賀書明 高 文 劉 磊 程 飛
摘 要：介紹了安鋼第二煉軋廠150 t轉(zhuǎn)爐除塵系統(tǒng)升級運(yùn)行情況。針對系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的穩(wěn)定性差、煙氣外溢污染等情況進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的解決措施。煙氣除塵灰經(jīng)冷壓設(shè)備，配備一定輔料制成球團(tuán)作為含鐵物料供轉(zhuǎn)爐使用，不僅實現(xiàn)了固廢二次利用、減少了污染物排放、適應(yīng)了低碳環(huán)保的時代要求，也對穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐操作、降低生產(chǎn)成本起到了積極作用。
關(guān)鍵詞：安鋼；轉(zhuǎn)爐除塵；低碳環(huán)保技術(shù)；干法除塵
一、研究背景
我國鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰碳中和計劃初步定為：2025年前，實現(xiàn)碳排放歷史峰值；到2030年，碳排放量較歷史峰值降低30%。中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會于2021年4月發(fā)布了《鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)路線》（討論稿），這一目標(biāo)必須通過推動綠色布局、節(jié)能及提升能效、優(yōu)化用能及流程結(jié)構(gòu)、構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈和應(yīng)用突破性低碳技術(shù)來實現(xiàn)。
轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，吹煉期間產(chǎn)生的煙氣稱為一次煙氣，加廢鋼、兌鐵水、出鋼等過程產(chǎn)生的煙氣稱為二次煙氣，而未被一次、二次除塵系統(tǒng)捕集到從而外逸的煙氣稱為三次煙氣[1]。安鋼第二煉軋廠擁有3座150 t轉(zhuǎn)爐，在2018年進(jìn)行了除塵系統(tǒng)升級改造，一次除塵系統(tǒng)由OG法改為LT法，二次除塵布袋升級為耐高溫材質(zhì)，并且投產(chǎn)了三次除塵系統(tǒng)。除塵系統(tǒng)的升級改造，為公司實現(xiàn)超低排放、打造園林式工廠奠定了基礎(chǔ)。但長期以來，一次除塵系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，堵灰、泄爆情況時常發(fā)生，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程依然存在煙氣外溢污染。除塵灰得不到有效利用，不僅造成資源浪費(fèi)，也造成一定程度的固廢污染。因此，提升除塵系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、改善轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程冒煙冒火情況及實現(xiàn)除塵灰有效利用是企業(yè)急需解決的問題。
二、轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性提升
在干法除塵系統(tǒng)運(yùn)行過程中，蒸發(fā)冷出口溫度不穩(wěn)定，導(dǎo)致電除塵器進(jìn)口溫度或高或低。溫度過低容易發(fā)生細(xì)灰堵塞，溫度過高則導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐聯(lián)鎖提槍甚至泄爆，從而影響煤氣回收和除塵效率。
1.原因分析
通過對現(xiàn)場系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的長期跟蹤及數(shù)據(jù)積累分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)蒸發(fā)冷卻器出口溫度持續(xù)高于350℃以上超過3 min，電除塵器進(jìn)口溫度就會從常溫狀態(tài)快速上升；如果電除塵器進(jìn)口溫度超過200℃，則很容易發(fā)生泄爆，造成環(huán)保事故及除塵器設(shè)備損傷；而當(dāng)電除塵器進(jìn)口溫度持續(xù)低于80℃以下時，則很容易導(dǎo)致細(xì)灰堵塞，造成除塵系統(tǒng)停運(yùn)進(jìn)而生產(chǎn)停頓。而影響蒸發(fā)冷卻器工作的最直接因素是噴水壓力和流量，因此，控制蒸發(fā)冷卻器噴槍水壓及流量是實現(xiàn)除塵系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。
