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除尘效率和节能降耗并重

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【摘要】:
在转炉吹炼过程中,转炉中产生约1450℃的高温废气,主要成分是CO、O2、CO2、N2和SO2,其中CO含量可高达80%以上;含有大量的工业粉尘,含尘浓度可达150~300g/Nm3,吨钢可产生10~30kg工业粉尘。炼钢转炉烟气具有高温、有毒、易燃易爆、含尘量高等特点。同时,炼钢转炉烟气又具有很高的利用价值,具有潜热、显热等大量能量,烟气中的粉尘也含有50%以上的全铁,可以循环利用。  烟气净化
     在转炉吹炼过程中,转炉中产生约1450℃的高温废气,主要成分是CO、O2、CO2、N2和SO2,其中CO含量可高达80%以上;含有大量的工业粉尘,含尘浓度可达150~300g/Nm3,吨钢可产生10~30kg工业粉尘。炼钢转炉烟气具有高温、有毒、易燃易爆、含尘量高等特点。同时,炼钢转炉烟气又具有很高的利用价值,具有潜热、显热等大量能量,烟气中的粉尘也含有50%以上的全铁,可以循环利用。
    烟气净化系统要解决三个问题:首先是烟气收集问题,保证烟气不会无序排放,也就是常说的炉口没有大量外溢烟;其次是净化问题,保证颗粒物排放达到国家环保标准,也就是放散塔不冒黄烟;三是控制烟罩口空气吸入量,保证煤气品质。因而,转炉烟气净化系统比较复杂,对净化及安全性要求高。
    炼钢转炉烟气除尘分为湿法和干法两大类,最具代表性的是OG湿法除尘工艺和LT干法除尘工艺,还有近年发展起来的塔文工艺、全余热回收布袋除尘工艺及正在研发其他新的除尘工艺。而提高转炉除尘效率和节能降耗并重,成为业内关注的重要发展趋势。
 
              一、具有代表性的转炉除尘工艺
                    OG湿法除尘工艺
 
     该工艺也称二文二弯除尘工艺、双文程式除尘工艺。国内外转炉除尘工艺应用最普遍的是湿法除尘,最具代表性的是“双文程式”工艺流程,简称OG法,目前国内外大部分转炉都采用这种方法。
    该工艺系统由汽化冷却系统、一次除尘系统、转炉煤气回收系统三部分组成。除尘系统由溢流文氏管、弯头脱水器 、R-D可调文氏管、弯头脱水器、折板式水雾分离器、诱引风机等设备组成。一级文氏管用来降温和粗除尘,二级文氏管用来精除尘。根据文氏管的原理,文氏管是靠喉口处高速气流使喷入的水二次雾化,以增大水滴的表面积,捕捉更多的粉尘。
    该工艺的优点是安全可靠,系统比较简单,但存在诸多问题。主要有:一是一文、二文需要的除尘水量大;二是蒸汽和湿粉尘粘结到引风机叶片,造成转子不平衡,引起风机震动损坏,故障率高,影响系统正常稳定运行;三是系统易结垢,导致除尘能力下降,集尘效果和净化效果变差,炉口烟尘外溢、放散塔冒黄烟排放不达标;四是系统阻力大,耗电高;五是污泥处理工艺复杂且容易造成二次污染。
 
                     LT干法除尘工艺 
 
    其工艺流程是:烟气进入汽化冷却烟道间接冷却之后,再用蒸发冷却器直接进行冷却,冷却过程是向通过蒸发冷却器内的烟气喷入雾化水。喷入的水量,要准确地随炼钢生产过程中产生热气流的热焓而定,将烟气冷却到150℃~200℃后,经由煤气管道引入静电除尘器进行精除尘;然后,通过引风设备——轴流式鼓风机进入煤气切换站,合格的煤气经进一步冷却之后进入煤气回收系统,不合格的煤气经放散塔点火放散。 
    LT流程的优点是不需废水处理设备和污泥脱水设备等,具有水耗低、无污水处理系统、电耗低、风机运行稳定、粉尘排放浓度低等诸多优点。但是也存在一些问题:一是干法除尘造价高、自动控制连锁多,要求自动化程度高;二是采用的机械设备多,结构复杂,故障率高,维修时间长;三是蒸发冷却使煤气中含有较高的水分,易形成结露,造成电晕封闭和反电晕现象,同时影响输灰系统设备运行寿命,对蒸发冷却塔水量、水压控制有严格要求;四是蒸发冷却器壁上结垢问题还没有很好解决;五是泄爆频繁,影响电除尘器内零部件的寿命和除尘效果;六是除尘后煤气温度高,必须采用专门的冷却设备冷却后才能进煤气柜。
 
