1、1转炉煤气干法（LT）净化回收技术的国产化应用我国现有 600 多座转炉，年产钢超过 4 亿吨，节能减排潜力巨大。目前我国绝大多数转炉的转炉煤气净化采用较为落后的湿法（以下简称老 OG）除尘，耗水耗电量大，是钢铁工业节能减排的薄弱环节。除了老 OG 除尘之外，近年来我国新建转炉采用了第四代湿法（以下简称新 OG 法） ，以及引进的千法（以下简称 LT 法）：使转炉煤气净化技术取得了突破性进展。在转炉煤气净化技术引进的同时，国内多家设计研究单位进行了吸收开发，目前转炉煤气净化的 LT 法、新 OG 法除引进少量关键技术和部件，大量的设备设计、系统设计立足于国内，甚至新 OG 法基本实现全国产化。
2、对我国转炉炼钢节能减排、实现负能炼钢起到了积极的推动作用。但是我们仍清醒看到，转炉煤气净化发展到今天，这些技术包括引进技术都不同程度的存在一些问题、或有值得改之处，这是我国钢铁工业节能减排要追求和持续研究的新目标和新课题。正是由于目前各种除尘方式的利弊所在，使新建转炉除尘设计选择法还是新 OG 法似乎难以确定。本文就两种除尘方式进行比较，提出自己的建议。1.国内外转炉烟气除尘技术的发展和现状当前,转炉烟气净化及煤气回收技术主要有两大类型:即日本的湿法系统(OG 法)和德国的干法系统(LT 法)。1.1 湿法系统图 1 OG 法工艺流程OG 法是以双级文氏管为主,抑制空气从转炉炉口流入,使转炉煤
3、气保持不燃烧状态,经过冷却而回收的方法,因此也叫未燃法,又称湿法。在湿法方面,日本从 60 年代起开发了 OG法,这是世界上普遍采用的流程。1962 年,日本新日铁公司的转炉首次成功地应用该法对转炉烟气进行除尘并回收,合理地利用废气中的化学能和显能及含铁粉尘。目前己成为世界上最广泛采用的转炉烟气处理方法,在保护环境、回收能源方面发挥了积极作用。2OG 法装置主要由烟气冷却系统、烟气净化系统及附属设备组成(见图 1)。在冶炼中生成高一氧化碳浓度且含 150200mg/m3 粉尘的煤气,温度达 1600。在风机吸力作用下,煤气从活动烟罩进入全封闭的回收系统,经汽化冷却烟道后温度降至 1000。一级
4、文氏管进行粗除尘和煤气降温、灭火,温度降至 75;随之煤气经重力脱水器脱水后再进入二级文氏管进行精除尘和再冷却,温度降至 65左右,含尘量降至 150mg/m3 以下,煤气再度脱水后进入除尘风机。煤气借风机出口正压力、通过三通阀切换,当煤气 CO30%时,进入煤气柜回收,再供给用户作能源使用。1985 年,宝钢一期 300t 转炉成功引进了日本“OG”技术和设备,国内在立足自主开发的基础上对这项技术进行了消化吸收,使“OG”法技术在国内得到了较快的发展而占据主要地位,并取得了成熟的经验。其核心是二级可调文氏管喉口。但这种流程也有缺点,如设备单元多、系统阻力损失大、RD 喉口易堵塞等。武钢三炼钢
5、 250t 转炉 OG 系统,引进了西班牙 TR 公司技术,该系统是将两级文氏管及脱水器串联重组安装在一个塔体内,烟气自上而下运行,总阻力损失仅为 18kPa,且流程系统紧凑、简洁、易于维护管理。1998 年,作为环保示范项目,日本政府在马钢三炼钢厂 70t 转炉扩容改造项目中向马钢无偿提供了一套新型“OG”法除尘技术和设备。这项技术对传统的“OG”法进行了技术改进,将二文 RD 可调喉口改为重铊式,即环缝洗涤器(简称 RSW),还用饱和器代替了一文喉口。烟气首先进入饱和器,然后经过二文 RSW 和下部弯头脱水器到风机系统,被称新型“OG”法。该技术流程简洁、单元设备少、阻损小。二文采用 RS
