陶有志，韓渝京，李 鵬，曹勇杰

（北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司；北京市冶金三維仿真設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心，北京 100043）

1 研究背景

首鋼遷鋼公司一煉鋼廠建設(shè)3座210 t轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐煙氣一次除塵采用兩文三脫濕法除塵工藝（OG法），多年來系統(tǒng)運(yùn)行正常，放散煙囪粉塵排放濃度80～100 mg/m3，近年來國家環(huán)保政策一再降低粉塵排放濃度，先后制定了《煉鋼工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，同時(shí)當(dāng)?shù)卣渤雠_(tái)了《河北鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，自2015年1月1日起，煉鋼轉(zhuǎn)爐一次煙氣執(zhí)行排放煙塵濃度＜50 mg/m3標(biāo)準(zhǔn)。為確保轉(zhuǎn)爐一次除塵達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)考慮京津冀地區(qū)的特殊地理位置，將來環(huán)保指標(biāo)進(jìn)一步提高的可能性，有必要對(duì)一煉鋼一次除塵系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，經(jīng)過大量的前瞻性技術(shù)探討和多個(gè)工藝流程的對(duì)比篩選工作，最終提出在保留已有濕式除塵工藝流程的基礎(chǔ)上嵌入濕式電除塵裝置及相應(yīng)的安全防爆裝置和煤氣水封安全裝置，使除塵運(yùn)行安全、可靠、連續(xù)，達(dá)到國家環(huán)保指標(biāo)。

2 工藝流程的創(chuàng)新及關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)

首鋼遷鋼一煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣除塵，投產(chǎn)于2004年，能滿足建廠期間的國家環(huán)保要求。隨著京津冀環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，特別是當(dāng)?shù)卣畬?duì)煉鋼粉塵的進(jìn)一步約束排放量，要求煉鋼一次煙氣粉塵排放量＜30 mg/m3。因此在運(yùn)行的一次除塵裝置達(dá)不到環(huán)保指標(biāo)的升級(jí)約束，直接影響首鋼遷鋼煉鋼廠正常生產(chǎn)秩序。在這種嚴(yán)峻考驗(yàn)下，首鋼國際工程公司對(duì)一煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣一次除塵工藝進(jìn)行流程再造，嵌入超低粉塵凈化設(shè)備，其工藝流程初期主要考慮有幾個(gè)方面，涉及深度凈化的工藝設(shè)備選擇；超低凈化工藝設(shè)備在流程中的位置；3座轉(zhuǎn)爐是共用超低凈化工藝單元還是一爐單個(gè)專用超低凈化設(shè)備的二者優(yōu)劣性分析；已有的一次除塵備用風(fēng)機(jī)與深度凈化工藝高效相銜接等流程的工藝優(yōu)化，最終篩選了濕式電除塵作為超低凈化工藝的載體，采用單個(gè)轉(zhuǎn)爐單個(gè)電除塵器的專用固定模式，確定了濕式電除塵器位置在已有轉(zhuǎn)爐煙氣一次除塵風(fēng)機(jī)前嵌入的最終優(yōu)化技術(shù)方案。隨后根據(jù)優(yōu)化的工藝流程，分析了濕式電除塵器嵌入在原有系統(tǒng)后的工藝流程的相關(guān)操作，以及濕式電除塵器本體設(shè)備高效除塵的可行性，分析帶電霧滴除塵效果的提升和濕式電除塵的防泄爆防中毒工藝安全問題。重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容主要包括轉(zhuǎn)爐煙氣濕式電除塵器本體的工藝，轉(zhuǎn)爐煙氣濕式電除塵的工藝控制；轉(zhuǎn)爐煙氣濕式電除塵系統(tǒng)的安全抑泄爆工藝流程及主要工藝參數(shù)的確定，濕式電除塵排水本質(zhì)安全設(shè)計(jì)及控制；在考慮除塵效率的經(jīng)濟(jì)性時(shí)，提出了兩個(gè)節(jié)能型環(huán)保概念，即基礎(chǔ)苛刻粉塵排放節(jié)能目標(biāo)（粉塵排放濃度＜10 mg/m3）；粉塵排放節(jié)能目標(biāo)（粉塵排放濃度＜30 mg/m3），同時(shí)轉(zhuǎn)爐煙氣一次除塵系統(tǒng)的CO防爆及防中毒的本質(zhì)安全工藝的研發(fā)等配套的關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)形成本次一煉鋼超低排放的復(fù)合技術(shù)。

經(jīng)過全面系統(tǒng)的研究分析，轉(zhuǎn)爐煙氣濕式一次除塵深度凈化工藝技術(shù)，從原理、流程、關(guān)鍵技術(shù)、配套工藝等方面完全滿足了升級(jí)改造的需求，同時(shí)與總圖布置優(yōu)化等工廠設(shè)計(jì)要素的環(huán)節(jié)積極有效結(jié)合，也就具備了開工建設(shè)的工程條件。

