高海波，華耀鋒，陳凱，馬杰，常東

（西安西礦環(huán)?？萍加邢薰?，陜西 西安 710075）

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼概述

轉(zhuǎn)爐煉鋼是目前世界上主要的煉鋼方法，中國轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量占國內(nèi)總量的90%左右。“綠色煉鋼、負能煉鋼”是實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排，促進中國生態(tài)文明建設，改善人民群眾生活環(huán)境質(zhì)量的重大舉措。

轉(zhuǎn)爐煉鋼是在轉(zhuǎn)爐里進行，開始時向爐內(nèi)注入約1 300 ℃的液態(tài)生鐵，并加入一定量的生石灰，然后鼓入氧氣，這時液態(tài)生鐵表面劇烈的反應，使鐵、硅、氧化錳（FeO、SiO2、MnO）生成爐渣，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對流作用，使反應遍及整個爐內(nèi)。之后，當鋼液中只剩下少量的硅與錳時，碳開始氧化生成一氧化碳（放熱）使鋼液劇烈沸騰。最后，磷也發(fā)生氧化生成磷酸亞鐵，再跟生石灰反應生成穩(wěn)定的磷酸鈣和硫化鈣，一起成為爐渣。當鋼液中磷與硫逐漸減少，火焰退落，爐口出現(xiàn)四氧化三鐵的褐色蒸汽時，表明鋼已煉成。

2 轉(zhuǎn)爐煙氣除塵的發(fā)展現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)爐一次煙氣凈化與回收系統(tǒng)是整個煉鋼過程中節(jié)能降耗、污染物凈化、實現(xiàn)負能煉鋼的關鍵工序之一，其煙氣凈化與回收技術分為濕法和干法2 種工藝[1]。目前，現(xiàn)有的濕法除塵工藝只保證煙氣凈化后的粉塵排放質(zhì)量濃度在80～100 mg/m3，遠高于國家標準規(guī)定的50 mg/m3，且系統(tǒng)耗電量高、耗水量大、煤氣回收量小、運行維護費用高，也普遍存在煤氣濕度高、系統(tǒng)易結垢、故障頻率高、阻力大、耗電高等問題，需要輔以龐大的水處理和泥漿處理系統(tǒng)[2]。

面對日益嚴格的環(huán)保節(jié)能降耗要求，該除塵技術亟需改進。

相較而言，干法凈化工藝具有系統(tǒng)阻力小、能耗低、水量需求減少、占地面積小、煤氣回收量大、除塵效率高、無需設置廢水處理和污泥脫水設備等多種優(yōu)點，已成為轉(zhuǎn)爐煙氣凈化回收技術的重要發(fā)展方向。但是，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)爐煤氣傳統(tǒng)干法工藝存在氧含量超標導致頻繁泄爆、回收煤氣量及煤氣品質(zhì)不高、轉(zhuǎn)爐除塵灰資源化利用工藝煩瑣且附加值不高、細灰卸灰及轉(zhuǎn)運揚塵大、蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)無法精準控制等弊端，阻礙了傳統(tǒng)干法技術的有效推廣應用。

3 新型干法技術原理及工藝特征

為進一步降低轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)能耗、提高煤氣品質(zhì)與產(chǎn)量、合理控制系統(tǒng)泄爆頻率和強度、提高除塵效率及除塵灰回收利用附加值、提高系統(tǒng)安全精準控制性能，秉承著“安全可靠、節(jié)能減排、循環(huán)利用”的原則，在轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵深度凈化、智能防爆安全泄爆、工藝系統(tǒng)優(yōu)化、除塵灰原位回爐煉鋼等方面開展關鍵技術和裝備研發(fā)，實現(xiàn)技術創(chuàng)新與集成，以及系統(tǒng)裝備的高效穩(wěn)定安全的工程應用。

新型轉(zhuǎn)爐煤氣干法深度凈化及資源回收成套技術是基于傳統(tǒng)干法凈化技術，針對轉(zhuǎn)爐煤氣一次除塵凈化、粉塵循環(huán)回收利用、煤氣回收、系統(tǒng)節(jié)能及安全防控等問題進行的系統(tǒng)性研究。該技術集成創(chuàng)新了轉(zhuǎn)爐煤氣凈化及綜合高效回收技術與裝備，具有高效（High Efficiency）、節(jié)能（Low Energy）和資源利用（Gas Recovery）的特色。技術路線和工藝流程分別如圖1、圖2 所示。