2.改進(jìn)措施
經(jīng)過不斷摸索總結(jié)及試驗驗證，通過PLC程序中的調(diào)節(jié)杠桿設(shè)定最佳蒸發(fā)冷卻器出口溫度模擬值來調(diào)節(jié)噴水量，當(dāng)煙氣實際溫度較低時（夏季低于60℃，冬季低于80℃），設(shè)定模擬溫度大于300℃，使得噴槍開度小于40%，噴水量控制在28 m3 /h以下，目的是讓煙氣溫度迅速升高，直到電除塵器進(jìn)口溫度達(dá)到140℃~160℃；此時，再設(shè)定蒸發(fā)冷卻器出口溫度模擬值小于實際溫度，使得蒸發(fā)冷卻器噴水開度最大70%，噴水量在30~50 m3 /h，噴水壓力大于0.3 MPa，防止電除塵器進(jìn)口溫度過高。該措施不僅保證了蒸汽的回收效果和電除塵器的除塵效率，減少細(xì)灰堵塞的情況，又防止進(jìn)除塵器溫度過高發(fā)生泄爆而提槍，穩(wěn)定了蒸發(fā)冷卻器噴槍的噴水冷卻效果。
三、轉(zhuǎn)爐冶煉加料過程中冒煙冒火情況改善
二次風(fēng)機(jī)除塵設(shè)備自投用以來，已經(jīng)服役近20年，除塵布袋也更換過數(shù)次，但隨著環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，除塵器進(jìn)口外排顆粒物超標(biāo)越來越頻繁，布袋老化、破損情況越來越嚴(yán)重，爐前冶煉、加料過程中冒煙冒火現(xiàn)象增多。
1.原因分析
轉(zhuǎn)爐二次除塵使用的是脈沖覆膜濾料布袋式除塵器，每臺轉(zhuǎn)爐對應(yīng)1臺脈沖式布袋除塵器，卸灰時啟動2條鏈?zhǔn)焦伟鍣C(jī)，把灰塵運(yùn)輸?shù)郊瞎伟?，最后進(jìn)入二次灰倉，煙氣通過布袋過濾從煙囪放散。濾袋破損究其原因可大致分為以下幾種情況：安裝不當(dāng)導(dǎo)致濾袋與骨架不能完全貼合、布袋與袋籠磨損；氣體溫度過高燙壞；濾袋堵塞導(dǎo)致設(shè)備阻力增大；濾袋與酸、堿性物質(zhì)或蒸汽接觸反應(yīng)而老化；等等。
2.改進(jìn)措施
對二次除塵器布袋進(jìn)行升級換代，由原來的普通覆膜滌綸針刺氈升級為耐高溫布袋，最高可耐150℃~180℃的煙氣溫度。在更換布袋期間，將頂部隔板、艙壁清理干凈，濾袋與壁板、邊板保持固定距離，避免出現(xiàn)新布袋松弛及脫落損壞。二次風(fēng)機(jī)保持在800轉(zhuǎn)以上，布袋除塵器進(jìn)出口壓差小于1.8 kPa，通過改造，使得濾袋運(yùn)行一段時間后表面附著粉塵層，過濾效率達(dá)到最佳，同時，冶煉中布袋除塵器溫度一般在70℃~120℃，濾袋也具有較高的耐受性，壽命得到延長。此外，將覆膜濾料袋式除塵器、濾筒除塵器等多種形式的三次除塵設(shè)備，分布于廠房周圍的多個網(wǎng)格點，用于捕獲外溢煙塵，進(jìn)一步改進(jìn)廠房內(nèi)的環(huán)境。
四、轉(zhuǎn)爐除塵灰二次循環(huán)利用
隨著轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的發(fā)展及生產(chǎn)效率的提升，相應(yīng)的除塵技術(shù)也在不斷地發(fā)展完善，煉鋼煙氣凈化回收方法由傳統(tǒng)的濕法升級改造為干法，按照目前的除塵器運(yùn)行情況，每天生成除塵灰500余噸，除塵灰具有溫度高、易自燃、粒度細(xì)的特點，如果得不到科學(xué)的處理，極易造成揚(yáng)塵等環(huán)境污染事故，因此亟待開發(fā)一種適合干法除塵粉塵特性的處理工藝。
1.轉(zhuǎn)爐除塵灰二次利用的可行性分析
轉(zhuǎn)爐除塵灰分為粗灰、細(xì)灰2種。粗灰為灰黑色細(xì)顆粒，來自蒸發(fā)冷卻器底部；細(xì)灰為紅褐色，顏色與氧化鐵紅相近，-100目占比70%以上，是煉鋼過程中產(chǎn)生的煙塵經(jīng)干法除塵、沉降而得到的，二者化學(xué)成分抽檢結(jié)果如表1所示。
