转炉煤气节能减排的几种技术措施.pdf

2 0 0 9 年第4 期世界钢铁 3 5 转炉煤气节能减排的几种技术措施 王永忠，施锦德 上海宝钢工程技术有限公司，上海2 0 1 9 0 0 摘要介绍了转炉煤气干湿法除尘现状。阐述了提高转炉煤气节能减排的干湿法技术措施。其中，湿法除尘 装置和技术改进有塔一文结构除尘装置和近期研发的布袋除尘装置，前者包括新一代一塔式煤气湿法除尘 装置，塔一文分装式煤气湿法除尘装置，以及新型塔一文分装式煤气湿法除尘装置。干法除尘技术改进包 括转炉煤气L T 干法电除尘和转炉煤气高温袋式除尘系统。 关键词转炉煤气；干湿法除尘；技术措施 S e v e r a lT e c h n i c a lM e a s u r e sa b o u tE n e r g y s a v i n ga n d E m i s s i o n r e d u c t i O Ro fB o FG a s W A N GY o n g z h o n g ，S H IJ i n d e S h a n g h a iB a o s t e e lE n g i n e e r i n g T e c h n o l o g yC o ．，L t d ．，S h a n g h a i2 0 1 9 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t P r e s e n ts t a t ea n dt h et e c h n i c a lm e a s u r e so fB O Fg a sw e ta n dd r yc l e a n i n g p r o c e s e si si n t o d u c e d ．W e tc l e a n i n gd e v i c e si n c l u d eT o w e r V e n t u r iw e td e d u s t i n gd e v i c ea n dt h en e w l y d e v e l o p e d B O Fg a sf i l t e rw e td e d u s t i n gd e v i c e s ，w i t ht h ef o r m e rc o m p r i s e st h en e wg e n e r a t i o nT o w e rg a sw e td e d u s t i n gd e v i c e ，u n a t t a c h e ds p r a y i n gT o w e r V e n t u r is c r u b b e r sg a sw e td e d u s t i n gd e v i c e ，a n dn e wu n a t t a c h e ds p r a y i n gT o w e r V e n t u r is c r u b b e r sg a sw e td e d u s t i n gd e v i c e ．T e c h i n i a li m p r o v e m e n t so fd r y c l e a n i n gi n c l u d eB O Fg a sL Ts y s t e ma n dB O Fg a sh i g ht e m p e r a t u r ef i l t e rd e d u s t i n gs y s t e m ． K e yw o r d s B O Fg a s ；d r y w e tp r o c e s sd e d u s t i n g ；t e c h n i c a lm e a s u r e s 0 前言 转炉冶炼是一个在高温下吹氧脱碳的反应过 程，碳氧反应后产生含有大量一氧化碳 C O 和含 铁粉尘的高温煤气。如直接排放，必将带来资源 和能源的极大浪费，以及对大气环境的极大污染。 