齊利國 周泉林 吳艷青 蘇拉玉

(河鋼唐鋼)

轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量高溫、含塵、含CO的煙氣，其流量、成分、溫度等理化性質(zhì)呈現(xiàn)規(guī)律的周期性變化[1-6]。當(dāng)煙氣中CO和O2含量滿足回收條件時，應(yīng)作為轉(zhuǎn)爐煤氣回收儲存以備利用[7-9]，否則只能將其通過煙囪點(diǎn)火放散排入大氣中。無論是回收還是放散都須將其凈化，以滿足再利用的凈度要求或環(huán)保排放指標(biāo)。

國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定轉(zhuǎn)爐一次除塵的顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)為50 mg/m3，個別地方標(biāo)準(zhǔn)或特別限制地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)為20 mg/m3。出于現(xiàn)有技術(shù)水平所限的考慮，該標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)低于其他相似工業(yè)爐窯顆粒物超低排放(5～10 mg/m3)的要求。

1 項(xiàng)目背景及現(xiàn)狀問題描述

我國從國外引進(jìn)消化了干法除塵技術(shù)并進(jìn)行了長期持續(xù)的改進(jìn)，同時積累了大量生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用水平大幅提升并領(lǐng)先于國際平均水平，其工藝流程如圖1。

圖1 “雙塔”干法除塵技術(shù)工藝流程

盡管如此，隨著環(huán)保要求(特別是顆粒物排放濃度指標(biāo))的不斷提高，干法除塵技術(shù)逐漸不能滿足環(huán)保要求，主要表現(xiàn)如下：

(1)受限于電除塵器的基本原理，即使選擇更大的規(guī)格也難以實(shí)現(xiàn)超低排放，同時還會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性大幅下降。為此，出現(xiàn)了煤氣冷卻器前移的技術(shù)路線，即將以往位于切換站回收側(cè)的煤氣冷卻器前移至切換站前端，這樣不管是回收轉(zhuǎn)爐煤氣還是放散煙氣，均首先通過煤氣冷卻器的冷卻和洗滌，使煙氣(煤氣)得到進(jìn)一步凈化。該技術(shù)彌補(bǔ)了除塵器性能不足和除塵效果不穩(wěn)定的問題，但也存在明顯的不足。首先在很多情況下不需要將煤氣冷卻器前移就可以滿足煙塵排放的要求，一旦前移就會一直運(yùn)行，因此靈活性不夠；其次煤氣冷卻器前移使切換站在濕態(tài)下工作，惡化設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境。

(2)顆粒物排放濃度主要取決于電除塵器的選型規(guī)格即除塵器處理容量。更大規(guī)格的除塵器會伴隨著更大的設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行風(fēng)險，長期以來除塵器最大直徑一直沒有突破12.6 m，在大型轉(zhuǎn)爐上可將排放濃度穩(wěn)定在20～50 mg/m3。然而目前環(huán)保要求將顆粒物排放濃度控制在20 mg/m3以下，并且煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏越來越快，除塵器的負(fù)荷越來越大，加之設(shè)備局部問題、檢修不到位等因素，除塵器的除塵效果不穩(wěn)定性增大。更大的電除塵器規(guī)格和更優(yōu)良的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)及性能是進(jìn)一步降低顆粒物排放濃度更加直接有效的辦法，因此除塵器的規(guī)格和技術(shù)突破成為迫切需要。

2 項(xiàng)目研究的創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 分離式煙氣/煤氣冷卻和凈化技術(shù)

在傳統(tǒng)的煤氣冷卻器位于切換站后回收側(cè)的基礎(chǔ)上，放散側(cè)增加了噴淋洗滌塔，即為煤氣冷卻器和噴淋洗滌塔結(jié)合的“雙塔”技術(shù)在轉(zhuǎn)爐一次除塵工藝系統(tǒng)中首次應(yīng)用。不同于僅以降溫為目的的煤氣冷卻器，噴淋洗滌塔以進(jìn)一步凈化煙氣、實(shí)現(xiàn)超低排放為目標(biāo)，同時保證切換站仍然工作在良好的干燥環(huán)境。噴淋洗滌塔可根據(jù)前端的電除塵器運(yùn)行狀態(tài)、排放要求等大范圍調(diào)節(jié)運(yùn)行幅度，甚至完全停用，靈活性高。噴淋洗滌塔避免了煙氣外排大量攜帶水分的損失，成功克服了煤氣冷卻器前移技術(shù)路線的缺陷。

使用“雙塔”技術(shù)可以使排放濃度從以前的50 mg/m3穩(wěn)定降低至10 mg/m3以下，同時不增加放散煙氣的水分流失。該技術(shù)在新建項(xiàng)目和傳統(tǒng)干法除塵改建升級中均具有建設(shè)條件和推廣價值。

2.2 超大規(guī)格電除塵器技術(shù)