6、W 技术,除尘效率高,易于控制,且不易堵塞。除尘效果保证值50mg/m3。目前在柳钢转炉、太钢转炉、济钢转炉上采用,取得初步经验。OG 法具有技术成熟、可靠性好、一次投资少、吨钢煤气回收量高、投资回收期短、设备国产率高及安装工程量少等优势。OG 法除尘系统虽然日趋完善,但是仍存在一些问题,如:供排水系统和净化设备的积灰堵塞问题,部分设备受含尘污水的冲刷磨损问题,污泥的脱水处理问题以及由上述问题引起的维修工作量增加问题。此外,由于 OG 法属“高压流程”,系统阻力损失大,除尘供水量大,风机、水泵的耗电量大,因而增加了运行费用。31.2 干法系统图 2 LT 法流程LT 称为干式净化回收法,又称干
7、法。60 年代后期,西德鲁奇公司开发了 LT 法,至 80 年代技术上已日趋完善。目前,LT 法已有逐渐取代 OG 法的趋势。LT 法工艺流程如下:转炉烟气出炉口后,通过活动烟罩、固定烟罩进入汽化冷却烟道。炉气出口温度为 1700,汽化冷却烟道出口为 8001000。蒸发冷却器有两个作用,一是将烟气温度降至 180200;二是对烟气进行增湿调质,以降低烟尘的比电阻,确保电除尘器的除尘效果。然后进入圆形静电除尘器,烟气轴向进入其中,并通过气流分布板均匀分布在横截面上,烟气得到净化。静电除尘器一般设有三到四个电场,采用专门的变电系统供电,在电除尘器下部的集灰,用扇形刮灰器刮到位于其下部的链式输送机
8、中,送入中间料仓,然后通过气力输送系统再将干灰送到压块系统的集尘料仓中。除尘效率高达 99%,烟气经过电除尘器后进入除尘风机。煤气借风机出口正压力、通过三通阀切换,进行回收或放散。回收柜前设置二次冷却塔使煤气温度降至 50左右。流程如图 2。1995 年宝山钢铁公司三期工程的转炉煤气净化系统为全套引进的德国 LT 技术,总投资 4060 多万美元,处理风量175000m3/h,原始含尘浓度 70g/m3,出口含尘浓度2%的煤气通过火炬装置放散。整套系统采用自动控制，与转炉的控制相结合。转炉煤气干法除尘系统主要构成及技术特点1 蒸发冷却器转炉冶炼时，含有大量的高温烟气冷却后才能满足干法除尘系统的
9、运行条件。蒸发冷却器入口的烟气温度为 8501200，出口温度约为 200才能达到静电除尘器的条件。为此，采用若干个双流喷嘴调节最佳水量降温。双流喷嘴的水量可根据进入蒸发冷却器内的干燥气体的热含量随时调整。通入的蒸汽使水雾化成细小的水滴，水滴受烟气加热被蒸发，在汽化过程中吸收烟气的热量，从而降低烟气温度。蒸发冷却器除了冷却烟气外，还可依靠气流的减速以及进口处水滴对烟尘的润湿将粗颗粒的烟尘分离出去，达到除尘的目的。灰尘聚积在蒸发冷却器底部由链式输送机输出。蒸发冷却器还有对烟气进行调节改善的功能，即在降低气体温度的同时提高其露点，改变粉尘比电阻，有利于在静电除尘器中将粉尘分离出来。除了烟气冷却和调