2.1 改造后的工藝流程

轉(zhuǎn)爐煙氣→活動(dòng)煙罩→汽化冷卻煙道→噴淋降溫塔（簡(jiǎn)稱一文）→可調(diào)喉口文氏管（簡(jiǎn)稱二文）→濕旋脫水器→防爆圓筒型濕式電除塵器→一次除塵風(fēng)機(jī)→三通切換閥→ 水封逆止閥→U形水封→煤氣柜→旁通閥→煤氣放散塔。

濕式電除塵器作為除塵系統(tǒng)主要工藝裝置確認(rèn)后，就要分析其技術(shù)特征確認(rèn)其在流程中的位置，濕式電除塵器可以實(shí)現(xiàn)粉塵排放濃度的降低，其位置可以在放散煙囪之前，直接減少對(duì)環(huán)境粉塵排放濃度，也可以在一次除塵風(fēng)機(jī)之前，在滿足對(duì)空排放濃度及煤氣柜后轉(zhuǎn)爐煤氣各用戶的需求。同時(shí)又能將原有煤氣柜后的精除塵設(shè)備拆除，此流程理論既環(huán)保又節(jié)能，因此確定其工藝流程為在一次除塵風(fēng)機(jī)前嵌入濕式電除塵器裝置。

圖1 改造后的工藝流程簡(jiǎn)圖

以上流程中，防爆圓筒型濕式電除塵器為新增加工藝設(shè)備，其余為已有設(shè)施。轉(zhuǎn)爐煙氣在煉鋼廠房?jī)?nèi)進(jìn)行濕法除塵后，重新進(jìn)入新增的防爆圓筒型濕式電除塵器進(jìn)行精除塵，經(jīng)除塵后的煙氣粉塵濃度＜10 mg/m3。濕法電除塵器排水送至水處理系統(tǒng)。

新增防爆圓筒型濕式電除塵器位于廠房外，1座轉(zhuǎn)爐配套1臺(tái)，本工程共3臺(tái)，安裝于進(jìn)入風(fēng)機(jī)房外已有一次除塵煤氣管道之間，其主要組成包括圓筒形殼體、圓錐形進(jìn)出口、鋼支架、安全排放裝置、內(nèi)部件(包括陰陽極、氣流進(jìn)出口分布板、脫水裝置)、噴洗管路系統(tǒng)、高壓電源系統(tǒng)、走梯平臺(tái)等。

2.2 圓筒形濕法臥式電除塵器工作原理及主體設(shè)備

2.2.1 工作原理

含有粉塵顆粒的飽和濕度煙氣，在接有高壓直流電源的陰極線(又稱電暈極)和接地的陽極板之間所形成的高壓電場(chǎng)中通過時(shí)，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，此時(shí)，塵粒顆粒荷以負(fù)電，荷電后的塵粒在電場(chǎng)力的作用下，向陽極運(yùn)動(dòng)。到達(dá)陽極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽極板上，通過周期性沖洗，將塵粒沖下排走進(jìn)行處理。

2.2.2 收塵極板

濕式電除塵器內(nèi)部是接地收塵板組成的15通道。收塵板的設(shè)計(jì)為濕式除塵而進(jìn)行了優(yōu)化。收塵板為4 mm厚的碳鋼板，厚度考慮了足夠的磨損系數(shù)。

圖2 濕式電除塵器收塵極板

2.2.3 放電極線

在通道內(nèi)部，放電極與負(fù)高壓連接布置在懸架上。放電極設(shè)計(jì)為RS型，實(shí)現(xiàn)了帶低電暈截止電壓的最佳放電，電極材質(zhì)為不銹鋼。

圖3 濕式電除塵器放電極線

2.2.4 霧化水、沖洗水系統(tǒng)

為確保除塵器內(nèi)部煙氣處于濕度飽和狀態(tài)，確保除塵器放電吸塵效果，在煤氣分配器前和每個(gè)電場(chǎng)前安裝了霧化噴嘴。霧化水系統(tǒng)連續(xù)工作。霧化噴頭僅有一種，共計(jì)230個(gè)。

為清洗收塵板和放電極上的粉塵，電除塵器的每個(gè)電場(chǎng)都安裝了沖洗水系統(tǒng)。沖洗水系統(tǒng)僅在轉(zhuǎn)爐非吹煉階段沖洗。1電場(chǎng)沖洗7～10 min，2電場(chǎng)沖洗3～5 min。為確保最佳的清洗效果，沖洗噴嘴不僅安裝在電除塵器頂部（150個(gè)），而且安裝在每個(gè)電場(chǎng)的前面（348個(gè)）和后面（90個(gè)）。沖洗噴頭有三種共計(jì)588個(gè)。

2.2.5 高壓電源系統(tǒng)