从2 0 世纪5 0 年代开始，国内外冶金工作者就着 手对转炉煤气节能减排的技术和装置进行不懈的 探索和研制，开发出一系列转炉煤气节能减排的 干湿法除尘技术和设备，在转炉煤气节能减排和 能源回收综合利用方面取得了显著进展。下面分 别介绍国内外转炉煤气干湿法除尘现状、技术措 施及其发展趋势。 1 转炉煤气干湿法除尘现状 1 ．1 湿法除尘 日本新日铁公司和川崎重工于2 0 世纪5 0 年 代末联合开发转炉O G 湿法除尘技术，并于2 0 世 纪6 0 年代初在新日铁广烟厂1 3 0t 转炉项目上投 运。以此为起点，经过不断的研发创新，使转炉 O G 法技术日趋完善。早期的转炉O G 系统流程 见图1 。 图1第一代转炉O G 系统流程图 万方数据 3 6 2 0 0 9 年第4 期 我国第一座3 0t 转炉煤气湿法除尘回收装置 由当时的上海冶金设计院 现名为上海宝钢工程 技术公司 研发。采用双文一塔湿法流程，并于 1 9 6 6 年在上海第一钢铁厂成功投产。不仅填补 了国内空白，甚至某些技术达到当时日本和欧洲 钢厂的先进水平。然而，由于受到设备制造技术 和控制技术水平的限制，真正能够实现煤气回收 的钢厂很少，煤气回收的数量、质量及装备水平与 发达国家相差较大。 自1 9 8 5 年9 月宝钢引进日本转炉O G 法装 置开始，我国钢铁业掀起了转炉煤气除尘回收技 术引进和研发的高潮。时至今日，部分钢厂实现 了转炉负能炼钢，有的钢厂吨钢转炉煤气回收达 到了9 0m 3 标态，下同 以上的世界先进水平。 在全国现有的5 0 0 多座转炉中9 0 ％以上采用煤 气湿法除尘系统，普遍存在着以下问题 1 转炉炉口冒烟现象较为严重； 2 系统能耗大，一、二文阻力大； 汽化 3 除尘效果和脱水效果较差，煤气排放和 煤气回收含尘量超标现象较突出； 4 一、二次仪表经常失灵，煤气自动回收率低； 5 系统维护困难，运行成本高。 1 ．2 干法除尘 经湿法除尘后的转炉煤气排放含尘浓度普遍 在8 0m g ／m 3 以上，而由德国L u r g i T h y s s e n 携手 合作开发、并于2 0 世纪8 0 年代诞生的转炉煤气 L T 干法电除尘系统，相对O G 除尘而言，其最大 的优点是除尘后的煤气排放含尘浓度在 3 0m e , ／m 3 以下；煤气回收含尘浓度在1 0m g ／m 3 以下，可直接供用户使用；风机使用寿命长；系统 阻力低；耗电约为O G 除尘系统的4 0 ％等。 宝钢的4 号和5 号转炉L T 干法电除尘装置 是我国最早引进的干法电除尘装置。2 0 0 6 年又 引进了6 号转炉L T 装置。目前我国有2 0 多座转 炉、全球有6 0 多座转炉采用了L T 干法电除尘装 置，见图2 。 图2 转炉煤气L T 干法电除尘系统流程图 从目前国内投运的L T 干法除尘装置看，它 并非完美。L T 干法除尘装置投资偏高，电除尘效 果不稳定；L T 系统存在着设备和材料的腐蚀和变 形。存在的问题主要表现在 1 蒸发冷却塔出口气体温度和湿度控制不 稳定； 2 电除尘器部分阳极板变形和部分阴极线 老化，腐蚀现象较严重，影响除尘效果； 3 蒸发冷却塔喷嘴寿命短，影响蒸发冷却 效果； 4 系统操作维护较困难。 2 提高转炉煤气节能减排的几种技术措施 2 ．1 塔一文结构型煤气湿法除尘技术 2 ．1 ．1 新一代一塔式煤气湿法除尘装置 传统的典型的转炉煤气湿法除尘系统主要采 去煤气柜 用二文一塔除尘装置，以2 0 世纪8 0 年代宝钢一 期建设项目中引进的宝钢3 0 0t 转炉煤气湿法除 尘系统为代表，如图3 所示。 新一代一塔式煤气湿法除尘系统 图4 在 2 0 0 4 年投产的宝钢股份不锈钢事业部1 5 0t 转炉 项目上得到成功应用。该系统在传统的二文一塔 基础上有了很大的突破和发展。该工艺采用 B i s c h o f f 型湿法洗涤器除尘原理，煤气除尘系统主 要由除尘塔、文丘里流量计、风机、三通切换阀、放 散烟囱、水封逆止阀等组成。