10、节以外，占烟气中总灰尘含量约 40%的粗灰也在蒸发冷却器中进行收集。2 静电除尘器静电除尘器为圆筒形静电除尘器，它是转炉煤气干法除尘系统中的关键除尘设备，其主要技术特点为： 优异的极配形式。由于转炉煤气的含尘量较高，在进入电除尘器时，一般为4055/3，而除尘器出口的排放浓度要求小于 10/3。这就要求电除尘器具有非常高的除尘效率，而除尘效率高低的主要因素就取决于其极配设计的合理性。该除尘器分为 4 个独立的电场，平行布置。每个电场均采用了1024 型阳极板，由于烟气温度较高，所以阳极板采用了一种耐温材料。针对4 个电场的先后顺序，阴极采用了不同的形式和材质。通过对投运设备的检测，证明了该极配
11、形式能够保证除尘效率。 良好的安全防爆性能。由于转炉煤气属于易燃易爆介质，对设备的强度、密封性及安全泄爆性提出了很高的要求。该除尘设备采用了抗压的圆筒外形，而且在锥形进出口各装有可靠的泄爆装置，从而保证了除尘器长期运行的安全可靠性。 除尘器内部的扇形刮灰装置。电除尘器内部刮灰装置是电除尘器中非常重要的一部分，电除尘器排灰是否顺利，会影响到整个系统的正常运转。该除尘器的刮灰装置采用齿轮带动弧形齿条传动，并采用干油集中润滑，保证了刮灰装置的顺利运行。 耐高温链式输送机。由于该除尘设备除尘效率高，所以有大量的灰需要即时输送出去。设备采用了可靠的耐高温链式输送机进行输灰，确保输灰顺畅。3 风机站 安装
12、在圆筒式后面的 ID 风机用于将转炉废气输送到放散塔的出口或煤气柜。干法除尘系统的特点是在静电除尘器上的压力损耗低，它可选用较低的风机功率，为此可以使用轴流风机。与离心风机相比，轴流风机可通过变频电机实现无级调速。另外，气流送进煤气柜之前应升高到较高的压力水平。 为了在流量控制范围内升高压力，调整 ID 风机的速度。 图 2：煤气量控制第 1 部分 放散塔布置在 ID 风机的下游。点火装置位于清洗塔上部。在放空前，含有一氧化碳的废气用点火装置点燃后放散。根据一氧化碳的含量，在从风机到放散塔或煤气柜之间装有切换杯阀。由高压泵、比例阀等组成的液压系统控制二个杯阀的开启和闭合，达到或放散或回收的目的
13、。切换站的功能如下： 根据转炉产生的煤气含量，及转炉实际的工况条件控制“放散”或“回收” 。当实现放散时，液压系统通过控制比例 图 3：煤气量控制第 2 部分阀的开度，控制放散杯阀打开，回收杯阀关闭，将煤气输送到放散塔；实现回收时，控制回收杯阀打开，放散杯阀关闭，将煤气输送给煤气冷却器，直至煤气柜。 4 煤气冷却器煤气冷却器在静电除尘器后主要起洗涤降温作用，把经过静 11电除尘器除尘的合格烟气(150200)降温到 7080后排 入煤气柜。煤气冷却器内上部装有两层喷水系统，合格烟气从煤气冷却器下部进入顶部排出，从而达到降温作用。 图 4：煤气回收转换站 5 控制系统 控制系统共分三个控制回路：
14、蒸发冷却器的温度控制、风机流量控制、切换站气体成分控制。整个控制系统的关键技术是静电除尘器的高压变压整流设备的控制，其性能特点是全面结合了湿、干及热性气体静电除尘器的电子处理技术及相关领域的知识和经验。对于诸如不断变化的操作状态、极端的过程波动和多电极配置等情况，不能完全用纯数学的方式描述；因此在闪络判别、电晕效应的最优化等方面采用了模糊控制，改善了烟气的净化效果；通过数字输入来实现外部操作或触发操作方式，具有处理特殊的负载状态的功能，并根据工艺过程引起的负载变化来调节电压以达到节能目的。通过光缆与配套系统或PC 连接，实现计算机对除尘器节能的自动控制与除尘器的电流、电压值在远程的实时监视。另