電除塵器共有兩個(gè)電場(chǎng)，分別配有一個(gè)高壓變壓器。

一電場(chǎng)為三相整流變壓器，功率為54 kW，二次側(cè)額定升壓90 kV，額定電流600 mA；

二電場(chǎng)為單相整流變壓器，功率為28 kW，二次側(cè)額定升壓72 kV，額定電流400 mA。

2.3 防泄爆安全噴氮裝置

由于新增加了濕式電除塵器，工藝流程上形成了完整的氣體爆炸三要素，當(dāng)達(dá)到爆炸條件時(shí)發(fā)生爆炸事故，我們將轉(zhuǎn)爐干法除塵泄爆原理及技術(shù)移植到本系統(tǒng)中，同時(shí)又進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化。轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)，在開始下槍吹氧和結(jié)束吹氧提槍時(shí)的煙氣易處于爆炸極限范圍，稀釋煙氣中氧氣濃度，在煉鋼氧氣閥門打開和煉鋼氧槍提槍后的一段時(shí)間內(nèi)噴吹氮?dú)?，可顯著提高系統(tǒng)的安全性。本項(xiàng)目在二級(jí)文氏管出口設(shè)置氮?dú)鈬姶?，布置在煉鋼主廠房高跨平臺(tái)上，噴吹氮?dú)饬髁?000～10000 m3/h，噴水時(shí)間為30～40 s；噴氮設(shè)施主要包括快切閥、調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)等設(shè)施。

2.4 電除塵器底部污水排水水封裝置

電除塵器下部設(shè)有排水水封，其作用是在排水的同時(shí)防止空氣進(jìn)入電除塵器內(nèi)部，但由于排水器上部空間容易匯聚煤氣隨水流出，本項(xiàng)目在排水器頂部增加一個(gè)高空放散管，防止回水裹挾煤氣排出，消除了安全隱患。

遷鋼煉鋼一次煙氣超低凈化采用的精除塵設(shè)備是濕式電除塵，在吹煉期與非吹煉期都會(huì)有清洗水排出，同時(shí)該濕式電除塵器處于一次風(fēng)機(jī)前，為負(fù)壓段，根據(jù)水量大小確定了其排水器的筒體直徑DN1600和水封高度，為做本質(zhì)安全排水器，在排水器本體、上部設(shè)置了高放散管，讓溶解到水里的煤氣直接從放散管中高空排放，同時(shí)為了強(qiáng)化安全的可靠度，在污水沿途采用密閉輸送管道，在到達(dá)污水沉降池時(shí)再設(shè)置高端煤氣放散管進(jìn)一步排凈污水中的殘余煤氣，同時(shí)在污水處理設(shè)施設(shè)置了多組的CO檢測(cè)裝置及時(shí)處理CO，提高安全的可靠度。

3 實(shí)施效果

采用了精除塵設(shè)備濕式電除塵器，噴氮防泄爆安全裝置、電除塵器專用安全型排水器及污水處理CO檢測(cè)技術(shù)這三項(xiàng)復(fù)合技術(shù)后，遷鋼一煉鋼改造項(xiàng)目正式啟動(dòng)。2015年4月15日，首鋼遷鋼一煉鋼廠濕式一次除塵升級(jí)改造項(xiàng)目中2#轉(zhuǎn)爐率先動(dòng)工，當(dāng)年12月底投入使用，2016年6月和9月底第2座、第3座轉(zhuǎn)爐改造相繼投產(chǎn)，升級(jí)改造后的粉塵排放濃度經(jīng)過第三方檢測(cè)，其指標(biāo)為＜10 mg/m3，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，環(huán)保指標(biāo)得到大幅度提高，在高效環(huán)保、節(jié)能減排方面效果顯著；一次風(fēng)機(jī)前排水器水量無顯著變化，濕式電除塵器入口煙氣溫度69℃，出口煙氣溫度64℃，濕式電除塵器阻力降200 Pa，運(yùn)行至今未出現(xiàn)CO泄爆現(xiàn)象，電除塵器污水排放系統(tǒng)安全運(yùn)行，全部達(dá)到了復(fù)合技術(shù)所應(yīng)達(dá)到的預(yù)期效果，全面、安全、穩(wěn)定地完成了一煉鋼改造項(xiàng)目。

4 結(jié)語

首鋼遷鋼一次除塵超低凈化升級(jí)改造工程，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了較好的運(yùn)行效果，且濕法電除塵器與煉鋼提槍聯(lián)鎖條件少，對(duì)煉鋼影響小，泄爆控制更加有效，煤氣水封安全可靠；沖洗水清灰方式，避免粉塵二次夾帶現(xiàn)象，也避免了干法除塵的尾煙現(xiàn)象。排放煙塵濃度滿足國家和地方的環(huán)保要求，取得明顯的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

首鋼國際工程公司在轉(zhuǎn)爐煙氣除塵領(lǐng)域進(jìn)行濕式電除塵器超低改造的成功嘗試和實(shí)施，為冶金行業(yè)環(huán)保開辟了一條新路，為破解煉鋼一次除塵干/濕技術(shù)瓶頸和環(huán)保難題積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，引領(lǐng)了可借鑒的技術(shù)方向。