宝钢转炉湿法和干法除尘装置的余热回收系统的差异.pdf

第 3 1 卷第 5 期 2 0 1 0年 1 O 月 能源技术 ENE RGY TECHNOL OGY Vo 1 3 1 No 5 Oct 2 0 1 0 宝钢转炉湿法和干法除尘装置的 余热回收 系统 的差异 刘长正 ( 宝山钢铁股份有限公司炼钢厂， 上海 2 0 1 9 O 0 ) 摘要： 对转炉湿法( OG) 、 干法( I T) 烟 气除尘冷却 系统的余热回收 系统进行 了介绍 ， 并从 系 统性、 结拇 生 上进行 了对比分析 ， 通过统计数据 ， 以及设计参数对 比， 结合宝钢 实践对各 自的优缺点 进行 了分析探讨 ， 并对 目前湿法和干法系统的发展趋势做 出展望。 关键词 ： 密闭循环 系统；自然循环；除氧器；裙罩；回收量 中图分类号： 文献标志码 ： B 文章编号： 1 0 0 5 7 4 3 9 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 3 0 3 0 4 Dif f e r e n ce b e t we e n W e t a n d Dr y Co nv e r t e r De d u s t in g S y s t e m o f Ba o s t e e l L I U Ch a n g - z h e n g ( S t e e l Ma k i n g P l a n t ，B a o s h a n I r o n& S t e e l C o I L t d S h a n g h a i 2 0 1 9 0 0 ，C h i n a ) 转炉在吹炼时会产生大量的高温和高浓度的一 氧化碳烟气 ， 烟气 中可燃性 气体成分高达 8 5 ， 可 以作为工业燃料 ， 但是烟气中还含有 大量高浓度金 属粉尘 ， 因此必须对高温烟气进行冷却 以便除尘 及 回收煤气， 与此同时在烟气冷却过程中还可以利用 余热回收系统回收烟气余热生成的蒸汽， 供生产( 如 R H) 和生活使用。宝钢股份一炼钢厂和二炼钢厂 分别采用了湿法除尘( O G) 和干法除尘( I T) 进行烟 气 回收， 其中一炼钢厂 的 3 0 0吨转炉湿法装置 由 日 本 NS C承担 设 计 并 提供 成 套 设 备 ， 二炼 钢 厂 的 2 5 0 吨转炉干法系统先后分别引进鲁奇和澳钢联的 干法电除尘装置， 两者虽然均采用汽化冷却方式进 行烟气冷却并通过产生蒸汽回收烟气的余热， 但在 结构和工艺上不完全相 同， 因而在 回收能力和设备 维护方面， 存在一定差异 。本文将分析两者结构上 的差异 ， 并探讨两者蒸 汽 回收能力差异 以及导致这 些差异的原因。 l 除尘系统和工艺 湿法除尘工艺流程如图 1 所示。转炉冶炼产生 的大量高温烟气经汽化冷却烟道冷却到 1 0 0 0左 右 ， 初步冷却的烟气再通过一文除尘器喷水冷却并 除去大颗粒灰尘 ， 然后 经过二文 除尘器除去细小粉 尘。净化的烟气经过煤气引风机， 如果煤气合格 ( C O含量大于 4 0 ) 就通过三通 阀切换 ， 经水封逆 止阀、 V型水封 阀被输送到煤气柜 ， 如果不合格那么 烟气通过烟 囱经点火燃烧后放散 。 图 1 转 炉湿 法系统流程 干法除尘工艺流程见 图 2 ， 转炉煤气净化 回收 装置主要由蒸发冷却器 、 电除 尘器 、 粗 粉尘输送 系 统 、 细粉尘输送 系统 、 I D主引风机 和放散烟 囱等组 成， 可以对对烟气进行冷却、 净化， 并将收集的粉尘 输送至贮灰仓， 再由抽尘车运输到粉尘处理站进行 回收利用 。干法系统 中， 经汽化冷却后约为 9 0 0 ， 经过蒸发冷却器进行粗除尘降温后， 烟气进人电除 尘器进行静电除尘 ， 如果 合格煤气就通过钟形阀切 换， 经眼镜阀、 煤气冷却器、 眼镜阀被输送到煤气柜， 3 0 3 刘长正 ： 宝钢转炉湿法和干法除尘装置的余热回收系统的差异 图 2 转炉干法系统流程 如果煤气不合格就进行点火放散。 两种方式都是将烟气 中粉尘除掉后 ， 根据烟气 中的一氧化碳含量对煤气进行 回收或者放散 ， 不同 的是湿法除尘采用水喷淋方式进行除尘， 并且裙罩 、 烟罩不进行余热回收 ， 而干法 除尘采用静 电吸附的 方式进行除尘， 并采用低压系统进行余热回收。 