转炉煤气干法净化回收技术与湿法技术比较.doc

转炉煤气干法净化回收技术与湿法技术比较?l0-工业安全与环保IndustrialSafetyandEnvironmentalProtection2008年第34卷第5期May2008转炉煤气干法净化回收技术与湿法技术比较王永刚叶天鸿翟玉杰郭启超孔玉柱尹延海(西安重型机械研究所西安710032)摘要转炉煤气干法净化回收技术和转炉煤气湿法净化回收技术已经有3O多年的历史,但转炉煤气干法净化回收技术的优点已经被认定为是今后的发展方向.我国在转炉煤气干法净化回收技术方面已经做了全面深入的研究,并于2006年开发出了完全适合我国炼钢转炉的煤气干法净化回收系统.关键词转炉烟气干法净化回收技术湿法净化回收技术ComparisonofDryCleaningandRecoveryTechniqueforConverterFlueGasWithWetOneWANGYonggangYETianhongZI-L&IYujieGUOQichaoKONGYuzhuYYahhai(XiHeavyMachineryInstituteXiart710032)Abs恻Dryandwetcleaningandrecoverytechniquesforconvcrtcrfluegashaverllolthanthmyyearsofhistory,butthedryonchasbeenthoughttobethefuturedevdopmentorientationwithitsOVKIadvantages.Chinahasdonedeepresearchonthedrytechniqueandin2006creativelydevelopedthetechnique4tichisktlyfitforChineseeonvcrtcrfluegas.Keywordsonvffltcrfluegasdrycleaningandrecoverytechniquewetcleaningandrecoverytechnique钢铁工业是我国重要的基础产业和战略工业,我国自1996年后钢产量一直位居世界第一,现年钢产量已超过4亿t,占到全球钢产量的1/3,对世界影响日益巨大.氧气转炉炼钢是我国主要的炼钢工艺,约占我国钢产量的8o%左右.氧气转炉炼钢在整个吹炼过程中,会产生大量的含有CO和粉尘的高温烟气,不但对人体有很大的危害,对环境也会产生严重的污染,而且还会造成大量的能源浪费,因此必须对其进行净化和回收.转炉煤气净化回收技术目前主要有2种技术:湿法(OG法)技术和干法(LT法)技术.这2种技术在国际上都已经有3o多年的历史,但转炉煤气干法净化回收技术以自身的优点已经被认定为是今后的发展方向.我国在转炉煤气干法净化回收技术方面已经做了全面深入的研究,并于2006年创新性地开发出了完全适合我国转炉炼钢的转炉煤气干法净化回收系统.1转炉煤气干法净化回收技术1.1转炉煤气干法净化回收技术的由来净化回收和利用转炉煤气技术首先是从日本开始的,这与日本能源缺乏有很大关系.日本1962年开始就在八幡钢厂安装了湿法转炉煤气净化回收设备,真正在世界范围内兴建转炉煤气回收设备是在20世纪70年代中期能源危机开始的.起初开发湿法是因为转炉煤气是一种易燃易爆气体,该方法不采用高压静电除尘设备是为了避免转炉煤气在其内发生爆炸,湿法给人一种踏实的安全感.然而,西德鲁奇,蒂森公司于1969年开发并在萨尔吉特的派那钢厂安装了第1套转炉煤气高压静电除尘净化回收设备,就是转炉煤气干法(净化的)第1套设备.从该法在世界各地钢厂的应用来看,没有事故记录,而且技术先进.1.2转炉煤气干法净化回收技术的工艺流程氧气转炉炉内出来的烟气,温度高达14501600,经移动裙罩进入汽化冷却烟道.移动裙罩为水冷并可上下升降,吹氧冶炼时,炉口与移动裙罩的间隙越小越好,尽量避免冷空气进入,此处形成微压差(一般为20Pa左右),如果冷空气进入量太多,不但烟气量增大,还会使煤气含量下降,其热值也随之下降.高温烟气经汽化冷却烟道后,温度由1450降到8001000.然后进入蒸发冷却器,在蒸发冷却器内的上部装有若干个气一水雾化喷嘴,根据进入蒸发冷却器的烟气温度和流量的大小,由计算机自动控制其喷水量,使所喷出的水全部汽化,利用其汽化潜热大量吸收烟气中的热量,使烟气温度由8001000降致200左右.