劉晨

轉(zhuǎn)爐是世界上最主要的粗鋼生產(chǎn)設(shè)備之一,全球轉(zhuǎn)爐鋼比例超過60%,中國(guó)超過90%。轉(zhuǎn)爐除塵電耗占工序電耗的80%,折合噸鋼電耗平均15kWh。通過旁路布置的局部除塵工藝和設(shè)備改造,預(yù)計(jì)節(jié)電50%(即噸鋼電耗降到7.5kWh)是完全可能的,按照年產(chǎn)鋼1000 萬噸、平均電價(jià)0.5 元/kWh計(jì)算,年節(jié)電效益超過3000 萬元,改造無風(fēng)險(xiǎn)、投資回收期短。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵現(xiàn)有技術(shù)及存在問題的分析

轉(zhuǎn)爐煉鋼的除塵點(diǎn)包括一次除塵、二次(三次)除塵、鐵水供應(yīng)和預(yù)處理除塵、轉(zhuǎn)爐渣處理、鋼包中間包修砌、轉(zhuǎn)爐修爐、輔料裝卸轉(zhuǎn)運(yùn)除塵等多個(gè)除塵點(diǎn),既涉及環(huán)境保護(hù),也涉及崗位衛(wèi)生。

1)一次除塵:目前一次除塵主要采用濕法、干法、半干法三種方法。

濕法(OG、新OG 法):各種濕法的電耗都包含一次除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)和水處理循環(huán)泵。濕法冷卻和粗除塵采用一文或飽和器,精除塵采用高阻文氏管。濕法除塵電耗最高(噸鋼5-7kWh/t):一是阻損大和工況煙氣量大,導(dǎo)致一次除塵風(fēng)機(jī)電耗高,二是粉塵全部到排水中,導(dǎo)致廢水處理量大、流程長(zhǎng),水處理循環(huán)泵等電耗高。

干法(LT、DDS):干法耗電包括一次除塵風(fēng)機(jī)、煤氣冷卻器循環(huán)水泵、電除塵器供電。干法采用干式蒸發(fā)冷卻器和干式靜電除塵器,實(shí)現(xiàn)了粉塵的100%干回收,解決了水處理問題;阻損小,降低了風(fēng)機(jī)電耗,節(jié)電的優(yōu)點(diǎn)值得肯定和推廣。干法的節(jié)電也還有一定潛力,比如減少風(fēng)機(jī)工況風(fēng)量、采用噴淋+濕電替代干式電除塵器和煤氣冷卻器等。

半干法:半干法電耗,與濕法相同,也包含一次風(fēng)機(jī)、水處理循環(huán)泵等。半干法借鑒了干法的干式蒸發(fā)冷卻,沿用濕法的文氏管精除塵,一次風(fēng)機(jī)和水處理電耗都有所降低,但與干法比節(jié)電還有空間。

本文重點(diǎn)分析用升級(jí)后半干法改造濕法的節(jié)電改造方案和潛力。

2)二次(三次)除塵:多采用混風(fēng)冷卻、布袋除塵器除塵,環(huán)保能達(dá)標(biāo),問題在于塵源多是間隙性的,而風(fēng)機(jī)則是連續(xù)的,除塵點(diǎn)多且分散、設(shè)備遠(yuǎn)離塵源,必然導(dǎo)致除塵電耗,是轉(zhuǎn)爐除塵節(jié)電潛力最大的領(lǐng)域。二次、三次除塵設(shè)計(jì)維護(hù)不當(dāng),還會(huì)抽不凈、廠房頂冒煙、車間現(xiàn)場(chǎng)粉塵多。

3)鐵水、輔料等有組織排放除塵、渣處理、輔料、車間設(shè)備和平臺(tái)清灰:目前這些除塵多采用集中布袋除塵器通風(fēng)除塵,也存在除塵系統(tǒng)抽力不平衡,即使風(fēng)機(jī)全程高速運(yùn)行,仍然存在抽不凈、現(xiàn)場(chǎng)粉塵多。設(shè)備和平臺(tái)積灰有平日人工清掃的,也有的只是在設(shè)備定期檢修時(shí)清掃。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵節(jié)電改造技術(shù)方案

轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵系統(tǒng)的節(jié)電改造技術(shù)方案,如圖1 所示。

一次除塵:以一座120t 轉(zhuǎn)爐OG 濕法除塵改造為例,轉(zhuǎn)爐最大裝入量150t,設(shè)計(jì)一次除塵工況風(fēng)量210000m³/h、風(fēng)機(jī)全壓26kPa、一次除塵風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率2240kW,一次除塵工藝流程:溢流文氏管(一文)、RD 翻板文氏管、臥式水霧分離器,系統(tǒng)總噴水量550t/h、水處理系統(tǒng)總循環(huán)泵功率350kW,風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度約60℃。改造方案是,用干式蒸發(fā)冷卻器替代一文,用濕式靜電除塵器替代環(huán)縫文氏管,或降低環(huán)縫除塵器的阻損,可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇旁通改造,或在線改造,根據(jù)計(jì)算和參考實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),改造后一次除塵風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率不超過1000kW,水處理循環(huán)泵可以節(jié)省50%,合計(jì)節(jié)電功率1415kW。

二次(三次)除塵改造:用戶現(xiàn)有二次布袋除塵系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)處理風(fēng)量1200000m3/h、驅(qū)動(dòng)電功率3150kW,沒有三次除塵。改造方案是,增加屋頂三次除塵密閉罩,確保廠房頂沒有冒煙。在煙氣流向屋頂三次除塵罩的通道上增加多組細(xì)霧噴嘴,噴細(xì)霧除塵,罩內(nèi)增加煙塵在線檢測(cè)儀,并與風(fēng)機(jī)是否啟動(dòng)和轉(zhuǎn)速自動(dòng)連鎖。增加一條聯(lián)接管道,將屋頂罩內(nèi)超標(biāo)的煙氣就近引入二次除塵煙道。

