提钒转炉一次烟气干法除尘系统技术要点及工程应用

纪世昌

提钒转炉一次烟气干法除尘系统技术要点及工程应用

纪世昌

（中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉430223）

简要介绍了提钒转炉一次烟气干法除尘系统的工艺流程，然后对一次烟气干法除尘系统技术要点进行了详细分析及工程实例进行列举，重点分析了其控制、防泄爆技术及系统非标设备及管网设计技术。

干法除尘；技术要点；工程应用

1 前言

钒是现代工业材料的重要添加剂，同时也是一种重要的战略资源，广泛应用于钒铁、航天、化工、新型能源等领域。中国的钒产量居世界第一位，约占世界钒产量的54.8%，在钒产品市场需求日益扩大的背景下，需充分利用钒资源优势，并使其发挥最大的效益。由于含钒矿物种类及生产条件的差异，提钒的工艺方法也不尽相同，国内用含钒铁水提钒的主流方法是转炉提钒法，随着国家对环境保护的重视，提钒转炉的一次烟气除尘净化也被摆上了重要的位置。

对应的提钒转炉一次烟气除尘技术有干法除尘和湿法除尘两种。由于干法除尘相对湿法除尘具有节水、节电、节省运行费用及占地面积等优点，且使用湿法除尘系统的管道及设备在使用一段时间之后会出现腐蚀及变薄的现象，大大降低了系统的使用寿命，因此提钒转炉一次烟气采用干法除尘系统是今后发展的方向。

2 提钒转炉一次烟气干法除尘系统工艺流程

提钒转炉的工作原理就是利用选择性氧化的原理，采用高速氧射流在转炉中对含钒铁水进行搅拌，将铁水中的钒氧化成钒氧化物，以便制取钒渣的一种物理化学反应过程。在反应过程中，通过加入冷却剂控制熔池温度在碳钒转化温度以下，达到去钒保碳的目的。

在吹炼过程中由于铁水脱碳较少，产生的炉气中一氧化碳含量也较低而不具有回收的价值，因此一次烟气干法除尘系统不设回收系统。转炉炉口不设活动烟罩，将产生的煤气尽量全部燃烧掉，在汽化冷却烟道中将烟气热量回收转化成饱和水蒸汽。由于采用全燃法，进入后续电除尘器内的烟气基本上不具备可燃性，因此发生爆炸的风险大大降低，基于此原因提钒转炉选用干法除尘系统也是合理的。

2.1 一次烟气干法除尘工艺流程简述

（1）转炉产生的高温烟气经汽化冷却烟道冷却至900℃左右，进入蒸发冷却塔。

（2）在蒸发冷却塔内，高压水经雾化喷嘴喷出将烟气直接冷却到250℃左右，喷水量根据烟气含热量精确控制，所喷出的水完全蒸发；喷水降温的同时对烟气进行了调质处理，调整了粉尘的比电阻，有利于静电除尘器的捕集。同时烟气中的粗粉尘沉降到蒸发冷却塔的底部。

（3）在蒸发冷却塔的底部，沉降的粗粉尘由粗灰输送系统排出。

（4）冷却和调质后的烟气进入圆形静电除尘器，烟气得到净化。

（5）圆形静电除尘器的进、出口装有安全泄爆阀，以释放可能产生的爆炸压力。

（6）在静电除尘器被收集的粉尘通过细灰输送系统排出。

（7）净化后的烟气进入引风机。

（8）烟气经过风机后进入消声器进行吸声降噪。

（9）最后烟气接至烟囱高空排放。

2.2 一次烟气干法除尘工艺流程简图

3 提钒转炉一次烟气干法除尘系统的技术要点

3.1 转炉煤气干法除尘系统的控制技术

转炉煤气干法除尘系统的主要工艺设备（组）包括：蒸发冷却塔、粗灰系统、静电除尘器、细灰系统、引风机系统、放散烟囱。每部分完成不同的功能，满足整个系统的需要。

3.1.1 蒸发冷却塔喷水量控制

蒸发冷却塔具有烟气的降温和调质功能，研发中采用了双流喷枪，通过喷蒸汽和雾化水来实现，要求保证蒸发冷却塔出口烟气温度降至250℃左右，且喷入冷却水全部蒸发，蒸发冷却塔底部不允许存在液态水。蒸汽压力通过蒸汽切断阀和调节阀控制，喷水量通过冷却水切断阀和调节阀控制。

