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1转炉煤气干法（LT）净化回收技术的国产化应用杨涤翟玉杰摘要：本文阐述转炉煤气干法（LT）净化回收技术的，技术特点及系统装备技术国产化的进程关键词：转炉煤气干法（LV）净化与回收国家已将节能减排，改善环境提升到关系全局的战略高度，强调所有民众要有认清其极端的重要性和紧迫感，而冶金节能减排是治理之重点，消化了国外先进技术，自主研发创新，提升我国节能环保的技术装备水平，是冶金科技工作者的历史责任。一．概述氧气转炉炼钢采用吹氧冶炼，在吹炼过程中，其烟气量烟气成份和烟气温度随冶炼阶段呈周期性变化。同时在吹炼过程中，会产生大量烟尘和CO气体，特别在吹炼中期CO浓度可达80%以上，一般情况下，转炉煤气成份中CO的含量占55~66%（体积百分比），其烟尘成份中金属铁占13%，FeO占68.4%，Fe2O3占6.8%，当CO含量在60%左右时，其热值可达8000KJ/Nm3，而烟尘量一般为10~20kg/t钢。从中可以看出，在氧气转炉炼钢中，转炉煤气中CO含量很高，烟尘中铁含量也很高，因此都有很高的回收利用价值。通过转炉煤气的回收，不仅可以节约大量能源，而且对烟尘加以综合利用，变废为宝，同时又净化了大气环境。国内外概况和发展趋势随着氧气转炉炼钢生产的发展，炼钢工艺的日趋完善，相应的除尘技术也在不断地发展完善。目前，氧气转炉炼钢的净化回收主要有两种方法，一种是煤气湿法（OG法）净化回收系统，一种是煤气干法（LT法）净化回收系统。日本新日铁和川崎公司于60年代联合开发研制成功OG法转炉煤气净化回收技术。OG法系统主要由烟气冷却、净化、煤气回收和污水处理等部分组成。其烟气经冷却烟道后进入烟气净化系统，烟气净化系统包括两级文氏管、脱水器和水雾分离器，烟气经喷水处理后，除去烟气中的烟尘，带烟尘的污水经分离、浓缩、脱水等处理，污泥送烧结厂作为烧结原料，净化后的煤气被回收利用。系统全过程采用湿法处理，该技术存在的缺点：一是处理后的煤气含尘量较高，达100mg/Nm3以上，要利用此煤气，需在后部设置湿法电除尘器进行精除尘将其含尘浓度降至10mg/Nm3以下；二是系统存在二次污染，其污水需进行处理；三是系统阻损大，所以其能耗大，占地面积大，环保治理及管理难度较大。鉴于以上情况，德国鲁奇公司和蒂森钢厂在60年代末联合开发了转炉煤气干法（LT法）净化回收技术。LT法系统主要由烟气冷却净化回收和粉尘压块三大部分组成，其烟气经冷却烟道使烟气温度由1450°C左右降至800~1000°C，然后进入烟气净化系统。烟气净化系统由蒸发冷却器和圆筒型电除尘器组成，烟气通过蒸发冷却器使其温度继续降至180~200°C，同时通过调质处理，使烟尘的比电阻降低并收集了粗粉尘，经过初步处理的烟气进入圆筒型电除尘器，经过进一步的净化，使其含尘浓度降至10mg/Nm3以下，以获得最佳的除尘效果。由电除尘器和蒸发冷却器收下的粉尘经输送机送到压块站，在回转窑中将粉尘加热到500~600°C，通过压块机采用热压块的方式将粉尘压制成型，成型的粉块可直接用于转炉炼钢。LT法主要的优点：一是除尘效率高，通过电除尘器可直接将粉尘浓度降至10mg/Nm3以下；2二是该系统全部采用干法处理，不存在二次污染；三是系统阻损小，煤气发热值高，回收粉尘可直接利用，节约了能源；四是系统简化，占地面积小。因此，LT法干法除尘技术比OG法湿法除尘技术有更高的经济效益和环境效益。由于该系统具有能耗低，除尘效率高，并取消了污泥系统，转炉煤气与粉尘均得到了综合利用，并可以部分或完全补偿转炉炼钢过程的全部能耗，有望实现转炉负能耗炼钢的目标，因而获得世界各国的普遍重视和采用。到目前为止，转炉煤气干法（LT法）净化回收技术在德国、奥地利、韩国、澳大利亚、法国、卢森堡等国得到应用，与此同时，美、英、日也开始采用该技术，应用总数已达40套以上。转炉煤气干法（LT法）净化回收技术在国际上已被认定为今后的发展方向。经济效益和社会效益分析由于氧气转炉干式电除尘技术具有独特的优越性，所以被越来越多的国家所采用以取代OG法。采用干式电除尘技术，不但经济效益明显，且环境效益也佳。根据宝钢转炉煤气湿法（OG法）净化回收系统及干法(LT法)净化回收系统运行的经验，采用干法电除尘技术，每吨钢可节约电1.1度，节水3吨，并可回收10.5公斤含铁75%以上的烟尘和相当于20升左右燃料油的优质煤气.此外,每吨还可节约生产费用2.5元人民币。我国目前广泛采用的转炉湿式除尘系统(OG法)，除宝钢外，一般大、中型转炉除尘吨钢耗电平均为6度，小型转炉除尘耗电平均10～15度。转炉煤气的回收率很低，转炉除尘的污水处理复杂，污泥均未合理的综合利用。如果一个年产300万吨钢的大型氧气转炉炼钢车间由OG法改用LT法干式电除尘，假定它们回收的能量和烟尘相等，仅节电，节水和节约生产费用三项合计的年经济效益年，按最保守的估计也在1700万元以上。其中：节约工业用电：0.4x1.1x3000000=900万元(每度电按0.4元计)节约工业用水：1.0x3.0x3000000=132万元(每吨水按1.0元计)节约生产费用：2.5x3000000=750万元此外，含铁粉尘压球后代替转炉废钢和矿石也将是一笔可观的附加收入．