                 二、转炉除尘工艺取得新进展
 
    近年来,转炉除尘工艺取得了新进展。塔文工艺、全余热回收布袋除尘工艺及其他新的除尘工艺得到积极应用或研究开发。
              高效喷雾洗涤塔加环缝文氏管工艺
    这种新工艺已用于上百座转炉,将转炉炼钢干法除尘的一些技术移植到湿法除尘系统,对湿法除尘的一些关键设备进行了突破性的改进,形成了新的湿法除尘工艺。
    该工艺流程主要特点,一是用高温非金属膨胀节取代水冷夹套,不用设备冷却水冷却,系统简单;用喷雾蒸发洗涤塔取代一级文氏管,还取消了灭火水封、一级脱水器。二是蒸发冷却,节省烟气冷却循环水量;不用灭火水封,节省水封溢流水;不用水冷夹套,节省设备冷却水。三是喷雾蒸发洗涤塔采用双介质喷枪及雾化喷嘴喷入的水呈雾状或颗粒状,洗涤塔阻力可以从一级文氏管的3~5KPa降到0.5KPa左右;取消了一级、二级弯头脱水器,用旋流脱水器代替折板式水雾分离器,可降低阻力1KPa左右。四是系统阻力小,同样风量风机电流小,能耗低;用水量小,电耗低。五是可将排放浓度降到50mg/m3以下,环缝文氏管调节范围大,布水均匀,并且用一只喷嘴收缩段喷入雾化水,净化效果好。六是排水从洗涤塔及旋流脱水器的下部接出,烟气流速低,消除了除尘水排出时易裹带煤气的安全隐患。七是降低了工人劳动强度;降低了设备故障率,提高了风机运行寿命。
            转炉烟气全余热回收及布袋除尘系统工艺
    转炉烟气全余热回收及布袋除尘系统采用全干法除尘,利用布袋除尘保证稳定的排放烟气品质,安全环保,利用余热锅炉尽可能多回收转炉煤气的显热,生产蒸汽,回收大量热能供发电或生产使用。煤气冷却过程中与水无直接接触,煤气不含水,利于输送和使用,煤气热值高。该工艺在节能和环保方面具有显著意义。该工艺在河北钢铁承钢40吨转炉上进行了工业试验,转炉烟气全余热回收及布袋除尘装置在工业性试验中满足转炉工艺提钒、炼钢的生产需要,设备运行稳定,各项参数均达到了试验的要求,经整改后,能够满足连续工业生产要求。
    该工艺特点及技术优势:一是回收转炉烟气全能量,可以利用烟气余热生产蒸汽发电或并网使用,烟气余热全部得到回收。二是应用干法布袋除尘技术,烟气粉尘排放浓度降到10mg/m3以下,保证烟气有效除尘效率。三是采用袋式除尘器,无静电火花起晕或放电。四是除尘系统不用消耗水,节省了湿法除尘循环水供水、水处理设施及其相关设备的费用,减少了占地面积。五是系统阻力低,风机设备和供电设备的选型对应缩小,维护简单,故障率低,节省了投资。六是不靠喷水降温,减少了烟气中的水蒸气含量,吨钢至少节约直接用水100Kg,并且提高了煤气品质。七是没有除尘水,不用投加化学药剂,排放浓度降低,除尘效果稳定,减少了大气污染。八是粉尘不与水接触,节省了污泥处理系统的投资。九是该工业试验用在了湿法除尘系统的改造上,煤气鼓风机、三通阀、旋转水封阀等设备均可利旧,大大降低了改造成本。
 
              三、转炉除尘技术发展的几点思考
 
    干法除尘技术不但可提高除尘效率,而且节能效果显著。目前,转炉煤气干法净化回收技术获得世界各国的普遍重视和采用,已被认定为今后的发展方向,它可以部分或完全补偿转炉炼钢过程的全部能耗。另外,从更加严格的环保要求和节能要求看,湿法净化回收系统存在着较多的缺点,它将随着时代的发展而逐渐被转炉煤气干法净化回收系统取代,这是钢铁工业可持续发展的要求。 
    目前,市场上应用最多的是LT干法除尘工艺。该工艺还有待研究蒸发冷却器在炼钢各阶段烟气量、烟气温度变化的情况下,喷水量、喷气量控制问题。现在各厂都存在不同程度的蒸发冷却器湿壁问题、湿灰问题;电除尘器的泄爆问题,电除尘器的频繁泄爆影响了生产的稳定运行,也影响了炼钢节奏;维修费用问题:普遍反映电除尘系统故障率高,维护维修费用高。也有很多专家及工程技术人员在研究各种形式的干法除尘工艺,但大多停留在研究阶段及实验室阶段,全余热回收及布袋除尘工艺也仅仅是在40吨转炉上进行了工业试验,还需要做大量工作。

 

    转炉烟气除尘从湿法向干法发展是大势所趋。但这是一个较长的发展过程,不可能在短期内完全实现。在这一发展过程中,新的转炉塔文湿法除尘工艺在较长的一段时间内具有推广应用的前景,尤其是现有炼钢转炉扩容改造之后,如果转炉烟气量增加不超过20%~30%,就可以通过改造除尘系统,减少除尘水用水量,降低系统阻力来满足除尘要求,而不再增大风机,也不再增加除尘水供水及污水处理系统的能力。这样,可以大大减少改造成本、缩短改造时间,达到烟气排放含尘量降低、吨钢能耗降低、设备运行时故障率降低、工人劳动强度降低目的。