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转炉一次除尘超低排放技术应用现状及挑战

北极星大气网  来源:《冶金能源》  作者:杨莹莉 李静等  2020/10/26 13:46:47  我要投稿  

北极星大气网讯:摘 要:在介绍国内钢铁企业传统转炉除尘技术的基础上,综述了转炉LT法 +BF超低排放技术、转炉OG 系统湿法除尘超低排放技术和声波团聚超低排放技术。转炉 LT 法 + BF 超低排放技术能解决全工况下烟尘排放问题,且投资费用低; 转炉 OG 系统湿法除尘超低排放技术占地面积小,便于施工且均为成熟技术; 声波团聚超低排放技术除尘效率高,设备运行稳定,流程简单。文中列举的成功案例为钢铁行业除尘提供了宝贵经验。

钢铁行业是我国大气污染的重要来源,现有转炉除尘技术最低的颗粒物排放量也只是在15mg/m3左右。为了深化工业污染治理、坚决打赢蓝天保卫战,2019 年 4 月底,生态环境部会同五部委联合印发了 《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》,明确推进钢铁行业超低排放工作势在必行,要求钢铁企业转炉一次烟气颗粒物排放限值≤10 mg /m3。文章首先简要介绍目前国内钢铁企业传统转炉除尘技术,在此基础上,详细介绍转炉 LT 法 + BF 超低排放技术、转炉 OG 系统湿法除尘超低排放技术和声波团聚超低排放技术。

1 转炉干法一次除尘超低排放技术

1. 1 传统转炉干法一次除尘技术

在传统转炉干法一次除尘 ( 简称 LT 法) 系统中,转炉产生的 1400 ~ 1600℃ 高温烟气经由活动烟罩捕集,通过汽化冷却烟道对烟气进行首次冷却降温至 800 ~ 1000℃,同时还可以进行热能回收。烟气到达蒸发冷却器后,通过蒸发冷却的方式对烟气进行二次降温。为了满足电除尘器工作的温度要求,将冷却器出口烟气温度控制在170 ~ 250℃ 。同时冷却器对粗颗粒粉尘进行捕集,调质处理后使得粉尘的比电阻更利于后续电除尘器对粉尘的捕集。静电除尘器进行精除尘,也是满足超低排放要求的关键环节。烟气通过ID 风机变频调节后,进入三通切换阀,不符合回收条件的烟气经由放散杯阀、放散烟囱点火放散; 当烟气符合回收条件,关闭放散杯阀,打开回收杯阀,烟气通过煤气冷却器降温除尘再进入煤气柜。转炉干法一次除尘系统的工艺流程如图1 所示。

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1. 2 转炉 LT 法 + 布袋式除尘器超低排放技术

转炉 LT 法 + BF ( 布袋除尘器) 工艺技术是在传统 LT 法的基础上,在烟囱前加设布袋除尘器,其最大的技术障碍就是除尘器的安全。布袋的最高承载温度约 250℃。转炉烟气主要成分是O2和 CO,有燃爆的可能性,燃爆会烧毁除尘器。通过对整个冶炼过程 7 个阶段中的烟气成分进行跟踪检测,分析确定每个阶段产生 O2和 CO的混合交界的情况,最终确定了转炉 LT 法 + BF系统工艺流程如图 2 所示。

福建三钢集团的三明本部炼钢厂利用大修机会,在原 LT 法基础上,在放散侧增加袋式除尘器 ( BF),改造前后的排放检测数据见表 1。

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取样结果表明,加了布袋后会显著降低排放指标。根据袋式除尘器的特性,合理设计,制造安装调试,排放的颗粒物浓度能稳定达到设计要求。由于转炉煤气周期性波动,以及干法除尘烟气处理前段需要喷水降温,所以要控制好烟气温度不低于露点温度,避免在布袋上形成结露影响除尘效果。

1. 3 “煤冷前移” 的超低排放技术

将三通切换阀和回收杯阀后的煤气冷却器前移到三通切换阀之前,无论符不符合回收条件的烟气都要经过煤气冷却器的水浴除尘,再经过三通切换阀分别放散和回收。“煤冷前移”系统如图 3 所示。

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山东莱钢转炉炼钢厂实际应用了该工艺,现场反映效果良好,能达到超低排放标准。