其中圆筒状的除尘 塔是一塔式煤气除尘系统的关键装置，它采用塔 一文结构替代了传统O G 系统的一文、二文和脱 水器结构。除尘塔内上部为饱和喷淋塔，内设有 多级喷嘴，将来自汽化冷却烟道出口的高温含尘 煤气在塔内上部首先与喷淋水进行传热传质，烟 尘与水雾进行撞击凝聚，使大部分粗颗粒粉尘被 万方数据 世界钢铁 3 7 除去，而且煤气温度由9 0 0 ％左右迅速降至7 5 ℃ 左右。除尘塔塔内下部为精除尘部分，内设有液 压调节功能的环缝洗涤器 R S W ，根据炉口微压 差要求和煤气回收或放散的工艺要求，采用液压 调节装置对煤气通过R S W 装置接触面积 缝隙 的大小进行控制。经多年的运行，效果理想。它 与传统O G 系统一文、二文相比具有以下优点 1 节能降耗，除尘风机节能约1 3 ％左右，系 汽 汽 统阻力可降低30 0 0P a 左右； 2 除尘效率高，粉尘排放浓度低于5 0m g ／m 3 ； 3 系统运行更安全可靠，设备使用寿命延 长等。 2 ．1 ．2 塔一文分装式煤气湿法除尘装置 塔一文分装式煤气湿法除尘系统流程见 图5 ，它与新一代一塔式煤气除尘装置类似，但将 除尘塔内的环缝洗涤器移至塔外，从而可以 O 图3 宝钢3 0 0t 转炉煤气湿法除尘系统流程图 O 汽 图4 新一代一塔式煤气湿法除尘系统流程图 0 图5 塔一文分装式煤气湿法除尘系统流程图 万方数据 3 8 2 0 0 9 年第4 期 灵活布置，以满足工艺对车间的总体布置和老厂 房改造的需要。2 0 0 7 年宝钢集团浦钢搬迁罗泾 工程采用了该除尘装置。 2 ．1 ．3 新型塔一文分装式煤气湿法除尘装置 新型塔一文分装式煤气湿法除尘装置的特点 是，煤气冷却和粗除尘采用蒸发冷却塔取代饱和 喷淋塔或取代一文装置；煤气精除尘采用环缝洗 涤器或称环缝式文氏管取代R D 型二文装置。 采用蒸发冷却塔冷却转炉煤气，节能降耗优 势明显，主要表现在 1 设备阻力比一文阻力降低35 0 0P a 左 右，除尘风机节能约1 5 ％左右； 2 循环水量降低5 0 ％； 3 用于改造项目时，可以以非常低的投入 解决转炉扩容、扩装和因提高吹氧强度引起的风 机能力不足问题。 汽 采用环缝洗涤器净化煤气，具有以下优点 1 粉尘排放浓度低于5 0m g ／m 3 ； 2 循环水量可以减少5 0 ％； 3 喉E l 、喷嘴不易堵塞，设备维修量大幅减少； 4 风机运行周期可达3 4 个月。 2 ．2 转炉煤气湿法除尘装置的研发与创新 虽然塔一文结构型除尘装置相对传统的二文 一塔除尘装置在技术上有了较大的进步和提高， 但塔一文除尘装置还是存在着系统阻力大、能耗 高而除尘效率不很高的客观问题。目前国内外厂 商对转炉煤气湿法除尘领域的所有改革都摆脱不 了系统能耗大而除尘效率低的问题，况且国内 5 0 0 多座转炉中9 0 ％以上是采用湿法煤气除尘装 置。为改变这一状况，宝钢工程技术公司近期研 发了转炉煤气湿式布袋除尘装置，见图6 ，目的是 提高除尘效率、降低系统能耗。 O 图6 转炉煤气湿式布袋除尘系统流程图 2 ．2 ．1 转炉煤气湿式布袋除尘装置 转炉煤气湿式布袋除尘装置是煤气除尘领域 的重大改革，其最大优点是 1 除尘效率极高，除尘后的煤气排放和回 收时的含尘浓度均在1 0m g ／m 3 以下，好于干法电 除尘，并可直接供用户使用； 2 系统运行阻力低，耗电约为O G 装置的 4 0 ％ 3 除尘后的煤气可直接进煤气柜，无需像 L T 系统需要再进煤气冷却器冷却； 4 布袋除尘器多台并联，可实现单台除尘 器离线检修，从而不影响转炉生产； 5 投资低于干法电除尘装置，风机运行使 用寿命长。 转炉煤气湿式布袋除尘装置的关键设备是湿 式布袋除尘器，主要由除尘器壳体、湿式滤袋、脉 冲喷吹机构、灰斗自动排污装置、冲洗以及自控系 统等组成。 湿式布袋除尘器取代了“二文”结构，主要工 作原理是将来自“饱和喷淋塔或蒸发冷却塔或 一文”降温预除尘后的含尘煤气通过管道进入布 袋除尘器，滤袋由透气不透水的特殊材料制成，表 面附着一层水膜，当含尘煤气穿过时，粉尘被滤袋 阻留而净煤气排出。