統內既有蒸發冷捕集的干灰，也有環縫收集下的污泥。三種技術路線各有各的特點，但從節能降耗、排放等角度來看干法系統優勢更明顯。因此，轉爐煤氣干法除塵系統是國家發改委編制的《國家重點節能低碳技術推廣目錄（2017 年本，節能部分）》第三項，也是國家鋼鐵工業協會大力推廣的“三干、三利用“中的重點技術。
2 轉爐干法除塵系統工藝
轉爐煤氣干法除塵系統工藝流程如圖1 所示。
轉爐在冶煉過程中產生的高溫煙氣（1 400～1 600 ℃）經汽化冷卻煙道冷卻，溫度降至800～1 000 ℃，然后通過蒸發冷卻器繼續冷卻，煙氣溫度降至250 ℃左右，降溫的同時對煙氣進行了調質處理，使煙氣中粉塵的比電阻更有利于電除塵器的捕集。煙氣中30%～40%的粗粉塵被蒸發冷卻器所捕集。調質的煙氣經荒煤氣管道自然冷卻，煙氣溫度降至約150 ℃，進入圓形電除塵器，經電除塵器凈化后含塵量可達15 mg/Nm3 以下。捕集到的粉塵為干態，可以通過汽車運出，送至燒結廠回收再利用。
風機采用變頻器變頻調速，可實現流量跟蹤調節，以保證煤氣回收的數量與質量，節電降耗。煤氣切換站由2 個液壓驅動的杯閥所組成。當煙氣符合回收條件時，回收杯閥打開，放散杯閥關閉。煙氣通過回收杯閥進入煤氣冷卻器，經噴淋冷卻將溫度由150 ℃降至70 ℃以下進入煤氣柜。當煙氣不符合回收條件時，放散杯閥打開，回收杯閥關閉，煙氣通過放散杯閥由放散煙囪點火放散。
3 轉爐干法除塵系統的排放現狀
新建的轉爐干法除塵系統經檢測排放含塵濃度的平均值可達15 mg/Nm3 以下。但目前國家對部分地區排放有了更高的要求。國務院辦公廳還發布了《關于印發大氣污染防治行動計劃實施情況考核辦法的通知》，對各地各種大氣污染進行了強制規定。因此，很多鋼鐵企業對排放提出了更高的要求——排放含塵濃度的平均值≤10 mg/Nm3。
但電除塵器本身受限于高比電阻粉塵引起的反電暈、振打引起的二次揚塵及微細粉塵荷電不充分等電除塵器固有的技術瓶頸，很難實現出口排放濃度穩定≤10mg/Nm3。在這樣的背景下就提出了對轉爐煤氣干法除塵系統進行低排放技術路線的研究。
4 終端精除塵路線
4.1 干法電除塵器后增加濕式電除塵器
在原干法除塵系統放散杯閥之后，放散煙囪之前增加濕式圓筒型電除塵器。煙氣經過轉爐煤氣干法電除塵器凈化后，粉塵含塵量在15 mg/Nm3 以下。然后經過濕式電除塵器進一步精除塵，可使煙氣排放濃度遠低于10 mg/Nm3，甚至在5 mg/Nm3 以下。
此種方案濕式電除塵器必須采用圓筒型，保證煙氣在濕電內的柱塞狀流通，設備不存在死角，可降低爆炸的可能性，而圓筒型濕電又可以設計成為立式和臥式兩種。立式濕電一般采用蜂窩式，相對電場風速較臥式濕電可以大一些。但由于采用立式結構，除塵器只能制作一個電場。因此，一旦電場出現問題，整個除塵器將無法使用，冶煉必須停止。臥式濕電一般采用板線式，可設置兩個或更多的電場保證系統的穩定。一個電場故障時，不影響系統的穩定運行，不會造成停產。但相對與立式濕電，其投資費用要高很多。
無論采用臥式濕電或立式濕電，均會給整個系統增加爆炸的可能性，對系統的穩定性、可靠性要求更高。增加濕式電除塵器的缺點有以下幾個：①循環水量、能耗增加。在干法電除塵器之后增加濕電還需要解決一個問題，就是要噴水降溫使煙氣飽和。進入濕電前要通過噴淋冷卻將煙氣溫度降至60 ℃以下，使煙氣飽和，保證濕式電除塵器的除塵效率。②噴水降溫后煙氣飽和，煙囪出口會出現“白煙羽”現象。部分地區是明確要求必須進行“脫白”治理的，其一次投資和運行維護費用非常高。③必須增加一套水處理及污泥處理裝置，費用增加基本占了整個系統費用的15%～25%。④末端增加濕電的技術路線，引入了爆炸的可能性。因此，不建議采用末端增加濕式電除塵器去保證排放的技術路線。