蒸发冷却塔的控制目标是出口烟气温度，控制量为冷却水流量，影响出口温度的因素包括入口温度、烟气流量、喷入冷却水的流量以及混合烟气的密度和比热容，这些因素都是随时变的，要控制出口温度稳定在设定值，且喷入冷却水量不能过多，保证蒸发冷却塔底部无液态水存在。

对系统采用前馈-串级控制方法，主控对象为出口温度，副控对象为冷却水流量。由于影响主控对象的因素除了冷却水流量外，其他的扰动因素无法包含副控回路中，且扰动较大，单靠主控回路的反馈控制难以克服扰动影响，系统响应慢，因此在副控制器输入端引入前馈补偿，利用蒸发冷却塔入口温度、出口设定温度、烟气流量计算出一个预设水量，该水量与主控制器输出的控制量之和作为副控制器的设定值。计算预设水量时由于烟气流量检测存在滞后，烟气密度和比热容根据经验取常数，所以通过前馈补偿不能完全消除误差，稳态误差由主控回路消除。

3.1.2 炉口微差压控制

炉口微差压控制是通过控制引风机转速，调节炉口差压，使炉口保持±15 Pa，保证转炉吹炼时烟气不外溢。炉口差压受转炉烟气流量的扰动影响较大，这里同样采用前馈-串级控制，主控对象为炉口压差，副控对象为风机转速，烟气流量与转炉吹氧量基本呈线性关系，因此采用氧气流量计算烟气预设流量。

3.1.3 高压电源控制

高压电源的控制精度很高、各种保护复杂，由专门的电源厂家成套提供，针对转炉周期间歇性工况和节能需要，高压电源通常设有重载和轻载模式，在转炉吹炼时采用重载模式，充分发挥除尘能力；转炉不吹炼时，采用轻载模式，节约电能。

3.2 干法除尘系统的防泄爆技术

转炉煤气发生爆炸必须同时具备三个条件：（1）煤气与空气（或者氧气）混合物在爆炸极限以内；（2）煤气与空气（或者氧气）混合物在最低着火点温度以下；（3）煤气与空气（或者氧气）混合物遇到足够能量的火种。

静电除尘器的工作原理决定了其不可避免地存在电火花放电而产生足够能量的火种；转炉煤气在空气中的着火点为610℃左右，静电除尘器中的煤气温度约200℃；所以只要在煤气组分达到其爆炸极限时，静电除尘器内就可能发生爆炸。转炉煤气爆炸极限有两个：①CO%＞9%，O2%＞6%；②H2%＞3%，O2%＞4%。

由于静电除尘器的存在，转炉煤气干法除尘系统发生泄爆的情况在所难免，我们可以通过一系列的手段来减少或者避免泄爆的发生。通过研究，我们发现要减少转炉煤气干法除尘系统的泄爆次数，其核心思想是：

（1）减少煤气和空气的接触时间；

（2）在煤气和空气间的过渡阶段，尽量减少CO而将之氧化为CO2；

（3）所有添加料尽量少带入水分；

（4）减少转炉喷溅的发生。

3.3 转炉煤气干法除尘系统设计要点

3.3.1 蒸发冷却塔设计

蒸发冷却塔除了冷却烟气外，另一功能是将粗颗粒的烟尘分离出来，它是依靠气流的降速并在进口处以水滴湿润烟尘来达到除尘的目的，灰尘聚积在蒸发冷却塔灰斗内，占废气中总灰尘含量30%～40%的粗灰也在蒸发冷却塔中进行收集。

蒸发冷却塔还有对烟气进行调节改善功能，即在降低气体温度的同时提高其露点，改变粉尘电阻，有利于在电除尘器中将粉尘分离出来。

应用于提钒炉的蒸发冷却塔的塔体结构有别于常规的干法除尘系统，取消了下部的香蕉弯及内置刮板机，在减少机械故障的前提下，通过独特的气流组织方式实现了降温、雾化、以及烟气粗除尘的目的。蒸发冷却塔的喷水量及塔体尺寸均通过理论公式计算得出，并通过数值模拟软件分析塔体内的烟气的温度场、速度场，对喷枪的布置及塔体的合理性进行验证，最终确保蒸发冷却塔内的喷水量保证完全蒸发，确保烟气不结露、不饱和、不湿底、壁体不结垢。