圖1 新型轉(zhuǎn)爐煤氣干法深度凈化及資源回收成套技術路線

圖2 新型轉(zhuǎn)爐煤氣干法深度凈化及資源回收成套技術工藝流程圖

具體結構特點包括以下幾個方面。

以溫度為控制主線，輔以自動化實現(xiàn)各點溫度的精準控制。煙氣（1 400～1 600 ℃）經(jīng)汽化冷卻煙道冷卻，溫度降為850～1 000 ℃，然后通過蒸發(fā)冷卻器（EC）噴水降溫，冷卻到250 ℃左右，所噴出的水完全蒸發(fā)，噴水降溫的同時對煙氣進行了調(diào)質(zhì)處理，使粉塵的比電阻有利于被電除塵器捕集。蒸發(fā)冷卻器內(nèi)約30%的粗粉塵沉降到底部，粗灰經(jīng)過粗灰回爐系統(tǒng)返回轉(zhuǎn)爐循環(huán)利用。

調(diào)質(zhì)、冷卻后的煙氣進入圓筒型電除塵器（ESP），通過氣流分布板的均流作用，使煙氣在圓筒型電除塵器內(nèi)呈柱塞狀流動，減少爆炸成因[3]。電除塵器進出口裝有自閉式彈簧泄爆閥，以疏導爆炸后可能產(chǎn)生的壓力沖擊波。煙氣經(jīng)電除塵器后的含塵量降至標準狀態(tài)下15 mg/m3以下，所收集粉塵通過扇形刮板機刮到下部灰槽，然后由氣力輸灰裝置原位輸送至儲灰倉。

風機采用變頻調(diào)速的軸流風機，可實現(xiàn)流量跟蹤調(diào)節(jié)，以保證煤氣回收的數(shù)量與質(zhì)量，實現(xiàn)能源節(jié)約。煤氣切換站由2 個液動杯閥組成，當煤氣符合回收條件時，煤氣由液動杯閥切換至煤氣冷卻器（GC），經(jīng)過直接噴淋冷卻由150 ℃降至70 ℃以下后進入煤氣柜貯存，然后由煤氣加壓站將煤氣加壓送往各用戶；當煤氣不符合回收條件時，由液動杯閥切換至放散煙囪，通過煙囪點火放散。

在傳統(tǒng)防爆措施的基礎上，首次提出并集成了煤氣預分析、電場降壓、氧槍自動提槍、氮氣稀釋等系列連鎖控制技術，實現(xiàn)系統(tǒng)的快速預警、防爆。實時檢測煙氣成分，快速響應，從而降低爆炸風險。創(chuàng)新性地研發(fā)自閉式彈簧泄爆閥，并安裝在新型電除塵器的進出口兩端，在系統(tǒng)異常產(chǎn)生爆炸的時候，實現(xiàn)自動泄爆、自動閉合，在降低爆炸損失的同時，保證系統(tǒng)快速自動化恢復和穩(wěn)定運行。

蒸發(fā)冷卻器收集下來的除塵灰直接返回爐內(nèi)參與煉鋼，實現(xiàn)快速、高效資源化。該技術是鋼鐵行業(yè)的突破性進展，其創(chuàng)新之處在于集高效化、節(jié)約化以及資源化為一體。同比于傳統(tǒng)的干法系統(tǒng)除塵灰離線運輸回收技術，在確保蒸發(fā)冷卻器對煙氣降溫以及調(diào)質(zhì)范圍正常的前提之下，除塵灰原位回爐循環(huán)利用技術所具備的優(yōu)勢可歸納為“三低三高”。三低為成本投入低、備件消耗率低、系統(tǒng)維護頻次低，三高為鋼材資源利用率高、設備高度簡化、現(xiàn)場布置靈活。技術工藝流程如圖3 所示。

圖3 除塵灰原位回爐循環(huán)利用技術工藝流程圖

雙模式自動化控制系統(tǒng)針對各個除塵階段，風機設變頻調(diào)速，可實現(xiàn)對風機加速斜率控制在60～90 s，由于變頻器的響應時間小于100 ms，可以實現(xiàn)對風機轉(zhuǎn)速的快速調(diào)節(jié)，從而最大限度地保證煤氣回收的數(shù)量與質(zhì)量，節(jié)約能源。同時，在工藝控制過程中，根據(jù)氧槍信號、轉(zhuǎn)爐傾角和爐口微差壓，實現(xiàn)風機轉(zhuǎn)速自動控制。吹煉階段通過PID 調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速進而控制爐口微差壓，使爐口微差壓控制在0～100 Pa 的范圍內(nèi)。當吹氧量發(fā)生變化時，該PID 控制能夠通過改變風機轉(zhuǎn)速進而改變爐口微差壓的數(shù)值，達到精準控制。