在蒸发冷却器中因为喷入了大量的雾化水,不但使烟气温度降到200左右,也起到烟气词质作用,使其粉尘的比电阻降低到适合电除尘器捕集的范围内,同时蒸发冷却器也起到了对较大颗粒粉尘的除尘作用,可以算作第1级除尘,其除尘效率一般为3o%左右.而后200左右的烟气进入圆筒形电除尘器进一步净化.圆筒形电除尘器是干法烟气净化回收系统的关键设备.因为氧气转炉烟气的主要成分为煤气,具有爆炸的危险性,为了使电除尘器有较好的空气动力特性,避免在除尘器内部形成煤气和空气的可燃性混合气体,所以要防止气体在电除尘器内形成回流和死区,最佳的流动方式是以柱状流动通过电除尘器内部,因而将电除尘器截面设计成圆形,壳体的设计耐压为0.2MPa(2kg/cm2).圆筒形电除尘器在其进出风口配备有若干个不同级别的安全泄爆阀.从圆筒形电除尘器出来的烟气通过风机,再经过切换站,此时的烟气温度为150200.因为氧气转炉炼钢每炉钢的冶炼周期为3o一4omin,除去兑铁水,扒渣及出钢等辅助时间,每炉钢的吹氧冶炼时间约为16mln左右,在吹氧冶炼的16rain的前期和后期,烟气中的CO浓度低,此时通过切换站切换至焚烧放散塔点火后燃烧放散.在吹氧冶炼的中期,此段时间为910rain,CO含量高的煤气通过切换站切换至煤气冷却器,在煤气冷却器中喷水,将150200qc的煤气冷却到7O左右,然后进入煤气柜.由蒸发冷却器捕集下来的粉尘和由圆筒形电除尘器捕集下来的粉尘,其全铁量可达70%以上.一同输送到压块系统由压块设备压成大小合适的块状,直接加入转炉替代废钢或矿石作为冷却剂,可直接回收其金属铁.2转炉煤气干法净化回收技术与湿法技术相比较2.1主要设备构成比较2.1.1转炉煤气干法净化回收技术主要设备(1)煤气净化设备.蒸发冷却器装置,包括喷嘴及水泵;圆筒形电除尘器,包括壳体及其所有的内部设备以及粉尘的输送设备;各种阀门介质管路等全套链式输送机;煤气引风机;粉尘系统(包括输送与回收再利用);放散烟囱,包括放散点火系统.(2)煤气回收设备.煤气切换站,包括钟型阀及液压系统;1套眼镜阀;煤气冷却器系统及水泵;1套特殊部件(各种阀,配件等);电气设备(包括马达控制中心);1套基础自动化.(3)粉尘压块设备.回转窑;压块机与其液压及驱动设备;振动筛;1套粉尘输送装置;1套压块输送装置;一些特殊设备(阀门及配件);1套电气设备;1套基础自动化.2.1.2转炉煤气湿法净化回收技术主要设备第1级煤气净化设备(包括喷嘴),第2级煤气净化设备(包括调节单元),第1级净化设备的给水泵,第2级净化设备的给水泵.引风机(包括入口调节挡板和液力耦合器);管道系统;放散烟囱(包括点火装置);三通切换阀(包括液压系统);粗颗粒分离器;浓缩机;泥浆泵;压滤机;1套电气设备;1套基础自动化.2.2主要技术特点比较2.2.1转炉煤气湿法净化回收技术特点(1)优点:系统简单,备品备件,仪表仪器数量少,性能要求不高;管理和操作要求不复杂;技术,设备已较为成熟,国内已全面掌握;一次投资费用少.(2)缺点:煤气灰尘质量浓度高,为100m异/.如果降到10me,/m3,要在气柜与加压站间增设电除尘器,需增加投资费用.系统阻力相对干法系统较大,能耗较大.水治理设施较干法系统增加投资1500万元/套,并且占地面积大;不能根本解决二次污染问题.尤其是六价铬废水无法处理,对地下水会造成严重污染.(3)循环水量,耗水量较干法系统大.2.2.2转炉煤气干法净化回收技术特点分析(1)优点:煤气含尘低,一般在10m蜀/m3以下,可以直接送用户使用.由于煤气的含尘浓度低,为煤气并网也带来一部分的延伸效益,可以省去并网前的精除尘及降低对管网的磨损.由于控制程度高,煤气回收时切换速度快,提高了煤气回收量,吨钢可回收煤气较湿式系统多回收1530rn3.干法净化后的烟气含尘量考核值平均在0.2mrn3以下,远低于国家规定的排放指标(100mm3);煤气回收CO含量高.风机寿命长:由于净化后气体含尘量低,因而风机使用寿命长,维护工作量小.系统阻力小,包钢210t转炉干法除尘系统阻力约7.5kPa,为原湿法的37.5%,吨钢耗电量相应减少了5kW?h.节水:干法系统循环水量是湿法的28%;每t钢耗水量约0.05t,是湿式除尘系统的1/5左右.整个系统实现了污水零排放.节电:干法系统的总电负荷是湿法的52%,大大节约了电耗.相对于湿法,增加了含铁粉尘的回收量和减少了运输成本.