随着滤袋外表面尘量的增 多，除尘器运行阻力上升，当运行阻力达到设定值 的上限时，自控系统启动，进行脉冲喷吹清灰，尘 万方数据 世界钢铁 3 9 泥被剥离并掉入灰斗；当运行阻力达到设定值的 下限时，脉冲喷吹机构自动停止清灰。沉积在灰 斗内的污泥污水，通过水封自动排污装置和冲洗 系统，排人明渠或排污总管，直至污泥处理站。湿 式布袋除尘器如用于O G 系统改造，则可利用原 有转炉已建有的污泥处理站进行污泥处理。 2 ．2 ．2 其他高效湿式煤气除尘装置 其他高效湿式煤气除尘装置如湿式静电除尘 器和塑烧板除尘器。 湿式静电除尘器用在煤气柜出口到用户前 的再除尘，有着良好的使用业绩。用水冲洗电 极，可以消除干法静电除尘器的二次扬尘和电 极积灰难题。 塑烧板除尘器多用于规模较小的除尘项目 上，如精轧机除尘等。它具有布袋除尘器的优 点，有着极高的除尘效率，但投资要远高于布袋 除尘器。 预计，湿式静电除尘器和塑烧板除尘器将作 为高效湿式煤气除尘装置而受到厂商和专家的 关注。 2 ．3 转炉煤气干法除尘技术改进和提高 2 ．3 ．1 转炉煤气L T 干法电除尘装置 L T 干法电除尘在我国起步较晚，使用效果不 尽如人意，在我国推广普及尚有待时日，L T 干法 电除尘技术的推广应用还需结合国情和厂情进行 改进和提高。主要反映在以下几个方面 1 降低投资和能耗积极消化L T 干法电 除尘技术，降低L T 系统的一次投资，将设备国产 化率由9 0 ％提高到9 8 ％以上；降低系统运行能 耗，将能耗大、成品率低的粉尘热压块装置改为冷 压块装置，或对粗、细粉尘区别回收利用，可提高 压块成品和回收效率。 2 提高蒸发冷却塔效率略微提高蒸发冷 却塔煤气出口温度，并根据人口煤气温度变化及 时调整喷水量，动态跟踪并严格控制喷嘴的雾化 效果和喷射角度等参数，以确保冷却塔出口煤气 温度和湿度；蒸发冷却塔宜单独供水。 3 改进电除尘器阳极板和阴极线改进电 除尘器l 号和2 号电场的极板间距和材质，以及 改进极线规格；适当提高除尘器电场功率；提高除 尘器的振打能力和刮灰效果。 4 优化转炉工艺操作转炉工艺操作适应 和配合L T 系统运行，优化转炉吹炼操作和控制 副原料的投入与煤气量变化。 2 ．3 ．2 转炉煤气高温袋式除尘装置 由于L T 干法电除尘系统存在上述问题和运 行不稳定问题，宝钢工程技术公司近期研发了转 炉煤气高温袋式除尘装置，见图7 。袋式除尘装 置具有以下优点 1 袋式除尘器采用特殊滤料，具有很高的 除尘效率，粉尘排放浓度稳定在1 0m g ／m 3 以下， 系统运行稳定可靠，优于干法电除尘； 2 蒸发冷却塔出口气体温度控制高于L T 系统冷却塔出口气体温度，避免了蒸发冷却塔灰 斗出口粉尘变成泥浆的情况发生； 3 风机运行寿命更长； 4 袋式除尘器多台并联，可实现单台除尘 器离线检修，从而不影响转炉生产。 O 图7 转炉煤气高温袋式除尘系统流程图 万方数据 4 0 2 0 0 9 年第4 期 3 结语 我国钢铁工业自1 9 9 6 年成为世界第一钢铁 生产大国以来，钢产量逐年创出新高，2 0 0 7 年达5 亿t ，占世界钢产量的1 ／3 以上，其中，转炉钢产量 约3 ．5 亿t 。 我国是世界钢铁大国而非强国，钢铁工业能 耗占全国总能耗的1 0 ％以上。有相当数量的转 炉煤气除尘装置，不同程度地存在着粉尘排放高、 设备运行能耗高和维修费用高等诸多问题。而且 吨钢煤气回收量仅在5 0i n 3 左右，有些厂的转炉 吨钢煤气回收量仅为2 0I T l 3 。若按目前的平均吨 钢粉尘排放量为0 ．0 1 7k g 平均约8 0m g ／I 1 1 3 计 算，每年约有59 5 0t 含铁粉尘排人大气；按煤气 湿法除尘所需的吨钢电耗8k W h 计算，每年电耗 约为2 8 亿k W h ；而吨钢煤气平均回收量为5 0i n 3 ， 每年可回收的转炉煤气不足1 7 5 亿m 3 。 