殷士杰--转炉电除尘防泄爆的研究与实践2003.doc

转炉电除尘防泄爆的研究与实践殷士杰 赵红芹 郭海卫 王洋 李锴摘要：本文通过对转炉电除尘技术的研究，结合多个工程的实际经验，研究出了一套安全可行的转炉防泄爆方案，并在实践中检验，使转炉电除尘泄爆频率有效降低，较大程度的稳定了转炉的生产节奏，提高了转炉的产能，延长电除尘的使用寿命。关键词：转炉电除尘；蒸发冷却器；静电除尘器；ID风机；泄爆中冶京诚工程技术有限公司从承担了国内第一套宝钢的转炉电除尘项目以来已经设计了20余套转炉电除尘系统，我们在转炉电除尘的控制及系统优化上积累了大量的经验。一、 转炉电除尘系统介绍 转炉电除尘技术是一种现代化的净化和回收转炉煤气的工艺方法，其烟气净化效果、能耗、工厂占地面积等方面都明显优于传统的OG除尘技术，在我国已将其列为重点开发推广的技术项目。转炉电除尘系统的工艺流程如图 1所示。图1：转炉电除尘系统工艺流程图转炉炼钢过程中产生大量的高温含尘烟气经过汽化冷却烟道后冷却至1000左右进入至蒸发冷却器(EC)，蒸发冷却器内设置了若干？喷嘴，喷嘴的作用就是利用低压蒸汽把水雾化成雾状喷入蒸发冷却器内，对烟气进行降温和除尘，使EC出口烟气温度在200左右，同时，烟气中将有45%左右的灰尘沉淀在蒸发冷却器底部形成“粗灰”，粗灰由输灰系统送至粗灰仓进行再利用。经过除尘、降温及？后的烟气进入静电除尘器（EP），由直流高压形成电场吸附烟气中剩余的灰尘（细灰），收集了细灰的静电除尘器由输灰系统送至细灰仓。而烟气经过静电除尘器除尘后灰尘含量可降至15mg/m3以下。合格的烟气在ID风机的引导下由液压切换站选择回收和放散，如果回收，那么烟气经液压切换站后进入煤气冷却器，将入口120左右的烟气冷却至50左右，再送至煤气柜。如果选择放散，煤气直接通过放散塔电火放散。为了保证生产安全，回收钟形阀最快可以在3s内完成由煤气回收切换至煤气放散状态，保证了系统的安全性。二、 国内现有转炉电除尘的使用情况从宝钢二炼钢引进的国内第一套转炉电除尘系统至今，转炉电除尘系统技术在国内已存在了20多年了，但之前的每个项目中电除尘所采用的关键设备和过程工艺技术大部分由国外引进，而转炉部分的技术由国内负责，各自采用的技术都是成熟技术，但对于转炉与电除尘的配合使用问题上，许多炼钢厂都缺少经验。了解了国内的各个钢厂对电除尘系统使用的实际情况后发现，电除尘的泄爆问题已经成为转炉炼钢头等大问题，电除尘的泄爆对整个电除尘系统影响极大，设备易损坏，降低转炉作业率，有时还会有一定的危险发生。对于使用此类除尘工艺产生的问题，要解决，必须从整个炼钢和除尘的工艺来入手分析原因。三、 电除尘泄爆故障分析电除尘内的爆炸其根本原因是电除尘内烟气中的CO与O2混合后浓度到达一定比例后，经电场中高压闪络的电弧火花引起爆炸。通过对电除尘的长时间的数据采集，积累故障趋势后分析，静电除尘器容易在以下几种情况下发生泄爆现象：1. 转炉吹炼的铁水为三脱铁水（经过铁水预处理已经脱S、脱P、脱Si的铁水）。在这种情况下，转炉开始吹炼时碳氧反应就十分剧烈，CO迅速产生，如果产生的CO在炉口没有被完全燃烧而进入静电除尘器，在静电除尘器内部与开吹前烟道中的空气进行混合，从而在静电除尘器内产生爆炸，使泄爆阀打开而中断吹炼。