為了進(jìn)一步提升除塵器的除塵效率，可以通過降低電場風(fēng)速、增加除塵板面積、延長煙氣凈化處理時間來實(shí)現(xiàn)。目前無論小型還是大型除塵器，均局限于四個電場結(jié)構(gòu)布置，每個電場增加的長度也非常有限。在除塵器的流通直徑(慣稱為規(guī)格)方面，之前世界最大規(guī)格為Φ12.6 m，普遍應(yīng)用在250～300 t轉(zhuǎn)爐上。隨著環(huán)保排放指標(biāo)要求逐漸提高，越來越難以滿足要求，同時對維護(hù)的專業(yè)性要求越來越高、周期越來越短。技術(shù)人員經(jīng)過綜合計算、分析和論證，選定了Φ13.3 m規(guī)格除塵器應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐一次除塵工序，與Φ12.6 m規(guī)格除塵器相比，有效流通面積和收塵板總面積均增加了11.4%，即相同風(fēng)量情況下，流速降低了11.4%，相應(yīng)地延長了處理時間，有效地降低了粉塵排放濃度。同時，通過數(shù)學(xué)流場模擬和等比氣流實(shí)驗(yàn)來確定氣流分布板及開孔布置，使氣體流速在流通截面上盡可能均勻，最終使全部除塵效能最大化。

2.3 由集中控制改為分布式模塊控制

轉(zhuǎn)爐干法除塵控制一般采用集中形式，即所有干法除塵設(shè)備必須全部接入除塵控制系統(tǒng)。集中控制形式的電纜采購成本高，施工量和后期維護(hù)工作量巨大。該項(xiàng)目優(yōu)化設(shè)計干法除塵控制系統(tǒng)，引入分布式ET200S模塊控制技術(shù)，將以前必須接入集中控制系統(tǒng)的設(shè)備改成接入放置在設(shè)備附近的ET200S模塊，模塊再通過通訊光纖接入集中控制系統(tǒng)，即干法除塵控制系統(tǒng)PLC布置在電氣室，將ET200S模塊布置在設(shè)備附近，將傳統(tǒng)的上萬條設(shè)備控制電纜轉(zhuǎn)化為單條光纖。采用該技術(shù)后電氣室內(nèi)電纜大量減少，不僅降低了采購成本、電纜鋪設(shè)成本，同時也提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少了事故點(diǎn)。

2.4 優(yōu)化順序控制語言引入模型控制技術(shù)

梯形圖LAD語言由于具有通俗易懂的特點(diǎn)，在冶金工業(yè)邏輯控制中被廣泛應(yīng)用。轉(zhuǎn)爐干法除塵控制系統(tǒng)中順序控制部分具有系統(tǒng)分類較多、邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜的難點(diǎn)，使用傳統(tǒng)梯形圖LAD語言雖然可以實(shí)現(xiàn)控制，但是存在語言篇幅長、后期維護(hù)困難、占用CPU資源較多等問題。GRAPH語言具有適用順序控制、具備復(fù)雜編程能力等特點(diǎn)。故在該轉(zhuǎn)爐干法除塵控制系統(tǒng)中順序控制部分采用GRAPH語言。

因?yàn)闇囟确答佊袦蟋F(xiàn)象，溫度PID控制容易出現(xiàn)較大的誤差，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)溫度實(shí)際變化情況并結(jié)合設(shè)備實(shí)際情況，引入溫度模型控制技術(shù)，即根據(jù)目標(biāo)鋼種要求、鐵水裝入量、廢鋼轉(zhuǎn)入量等前提條件，計算出整個冶煉過程的氧槍吹氧量、合金和輔料裝入量、煙氣流量、煙氣溫度等數(shù)據(jù)，在溫度PID控制過程中，根據(jù)模型預(yù)測的溫度變化數(shù)據(jù)，達(dá)到溫度PID提前控制的目的。

3 新技術(shù)應(yīng)用的評價

自2020年9月份新區(qū)投產(chǎn)以來，河鋼唐鋼不斷加大現(xiàn)場環(huán)境治理力度，為實(shí)現(xiàn)更好的煤氣凈化效果和更低的粉塵排放濃度，創(chuàng)新地在200 t轉(zhuǎn)爐上應(yīng)用了基于“雙塔”+“超大規(guī)格電除塵器”的干法除塵技術(shù)。該干法除塵技術(shù)自應(yīng)用以來，運(yùn)行平穩(wěn)，效果良好，具體情況見表1。轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)煤氣回收和超低煙氣排放的先進(jìn)工藝系統(tǒng)，靜電除塵器是用于凈化煤氣的關(guān)鍵設(shè)施，與其他除塵設(shè)備相比，耗能少、除塵效率高，而且可用于煙氣溫度高、壓力大的場合，十分符合當(dāng)下的環(huán)保理念。

表1 “雙塔”+“超大規(guī)格電除塵器”與傳統(tǒng)干法電除塵器比較