2 余热回收系统的运行原理 湿法系统的烟气冷却， 主要在上下裙罩、 上下烟 罩、 上下锅炉中进行。转炉冶炼时产生的高温烟气 约 1 4 5 0， 进人裙罩收集 ， 再进入固定烟罩 ( 下烟 罩) 、 活动烟罩 ( 上烟罩) 及热交换器进行冷却 ， 见 图 3 。固定烟罩 、 活动烟罩 、 热交换器构成密闭冷却系 统( 又称温水锅炉) 。烟气经过下烟罩、 上烟罩的密 闭循环冷却系统降低到约 1 2 0 0后进人汽化冷却 系统( 下部锅炉、 上部锅炉) ， 烟气被进一步冷却到大 约 9 0 0。汽化系统通过热交换将水汽化产生高温 高压可回收的合格蒸汽， 系统汽包上方设有出口压 力调节阀和流量计， 出口压力设定为某一特定压力， 系统压力达到设定压力后 ， 将产生的合格蒸汽输送 到转炉蓄热器或能源蒸汽管网中。 图3 湿法系统烟气冷却系统 干法烟气冷却系统由低压冷却和高压冷却系统 构成 ， 转炉烟气冷却系统采用高 、 低压强制循环汽化 冷却与辅助循环系统相结合的冷却方式。其中低压 3 0 4 循环冷却水系统主要包括除氧器、 低压循环泵、 裙 罩、 氧枪 口、 副枪 口和下料 口， 见图 4 ； 高压强制循环 冷却系统主要是用在固定烟罩 、 可移动烟罩、 弯曲烟 道 以及斜烟道上 ， 如图 5所示。 图4 干法回收系统烟气冷却系统 图 5 高压循环系统图 斜烟道的循环水冷采用高压 自然循环和高压强 制循环相结合的方式， 在吹氧暂停直到重新吹炼期 间， 切换到高压循环泵的人口线上， 以强制循环的方 式运行 。在吹氧暂停期间 ， 该辅助循环系统在不增 加任何外部蒸汽消耗情况下能够使系统内水温几乎 保持不变 ， 可 以保证吹氧前斜烟道水冷壁管内的水 温接近沸点 ， 冷却水不 断循环可以使再次吹氧加热 时水柱不必从静止状态开始进行加速 ， 此外循环冷 却系统 中由于温差而产生的机械应力也减小到最低 刘长正： 宝钢转炉湿法和干法除尘装置的余热回收系统的差异 限度。二炼钢的于法烟气净化系统， 从转炉出来的 约 1 4 5 o C的高温烟气经裙罩后 ， 直接进人汽化系统 ( 固定烟罩、 移动烟罩 、 斜烟道 、 弯曲烟道) ， 通过热交 换加热锅炉部分的冷却水 ， 所产生 的蒸汽后直接送 入蓄热器 ， 然后经过蓄热器送至蒸汽管网。 3 补水方式 余热 回收系统汽包 内的纯水经过强制循环或 自 然循环在冷却部件 内吸热后 ， 变成汽水混合物返回 汽包进行汽水分离 ， 分 离出的饱和蒸汽经过主蒸汽 管道接至蓄热器区域。汽包 内需要不断补充纯水 ， 以满足余热回收系统汽水转换 过程所需水量 ， 由于 在吹炼过程中会发生剧烈的汽水转换循环 ， 因此需 要不断对汽包进行补水 ， 一旦补水系统出现故障， 将 导致烟气无法冷却和蒸汽无 法回收， 系统将不允许 继续吹炼 ， 否则将导致余热回收系统管道爆裂 ， 影响 炼钢安全 。而且 ， 汽包补水采用 自动控制 ， 汽包补水 必须及时 ， 但是补水又不 能过高多 。因为补水太多 会导致汽包 自 动溢流， 造成系统的压力下降以及水 资源浪费。 湿法系统采用来 自中央水处理厂的纯水 ， 先送 到纯水箱 ， 经 2台除氧器给水泵送到除氧器进行 热 力除氧 ， 除氧器工作温度 1 0 5 1 4 3 ， 经过除氧的 水由三台锅炉给水泵分别送到三台汽包、 四台蓄热 器和三台膨胀箱 。湿法装置 的氧枪 口、 副枪 口以及 下料口均采用高压冷却水进行冷却， 在吹炼时根据 水位 、 蒸发量 、 给水量三 冲量进行控制 ， 而在非 吹炼 期由水位 、 给水量两冲量进行控制 ， 并且采用了一用 一 备两路 自 动补水， 一旦工作管路出现故障， 可以快 速切换到备用补水管路， 这样既可以节省设备检修 时间， 同时又保证生产不受影响。见图 6 。 O G汽 包补水管路 图 6 湿法汽包补水管路 干法采用 的是水位、 给水量， 两冲量进行控制和 单独补水方式， 设置手动控制旁通管路见图 7 。干 法系统的除氧器 ， 又是作为低压循环系统的汽包 ， 低 压汽包同时起到高压循环系统的给水罐的作用， 除 氧器工作温度 1 3 41 5 4 。除 氧器将通过水冷部 件吸收的热量用于给水 的除氧 ， 这样既可 以达到冷 却的目的， 又可以将 回收的这部分热量作为热力除 氧器热源的一部分 ， 这种设计还可 以大大减少除氧 所需要的辅助蒸汽的用量， 如图 8所示。