新型轉(zhuǎn)爐煤氣干法深度凈化及資源回收成套技術通過研發(fā)自閉式泄爆的圓筒型電除塵器、溫度精準控制的蒸發(fā)冷卻器、新型香蕉彎、氣力輸送系統(tǒng)、陰極撥叉旋轉(zhuǎn)振打系統(tǒng)等新型裝備，解決了蒸發(fā)冷筒體掛灰、電除塵斷線、振打清灰不徹底、輸灰設備故障率高、系統(tǒng)循環(huán)水量大等問題，設備性能顯著提高；同時，開發(fā)煤氣預警分析智能連鎖控制、除塵灰原位回爐循環(huán)利用、“多階段調(diào)速+爐口微差壓調(diào)速”控制，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣的深度凈化、粉塵循環(huán)利用、煤氣高效回收、節(jié)能降耗及安全防控以及全系統(tǒng)的自動化、智能化、快速化、精準化運行與控制。

4 綜合效益分析

新型轉(zhuǎn)爐煤氣干法深度凈化及資源回收成套技術可大幅度降低轉(zhuǎn)爐煉鋼的工序能耗，并有利于實現(xiàn)環(huán)境保護。研究并推廣轉(zhuǎn)爐煉鋼一次煙氣凈化回收技術是節(jié)能與環(huán)保雙豐收的典型體現(xiàn)，為鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)“綠色”生產(chǎn)提供有力保障，是實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼工序負能耗、建立節(jié)約型社會、走可持續(xù)發(fā)展道路的重要手段，可進一步推動環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。

該技術的凈化效率高，凈化后回收煤氣含塵質(zhì)量濃度小于等于10 mg/m3，能夠?qū)崿F(xiàn)煤氣的直接回收利用；無廢水二次污染；粗灰原位回爐循環(huán)利用每噸鋼可節(jié)約2.5 元；每噸鋼的耗水量為0.15 t，較濕法和傳統(tǒng)干法分別節(jié)約60%和22%；每噸鋼耗電量為2.37 kW·h，較濕法和傳統(tǒng)干法分別節(jié)約40%和33%；每噸鋼的煤氣回收量為125 m3，較濕法和傳統(tǒng)干法分別提升15%和5%；循環(huán)水量是濕法的50%、傳統(tǒng)干法的68%。

5 適用性分析

新型轉(zhuǎn)爐煤氣干法深度凈化及資源回收成套技術適用于黑色冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼一次除塵行業(yè)，可用于轉(zhuǎn)爐一次除塵新建或改造（OG 濕法改干法）系統(tǒng)工程，形成“高效凈化—資源回收—節(jié)能降耗—精準控制”相協(xié)調(diào)的新型轉(zhuǎn)爐煤氣凈化及回用技術。該技術優(yōu)勢包括[4]：①可穩(wěn)定保證凈化排放氣體、回收氣體的平均含塵質(zhì)量濃度；②系統(tǒng)運行阻力小，水、氣、電消耗少；③無需再設置粗顆粒機和斜板沉淀池等水處理設施，占地面積較??；④可通過設置高效脫水除霧裝置，減少煤氣帶入氣柜的水分，同時還可有效消除煙囪“白煙”；⑤企業(yè)自身大力拓展市場和推廣創(chuàng)新技術之外，需要國家及相關職能部門出臺有利于該技術產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的激勵政策。

6 技術穩(wěn)定性與安全性

新型轉(zhuǎn)爐煤氣干法深度凈化及資源回收成套系統(tǒng)的結構及工藝先進、自動化水平高、運行安全穩(wěn)定。該技術可用于冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼一次除塵行業(yè)，運轉(zhuǎn)率可達95%以上，運行期間未出現(xiàn)任何環(huán)境、技術參數(shù)的干擾影響。

同時，該技術在工程應用中沒有二次污染，沒有廢水和污泥的二次處理問題，符合節(jié)能、減排和資源循環(huán)利用的政策要求。所開發(fā)的智能連鎖控制能夠?qū)崿F(xiàn)爆炸的智能防控和高效管控，可保證系統(tǒng)“零”泄爆，保證整套系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

7 結束語

新型轉(zhuǎn)爐煤氣干法深度凈化及資源回收成套技術的可持續(xù)發(fā)展研究及工程推廣應用，不僅為企業(yè)帶來新的利益增長點，同時可以帶動相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升產(chǎn)品的層次，擴大社會就業(yè)率。技術研發(fā)以國家產(chǎn)業(yè)政策為依據(jù)，以國家重點支持的發(fā)展領域為導向，對地方經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)結構具有良好的改善作用，對促進人員就業(yè)、社會穩(wěn)定和保護環(huán)境具有重要的意義。