15、该技术设备是与干式静电除尘配套设备。根据吹炼、停吹、振打等三种工作状态，进行火花跟踪控制、间歇供电、反电晕检测、峰值跟踪控制并提供各种保护功能。按设定好的程序对电压和电流进行调节，以发挥最大的电流效率，确保安全生产。该成套技术设备是由北京博谦工程技术有限公司在研究和跟踪国外技术的基础上自主创新，并已经将该套设备投入钢铁企业实际运行。蒸发冷却器的温度控制根据出入口烟气温度、流量调节喷水量，确保烟气出口温度在控制范围内。烟气在汽化冷却和除尘装置中的流量由流量控制系统确定。烟气流量可通过烟气流量调节器的输出信号控制，这种控制可通过改变风机的转速来实现，使炉口保持微正压。汽化冷却烟道中的静压力是决定烟
16、气流量调节的主要参数，另外对烟气流量调节起作用的影响参数是吹氧量和烟气量，在转炉正常作业中，1 台计算机负责处理这三个参量并将此作为修正参量输给风机速度调节控制机构。对于在炼钢过程中进行的加料作业，如矿石或石灰石，或者辅助作业，系统的烟气流量调节系统将根据给定的程序做出反应。切换站气体成分控制是在规定的时间内根据烟气成分分析确定切换站的动作。当烟气中含量大于规定值 30%、氧气含量小于规定值 2%时，回收烟气阀打开。烟道转换所用阀门配有调节元件，流线型通道形状调整膜，便于在烟气切换时平衡系统的压力，防止在转炉口烟气捕集点发生喘振现象。转炉煤气干法除尘系统自动化控制范围从汽化冷却烟道开始到煤气冷
17、却器结束，设一级基础自动化，与转炉本体、汽包等自动化系统进行联网通讯，组成以太网光纤环网。其自动化控制水平高，具有自适应功能的控制软件，使得干法除尘系统的运行更加符合炼钢工艺的实际变化情况。12三转炉煤气净化回收技术的研究和开发在转炉煤气净化回收技术的研究和开发方面，我所从 90 年代初开始这方面的研究和开发。自宝钢转炉引进转炉煤气湿法（OG 法）净化回收系统和干法（LT 法）净化回收系统以来，西安重型机械研究所一直跟踪调研，在消化国外设备基础上，结合国内情况，开发了转炉煤气净化回收系统中的关键设备。1）转炉煤气湿法（OG 法）净化回收系湿式电除尘技术的开发应用根据目前国内绝大多数转炉采用湿法
18、（OG 法）净化回收这一国情，在消化吸收宝钢引进转炉煤气精除尘湿式电除尘器的基础上，对湿式电除尘雾化喷嘴及喷水系统、极配形式、阳极板电流密度、粉尘理化性能分析、气流分布、绝缘性能等进行了试验研究，率先在国内开发出了适用于转炉煤气精除尘的湿式板卧式电除尘器（专利），该电除尘器除尘效率高，能耗低，安全可靠性强，使转炉煤气在净化后其含尘浓度小于 10 mg/Nm3，解决了转炉煤气在湿法（OG 法）净化后其含尘浓度过高的问题，替代了国内技术水平落后的老式立管湿式电除尘器。该电除尘器已在鞍钢、包钢、武钢、唐钢等数十家钢铁公司得到成功的应用，并在全国各钢铁公司广泛推广。2）转炉煤气干法（LT 法）净化回收