没有水处理系统,减少了占地面积,整个工程总占地面积约6000m2,约为湿法的1/2,节省了征地费用.避免了二次污染.节省运行费用,多回收煤气及减少放散,避免了二次污染,环境效益,经济效益显着.(2)缺点:系统复杂,从而要求设备,仪表仪器质量高,以满足生产要求;对施工质量要求也高.要求管理和操作水平高,必须对管理和操作人员进行较完善的培训,并在实际生产中达到熟练操作和维护;要求与炼钢工艺操作紧密配合和协调,杜绝野蛮操作.一次投资高.从以上特点分析,氧气转炉煤气干法净化回收技术具有独特的优越性,所以被越来越多的国家所采用以取代湿法.2.3经济性实例比较2.3.1150t转炉干法与湿法净化回收技术经济指标以德国鲁奇公司2座150t转炉为例,提供干法与湿法净化回收的技术经济比较.基本参数见表1.表1基本参数氧气量/(?h)42000转炉容量/t150年钢产量/t1.3106冶炼周期性/vain4050吹氧时间/vain1617每天吹炼炉数/炉3o原始沪气0可?h)9.4燃烧系数0.1烟气量/(万m3?h)11出汽化冷却烟道温度/1000除尘系统相应设备的主要技术数据对比如下:湿法技术干法技术降温文氏管f=78蒸发冷却器200Ap=3kPaAP=100Pa除尘文氏管Ap:12kPa电除尘器Ap=200Pa出口含尘】出口含尘<10高压离心风机P:21kPa单机轴流风机P=6.5kPaN=l865kWN=610kW湿法污泥处理干法粉尘处理污水沉凝装置干法输送储存装置污泥脱水装置干法成球压块装置污泥干燥一污泥返回烧结压块返回转炉或烧结消耗指标每炉耗电1235kW消耗指标每炉耗电335kW每炉耗水7o每炉耗水25经济性比较见表2.宝钢250t干法与湿法净化回收技术经济指标对比见表3.通过上述分析表明,干法电除尘系统的初次投资比湿?l2?法系统高.但由于干法系统具有许多优点,其系统阻力损失约是湿法的1/3,耗电量约是湿法的1/4,耗水量约是湿法的1/4,占地面积约是湿法的一半.所以其年经营费用比湿法低30%多.从综合比较可看出,干法所多花的投资,约1年半时间即可全部收回,而且随着运行时间的增长,干法系统的经济效益逐年增加.表2150t转炉干法与湿法净化回收技术的经济性对比注:比较内容中投资费用不包括烟罩,汽化冷却烟道,煤气柜与烟气管道.表3250t转炉干法与湿法净化回收技术的经济指标对比3转炉煤气干法净化回收技术在我国的开发应用情况现在国内大多数冶金工厂新上的氧气转炉几乎都采用的是转炉煤气干法净化回收技术,但是大多数老转炉还仍采用湿法净化回收技术.我国于1966年在上钢一厂30t转炉上首先实现了煤气回收,是湿法流程.转炉煤气干法除尘技术于1994年被我国上海宝钢第1次全套引进,于199”7年投产应用,此后我国开始了对该技术的全面研究工作,并将其列为国家计划重点开发推广技术项目.我国于2001年1O月对这套引进设备进行了改造,这是国内第1次对该技术的深刻研究,并对改造成果进行了专利申请.继此之后山东莱钢于2003年8月以中外合作的方式,共同建成了3套120t转炉煤气干法除尘系统,其主要设备是由国内转化设计,供货和安装的.继莱钢之后,包钢,太钢和天铁等钢厂也以同样的方式新建了转炉煤气干法净化回收系统.我国在建设转炉煤气干法净化回收系统方面积累了丰富的经验,并根据国内使用情况对该技术进行了创新性开发和实验研究,还取得了多项专利技术.西安重型机械研究所于2OO6年6月为莱钢建成了国内第1套转炉煤气干法除尘设备,这是国产化的首套设备,该套设备的建成标志着我国已经完全掌握了转炉煤气干法净化回收技术.西安重型机械研究所还于同年6月底为唐山贝氏体钢厂35t转炉建成了1套转炉煤气干法除尘设备,这是干法技术在国内小转炉上的首次应用.2007年初,西安重型机械研究所为河北承德钢厂80t转炉建成了1套转炉煤气干法净化回收系统.继此之后,国内许多钢厂已经或准备使用国产化转炉煤气干法净化回收技术.2007年西安重型机械研究所对新型全套国产化的转炉煤气干法净化回收技术进行了专利申请,此专利正在审批过程中.4国产化转炉煤气干法净化回收技术主要创新点(1)蒸发冷却器的双介质喷嘴可用蒸汽介质或氮气介质,解决了蒸汽不足时喷水雾化效果不佳的困难.(2)蒸发冷却器内壁增喷耐高温导电防腐涂料和在简体上多增加观察除灰垢孔,解决了蒸发冷却器内壁结垢和难以处理的困难.(3)在小转炉煤气干法除尘系统中,蒸