蒸发冷却器与湿法除尘系统工艺结合的研究与应用.doc

中国冶金装备网服务冶金人的权威门户蒸发冷却器与湿法除尘系统工艺结合的研究与应用陈民 魏光瑞 薛鹏摘 要 介绍了蒸发冷却器与湿法除尘系统结合的工艺流程、主要设备工作原理，及在莱钢炼钢厂120吨转炉烟气净化与回收系统中的应用情况，并总结了此系统在实际生产中的应用实绩。关键词 蒸发冷却器 湿法除尘 转炉烟气Study And Application Of Combinations Of Evaporative Cooler & Wet Dust Removal Chen Min Wei Guangrui Xue Peng（Laiwu Steel Group &Steel Making Factory，shandong laiwu 271104）Abstract Describes craft process and the main equipment work principle of the evaporative cooler and wet dust removal system, the application of 120 tons of converter steel plant flue gas purification and recovery system in Laiwu Steel,summarized application performance of the system in the actual production.Key Words evaporative cooler ,wet dust removal, converter fume 1 转炉烟气净化与回收系统技术应用现状转炉烟气净化与回收方式，主要有湿法（OG法）、高效节水型塔文半干法和干法（LT法）三种。其中湿法除尘系统又分为传统OG法和第四代OG法。因各钢厂在炼钢技术、操作技术、设备更新改造等方面存在一定差别，因此所采取的转炉除尘工艺系统主要是采用以上三种方式。目前世界上转炉一般采用传统湿法除尘系统（OG法）冷却、净化和回收煤气，然后采用湿式电除尘进行精除尘一直占主导地位，约占90%以上。1969年10月，西德鲁奇公司在萨尔斯吉特钢厂建成一套干法电除尘系统，经过多年不断完善，转炉干法除尘在全世界应用总数已达40套以上，技术趋于逐渐成熟阶段。中国现有的转炉煤气净化与回收系统多采用传统的湿法（OG法）除尘技术如图1所示，自动化控制水平不高，煤气回收量一般为70-80Nm3/t钢，净化后的煤气含尘量较大，为100mg/Nm3，出煤气柜后，还需加装湿式电除尘器进行精除尘。其次，少数钢厂使用第四代OG湿法，以及2006年我国自主研发的高图1 转炉湿法除尘系统工艺流程图1转炉；2活动烟罩；3汽化烟道；4溢流文氏管；5弯头脱水器；6可调喉口文氏管；7旋风脱水器；8煤气鼓风机 效节水型塔文半干法除尘。目前，虽然国际先进水平的转炉干法（LT法）除尘技术，工艺流程如图2所示，其煤气回收量可达100Nm3/t钢，煤气含尘量在10mg/Nm3左右，但是因电除尘器设备过高的故障率，特别是在吹炼过程中电除尘器内易发生CO燃烧爆炸造成泄爆阀动作而泄爆问题无法彻底杜绝，对炼钢的安全正常生产制约较大，因此是造成转炉烟气干法除尘技术虽然先进却推广缓慢的重要原因之一；所以，虽然转炉干法除尘技术将是转炉烟气净化与回收系统发展的总趋势，但是必须经过一段长期的技术发展过程，在彻底解决了电除尘器泄爆问题后才能得以推广。图2 LT法除尘系统流程图1转炉；2活动烟罩；3汽化烟道；4蒸发冷却器；5链式输送机；6圆筒静电除尘器；7ID风机;8消音器;9钟型阀；10煤气冷却塔；11烟囱因此，鉴于以上情况，莱钢炼钢厂建有的2座120t氧气顶吹转炉的烟气净化与回收系统充分吸收LT法与OG法的优点，采用了蒸发冷却器与湿法除尘结合的工艺技术。2 蒸发冷却器与湿法除尘系统结合的工艺流程莱钢炼钢厂两座120t氧气顶吹转炉烟气净化与回收系统工艺流程如图3所示。图3 蒸发冷却器结合湿法除尘系统流程图1转炉；2活动烟罩；3汽化烟道；4蒸发冷却器；5链式输送机；6环缝式文氏管；7背包脱水器；8漩流板脱水器；9煤气鼓风机蒸发冷却器与湿法除尘结合主要设备：活动烟罩、烟道、蒸发冷却器（底部刮板机）、环缝式文氏管、漩流板脱水器、除尘风机及机后三阀（旁通阀、三通阀、水封逆止阀）。其工艺流程为：约1550的转炉烟气在除尘风机的抽引作用下，经过汽化冷却烟道，温度降低到8501000进入蒸发冷却器，蒸发冷却器内采用10支均匀分布的双介质雾化冷却喷嘴，对转炉烟气进行第一步降温、粗除尘。在此装置中，约有40%较大的粉尘颗粒在蒸发冷却器的作用下被去除，粉尘通过链式输送机、双板阀进入粗灰料仓由汽车外运；蒸发冷却器出口烟气温度降低到280400，通过环缝式文氏管、漩流板脱水器后降温、精除尘、脱水后烟气含尘量降至50mg/Nm3以下，烟气温度降到5065。