徐兆春 王軍 章香林
（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山243000）
【摘要】通過對馬鋼煉鋼轉爐煙氣余熱回收和利用的現(xiàn)狀分析，結合轉爐煙氣產生的特點和目前相關技術應用，提出了馬鋼轉爐煙氣余熱深度回收利用的技術方案，全面回收轉爐煉鋼的煙氣余熱并加以充分利用，實現(xiàn)節(jié)能降耗，進一步提高轉爐負能煉鋼水平。
【關鍵詞】轉爐煙氣；余熱深度回收；節(jié)能降耗
引言
目前，煉鋼轉爐煙氣余熱回收普遍采用的是汽化冷卻系統(tǒng)，利用轉爐煉鋼時釋放的高溫煙氣余熱作為熱源產生蒸汽。轉爐高溫煙氣經過汽化煙道冷卻，溫度降至900 ℃左右，然后通過噴水降溫、除塵，造成大量熱量浪費的同時帶來水資源和能源的高消耗，嚴重制約了煉鋼轉爐工序節(jié)能降耗水平的提高，不符合國家提倡“發(fā)展循環(huán)經濟、節(jié)能減排”的基本國策，所以研究轉爐煙氣余熱深度回收利用是十分必要的。
1 馬鋼轉爐煙氣溫度損失的現(xiàn)狀
馬鋼現(xiàn)有300 t 轉爐3 座、120 t 轉爐3 座、75 t轉爐4 座，均采用濕法一次除塵。以120 t 轉爐為例，轉爐煉鋼時爐口溢出1400~1600 ℃的含塵高溫煙氣經汽化冷卻煙道后降溫至800~900 ℃，然后經過凈化系統(tǒng)，通過噴頭噴出大量煤氣洗滌水持續(xù)對煙氣降溫、除塵，煙氣溫度降至約70 ℃。雖然通過汽化冷卻煙道回收了一部分煙氣余熱，但是汽化煙道出口處的800~900 ℃煙氣余熱被直接噴水降至約70 ℃，這一部分的約800 ℃左右余熱資源被損失掉，造成大量熱量浪費的同時帶來環(huán)境污染、水資源和能源的高消耗，傳統(tǒng)OG 系統(tǒng)都是以保證生產運行和回收轉爐煤氣為出發(fā)點，而沒有重點考慮煙氣余熱的回收和能源利用率的提高，嚴重制約了煉鋼轉爐工序節(jié)能降耗水平的提升。
2 國內相關企業(yè)的技術探索之路
國內某鋼廠在其80 t 轉爐進行過余熱深度回收工業(yè)性試驗，該工業(yè)性試驗項目于2016 年4 月份投產，連續(xù)運行731 爐，運行期間每爐生產低壓蒸氣5.16 t，折合噸鋼回收蒸氣量為54 kg；鍋爐出口溫度穩(wěn)定保持在160～180 ℃，余熱鍋爐整體熱效率良好，能夠滿足EP（電除塵）的要求。該工業(yè)性試驗項目也存在一定缺陷，主要包括以下幾點：
（1）積灰比較嚴重。設計時采用鍋爐直接替代轉爐一次除塵LT 系統(tǒng)中的蒸發(fā)冷卻塔，雖然降溫功能得到實現(xiàn)，但蒸發(fā)冷卻塔的除塵功能卻被忽視，導致鍋爐出口到電除塵間管道及電除塵入口部位粉塵濃度大幅度提高，以及管道設計流速不能滿足相應行業(yè)規(guī)范的要求，使得上述連接管道及電除塵器入口出現(xiàn)嚴重積灰情況，需要定期進行人工清理；
（2）系統(tǒng)密閉性設計不合理，特別是余熱鍋爐采用現(xiàn)場焊接制作保溫結構，導致漏風嚴重，致使電除塵器在工業(yè)性試驗裝置投運期間出現(xiàn)過18 次泄爆情況，最終使得電除塵器的陽極板變形嚴重。
3 可行性分析
3.1 轉爐一次煙氣冷卻和余熱回收利用的難點
在不用濁循環(huán)水處理系統(tǒng)和回收利用轉爐一次煙氣余熱方面，一直有三個難點:急冷急熱、爆炸隱患和粘灰結垢。轉爐吹煉是間歇性的，煙氣溫度和煙氣量會頻繁大幅波動，因此能長期耐得住大幅急冷急熱的余熱回收設備的材料選擇是一大難題。