19、系统关键技术的试验研究转炉煤气干法（LT 法）净化回收系统中关键设备是圆筒型干法电除尘器。在转炉煤气湿式电除尘技术开发研究的基础上，特别在宝钢三期工程引进转炉煤气干法（LT 法）净化回收系统后，西重所对其关键设备及其技术进行了消化吸收，主要对转炉煤气干法电除尘系统中的关键设备及其技术进行试验研制和开发。根据各厂工艺情况有所不同，采用转炉干法电除尘系统的内部结构略有不同，但其主要流程及技术关键（即蒸发冷却系统、电除尘器、高压电源、粉尘回收系统）是基本相同的。因此，结合我国钢铁行业的情况和特点，开发出一种适合我国大、中、小转炉新建、改造的投资少、能耗低、建设速度快的干法电除尘系统作为主要研制目标。
20、转炉煤气干法电除尘系统中的关键设备及其技术主要有以下几方面： 蒸发冷却系统蒸发冷却系统主要由蒸发冷却器、雾化喷嘴、温度调节及控制系统组成，其作用是将经过冷却烟道的转炉烟气，再进一步降低到 180200，另一方面对烟气进行增湿调质，以降低烟尘的比电阻，同时进行初除尘，有利于电除尘器除尘效果，在该系统中，着重研究以下方面的关键技术：温度调节及控制技术的研究与开发。雾化喷嘴的研制开发。蒸发冷却器本体结构的设计与研制。 圆筒型干法电除尘器转炉煤气干法电除尘器主要由圆筒形壳体、收尘部分、清灰系统和输灰系统等组成。由于转炉烟气中含有大量的 CO 可燃气体，易产生爆炸，除尘器被设计成圆桶形，并在进出口喇叭上
21、设有相应的安全防爆门，以消除在生产过程中可能产生的压力冲击波。电除尘器一般配有四个电场，经电除尘器处理的烟气含尘浓度要求小于 10 mg/Nm3 ，电除尘器收尘部分的极配形式必须适应转炉要求的工艺特点，一般采用板线结构，集尘极捕集的粉尘通过机械振打和一种特殊的刮灰装置，将粉尘集中到底部的链式输送机中，由双重卸灰阀将粉尘排出。根据该电除尘器的技术特点，着重研究以下方面的关键技术：13极配优化试验研究。阴阳极振打试验研究。设备的安全防爆性能试验研究。其中包括： 除尘器壳体耐压强度的计算分析；防爆阀的研制开发和可靠性研究；除尘器防泄漏密封性研究。除尘器内部刮灰装置的研制开发。除尘器电控系统的研制开发
22、。除尘器本体结构的设计与研制。耐高温链式输送机的研制开发。组织核心技术高压控制电源的自主开发。 粉尘回收系统在冷却器中沉降的粗粉尘量为 58Kg/t 钢，在电除尘器中捕集的细粉尘量为1013Kg/t 钢，粉尘中的含铁量在 70% 上下,粗粉中的含铁量更高，可经过适当的处理加以利用。主要方法是将收集下的粉尘加热至 500600，然后在不加任何添加剂的条件下，在压块机内热压成球，粗粉尘所压的球可以替代废钢使用，而细粉尘所压的球可以替代矿石作转炉炼钢的冷却剂。在本系统中主要研究以下方面的关键技术；粉尘的加热方式和适合粉尘压球温度的试验研究。热压球设备研制开发。目前此项课题正在进行之中，部分子项以完成。西重所与宝钢技术中心合作，开展了转炉煤气干法电除尘器关键技术预研究科研项目的试验研究，项目于 2001 年结束，其中，通过极配试验，研制出新型极配形式和新型阴极线，新型阴极线于 2002 年申请获得专利。通过阴阳极振打试验，确定了新型振打锤的结构和重量。 经过冶金科技工作者不懈的努力，我国已在转炉煤气干法（LT）净化回收技术装备国产化方面取得了长足的进步。随着人们对转炉煤气干法（LT）净化回收工艺与系统装备基理的研究深化，加之节能环保形势的迫切性，将大大加速转炉煤气干法（LT）净化回收成套技术装备的国产化进程，并将取得更大的经济社会效14