在二次除塵器入口煙道增加一條旁路,增加噴淋洗滌除塵系統(tǒng)和新除塵風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)出口煙氣并入二次除塵煙囪。在二次煙罩和一次煙罩之間增加壓縮空氣或氮?dú)庖涞目諝夥糯笃?將裝料、出鋼期間的煙氣盡量多地引入一次煙罩。改造后一次除塵能力富裕,二次、三次煙氣盡量引入一次除塵系統(tǒng)處理,輔助采用噴霧除塵,現(xiàn)有的二次(三次)除塵系統(tǒng)不開、或降速,僅為備用,確實(shí)需要時(shí)也優(yōu)先開啟噴霧除塵系統(tǒng),這樣在確保排放和崗位除塵達(dá)標(biāo)的前提下,節(jié)電至少50%,降低運(yùn)行功率1575kW。

鐵水、輔料等有組織排放除塵、渣處理、輔料、車間設(shè)備和平臺(tái)清灰:在保持現(xiàn)有除塵系統(tǒng)不變的情況下,把每個(gè)除塵點(diǎn)增加直接噴霧除塵、或噴淋洗滌除塵,停開布袋、或降低轉(zhuǎn)速。

3 幾項(xiàng)相關(guān)技術(shù)

上述方案涉及干式蒸發(fā)冷卻器、濕式靜電除塵器、噴霧除塵器、噴淋洗滌器、空氣放大器等。干式蒸發(fā)冷卻器的特點(diǎn)是在冷卻煙氣的同時(shí),可以將40%-80%的干灰從煙氣中直接分離出來,還可以利用煙氣余熱處理焦化廢水、濃鹽水等難處理廢水,像干法一樣有助于徹底解決轉(zhuǎn)爐除塵水處理問題。濕式靜電除塵與干式靜電除塵的原理相同,只是用水沖灰,由于除塵效率高,只需1-2 個(gè)電場(chǎng)就能穩(wěn)定達(dá)到5mg/m³ 的水平,阻損只有200Pa,直接噴霧除塵也有相當(dāng)多的介紹和業(yè)績(jī)。這里重點(diǎn)介紹后兩項(xiàng),也是對(duì)轉(zhuǎn)爐除塵節(jié)電有顯著效果的技術(shù)。

噴淋洗滌器:噴淋洗滌器的工作原理如圖2 所示,該設(shè)備利用蒸發(fā)、冷凝、沖擊洗滌吸收多重除塵原理,可以在阻損只有500Pa、氣水比只有1-1.5L/m³ 的條件下,將出口粉塵濃度降低到20mg/m³以下,可以替代環(huán)縫除塵器,也可以做為濕式靜電除塵器的預(yù)除塵裝置,確角保濕電出口粉塵濃度降低到近零排放水平。

空氣放大器:空氣放大器(俗稱空氣炮)設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理如圖3 所示,壓力為0.3-0.5MPa的壓縮空氣、氮?dú)馔ㄟ^噴嘴噴入煙氣進(jìn)口,出口的高流速產(chǎn)生的柏努力效應(yīng),對(duì)煙氣產(chǎn)生吸引作用,類似引風(fēng)機(jī)。但與風(fēng)機(jī)不同的是,可以安裝在塵源處、可以瞬時(shí)開、關(guān),用單位體積的動(dòng)力氣體可以抽引10-30 倍體積的煙氣,煙氣進(jìn)出口的壓差最高可達(dá)2kPa。利用空氣放大器可以將瞬時(shí)產(chǎn)生的二次煙氣引射到一次煙罩中,充分利用一次除塵系統(tǒng)在非吹煉期的閑置設(shè)備能力盡量多地處理二次(三次)煙氣,減少二次(三次)除塵的風(fēng)量。

4 改造前后主要指標(biāo)對(duì)比

一座120t 轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵車間除塵系統(tǒng)節(jié)電改造前后相關(guān)指標(biāo)對(duì)比,見表1。

一座120t 轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵系統(tǒng)采用節(jié)電改造后,除塵總功率減少2990KW,按照實(shí)際運(yùn)行功率

75%、年作業(yè)時(shí)間330 天、平均電價(jià)0.69 元/kWh 計(jì)算,一座120t 轉(zhuǎn)爐煉鋼一次、二次(三次)除塵年節(jié)電效益超過1200 萬元。還沒有計(jì)算鐵水、原料除塵改造的效益,也沒有計(jì)算水處理成本、風(fēng)機(jī)等設(shè)備維修的成本降低。

5 結(jié)論和建議

轉(zhuǎn)爐一次濕法除塵系統(tǒng)采用干式蒸發(fā)冷卻器+濕式靜電除塵器改造,一次除塵風(fēng)機(jī)、水處理電耗都可以減少50%,比干法電耗還低。在一次除塵系統(tǒng)能力富裕的前提下,裝料、出鋼期間的轉(zhuǎn)爐二次(三次)煙氣通過采用空氣放大器引入一次除塵系統(tǒng)處理、增加噴霧除塵、噴淋洗滌除塵,配合增加屋頂三次除塵罩、罩內(nèi)煙塵在線檢測(cè)等手段,現(xiàn)有的二次(三次)除塵風(fēng)機(jī)可以不開、或降速,可以節(jié)電50%以上。

一座120t 轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵系統(tǒng)節(jié)電改造年效益超過1200 萬元。