通過采用化學(xué)分析、激光粒度儀、掃描電鏡和XRD等手段研究發(fā)現(xiàn)，該廠轉(zhuǎn)爐除塵灰含鐵品位較高，粗灰含鐵38%以上，細(xì)灰含鐵50%以上，并且鐵以赤鐵礦和磁鐵礦的形式存在，比表面積較大，大部分顆粒呈球狀。此外，該廠轉(zhuǎn)爐除塵灰含有一定量的氧化鈣和氧化鎂，呈堿性，具有較強(qiáng)的酸中和能力，回收利用的價值凸顯。
2.轉(zhuǎn)爐除塵灰循環(huán)利用實踐
目前，國內(nèi)轉(zhuǎn)爐除塵灰主要有以下幾方面應(yīng)用：在燒結(jié)過程中綜合利用、制備鐵系顏料、合成非正分鐵、制備鐵氧體磁性新材料、代替部分膨潤土生產(chǎn)球團(tuán)等[2]。安鋼第二軋鋼廠鋼產(chǎn)能退出后，根據(jù)公司鐵鋼平衡現(xiàn)狀，該廠3座150 t轉(zhuǎn)爐需要日生產(chǎn)120爐，消化鐵水1.8萬噸，干法除塵系統(tǒng)日產(chǎn)灰約540 t，大量除塵灰如果得不到合理處置，不僅會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，也在一定程度上造成資源浪費(fèi)。結(jié)合國內(nèi)先進(jìn)做法，該廠在除塵灰中加入部分添加劑，通過冷固工藝制成轉(zhuǎn)爐造渣劑冷固球團(tuán)，用于轉(zhuǎn)爐造渣。冷固球團(tuán)的加入，在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中增加了前期渣中氧化亞鐵含量，加快了成渣速度，改善了冶煉過程中的脫磷效果；隨著冷固球團(tuán)的加入，石灰的熔化速率提高，同時由于冷固球團(tuán)含有一定量的氧化鈣，可以減少石灰消耗；冷固球團(tuán)化渣效果好，不僅能夠預(yù)防噴濺，也對降低鋼鐵料消耗、高效化生產(chǎn)下的爐襯維護(hù)起到了積極的作用，2022年安鋼第二軋鋼廠轉(zhuǎn)爐冷固球團(tuán)噸鋼回收百分比情況見圖1。
從圖1中可以看出，2022年安鋼第二軋鋼廠冷固球團(tuán)的噸鋼回收百分比為2.65%~3.48%，平均值為2.87%，出鋼量按照165 t計算，則每爐鋼回收冷固球團(tuán)4.68 t。在干法除塵系統(tǒng)運(yùn)行下，每爐鋼生產(chǎn)過程產(chǎn)生粗灰約1.2 t、細(xì)灰約3 t，也就意味著在當(dāng)前轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，除塵灰實現(xiàn)了100%回收。
五、轉(zhuǎn)爐除塵低碳環(huán)保技術(shù)應(yīng)用效果
一是通過對干法除塵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整及推行操作標(biāo)準(zhǔn)化，不僅降低了水、氣介質(zhì)消耗，也減少了堵灰事故、泄爆事故的發(fā)生，泄爆事故由除塵器運(yùn)行初期的每月13次降為每月1.2次，除塵器的穩(wěn)定運(yùn)行實現(xiàn)了煤氣100% 回收，噸鋼煤氣回收量由118 m3 提高到139 m3 。
二是除塵布袋材質(zhì)改進(jìn)，調(diào)整濾袋與壁板、邊板距離，調(diào)整二次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及除塵器進(jìn)出口壓差，有效控制了無組織排放，改善了廠房內(nèi)外環(huán)境。
三是除塵冷壓塊送至高位料倉供轉(zhuǎn)爐作為造渣材料直接使用，簡化了爐前操作，加快了化渣速度，縮短了成渣時間，提高了脫磷能力及金屬收得率。冷壓塊中氧化鐵熔化進(jìn)入金屬熔池，降低了鋼鐵料消耗，有效降低了煉鋼生產(chǎn)成本。通過將除塵灰制備冷壓塊二次利用，實現(xiàn)了對除塵灰的100%回收，減少了除塵灰堆積造成的揚(yáng)塵和場地浪費(fèi)，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]周紀(jì)帥，段智雄.某鋼廠轉(zhuǎn)爐車間三次除塵改造淺析[J].中國科技縱橫，2017（6）.
[2]王少軍，周朝剛，蔣朝敏，等.基于干法除塵灰返回轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用實踐[J].中國冶金，2020，30（4）.
[3]雷愛敏.轉(zhuǎn)爐除塵灰在線回收利用的探討[J].冶金與材料，2020（5） .