裙罩、 氧枪 口、 副枪 口以及下料 口均 由除氧器补水进行低压 冷却 。 u 汽包补 水管路 图 7 干法汽包补水管路 图8 低压循环系统 干法系统采用低压汽包作 为除氧器 ， 并且氧枪 口、 副枪 口、 下料 口均 由低 压循环泵进行强制循环， 因此相对湿法系统来说 ， 热量利用效率更高。干法 系统除氧器除氧蒸汽由低压系统回收产生， 因此难 免存在波动较大、 压力不稳定的缺点， 同时由于除氧 水温度要高于湿法系统 ， 容易造成水的汽化 ， 可能对 设备的寿命造成一定影响。 4 裙罩 裙罩作为余热 回收系统 的烟气人 口， 在冶炼过 程需要经常升降， 以便捕集吹炼期从炉 口喷溢的烟 气 ， 同时防止空气的吸人。裙罩的热强度大 ， 裙罩必 须采取适 当的冷却方式 ， 只有妥善处理热膨胀和热 应力问题 ， 才能保证运行 的安全和稳定性 ， 同时延长 裙罩的使用使用。否则一旦发生泄漏， 冷却水直接 进入炼 钢 转 炉 内， 极 易 造成 爆 炸 ， 严 重 影 响炼 钢 安全 。 3 05 刘长正： 宝钢转炉湿法和干法除尘装置的余热回收系统的差异 采用干法除尘， 锅炉裙罩受热面积为 1 8 m。 ； 为 了避免发生低温腐蚀， 要求裙罩、 氧枪口、 副枪 口以 及下料 口金属的温度高于 1 1 0。采用湿法 除尘 ， 群罩冷却主要由膜隔式集水管和下群罩集水管组 成， 其中膜隔式集水管的传热面积 1 8 m2 ， 下群罩的 集水管 由三 圈环管组成 ， 每个环管传热面积 5 m2 ， 共 1 5 m2 ， 因此湿法除尘的群罩冷却 ， 总传热面积为 3 3 m ， 群罩的入口水温低于 1 0 0 ， 出水温度略高 于 1 0 0。根据运行记录 ， 二炼钢干法除尘 系统 的 ， 锅炉群罩的耗水量要明显大于一炼钢湿法除尘锅炉 群罩， 故障发生的次数也明显高于湿法群罩系统。 这是因为干法系统群罩内部水温正好接近水的汽化 温度 ， 存在汽水混合的界面 ， 汽水状态不断转换 ， 对 管壁容易产生冲击和腐蚀 ， 而且一旦产生汽泡 ， 汽泡 就可能吸附在管壁上导致管壁与冷却水之间形成气 膜， 造成传热不畅， 管壁热量不能及时被冷却水带 走 ， 形成局部过热产生蠕变， 群罩容易漏。另外， 湿 法锅炉下群罩采用 3 圈环管， 大流量进行冷却内部 水温较低 ， 而且可以迅速带走烟气热量， 这样进入上 群罩的烟气 温度 也有所降低 ， 因此 上群罩 的寿命 较长。 5 功效 干法系统( 余热回收系统) 的汽化冷却系统汽化 部分( 汽化冷却系统包括 固定烟罩 、 移动烟罩、 斜烟 道 、 弯曲烟道) 明显多于湿法 ( 余热回收) 系统的汽化 部分( 汽化冷却系统只包括下部锅炉和上部锅炉) ， 但是两者总的传热面积差别不大， 均为8 3 0 m。 。 湿法( 余热回收) 系统 的裙罩和上 、 下烟罩部分 采用密闭水冷却系统 ， 通过此系统的烟气被冷却到 1 2 0 0左右 ， 随后烟气才进人汽化部分 通过热交 换加热锅炉系统冷却水而产生蒸汽， 到汽化系统结 束前总共温降 2 0 0， 出口温度约 1 0 0 0。干法 系统进入汽化冷却系统烟气温度为 1 4 5 0， 出口 约 9 0 0， 该系统从烟气吸收热量为 5 5 0 ， 进入汽 化系统的烟气温度以及各系统从烟气中吸人的热量 存在较大差异 ， 温度差为 3 5 0 ， 因此干法系统汽化 系统设计温降是湿法汽化系统设计温降的 2 倍以 上 。湿法系统汽包供水温度大约为 1 0 0左右( 由 于同时要为低压系统供水 ， 为 了防止汽化温度不宜 升高) ， 干法的余热 回收系统汽包供水温度显著高于 1 0 0， 汽化也更容易。干法 的余 热回收系统汽包 产生蒸汽直接送至蓄热器中， 而湿法的余热回收系 统的汽包产生蒸汽要达到设定压力才对外供气， 因 此蒸汽质量更高， 特别是蒸汽中的水含量更少 ， 可以 减少水击现场发生 ， 设备相对稳定。 根据宝钢一二 炼钢厂蒸汽 回收 量统计数据 得 出， 干法的余热 回收系统的锅炉回收蒸 汽能力大约 是湿法的两倍， 基于以上分析， 干法的余热回收系统 的锅炉的蒸汽回收能力以及节能效率均高于湿法的 余热 回收系统 。但 湿法 的余热 回收 系统 因裙罩 和 上 、 下烟罩部分采用密