转炉一次烟气脱白技术的运用

杨 昆， 宋明明， 张丹筠， 王冰琪

（山西建邦集团通才工贸有限公司， 山西 曲沃 043400）

山西建邦集团通才工贸有限公司（以下简称建邦）炼钢厂现有2 座65 t 转炉和1 座80 t 转炉，净汽化系统采用第五代OG 系统；1 座转炉一次除尘风机的风量为：10.8 万m3/h。蒸汽温度约70 ℃；为实现国家对环境保护发展要求，达到一次烟气脱白效果，建邦采用北京金泰天成科技有限责任公司的WCPD（Wet Condensation&Purification Defogger）净化冷凝消白除雾技术对炼钢厂除尘系统进行改造。

1 脱白技术简介

WCPD（Purification&Condensation defogger）净化冷凝消白除雾技术是北京金泰天成科技有限责任公司研发的气体净化与消白的专利技术。WCPD 冷凝回收一次除尘烟气中的水，同时对气体的颗粒物进行净化。

WCPD 技术利用环境冷风冷凝回收一次除尘烟气水雾，降低水蒸汽含湿量，同时利用一次除尘烟气蒸汽的热量加热环境冷风使一次除尘烟气水汽转化为不饱和状态，消除外排白雾，实现洁净一次除尘烟气水汽、回收一次除尘烟气水、节约水资源、消除现场白色水雾的目标，WCPD 是节水、除尘、消白的一体化技术[1]。

WCPD 消白通过如下技术途径实现，技术路线见图1。

图1 脱白塔技术路线

扩容消白技术：

WCPD 利用水蒸气由气态凝结成水，放出汽化热使环境冷风加热升温后与经过冷凝脱湿的一次除尘烟气在排出口前形成不饱和水蒸气，在空气中将不再形成汽雾，达到消除外排一次除尘烟气白雾目标[2]。

环境冷风为不饱和气体，经过冷凝模块加热后从A 点加热→A′点，一次除尘烟气中水蒸气为饱和水蒸气，在冷凝模块中冷凝过程中，保持饱和状态，温度降低从B点降温→B′点。出塔水蒸气在B′状态与环境冷风A′状态体积叠加降低水蒸气相对湿度，转为C点状态。C点落在不饱和区，因而在排放过程中不形成水雾[3]。过程：回收一次除尘烟气中尘和雾及小液滴；降低水蒸气含水量；WCPD 中将水冷凝但保留一次除尘烟气中水蒸气液化放出的汽化潜热使一次除尘烟气转化为不饱和状态。

图2 脱白塔技术流程

2 烟气脱白技术的可行性分析

2.1 当地气象条件

1）大气压力。冬季85 kPa、夏季107 kPa。

2）室外平均温度。冬季-2.4 ℃、夏季26.1 ℃，日平均温度≤5 ℃的天数30 d、极端最低温度-21.4 ℃、极端最高温度42 ℃。

3）室外计算相对湿度。最冷月月平均56%、最热月月平均78%。

4）室外风速。冬季平均1.5 m/s、夏季平均2.5 m/s。

2.2 主要参数设计

设计采用最不利的冬季情况进行设计。运行分为冬季和正常运行状况，以达到经济、环保的目标。

根据项目情况，采用如下技术参数：

1）非冬季4 月—10 月降温8%，含湿量降低15%，在蒸汽温度70 ℃时，降低约6 ℃；蒸汽温度60 ℃时，降低5 ℃。

2）冬季11 月—3 月降温15%，含湿量降低30%，在蒸汽温度70 ℃时，降低约11 ℃；蒸汽温度60 ℃时，降低9 ℃。

设计按照冬季设计，按照夏季复核。

2.3 热力计算

1）70 ℃饱和一次除尘烟气参数：水分浓度为0.1981 kg/m3；含湿量为281.807 g/kg 干空气；焓值为810.36 kJ/kg 干空气；湿容积为1.398 6 m3/kg 干空气；蒸汽量为32.4 万m3；干空气量为32.4/1.398 6=23.2 万kg。