炼钢生产规模扩大带来的资源和能源消耗非 常巨大，造成的大气污染触目惊心。而我国又是 一个资源和能源紧张的国家，节能减排和能源回 收综合利用是我国钢铁业迅猛发展的基本国策。 若采用本文提出的先进的煤气除尘技术，我国每 年可减少含铁粉尘外排约39 0 0t 粉尘排放平均 在3 0m s ／m 3 以下 ，同时每年可多回收39 0 0t 含 铁粉尘，作为再生资源加以利用；每年节省7 亿 k W h 电 仅以湿法除尘所需的吨钢电耗6k w h 计 ；每年多回收煤气1 0 5 亿m 3 8 0m 3 ／t 以上 ， 折合标准煤约2 7 0 万t 。 积极开发采用具有技术创新和自主知识产权 的煤气除尘技术，提高我国转炉煤气除尘效率和 节能降耗，并实现真正意义上的转炉负能炼钢，是 当前建设和谐社会和可持续发展的需要，也是提 升我国从世界钢铁大国走向世界钢铁强国的 基石。 - 卜卜- 卜卜- - 卜- 卜 一卜- - - * - - - - - 一 - - - 4 “ - - - - - - ” - 一 - - - - - 卜- - - 卜- - 卜 上接第2 5 页参考文献 这些措施既减少了对周边环境的污染，又节 约了资源，产生了巨大的经济效益和社会效益。 新1 3 铁还计划今后从生态环境和谐、维护与 改善生活环境人手，开展有利于防止全球环境污 染和气候变暖、保护臭氧层等方面的工作。中国 钢铁企业应该借鉴新日铁的经验，为环境保护和 循环经济建设做出应有的贡献。 [ 1 ]N i p p o nS t e e lS u s t a i n a b i l i t yR e p o r t2 0 0 8 [ E B ／O L ] ．[ 2 0 0 8 0 6 3 0 ] ．h t t p ／／w w w ．n ∞．C O ．j P ． [ 2 ] N i p p o nS t e e lS u s t a i n a b i l i t yR e p o r t2 0 0 7 [ E B ／O L ] ．[ 2 0 0 7 0 6 3 0 ] ．h t t p ／／w w w ．n 8 c ．C O ．j p ． [ 3 ]域田博史，茨城哲治．回耘炉床法；土弓少叉hI J 寸彳夕 ，L ，三／灭于厶[ J ] ．新日铁技银，2 0 0 6 ，3 8 4 1 3 4 1 3 9 ． [ 4 ]缄田博史，茨城哲治．回耘炉床法c 占6 歹叉pl J 廿彳夕 ，L ，技衍[ J ] ．新日铁技鞭，2 0 0 2 ，3 7 6 2 8 3 1 ． 万方数据 转炉煤气节能减排的几种技术措施转炉煤气节能减排的几种技术措施 作者王永忠， 施锦德， WANG Yongzhong， SHI Jinde 作者单位上海宝钢工程技术有限公司,上海,201900 刊名 世界钢铁 英文刊名WORLD IRON STEEL 年，卷期2009,94 被引用次数1次 本文读者也读过7条本文读者也读过7条 1. 黄卫超.马林.HUANG Weichao.MA Lin 转炉煤气的回收及利用[期刊论文]-宝钢技术20093 2. 孙宝权.杨德荣.齐登科 凌钢120t转炉LT系统应用[期刊论文]-节能2009,283 3. 彭锋.PENG Feng 国内转炉煤气的回收和利用简析[期刊论文]-炼钢2008,246 4. 吕乃冲.逄亚男.LU Nai-chong.PANG Ya-nan 120t转炉煤气干法除尘控制系统[期刊论文]-冶金自动化 2007,314 5. 陈志斌 国内转炉煤气回收利用技术的现状及发展[期刊论文]-冶金动力20031 6. 张同忠 转炉煤气干法除尘技术在我国的应用[期刊论文]-硅谷20093 7. 耿景德.张克弢.Geng Jingde.Zhang Ketao 转炉煤气回收利用与平衡[期刊论文]-天津冶金20094 引证文献1条引证文献1条 1.潘秀兰.常桂华.冯士超.王艳红.梁慧智 转炉煤气回收和利用技术的最新进展[期刊论文]-冶金能源 20105 本文链接