★如果在我国普遍推行转炉干法电除尘，全年除尘耗电可减少近3亿度。★若将转炉可回收的煤气与蒸汽都综合起来，折合成标准煤，每吨钢可回收35公斤左右，可望实现低能或无能练钢。★更值得注意的是干法回收的粉尘，成球后直接返回转炉替代废钢或矿石作为冷却剂，直接回收其金属铁，可增加钢产量180吨/每万吨钢。★使煤气粉尘排放量大大低于国家环境保护要求，创造一个良好的生产环境和生活环境。★大大减少了原系统的设备维修费用。转炉煤气干法（LT法）与湿法（OG法）除尘的技术经济指标比较在新建或改造一座炼钢转炉时，其除尘系统选择干法除尘，还是湿法除尘，以下引用德国鲁奇公司两座次150吨转炉为例。提供干法与湿法除尘的技术经济比较，对设计人员、用户选择除尘方法有一定的参考价值。1.基本参数氧气量42000Nm3/h转炉容量150t年钢产量1.3x106t冶炼周期性40～50min吹氧时间16~17min每天吹炼炉数30炉原始炉气量94000Nm3/h燃烧系数0.1烟气量110000Nm3/h出汽化冷却器温度1000°C32.除尘系统相应设备的主要技术数据对比OG湿法除尘LT干法除尘降温文氏管t=78°C蒸发冷却塔t=150°C⊿P=3000Pa⊿P=100Pa除尘文氏管⊿P=12000Pa静电除尘器⊿P=200Pa出口含尘≤100mg/Nm3出口含尘＜10mg/Nm3高压离心风机P=21000Pa单机轴流风机P=6500Pa功耗N=1865kW功耗N=610kW---------饱和冷却器煤气含尘量~10mg/Nm3煤气含尘量~10mg/Nm3污水沉凝装置干法输送储存装置污泥脱水装置干法成球压块装置污泥干燥------------污泥返回烧结沉块返回烧结消耗指标每炉耗电1235kW消耗指标每炉耗电335kW每炉耗水70m3每炉耗水25m33.投资比较比较内容简介OG法LT法一次投资额(百万德国马克)18.6/(100)20.5/(110)年经济收益(百万德国马克)煤气球团合计13.0--13.0/(100)13.03.916.9/(130)年经营费用(百万德国马克)利息年利7.5%折旧每年8.33%操作费维修、保险费工资待遇(3%～5%)合计1.41.551.740.440.695.82/(100)1.541.710.490.400.384.52/(78)4吨钢费用(德国马克)4.483.48注:比较内容中投资费用不包括烟罩、汽化冷却烟道、煤气柜与烟气管道。上述分析表明，干法电除尘系统的初次投资比湿式系统约高10%。但由于干式系统具有许多优点，所以其年消耗费用比湿法低22%。从综合比较表可看出，干法所多花的投资，不到一年半时间即可全部收回，而且随着运行时间的增长，干法除尘的经济效益逐年增加。二．转炉煤气干法（LT）净化回收技术转炉煤气干法除尘系统工艺流程为：约1550℃的转炉烟气在ＩＤ风机的抽引作用下，经过烟气冷却系统(活动烟罩、热回收装置及汽化冷却烟道)，使温度降至800～1200℃后进入蒸发冷却器。蒸发冷却器内有若干个双介质雾化冷却喷嘴，对烟气进行降温、调质、粗除尘，烟气温度降低到150～200℃，同时约有40%的粉尘在蒸发冷却器的作用下被捕获，形成的粗颗粒粉尘通过链式输送机输入粗灰料仓。经冷却、粗除尘和调质后的烟气进入圆筒形静电除尘器，烟气经静图1：煤气冷却和净化，CO－气体回收电除尘器除尘后含尘量降至10ｍｇ/ｍ3以下。静电除尘器收集的细灰，经过扇形刮板器、底部链式输送机和细灰输送装置排到细烟尘仓。经过静电除尘器精除尘的合格烟气通过煤气冷却器降温到70～80℃后进入煤气柜，氧含量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ＣＯ的高温烟气冷却后才能满足干法除尘系统的运行条件。蒸发冷却器入口的烟气温度为850～1200℃，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：①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40～55ｇ/Ｎｍ3，而除尘器出口的排放浓度要求小于10ｍｇ/Ｎｍ3。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ＺＴ24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5测，证明了该极配形式能够保证除尘效率。②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。③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。④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。图2：煤气量控制－第1部分为了在流量控制范围内升高压力，调整ID风机的速度。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。图3：煤气量控制－第2部分切换站的功能如下：根据转炉产生的煤气含量，及转炉实际