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立足现有设备,“鱼”与“熊掌”兼得

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【摘要】:
转炉煤气如何在降低排放浓度的同时,提高回收量,实现“鱼”与“熊掌”兼得?这是钢铁行业关注的问题之一。日前,由北京博鹏北科节能环保股份有限公司研发的“转炉煤气回收智能化控制技术”,通过了工业和信息化部科学技术成果鉴定,说明在实现转炉煤气降低排放浓度与提高回收量两者兼得的道路上,又有了新的进展。  据了解,为达到排放浓度低于30mg/m3、煤气回收量提高5%至15%的目的,“转炉煤气回收智能化控制技术

  转炉煤气如何在降低排放浓度的同时,提高回收量,实现“鱼”与“熊掌”兼得?这是钢铁行业关注的问题之一。日前,由北京博鹏北科节能环保股份有限公司研发的“转炉煤气回收智能化控制技术”,通过了工业和信息化部科学技术成果鉴定,说明在实现转炉煤气降低排放浓度与提高回收量两者兼得的道路上,又有了新的进展。

  据了解,为达到排放浓度低于30mg/m3、煤气回收量提高5%至15%的目的,“转炉煤气回收智能化控制技术”主要针对钢铁企业的现有设备,进行了工艺创新,把相关关键设备逐一进行优化并重新组合。

  走优化工艺设备之路

  一是优化转炉煤气回收系统控制技术软件。

  该软件系统为四部分:第一部分的本体显示部分,包括洗涤塔入口、出口温度、压力;文氏管入口、出口温度、压力;脱水器入口、出口温度、压力;液压站油温、油压、位移反馈及液压站运行状态;炉口微差压值、文氏管进出口差压值、控制模式显示、吹氧阶段显示等。第二部分趋势归档部分,包括第一部分模拟量的趋势与归档。第三部分报警记录部分,包括连锁报警声光报警提示、报警记录查询。第四部分参数设定及控制部分,包括比例阀自动、手动、吹氧阶段控制的时间与位移给定,炉口微差压控制目标值设定、换向阀手动操作、控制模式选择等,采用闭环控制容易发生滞后,使得调节的适时行变差,采用了涵盖文氏管喉口开度控制、氮封压力检测、风机速度控制、加料系统连锁的模糊控制方式,并且控制系统具有自学习功能,不断优化控制模式。

  二是优化炉口微差压检测装置。

  微差压控制装置的实现,首先是取压位置的选择,必须保证使采集到的压力与炉口的压力基本相同;其次,根据冶炼的实际情况,需保证取压部位不易被堵塞,需要有防止取压口被堵塞的措施;第三,由于整个系统所处的环境情况,需要增加取压管道吹扫装置,防止内部积尘造成取压表的堵塞,使采压数值误差偏差过大;最后,增加了管道放散装置,确保在吹扫过后,管道内部不会存在异常压力,防止对微差压表的损坏。

  三是优化一级喷雾蒸发洗涤塔。

  一级喷雾洗涤塔系统由高温非金属补偿器、洗涤塔塔体、排水水封、雾化系统四部分组成。喷雾洗涤是利用快速(小于0.5秒)蒸发吸热降低烟气温度,利用极小极快的雾化水滴收集微细粉尘,碰撞后形成大含尘水滴, 在洗涤塔下部,气体流速减缓之后,靠自身重力含尘水滴进行沉降,达到除尘目的。

  喷雾洗涤塔不仅替代了一级除尘文氏管,还替代一级脱水器。其靠喷进去的水直接雾化,捕集粉尘,烟气流速低、阻力损失小;没有死角,从根本上消除了安全隐患;气体流速低,含尘水滴易于分离,粗除尘效果好 。

  采用高温非金属补偿器取代原来的水冷夹套及灭火水封,结构更加紧凑,不易积泥,维护量小。

  采用喷雾蒸发洗涤塔取代一级文氏管进行粗除尘和降温,是对传统转炉湿法除尘工艺的革命性创新——利用双介质喷枪直接喷出雾化水与含尘气流混合,达到粗除尘目的,而不是靠一级文氏管喉口高速气流冲击水幕达到水的二次雾化,减少在喉口产生高速气流所需的压差,从而减小系统的阻力;直接向喷雾蒸发洗涤塔(粗除尘降温设备)中喷入雾化水进行降温,降低了用水量及降温时间。

  洗涤塔设计关键是喷枪、喷嘴布水必须均匀,否则易造成洗涤塔净化效果不好。北京博鹏北科节能环保股份有限公司对喷枪喷嘴的选型、布置进行了深入研究,并进行计算机模拟设计,保证了洗涤塔的净化效果达到95%以上,并采用了配水环管,经精确计算、设计保证环管能很好地起到分配器的作用。

  四是优化二级喷雾洗涤塔系统。

  该系统由洗涤塔塔体、排水水封、雾化系统三部分组成。二级喷雾洗涤塔的原理如下: 二级喷雾洗涤塔主要布置有双介质喷枪及少量的单介质喷枪。在二级塔的下部利用双介质喷枪喷出的极细小水滴,在与气流逆向形成的相对速度的作用下,增加液滴与粉尘的碰撞机率。在上部布置单介质喷枪,对已捕捉粉尘的小液滴进行混合,增加含尘液滴凝聚机率,凝聚成大液滴的除尘水沿塔壁由底部排污管排入水封,起到对烟气进一步除尘的作用。