2. 转炉吹炼中事故提枪后进行再吹炼。这时再吹炼的铁水与经过铁水预处理三脱后的铁水性质类似，所以泄爆原因基本类似。3. 转炉长时间停炉后再开炉。转炉经过长时间停炉后，蒸发冷却器入口温度只有几十度左右。在吹炼第一炉钢的初期，由于烟道裙罩口处于低温状态，CO2的产生速度会比高温时要慢，这样在吹炼初期CO在炉口没有完全燃烧而在电除尘器内部与O2混合浓度达到爆炸的边界范围时，也就会发生泄爆现象。综合所有故障发现，电除尘器泄爆现象主要是出现在开吹的时间段，都是由于停吹时滞留在电除尘器中充满着空气，当转炉开吹时产生的CO没有完全燃烧与空气混和浓度到达一定的比例后造成的泄爆。四、 解决问题的技术方案从泄爆现象的根源出发，查阅资料可得知，CO在空气中的爆炸极限范围为：12.5%74.2%，防泄爆其实就是控制转炉烟气中CO与O2的混合浓度达到爆炸极限范围。针对电除尘系统泄爆现象的上述特点，我们提出以下技术方案：1. 优化转炉吹氧流量控制。在转炉开吹过程中，为了严格控制O2与钢水反应速率，初期产生的CO要求能在炉口完全燃烧变成CO2,增加一套氧气流量的斜坡控制方案，即在转炉开吹之初控制氧气流量按一定的斜坡缓慢上升，如下图2，在这种控制条件下，开吹时氧气初始流量低，在吹炼过程中产生的CO在炉口基本能完全燃烧变为CO2，而CO2为非爆炸性气体，利用CO2气体形成一种活塞式烟气柱，一直图2： 转炉开吹时氧气流量曲线推动烟气管道中残余的空气向放散烟囱排出，如下图3,后来产生的富含CO的转炉烟气利用非爆炸性的烟气与空气中的氧气隔离开来，将CO与O2的混合浓度控制在爆炸范围之外。图3： 转炉开吹阶段烟气成分分布图这种斜坡控制同样适合于转炉经过长时间停炉后的吹炼，转炉在经过长时间停炉后吹炼第一炉钢时，先用少量氧气吹炼一定时间后，提高蒸发冷却器入口温度后，从而进入正常的吹炼方式。烟道中的高温状态能促进汽化冷却烟道中CO与O2的反应速度，增加CO2的量，降低O2的浓度至安全范围，如下图4所示，所以有效的避免了泄爆现象。 图4： 煤气分析仪数据趋势图2. 优化ID风机控制。在电除尘系统中ID风机为变频调速风机，为适应转炉烟气变化的工艺需要，在转炉的各种状态下，ID风机都需要有与之相配的控制模式。转炉的开吹阶段，为了防止电除尘泄爆，烟气中的CO需要完全燃烧而在管道中形成隔离带，所以这时的ID风机的转速以空气燃烧系数K1来进行计算得出，充分保证吹炼产生的CO在裙罩口完全燃烧。3. 优化过程工艺。考虑防泄爆最终就是防止CO与O2爆炸混合范围，转炉开吹阶段需要稀释电除尘中的氧气含量，有部分工程中在蒸发冷却器的出口处增加设计氮气吹扫管道。当转炉吹炼三脱铁水或吹炼中断再吹炼时，提前开启此阀，向烟气管道中吹入一定量的氮气，进入电除尘从而稀释电除尘中的氧气含量，达到避免电除尘泄爆的目的。总之，解决电除尘的泄爆这一问题要综合考虑整个转炉系统，寻找出现问题的根源，单纯认为泄爆发生在静电除尘器，解决泄爆问题就应该在电除尘这部分做工作是不妥的。五、 结束语结合已完成的多套转炉干法除尘的控制经验，分析不同钢厂采集的趋势数据，我们开发了一套完善的控制模型，在我公司设计的工程中，如宝钢4#、5#LT改造、天铁、唐山国丰、邯宝等工程中都采用了其中的技术，有效的