转炉干法除尘新工艺路线探讨

王鹏军 王波 薛琨 吴佳

摘要：基于我国提出的钢铁行业炼钢排放烟气颗粒物浓度限值为10 mg/Nm3的超低排放要求，对现有钢铁企业大多采用的LT干法除尘系统及其优化改进后的新技术进行介绍，并以实际项目为依托，分析改进后工艺的实际运行情况，阐述其实现超低排放的途径。实践运行结果表明，LT烟囱前加金属滤筒工艺可满足烟气中的颗粒物浓度不超过10 mg/Nm3的超低排放要求。该改进技术的成功应用为LT技术的普及和推广提供了参考。

关键词：LT技术;钢铁;干法除尘;超低排放;新工艺

中图分类号：X757  文献标志码：A  文章编号：1671-0797（2022）03-0077-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.03.022

0    引言

随着我国城市化进程的不断加快，各大钢企产能不断扩大，转炉烟气量也在增大。转炉烟气具有含尘量大、温度高且有毒等特点[1]，会对环境和人体造成很大威胁。2019年，国家生态环境部等五部委联合印发《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，规定转炉烟气中颗粒物的排放限值为10 mg/Nm3[2]。这一举措意味着进一步优化现有除尘系统，满足我国提出的超低排放要求，成为目前转炉烟气净化中亟需解决的问题。

近年来，在全球钢铁行业大力推进节能减排的形势下，以干法除尘技术为代表的转炉煤气除尘技术已经受到越来越多钢厂的青睐[3]。其中具有代表性的有德国鲁奇的LT干法系统，该系统具有占地面积小、能耗低、除尘效率高、无二次污染等优点[4]。

目前新的LT干法系统主要是在原LT系统工藝基础上进行改进和优化，具体路线包括以下两种：

（1）将原LT干法系统中的煤气冷却器移至切换站之前，即煤气冷却器前置工艺;

（2）基于原LT干法系统，在放散杯阀和放散烟囱间额外增加一套金属滤筒除尘器。

本文主要介绍原LT干法系统和两种优化后的LT干法系统的工艺路线，同时结合各工艺的实际运行情况进行分析和探讨，以期为LT干法系统工艺在国内大型钢厂的普及和推广提供有力借鉴。

1    LT干法系统工艺及其优化工艺介绍

1.1    LT转炉一次干法除尘系统介绍

图1展示了原LT转炉一次烟气干法除尘系统工艺流程，可以看到，在ID风机的抽引作用下，转炉产生的1 400～1 550 ℃高温烟气进入烟气冷却系统，依次经过活动烟罩、汽化冷却烟道后，烟气温度降至900～1 000 ℃，随后进入蒸发冷却器。蒸发冷却器上部采用双介质雾化冷却喷嘴，该喷嘴可实现对烟气进行调质、降温、粗除尘的作用。烟气进入蒸发冷却器中，将有30%～40%的大颗粒粉尘被捕获，捕获的粉尘颗粒通过链式输送机输入粗灰料仓进行下一步处理。经蒸发冷却器后的烟气温度降至250～280 ℃，而后进入圆筒形静电除尘器进行精除尘，精除尘后的烟气含尘量降至15 mg/Nm3以下，此时除尘器中收集的细灰经扇形刮板器、底部链式输送机和细灰输送装置排到细烟尘仓。经精除尘的烟气会首先通过切换站系统，当烟气的CO浓度满足回收浓度条件时，烟气会进入煤气冷却器降温，待温度降至70～80 ℃后，再经过回收杯阀进入煤气柜;当烟气氧含量大于2%或CO浓度不符合回收条件时，回收杯阀关闭，放散杯阀打开，煤气通过放散杯阀至烟囱火炬装置点火放散。总的来说，整套系统采用自动控制，与转炉的控制相结合。

1.2    煤气冷却器前置工艺介绍

如图2所示，与原LT系统相似，转炉烟气首先会在ID风机的作用下依次经过活动烟罩、汽化冷却烟道进行初步降温，温度降至900～1 000 ℃后进入蒸发冷却器进行降温、调质、粗除尘。在此过程中，烟气中30%～40%的大颗粒粉尘凝结沉降，其余温度降至250～280 ℃的烟气再进入圆筒形静电除尘器进行精除尘，使得烟气含尘量降至15 mg/Nm3以下。然而，与原LT干法系统不同，由于煤气冷却器被移至切换站之前，经静电除尘器精除尘后的转炉烟气无论是否满足回收条件，都会首先进入煤气冷却器中。一般情况下，煤气冷却器选用实心螺旋喷嘴，在螺旋喷嘴处的水介质压力为0.4 MPa时，平均喷雾粒径小于750 μm，喷枪分两层布置，每层喷枪6～8把不等，该喷枪主要是根据烟气量选择数量配置的。除此以外，在煤气冷却器入口管道设置一把双介质喷枪，竖直插入入口管道，双介质喷枪喷雾角度约为100°，额定水压力为0.4 MPa（喷嘴处），额定流量约3.5 m3/h，喷水最大粒径为300～350 μm，平均粒径基本不超过150 μm。当转炉烟气进入煤气冷却器后，入口管道的双介质喷枪和通体两层实心螺旋喷嘴会同时开启，烟气一进入煤气冷却器，双介质喷枪便会喷出冷却水对烟气进行一次颗粒物的洗涤，同时由于双介质喷枪喷出的水介质雾化粒度更小，可以对烟气温度的降低起到很好的效果。当烟气进入煤气冷却器内部时，筒体内部设置的两层实心螺旋喷嘴会喷入大量的冷却水介质对烟气进行进一步的洗涤净化。经煤气冷却器洗涤降温除尘后的烟气再经煤气分析仪分析判断应当回收还是放散，由此保证最终排放的烟气可以满足10 mg/Nm3排放标准。