4.2 “煤冷前移”路線
“煤冷前移”路線如圖2 所示。
傳統干法的工藝路線是符合煤氣回收的煙氣經過回收杯閥進入煤氣冷卻器，而不符合煤氣回收的煙氣則由放散杯閥經放散煙囪點火放散。“煤冷前移”是將切換站后的“煤氣冷卻器”前移，移至切換站之前，即無論是否符合煤氣回收條件，煙氣都必須經過“煤氣冷卻器”冷卻及噴水除塵，再次凈化后的煙氣經過切換站進行回收和放散過程。
“煤冷前移”路線的優點：經過再次水浴除塵，粉塵排放濃度可以由15 mg/Nm3 降低至10 mg/Nm3 以下。
“煤冷前移”路線的缺點：①無論煙氣回收與否，均需要經過“煤冷”，這必然會增加大量的阻力，造成系統能耗增大。②經過水浴后，煙氣中將含有大量霧滴，如果不進行除霧，則會造成煙囪“下雨”現象；增加除霧裝置就會相應增加投資和運行費用。③經過水浴除塵后，煙氣中含濕度增大，由原來的不飽和煙氣變成飽和煙氣，在煙囪排放的過程中，必然會出現“白煙羽”的現象，引入了新的煙氣“脫白”需求。④原有工藝。當煤氣冷卻器出現故障，可以采用緊急放散，繼續冶煉，隔斷煤冷進行檢修。而“煤冷前移”后，一旦煤氣冷卻器出現問題，將必然導致停產檢修煤冷，直接影響生產的連續性。
5 結束語
“煤冷前移”作為保證出口排放濃度的一種新技術路線，其經濟性十分好，但是需要引入“除霧器”和“煙氣脫白裝置”。一次投資和運行費用都有較高的漲幅，但相對于濕式電除塵器而言，無論是投資費用和運行費用都基本只占濕電的1/5，因此，在粉塵濃度提出排放10 mg/Nm3以下要求時，干法電除塵器后采用“煤冷前移”是性價比非常高的選擇。
1 概述
轉爐煉鋼煙氣的凈化回收系統目前主要有以下3 種：①濕法除塵系統（OG 法）。轉爐產生的高溫煙氣經過汽化冷卻煙道冷卻至800～1 000 ℃，然后經過文氏管及脫水器的作用，將系統內的大部分粉塵除去。②干法除塵系統。采用蒸發冷卻器與電除塵器有機結合起來的方法，蒸發冷卻器捕集大顆粒粉塵，電除塵器捕集細顆粒粉塵。③半干法除塵系統。結合干法系統和濕法系統的部分優點，采用“蒸發冷卻器+環縫文氏管”的結構，系統內既有蒸發冷捕集的干灰，也有環縫收集下的污泥。三種技術路線各有各的特點，但從節能降耗、排放等角度來看干法系統優勢更明顯。因此，轉爐煤氣干法除塵系統是國家發改委編制的《國家重點節能低碳技術推廣目錄（2017 年本，節能部分）》第三項，也是國家鋼鐵工業協會大力推廣的“三干、三利用“中的重點技術。
2 轉爐干法除塵系統工藝
轉爐煤氣干法除塵系統工藝流程如圖1 所示。
轉爐在冶煉過程中產生的高溫煙氣（1 400～1 600 ℃）經汽化冷卻煙道冷卻，溫度降至800～1 000 ℃，然后通過蒸發冷卻器繼續冷卻，煙氣溫度降至250 ℃左右，降溫的同時對煙氣進行了調質處理，使煙氣中粉塵的比電阻更有利于電除塵器的捕集。煙氣中30%～40%的粗粉塵被蒸發冷卻器所捕集。調質的煙氣經荒煤氣管道自然冷卻，煙氣溫度降至約150 ℃，進入圓形電除塵器，經電除塵器凈化后含塵量可達15 mg/Nm3 以下。捕集到的粉塵為干態，可以通過汽車運出，送至燒結廠回收再利用。
風機采用變頻器變頻調速，可實現流量跟蹤調節，以保證煤氣回收的數量與質量，節電降耗。煤氣切換站由2 個液壓驅動的杯閥所組成。當煙氣符合回收條件時，回收杯閥打開，放散杯閥關閉。煙氣通過回收杯閥進入煤氣冷卻器，經噴淋冷卻將溫度由150 ℃降至70 ℃以下進入煤氣柜。當煙氣不符合回收條件時，放散杯閥打開，回收杯閥關閉，煙氣通過放散杯閥由放散煙囪點火放散。
3 轉爐干法除塵系統的排放現狀
