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转炉煤气干法布袋除尘系统超低排放技术探析

近年来,我国对转炉炼钢烟气的粉尘排放浓度要求越来越严,部分地区钢铁企业已经提高到了10mg/Nm3甚至5mg/Nm3的要求。这样就引出了诸多新的除尘技术在转炉干法系统上的应用。针对转炉煤气干法除尘系统的几种低排放技术进行了探讨,并对其优缺点进行了论述。

 

1 概述

 

转炉炼钢烟气的净化回收系统目前主要有以下3 种:①湿法除尘系统(OG 法)。转炉产生的高温烟气经过汽化冷却烟道冷却至8001 000 ℃,然后经过文氏管及脱水器的作用,将系统内的大部分粉尘除去。②干法除尘系统。采用蒸发冷却器与电除尘器有机结合起来的方法,蒸发冷却器捕集大颗粒粉尘,电除尘器捕集细颗粒粉尘。③半干法除尘系统。结合干法系统和湿法系统的部分优点,采用“蒸发冷却器+环缝文氏管”的结构,系统内既有蒸发冷捕集的干灰,也有环缝收集下的污泥。三种技术路线各有各的特点,但从节能降耗、排放等角度来看干法系统优势更明显。因此,转炉煤气干法除尘系统是国家发改委编制的《国家重点节能低碳技术推广目录(2017 年本,节能部分)》第三项,也是国家钢铁工业协会大力推广的“三干、三利用“中的重点技术。

 

2 转炉干法除尘系统工艺

 

转炉煤气干法除尘系统工艺流程如图1 所示。

转炉在冶炼过程中产生的高温烟气(1 400~1 600 ℃)经汽化冷却烟道冷却,温度降至8001 000 ℃,然后通过蒸发冷却器继续冷却,烟气温度降至250 ℃左右,降温的同时对烟气进行了调质处理,使烟气中粉尘的比电阻更有利于电除尘器的捕集。烟气中30%40%的粗粉尘被蒸发冷却器所捕集。调质的烟气经荒煤气管道自然冷却,烟气温度降至约150 ℃,进入圆形电除尘器,经电除尘器净化后含尘量可达15 mg/Nm3 以下。捕集到的粉尘为干态,可以通过汽车运出,送至烧结厂回收再利用。

 

风机采用变频器变频调速,可实现流量跟踪调节,以保证煤气回收的数量与质量,节电降耗。煤气切换站由2 个液压驱动的杯阀所组成。当烟气符合回收条件时,回收杯阀打开,放散杯阀关闭。烟气通过回收杯阀进入煤气冷却器,经喷淋冷却将温度由150 ℃降至70 ℃以下进入煤气柜。当烟气不符合回收条件时,放散杯阀打开,回收杯阀关闭,烟气通过放散杯阀由放散烟囱点火放散。

 

3 转炉干法除尘系统的排放现状

 

新建的转炉干法除尘系统经检测排放含尘浓度的平均值可达15 mg/Nm3 以下。但目前国家对部分地区排放有了更高的要求。国务院办公厅还发布了《关于印发大气污染防治行动计划实施情况考核办法的通知》,对各地各种大气污染进行了强制规定。因此,很多钢铁企业对排放提出了更高的要求——排放含尘浓度的平均值≤10 mg/Nm3

 

但电除尘器本身受限于高比电阻粉尘引起的反电晕、振打引起的二次扬尘及微细粉尘荷电不充分等电除尘器固有的技术瓶颈,很难实现出口排放浓度稳定≤10mg/Nm3。在这样的背景下就提出了对转炉煤气干法除尘系统进行超低排放技术路线的研究。

 

4 终端精除尘路线

 

4.1 干法电除尘器后增加湿式电除尘器

 

在原干法除尘系统放散杯阀之后,放散烟囱之前增加湿式圆筒型电除尘器。烟气经过转炉煤气干法电除尘器净化后,粉尘含尘量在15 mg/Nm3 以下。然后经过湿式电除尘器进一步精除尘,可使烟气排放浓度远低于10 mg/Nm3,甚至在5 mg/Nm3 以下。

 

此种方案湿式电除尘器必须采用圆筒型,保证烟气在湿电内的柱塞状流通,设备不存在死角,可降低爆炸的可能性,而圆筒型湿电又可以设计成为立式和卧式两种。立式湿电一般采用蜂窝式,相对电场风速较卧式湿电可以大一些。但由于采用立式结构,除尘器只能制作一个电场。因此,一旦电场出现问题,整个除尘器将无法使用,冶炼必须停止。卧式湿电一般采用板线式,可设置两个或更多的电场保证系统的稳定。一个电场故障时,不影响系统的稳定运行,不会造成停产。但相对与立式湿电,其投资费用要高很多。

 

无论采用卧式湿电或立式湿电,均会给整个系统增加爆炸的可能性,对系统的稳定性、可靠性要求更高。增加湿式电除尘器的缺点有以下几个:①循环水量、能耗增加。在干法电除尘器之后增加湿电还需要解决一个问题,就是要喷水降温使烟气饱和。进入湿电前要通过喷淋冷却将烟气温度降至60 ℃以下,使烟气饱和,保证湿式电除尘器的除尘效率。②喷水降温后烟气饱和,烟囱出口会出现“白烟羽”现象。部分地区是明确要求必须进行“脱白”治理的,其一次投资和运行维护费用非常高。③必须增加一套水处理及污泥处理装置,费用增加基本占了整个系统费用的15%25%。④末端增加湿电的技术路线,引入了爆炸的可能性。因此,不建议采用末端增加湿式电除尘器去保证排放的技术路线。

 

4.2 “煤冷前移”路线

 

“煤冷前移”路线如图2 所示。

传统干法的工艺路线是符合煤气回收的烟气经过回收杯阀进入煤气冷却器,而不符合煤气回收的烟气则由放散杯阀经放散烟囱点火放散。“煤冷前移”是将切换站后的“煤气冷却器”前移,移至切换站之前,即无论是否符合煤气回收条件,烟气都必须经过“煤气冷却器”冷却及喷水除尘,再次净化后的烟气经过切换站进行回收和放散过程。

 

“煤冷前移”路线的优点:经过再次水浴除尘,粉尘排放浓度可以由15 mg/Nm3 降低至10 mg/Nm3 以下。

 

“煤冷前移”路线的缺点:①无论烟气回收与否,均需要经过“煤冷”,这必然会增加大量的阻力,造成系统能耗增大。②经过水浴后,烟气中将含有大量雾滴,如果不进行除雾,则会造成烟囱“下雨”现象;增加除雾装置就会相应增加投资和运行费用。③经过水浴除尘后,烟气中含湿度增大,由原来的不饱和烟气变成饱和烟气,在烟囱排放的过程中,必然会出现“白烟羽”的现象,引入了新的烟气“脱白”需求。④原有工艺。当煤气冷却器出现故障,可以采用紧急放散,继续冶炼,隔断煤冷进行检修。而“煤冷前移”后,一旦煤气冷却器出现问题,将必然导致停产检修煤冷,直接影响生产的连续性。

 

5 结束语

 

“煤冷前移”作为保证出口排放浓度的一种新技术路线,其经济性十分好,但是需要引入“除雾器”和“烟气脱白装置”。一次投资和运行费用都有较高的涨幅,但相对于湿式电除尘器而言,无论是投资费用和运行费用都基本只占湿电的1/5,因此,在粉尘浓度提出排放10 mg/Nm3以下要求时,干法电除尘器后采用“煤冷前移”是性价比非常高的选择。

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