在整個轉爐煉鋼過程中，每爐都在多次循環(huán)發(fā)生空氣-煙氣-煤氣之間的轉換，含CO 的煤氣與含氧煙氣混合爆炸的條件隨時都具備，爆炸隱患很難徹底消除。轉爐粉塵中含有生石灰粉，遇到空氣中的水分會活化為熟石灰粉，再遇煙氣中的CO2就會反應形成石灰石，這種結垢采用一般的清灰方法難以除凈。這三個難點加大了轉爐一次煙氣余熱回收設備設計選型、操作維護的難度。[1]
3.2 實踐應用
經過轉爐余熱深度回收工業(yè)性試驗的實踐應用，認為余熱鍋爐驗證性試驗是成功的。試驗初步證明只要在積灰清理、輸灰方式和系統(tǒng)密閉性等設計方面加以改進，鍋爐不存在泄爆風險，安全穩(wěn)定運行的問題是可以解決的。在轉爐一次除塵系統(tǒng)完整的情況下，把深度余熱回收納入進來作為降溫措施，同時返過來又為一次除塵超低排放創(chuàng)造更加有利條件，實行節(jié)能環(huán)保技術集成優(yōu)化來實現(xiàn)鋼綠色生產。
4 馬鋼改造方案
4.1 工藝及設備
根據對現(xiàn)有LT 系統(tǒng)和新OG 系統(tǒng)的優(yōu)缺點的研究，并結合轉爐余熱深度回收的需求，馬鋼計劃采用一套轉爐余熱深度回收加一次除塵超低排放系統(tǒng)（簡稱“DHE”系統(tǒng)），該系統(tǒng)主要包括汽化煙道鍋爐+余熱深度回收鍋爐+噴淋塔+環(huán)縫洗滌器+脫水塔+濕式徑流式電除塵器，凈化后的煤氣經三通閥、水封逆止閥后進入煤氣柜供用戶使用，不具備回收條件的煤氣經三通閥至煙囪點火放散。
汽化煙道鍋爐+余熱深度回收鍋爐將煤氣溫度降至200 ℃左右生產飽和蒸汽供生產生活使用；余熱鍋爐對流受熱面和轉彎煙道具有粗除塵功能，大顆粒的粉塵流經上述部位由于碰撞和慣性分離的作用得以沉降下來；經過粗除塵后的煤氣通過煙道進入精除塵系統(tǒng)：噴淋塔+環(huán)縫洗滌器+脫水塔+濕式徑流式電除塵器，在精除塵系統(tǒng)凈化后粉塵排放濃度可以達到≤10 mg/m3，已能夠滿足現(xiàn)行國家最嚴的環(huán)保排放要求，即國家2018 年5 月推出的《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》對煉鋼排放的要求。
余熱深度回收鍋爐進口煙氣與現(xiàn)汽化煙道出口煙氣一致，煙溫、含塵量與汽化煙道出口完全一樣，余熱深度回收鍋爐主要由汽包、蒸發(fā)受熱面段、省煤器、循環(huán)泵及本體管路等組成。轉爐一次煙氣先經過現(xiàn)有的汽化冷卻煙道冷卻，溫度降至700～800 ℃，粉塵濃度約100～150 g/m3，然后接入新建深度余熱鍋爐內，煙氣流經深度余熱鍋爐5 級蒸發(fā)受熱面后煙氣降溫300 ℃以下，隨后再經省煤器繼續(xù)降溫到<200 ℃，然后進入一次除塵系統(tǒng)。在煙氣降溫過程中，鍋爐生產飽和蒸汽，經蓄熱器后送全廠低壓蒸汽管網供生產使用。省煤器出口煙氣溫度150~200 ℃，粉塵濃度小于90 g/m3。
從省煤器出來的轉爐煙氣接至噴淋塔進行進一步降溫和洗塵，然后約70 ℃的飽和濕煙氣進入環(huán)縫洗滌器、脫水塔和布置在廠房外的濕式靜電除塵器進行除塵，最終煙氣粉塵濃度≤10 mg/m3。然后約70 ℃的飽和濕煙氣進入濕式徑流式電除塵器進行精除塵，確保轉爐一次煙氣粉塵濃度≤10 mg/m3，達到超低排放。出轉爐車間的一次除塵煙道、主引風機及放散回收系統(tǒng)均利舊。