新建的轉爐干法除塵系統經檢測排放含塵濃度的平均值可達15 mg/Nm3 以下。但目前國家對部分地區排放有了更高的要求。國務院辦公廳還發布了《關于印發大氣污染防治行動計劃實施情況考核辦法的通知》，對各地各種大氣污染進行了強制規定。因此，很多鋼鐵企業對排放提出了更高的要求——排放含塵濃度的平均值≤10 mg/Nm3。
但電除塵器本身受限于高比電阻粉塵引起的反電暈、振打引起的二次揚塵及微細粉塵荷電不充分等電除塵器固有的技術瓶頸，很難實現出口排放濃度穩定≤10mg/Nm3。在這樣的背景下就提出了對轉爐煤氣干法除塵系統進行低排放技術路線的研究。
4 終端精除塵路線
4.1 干法電除塵器后增加濕式電除塵器
在原干法除塵系統放散杯閥之后，放散煙囪之前增加濕式圓筒型電除塵器。煙氣經過轉爐煤氣干法電除塵器凈化后，粉塵含塵量在15 mg/Nm3 以下。然后經過濕式電除塵器進一步精除塵，可使煙氣排放濃度遠低于10 mg/Nm3，甚至在5 mg/Nm3 以下。
此種方案濕式電除塵器必須采用圓筒型，保證煙氣在濕電內的柱塞狀流通，設備不存在死角，可降低爆炸的可能性，而圓筒型濕電又可以設計成為立式和臥式兩種。立式濕電一般采用蜂窩式，相對電場風速較臥式濕電可以大一些。但由于采用立式結構，除塵器只能制作一個電場。因此，一旦電場出現問題，整個除塵器將無法使用，冶煉必須停止。臥式濕電一般采用板線式，可設置兩個或更多的電場保證系統的穩定。一個電場故障時，不影響系統的穩定運行，不會造成停產。但相對與立式濕電，其投資費用要高很多。
無論采用臥式濕電或立式濕電，均會給整個系統增加爆炸的可能性，對系統的穩定性、可靠性要求更高。增加濕式電除塵器的缺點有以下幾個：①循環水量、能耗增加。在干法電除塵器之后增加濕電還需要解決一個問題，就是要噴水降溫使煙氣飽和。進入濕電前要通過噴淋冷卻將煙氣溫度降至60 ℃以下，使煙氣飽和，保證濕式電除塵器的除塵效率。②噴水降溫后煙氣飽和，煙囪出口會出現“白煙羽”現象。部分地區是明確要求必須進行“脫白”治理的，其一次投資和運行維護費用非常高。③必須增加一套水處理及污泥處理裝置，費用增加基本占了整個系統費用的15%～25%。④末端增加濕電的技術路線，引入了爆炸的可能性。因此，不建議采用末端增加濕式電除塵器去保證排放的技術路線。
4.2 “煤冷前移”路線
“煤冷前移”路線如圖2 所示。
傳統干法的工藝路線是符合煤氣回收的煙氣經過回收杯閥進入煤氣冷卻器，而不符合煤氣回收的煙氣則由放散杯閥經放散煙囪點火放散。“煤冷前移”是將切換站后的“煤氣冷卻器”前移，移至切換站之前，即無論是否符合煤氣回收條件，煙氣都必須經過“煤氣冷卻器”冷卻及噴水除塵，再次凈化后的煙氣經過切換站進行回收和放散過程。
“煤冷前移”路線的優點：經過再次水浴除塵，粉塵排放濃度可以由15 mg/Nm3 降低至10 mg/Nm3 以下。
“煤冷前移”路線的缺點：①無論煙氣回收與否，均需要經過“煤冷”，這必然會增加大量的阻力，造成系統能耗增大。②經過水浴后，煙氣中將含有大量霧滴，如果不進行除霧，則會造成煙囪“下雨”現象；增加除霧裝置就會相應增加投資和運行費用。③經過水浴除塵后，煙氣中含濕度增大，由原來的不飽和煙氣變成飽和煙氣，在煙囪排放的過程中，必然會出現“白煙羽”的現象，引入了新的煙氣“脫白”需求。④原有工藝。當煤氣冷卻器出現故障，可以采用緊急放散，繼續冶煉，隔斷煤冷進行檢修。而“煤冷前移”后，一旦煤氣冷卻器出現問題，將必然導致停產檢修煤冷，直接影響生產的連續性。
5 結束語
“煤冷前移”作為保證出口排放濃度的一種新技術路線，其經濟性十分好，但是需要引入“除霧器”和“煙氣脫白裝置”。一次投資和運行費用都有較高的漲幅，但相對于濕式電除塵器而言，無論是投資費用和運行費用都基本只占濕電的1/5，因此，在粉塵濃度提出排放10 mg/Nm3以下要求時，干法電除塵器后采用“煤冷前移”是性價比非常高的選擇。