  五是优化环缝文氏管。

  转炉烟气的特点是炉役前后期,以及吹炼的前烧期、回收期、后烧期烟气量波动大,甚至兑铁量、铁水含碳量、加料、不同员工的吹炼手法(脱碳速度)都会对烟气量产生影响。环缝文氏管的特点是喉口流通断面积调节范围大,当烟气流量波动、变化时,可以通过液压伺服控制系统调节重铊位置,从而调节文氏管喉口处的流通面积,使通过喉口的烟气流速不变;通过调节喉口流通面积,使转炉炉口保持微正压状态,防止吸入大量空气,既保证煤气品质,又能最大程度地提高除尘效率,并且不易堵塞喉口。其结构是在文氏管的收缩管内装了一个空心重铊,靠顶部的液压缸传动使重铊上下移动,液压缸由液压伺服控制系统驱动。喉口流通面积根据煤气量调节,通过能力大。由于喉口面积调节幅度大、调节灵敏,使通过烟气的流速恒定,从而提高和稳定除尘效率。

  “转炉煤气回收智能化控制技术”采用专利产品—— 新型环缝文氏管,环缝文氏管采用液压缸位于文氏管顶部的布置方式,保证拉杆处的良好密封。喉口处采用一支中心雾化喷嘴喷水,重铊与拉杆的连接方式采用了三爪连接形式,更加稳定,并且环缝文氏管为长径文氏管,气水混合均匀、净化效果好,排放浓度小于30mg/m3。

  六是优化一级、二级旋流脱水器。

  旋流脱水器是一种复合脱水器,其采用三级脱水方式,在筒体下部靠重力一级脱水,然后是复挡二级脱水,中上部还有叶轮脱水装置进行三级脱水。当含水气体进入旋流脱水器,气流速度降到5m/s以下,起到重力脱水的作用,复挡板和叶轮脱水装置又起到离心脱水的作用。当夹杂水滴的气流进入复挡和叶轮脱水装置时,细小的水滴在旋流板上撞击积聚,形成大颗粒水滴,并在气流的带动下,水滴沿着叶片按离心方向甩至脱水器内壁留下,同时部分夹带在气体中的水滴也由于气流的旋转分离开,可以较大范围去除煤气中的机械水。

  高效脱水器确保排放浓度更低

  “转炉煤气回收智能化控制技术”在三通阀到放散烟囱中间增加了一台二级高效脱水器。湿法除尘系统烟气冷凝生成的液滴与雾汽夹带两种概念不能混淆。塔文湿法除尘系统应用于转炉烟气净化系统,将从汽化冷却烟道出来的高温烟气(800-900℃)进行降温及除尘,如果汽化冷却烟道出口温度900℃,则饱和温度74.6℃,汽化冷却烟道出口温度800℃,则饱和温度72.6℃,考虑除尘文氏管的水还能带走一部分热量,一般脱水器出口温度在65℃左右,此时1Nm3干烟气饱和后水蒸气含量为264.9g,所以高的温度使除尘系统排出的气流中饱和蒸汽量升高,放散烟囱排出的烟气中能看到蒸汽羽流。在烟气净化系统中,饱和气体经过脱水器进入后续烟道后,由于外界温度低于烟气温度,故烟气中会有相当一部分烟气冷凝出来。这些液滴经常含有可见的尘粒,因为在冷凝过程中未被捕集的尘粒将成为冷凝核,如果风机后的烟气温度降到55℃,此时1Nm3干烟气饱和后水蒸气含量为148.4g, 在降温过程中会有116.5g的水冷凝下来,冷凝过程中会有作为冷凝核的粉尘随之进入水中;如果温度为45℃,1Nm3干烟气饱和后水蒸气含量为84.1g, 在降温过程中会有180.8g水冷凝下来。如果采用二级高效脱水器将该部分水脱除,对排放浓度降低大有益处。脱水过程中如果设备分离性能不好甚至没有脱水器,将导致含尘液滴被气流携带排放出去。这些含尘液滴在排放测试中会被检测出来,就象能检测出烟气中所含的尘粒一样。

  二级高效脱水器最理想的安装位置是放在放散塔之前,保证烟气含尘排放浓度更低。放在这个区域的优势在于:首先可以脱除烟气中冲洗风机叶轮带入的冲洗水;其次可以利用现有的排水系统,将脱水器的排水就近接到现有的排水系统即可;其三不影响煤气回收时的集尘效果。

  挖掘现有设备潜力效果可期

  自主创新的“转炉煤气净化回收智能化控制技术”应用在转炉煤气回收系统,达到改造工期短、投资少、不额外占地,排放浓度可以达到30mg/m3、煤气回收量提高的目的,具有以下特点:

  一是采用了现有设备的组合,并优化了现有设备。

  二是采用了环缝文氏管的线性控制与炉口微差压的协调控制技术,提高了煤气回收量及煤气净化效率,为转炉的智能化炼钢提供了技术支持。

  三是采用了高效蒸发洗涤塔与喷雾洗涤塔组合,粗除尘效率由95%提高到98%,精除尘文氏管压力大大降低,从而提高净化效率。

  四是率先采用了双塔、一文、双脱的除尘新工艺,二级塔采用了下进上出的烟气流动模式,在保证除尘效果的同时占地面积更小。

  五是文氏管率先采用了拉杆与重砣三点连接的模式 ,气流波动时更加稳定,还可以使用一个喷嘴喷水,保证雾化更均匀,汽水比更低,维护更方便。