1.3    LT烟囱前加金属滤筒工艺介绍

图3展示了LT转炉一次干法除尘系统烟囱前加金属滤筒除尘器的工艺流程，可以看到，转炉烟气经汽化冷却烟道进行初步降温（900～1 000 ℃），而后进入蒸发冷却器降温、调质、粗除尘，最后再进入圆筒形静电除尘器进行精除尘。经精除尘后的烟气通过切换站系统，当烟气的CO含量达到设置的回收浓度条件时，与原LT系统相同，烟气会经过回收杯阀进入煤气柜;然而，当烟气氧含量大于2%或CO浓度不符合回收条件时，回收杯阀关闭，放散杯阀打开，此时转炉煤气通过放散杯阀不再进入烟囱火炬装置点火放散，而是进入金属滤筒除尘器进行深度精除尘后再进入烟囱火炬装置点火放散。

2    实际运行情况分析

目前，原LT煤气干法净化与回收系统是采用轴流风机来进行烟气输送的。由于采用了变频器调速，风机电机可以依据不同的工况动态来调整系统的抽风量。电除尘器的高压电源采用节能模式，可以根据不同的炼钢阶段调整输出功率。由于转炉炼钢分为停炉、准备、兑铁、吹氧、投料、吹氧结束、出钢、溅渣护炉8个阶段，加之工艺的不连续性，兑铁阶段会出现烟囱排放超标情况。

以上问题可以通过改进原LT工艺解决。将煤气冷却器和切换站杯阀位置的简单互换，能够有效降低进入烟囱放散的烟气含尘量。按照电除尘器出口排放不超过15 mg/Nm3、煤气冷却器50%除尘效率考虑，经过煤气冷却器的烟气含尘量完全可以达到小于10 mg/Nm3的超净排放要求。然而，实际运行结果显示，煤气冷却器前置工艺在新建系统的运行过程中虽然能够满足低于10 mg/Nm3的超净排放要求，但煤气冷却器经洗涤后，烟囱排放烟气的含湿量加大。观察云南、山西等地项目的实际运行情况发现，煤气冷却器前置系统经过3～5年的运行后，出现除尘器除尘效率降低、除尘器出口含尘量增加、煤气冷却器循环水质控制不达标等问题，导致烟囱出口烟气含尘量无法有效稳定在低于10 mg/Nm3的超净排放要求。此外，煤气冷却器的前置导致烟囱出口烟气的含湿量增大，部分地区会出现夏天短时间烟雨、冬天大白烟的现象。

LT烟囱前加金属滤筒的工艺可以有效解决煤气冷却器前置工艺所引发的问题。对于原LT系统而言，在放散杯阀和烟囱之间增加金属滤筒，对系统本身不会产生任何影响。金属滤筒过滤风速为1～2 m/min，过滤精度高达0.1 μm，过滤后的烟气排放浓度可低至10 mg/Nm3以下。此外，金属滤筒耐高温（一般情况下，含尘气体温度不超过500 ℃）、耐腐蚀、强度高，不会出现“烧袋”和“破袋”现象;而且其导电性好，可以避免因静电而引起的粉尘爆炸，无安全隐患。截至目前，LT烟囱前加金属滤筒工艺已成功在日照、鞍山等多个钢厂投入使用，表1列出了某钢厂实测排放数据。

3    结语

金属滤筒除尘器运行成本低，主要部件损耗率低，运行稳定可靠，运行实践证明，LT烟囱前加金属滤筒工艺能够有效且稳定地保证烟囱出口排放满足10 mg/Nm3的超净排放标准。当前，国家对环境保护的要求越来越严，改善生态环境、实现污染物超低排放是大势所趋，LT烟囱前加金属滤筒工艺技术的成功应用，为今后转炉一次烟气超低排放治理目标的实现提供了参考，更为LT技术的普及和推广提供了有力借鉴。

[参考文献]

[1] 张滔.转炉干法除尘烟气粉尘特性研究[D].唐山：华北理工大学，2016.

[2] 生态环境部，发展改革委，工业和信息化部，财政部，交通运输部.关于推进实施钢铁行业超低排放的意见[J].中国钢铁业，2019（6）：5-8.

[3] 张东丽，毛艳丽，曲余玲，等.转炉煤气干法除尘技术[J].世界钢铁，2012，12（5）：51-59.

[4] 吴其玲.转炉煤气干法除尘系统温度控制策略研究[D].马鞍山：安徽工業大学，2016.

收稿日期：2021-11-19

作者简介：王鹏军（1985—），男，陕西咸阳人，工程师，研究方向：环境除尘。