2）非冬季冷凝后温度为64 ℃。64 ℃饱和水汽状态的参数：含湿量为196.078 g/kg 干空气；焓值为575.77 kJ/kg 干空气；湿容积为1.227 0 m3/kg 干空气；水分浓度为0.1482 kg/m3；含湿量下降30.2%满足15%湿降要求。

3）冬季冷凝后温度为59 ℃。59 ℃饱和水汽状态的参数：含湿量为146.186 g/kg 干空气；焓值为440.93 kJ/kg 干空气；湿容积为1.156 3 m3/kg 干空气；水分浓度为0.124 8 kg/m3；冬季含湿量降低（281.807-146.186）/281.807=48.1%；满足湿降≥30%要求；处理一次除尘烟气焓变化值为23.2（810.36-440.93）=8570.8 万kJ/h。回收水量为31.5 t/h。

4）环境冷风量计算。环境冷风温度按照0 ℃，相对湿度50%计算：含湿量为1.8 g/kg 干空气；焓值为4.7 kJ/kg 干空气；比容为0.947 m3/kg；环境冷风升温按50 ℃设计，计算焓值增加量为50 kJ/kg 干空气；计算冷却风量为171 万kg；60 ℃时，换算风量165万m3/h；

5）年平均小时冷凝回收水量。采用冬季与夏季平均回收水量：32 000×（281.807-146.186）=31.5 t/h。

2.4 除尘冷凝模块设计

冷凝带走热量为8 570.8 万kJ/h。

计算换热温差：

式中：T1为热流进口温度70 ℃；T2为热流出口温度59 ℃；t1为冷流进口温度0 ℃；t2为冷流出口温度50 ℃；

根据传热计算公式A=Q/KΔTm（式中：A为换热面积；K为换热系数；Q为热量；ΔTm为换热温差）计算得：

计算换热面积6 600 m2；设计按照8 000 m2进行设计。本设计中采用CPM 系列冷凝除尘模块，冷凝设计模块采用多组除尘冷凝膜管构成，管组吸收膜组件CPM60 冷膜机组2 台。冷凝膜组：10 m×10 m×5 m。

2.5 WCPD 主要动力与能耗

WCPD 主要动力设备为风机，实际设计采用200 万m3/h 风机，数量为1 台，功率为110 kW。

风机采用不锈钢传动轴，提高防腐性能，风机支架采用不锈钢支架，设备设置安全检修门和检修栏杆通道，控制采用变频，功率风量可调节。

3 可靠性检验

通才炼钢厂经过脱白塔建设后，进入正常生产设备调试状态，关闭通往原三管放散管网，开启烟气进入脱白塔管网阀门，经过三个月的生产，一次烟气脱白塔完全能够满足现场使用。

专业机构检测表明：在检测期间一次转炉烟气出口烟温降低30.6%，含湿量降低42.8%，均符合（临气指办发[2018]37 号）《关于督促加快钢铁、焦化、燃煤电厂白色烟羽治理的通知》文件中钢铁行业排放烟气中含湿量超过25%以上时需要采取减排“控白”措施以降低烟气排放温度和含湿量，烟气冬季烟温降低15%以上，含湿量降低30%以上的标准限值要求（见表1）。

表1 一次转炉烟气出口检测结果一览表

4 结语

新建脱白塔可以有效地对炼钢一次烟气进行有效地消除，达到排放要求，并且在生产过程中，脱白塔烟囱出口全程无白烟；一次除尘烟气冷凝水符合国家三级排放标准（颗粒物的质量浓度远远小于10 mg/m3，COD（化学需氧量）质量浓度远远小于500 mg/m3，氨氮质量浓度远远小于50 mg/m3等）；在空气中将不再形成汽雾，达到了颗粒物排放10 mg/m3超低排放标准，同时，消除外排烟气白雾，净化烟气的目标。