1. 4 增加湿式电除尘器

在干法除尘系统基础上增加湿式电除尘器,即在放散杯阀和放散烟囱之间增加圆筒型湿式电除尘器。目前国内暂无成功案例。

2 转炉 OG 系统湿法除尘超低排放技术

2. 1 传统转炉湿法一次除尘系统

在传统转炉湿法一次除尘 ( 简称 OG 法) 系统中,转炉炼钢产生的 1400 ~ 1600℃ 高温烟气,通过汽化冷却烟道降温至 900℃ 左右; 烟道出口的含尘烟气再依次进入溢流文氏管、重力脱水器、RD 可调喉口文氏管、90°弯头脱水器和湿旋脱水器,除去烟气中的大部分粉尘; 最后经由风机抽出,不具备回收条件的烟气由放散烟囱点火放散排放,具备回收条件的煤气经旋转水封逆止阀后送入煤气柜。转炉 OG 法一次除尘系统如图4 所示。

2. 2 转炉 OG 法 + 湿式径流式电除尘器技术

“OG 法 + 湿式径流式电除尘”技术方案是在现有转炉湿法一次除尘系统的设施基础上增加湿式径流式电除尘器及其配套系统。其工艺流程为: 转炉高温含尘烟气经 OG 系统降温除尘后,进入湿式径流式电除尘器; 湿式径流式电除尘器净化后的烟气,通过管道输送至 90° 弯头脱水器,脱水器内设置旋流片,烟气在离心力的作用下进行脱水; 经过两道 90°弯头脱水器进一步脱水后,对烟气进行回收或放散。即 OG 系统 +湿式径流式电除尘器 + 90°弯头脱水器 + 90°弯头脱水器的工艺流程,如图 5 所示。

其中湿式径流式电除尘器工作原理是将收尘阳极板垂直于气流方向布置,使得电场力和引风力的方向在同一水平线,粉尘受到的电场力与引风力方向相同,提高了除尘效率。

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首钢迁安炼钢厂有 3 座 210t 转炉,最开始采用的是 OG 法除尘技术,排放浓度一直在 80 ~100mg / m3。随着环保要求的提高,原排放指标已远远不能达到要求。经过改造,在保留已有湿式除尘工艺流程的基础上嵌入湿式径流式电除尘器系统,经第三方检测,升级改造后粉尘排放小于 10mg /m3,环保指标大幅提高。

3 转炉声波团聚除尘超低排放技术

工作原理: 在烟气进入除尘器之前,采用高强声场进行辐射处理,调节声波到最佳频率以达到最佳的团聚效果,在短短数秒内,使得烟气中的粉尘颗粒发生团聚,烟气中的粉尘颗粒粒径增大、数量减少,在后续的除尘过程中获得较高的除尘效率,从而达到超低排放的标准。优点: 除尘效率高,设备运行稳点,安全性好; 施工方便、流程简单、布置紧凑; 投资和运行维护费用低; 高效节能。

将声波团聚除尘技术应用于奥森公司 3 台120t 转炉一次湿法除尘改造。原系统为湿法 OG系统,将旋流脱水器改造为带声波团聚的高效除尘器。表 2 是奥森公司 3 号转炉超低排放改造前后烟道内排放颗粒物的采样结果。改造后,颗粒物排放浓度非常低,可见该技术对超净排放非常有利。

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4 结论

表 3 给出了文中列举的各种超低排放技术的优缺点。

目前,国内大多数钢厂的传统干法一次除尘和湿法一次除尘都很难符合现行超低排放标准。在不影响现有运行系统的情况下,需要对已有的工艺设备进行改进和完善,达到小于 10mg /m3的超低排放。在传统转炉 LT 法基础上增加布袋除尘系统,能实现全工况下的超低排放; LT 法+ “煤冷前移”,与增加布袋除尘器相比一次投资和运行费用较低,与干法系统增加湿式电除尘器相比性价比较高; 采用传统 OG 法 + 湿式径流式电除尘器的超低排放技术,占地面积较小,便于施工; 采用声波团聚技术,使得细颗粒之间发生团聚,显著提高除尘效率,实现超低排放,改造范围小,难度低。

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