深度余熱鍋爐和轉彎煙道沉降下來的是干灰，為了便于系統(tǒng)統(tǒng)一和粉塵處理，采用濁環(huán)水混合送入現(xiàn)有OG 濁環(huán)水溜槽。噴淋塔、環(huán)縫洗滌器、脫水塔的污水排入現(xiàn)有的OG 濁環(huán)水溜槽。濕式靜電除塵器內的污水排入水封池，再用污泥泵送至現(xiàn)有的OG 系統(tǒng)濁環(huán)水處理系統(tǒng)。余熱噴淋塔和濕式電除塵內的污水排入水封池，再用污泥泵送至現(xiàn)有的OG 系統(tǒng)濁環(huán)水處理系統(tǒng)。
4.2 輔助系統(tǒng)
（1）清灰及除灰系統(tǒng)
在應對鍋爐蒸發(fā)受熱面積灰的問題上，首先，高溫區(qū)鍋爐蒸發(fā)受熱面采用光管受熱面、管間距適當放大；其次，適當提高流經受熱面的煙氣流速，以達到自清灰的目的。再有采取了高效的在清灰裝置，能夠伴隨煉鋼的進程實時進行清灰作業(yè)，自清灰和在線清灰裝置配合進行鍋爐清灰，鍋爐本體采用全自動機械振打清灰裝置，此裝置安裝在蒸發(fā)對流受熱面可以實現(xiàn)對對流管的清潔。蒸發(fā)受熱面上掉落的灰塵進入余熱鍋爐下部的灰斗，灰斗底部設流化氮氣噴嘴，然后經2 組星型卸灰閥（卸灰閥間設置有氮氣密封）破碎排入濁環(huán)水管，再經由排水密封罐進入原老OG 濁環(huán)水溜槽。
（2）排污取樣系統(tǒng)
余熱鍋爐在運行中為了調節(jié)鍋水的酸堿度，會加入一定量的藥劑，隨著鍋水的不斷蒸發(fā)，藥劑的濃度也會不斷增加，需要時時進行取樣檢測，設置爐水取樣裝置一套。鍋爐運行中需定期排出沉積在鍋爐底部的污垢和高濃度鍋水，鍋爐排出水均為高溫高壓飽和水，需設置排污擴容器降溫降壓后排放。該系統(tǒng)排污擴容器與現(xiàn)汽化冷卻系統(tǒng)共用。
4.3 設備布置
由于轉爐煉鋼時產生的煤氣中含有大量CO，且粉塵含量高達100~150 g/m3；首先，CO 為易燃易爆氣體，且有毒；其次，粉塵含量高，極易在鍋爐受熱面上積灰。所以，深度余熱回收鍋爐的整體布置易采用上下直通型，確保氣體流通順暢，沒有死角，在氣體轉彎處設置有氮氣安保措施。
5 結論
經過技術創(chuàng)新和改造，汽化煙道鍋爐后設置余熱深度回收鍋爐，煙氣溫度降至200 ℃以下，將對轉爐汽化煙道后煙氣余熱進一步回收，滿足后續(xù)一次除塵要求溫度的同時多生產與汽化冷卻煙道等質2.5 MPa 的飽和蒸汽，噸鋼可多回收50 kg 左右飽和蒸汽，所生產的蒸汽可并入現(xiàn)汽化冷卻蒸汽系統(tǒng)。同時余熱鍋爐及轉彎煙道具有粗除塵功能，粗除塵效率約為40% 左右（出口濃度≤90 g/m3），減輕后續(xù)一次除塵系統(tǒng)負荷同時，也為降低系統(tǒng)排放指標創(chuàng)造條件，保證了整個系統(tǒng)除塵效果即出口濃度≤10 mg/m3。
[參考文獻]
[1] 劉晨．轉爐一次煙氣冷卻和余熱回收利用技術[N]. 世界金屬導報，2016-3-22（B10）.
[2] 馬春生．轉爐煙氣凈化與回收工藝[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2014.