3.3.2 一次烟气管网设计

由于提钒转炉冶炼节奏快，因此一次烟气温度随着转炉冶炼节奏急剧变化，因此一次烟气管道的热胀冷缩的现象很严重，需合理地设置补偿器，将管网分成若干合理的管系，并进行管架推力计算，合理设置支架，确保管道不会被拉裂或支架分离，保证系统安全运行。一次烟气管道上安装的补偿器宜选择金属波纹管补偿器。

4 提钒转炉一次烟气干法除尘系统在工程上的应用

武钢集团昆钢股份玉溪新兴钢铁有限公司（以下简称玉钢）根据发展规划新建1座120 t提钒转炉。转炉一次烟气干法除尘系统由中冶南方采用EPC总承包方式，包括全套干法除尘系统的基本设计、详细设计、设备及材料采购供货、施工安装、软件编程、人员培训、调试及试车、投产保产等交钥匙工程。提钒转炉一次烟气干法除尘系统工艺技术及蒸发冷却塔等非标设备技术均采用了中冶南方专利技术。

该干法除尘系统自2011年3月1日开工设计，计划2012年2月随提钒转炉工程投入使用，计划工期12个月，由于钢铁市场行情因素，该转炉工程及干法除尘系统工程实际至2012年5月29日投入正式连续运行，干法除尘系统投产后即达到设计能力。2012年8月20日正式通过性能考核验收，岗位浓度及烟尘排放浓度均优于国家标准，取得了良好的经济效益和社会效益。

目前，除尘系统及设备运行稳定，各项运行指标正常，除尘效率及效果良好。该系统为全国产化装备，技术装备水平较高，自动化程度高，各项技术经济指标均优于其他同类型企业同炉型转炉的烟气除尘。

系统主要工艺参数如下：

转炉公称容量：120 t

烟气量：185000 m3/h

电机功率：450 kW/10 kV

其他设备装机功率：650 kW/380 V

蒸发冷却塔直径：Ø4220 mm

电除尘器筒径：Ø8200 mm

烟囱直径：Ø1600 mm

烟气含尘浓度～120 g/m3(标况)

烟囱排放浓度≤15 mg/m3（标况）

近年来，中冶南方还承接了昆钢新区120 t转炉一次烟气干法除尘及煤气回收系统、云南太标精工铸造公司转炉一次烟气干法除尘系统总承包、青钢城市钢厂环保搬迁项目一炼钢总承包工程等。

5 总结

提钒转炉一次烟气干法除尘技术相对湿法除尘具有节水、节电、节省运行费用及占地面积等优点，且由于提钒炉的冶炼特点系统更加安全可靠，因此提钒转炉一次烟气采用干法除尘系统是今后发展的方向。本文列举了提钒转炉一次烟气干法除尘的技术要点及其在实际工程中的应用。

在设计提钒转炉一次烟气干法除尘系统时需要重点关注以下内容：

（1）控制系统中的蒸发冷却塔喷水量控制及炉口微差压控制；

（2）系统的防止泄爆措施；

（3）蒸发冷却塔非标设计及一次烟气管网设计。

通过以上内容的叙述，以期对类似的工程设计起到一定的指导作用。对于该技术的发展方向，笔者认为由于提钒转炉余热锅炉尾部烟道出口一次烟气温度尚有900℃左右，现有工艺均没有再对该部分热量进行回收，造成部分热量损失。没有回收的原因很大程度上是担心余热回收的安全问题，而提钒转炉由于其冶炼特点基本上不可能发生爆炸，所以将来设计提钒转炉一次烟气系统时，需考虑设置900℃以下低温段余热回收装置。

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[4]成立良，王忠智.炼钢转炉烟气的回收利用技术—环境工程治理技术丛书[M].北京：中国环境科学出版社，1992.

Technical Essentials and Engineering Application of Primary Dry Dedusting System for Vanadium-Recovery Converter

JI Shichang
(WISDRI Engineering&Research Incorporation Ltd.,Wuhan,Hubei 430223,China)

The technical process of dry dust removal system for vanadium-recovery converter is briefly introduced.Then the technical essentials of the dry dedusting system are analyzed in detail with practical engineering examples,focusing on the control and explosion-proof technology and the design of non-standard equipment and pipe network.

dry dust removal system;technical essential;engineering application

TQ547.8

B

1006-6764(2015)01-0004-03

2014－11－05

纪世昌（1982－），男，毕业于华中科技大学，硕士研究生学历，高级工程师，现从事冶金炉窑通风除尘工作。