烟尘进入除尘水后经污水处理系统处理后，除尘泥经汽车外运至烧结厂加工利用，净化后的烟气通过机后三阀进行回收或放散，合格烟气进入煤气柜利用，不合格烟气通过放散烟囱点火放散。3 蒸发冷却器结合湿法除尘系统工艺关键设备介绍3.1烟气净化与回收系统烟气净化与回收系统由蒸发冷却器、湿法除尘系统、除尘风机、机后三阀（旁通阀、三通阀、水封逆止阀）、放散烟囱等组成。3.1.1蒸发冷却器蒸发冷却器系统主要由喷雾系统、设备本体、喷水速率的调节控制三部分组成；其结构为圆筒形，直径4米、高17米左右；内置均匀分布的10支喷雾装置，前端与汽化冷却烟道连接，末端与烟气出口管道、集尘装置用链式输送机连接，其结构如图4所示。图4 蒸发冷却器结构图转炉冶炼时产生含有大量CO的高温烟气，蒸发冷却器入口的烟气温度为8501000，出口温度约为280400左右才能避免高温烟气对管道、刮板机链条等机械设备的烘烤，为达到此目的，采用10支双介质喷嘴来调节最佳水量来降温。双介质喷嘴的水量根据出口温度热电偶反馈数据随时调整，通入的氮气使水雾化成细小的雾状水滴，水滴受烟气加热被蒸发，水滴在汽化过程中吸收烟气的热量从而降低烟气温度。蒸发冷却器除了冷却烟气外，另一重要作用就是对烟气的粗除尘：蒸发冷却器足够大的空间，使进入蒸发冷却器内的烟气速度减缓、经过的时间延长，使烟气在蒸发冷却中有足够的滞留时间，利于雾化水的和含尘烟气的充分混合，从而利于灰尘从气流中析出。简言之，蒸发冷却器能将粗颗粒的烟尘分离出来，它是依靠气流的减速并在进口处以雾状水滴捕捉烟尘来达到除尘的目的，约占烟气中总灰尘含量40-50%的粗灰在蒸发冷却器中被分离出来。3.1.2湿法除尘系统烟气经管道进入环缝式文氏管，通过调节环缝式文氏管喉口开度改变烟气流速，变速后的含尘烟气被碗型喷嘴雾化后的水捕集，含尘水滴受重力作用下降落入底部排污水封排出，含水的饱和烟气进入漩流板脱水器后脱水成为含尘量小于50mg/Nm3合格烟气。3.1.3除尘风机在此系统内，气体通过除尘风机进行流通，风机通过变频调速达到降低电耗目的。3.1.4机后三阀机后三阀（旁通阀、三通阀、水封逆止阀）是煤气回收系统最重要的设备之一，主要由三组阀门及其控制系统组成，旁通阀主要起到紧急放散作用，三通阀主要进行煤气放散和回收间的切换，水封逆止阀起到回收与可靠切断煤气作用。3.2控制系统整套除尘系统共分三个控制回路：蒸发冷却器的温度、风机调速控制、机后三阀及气体成分控制。蒸发冷却器的温度控制根据蒸发冷却器烟气出入口烟气温度、流量调节喷水量，确保烟气出口温度在控制范围内。烟气在汽化冷却和除尘装置的流量，由流量控制系统来确定。烟气流量可通过烟气流量调节器的输出信号控制，这种控制通过改变风机的转速来实现，使炉口保持微正压。汽化冷却烟道中的静压力是决定烟气流量调节的主要参数，另外对烟气流量调节起作用的影响参数是吹氧量和烟气量，在转炉正常作业中台计算机负责处理这三个参量并将此作为修正参量输给风机速度调节控制机构，对于在炼钢过程中进行的加料作业，如矿石或石灰石，或者辅助作业，系统的烟气流量调节系统将根据事先给定的程序作出反应。机后三阀及气体成分控制为在规定的时间内，根据烟气成分分析确定三通阀、水封逆止阀的动作。当烟气中CO含量大于规定值30，氧气含量小于规定值2时，水封逆止阀开到回收位，水封逆止阀开到位后三通阀开到回收状态进行煤气回收，回收完毕，三通阀开到放散，水封逆止阀关闭。4 生产实践从2005年7月2日莱钢第一套蒸发冷却器与湿法除尘结合的转炉烟气净化与回收系统投运后，即以其低排放、低故障率、设备维护简单等优点在生产中得到充分体现。2008年12月1日，莱钢第二套蒸发冷却器与湿法除尘结合的转炉烟气净化与回收系统投用。此系统主要有以下特点：1）系统净化后的烟气含尘量低于50mg/Nm3，远低于国家规定的排放指标（100mg/Nm3），有显著的环保效益。2）煤气回收量达95 Nm3/t钢以上，煤气含尘量低于15mg/Nm3，与LT法煤气回收量、含尘量接近；回收的煤气经煤气柜缓冲后，出柜煤气含尘量低于5mg/Nm3，不必再经湿式电除尘净化，可直接供用户使用，节能效益显著。3）由于本系统净化后气体含尘量低，风机转子结垢速度慢、使用寿命长，因此维护工作量小，大大降低了工人劳动强度，平均三个月对风机转子进行一次积灰清理工作。4）系统无泄爆，设备运行可靠、故障率低，维修、维护简单，故障处理时间短。5）系统能源、设备运行费用低，吨钢运行成本仅3.45元。5 结束语莱钢炼钢厂120t转炉蒸发冷却器与湿法除尘系统相结合的除尘工艺的研究与生产实践，使转炉烟气净化与回收工艺又增加了一套新的系统，使我们在转炉烟气净化与回收系统向干法除尘系统迈进的过程中，在干法除尘系统电除尘器的泄爆问题未彻底解决前，蒸发冷却器与湿法除尘系统相结合的除尘系统、为钢铁企业转炉烟气净化与回收系统的建设和提高技术装备水平开创了一条现