世界转炉煤气干法除尘技术纵观

mingg

转炉煤气除尘技术可分为湿法和干法两种，在全球钢铁行业大力进行节能减排的形势下，干法除尘技术已经作为一种最佳可行技术(BAT)得到越来越多用户的青睐。由于干法除尘系统设备技术水平要求高，过程控制较复杂，国外钢铁企业在运行之初曾经出现各种问题，影响了转炉正常生产，但经过改进后，基本实现了安全稳定运行，并积累了丰富的经验。

目前得到广泛应用的转炉煤气干法除尘技术主要有鲁奇的LT法和西门子冶金技术部的DDS法，德国西马克也推出了第二代干式电除尘法。

鲁奇LT法

最早的转炉煤气干法除尘工艺是由德国鲁奇(Lurgi)和蒂森(Thyssen)在20世纪60年代末联合开发的。1983年，蒂森成功将其Bruckhausen钢厂的2座400吨转炉的湿法除尘系统改为干法除尘系统，并回收煤气，此法简称为LT法(Lurgi-Thyssen)。

整个系统主要包括煤气冷却系统(活动烟罩、汽化冷却烟道)、除尘系统(蒸发冷却器、静电除尘器)及回收系统(切换站、煤气冷却器)。1400℃～1600℃的转炉煤气经活动烟罩、汽化冷却烟道回收蒸汽后降温至800℃～1000℃，进入蒸发冷却器，经过水雾处理后，45%左右的粗粉尘通过沉降去除，粉尘浓度由80g/m3～150g/m3降至40g/m3～55g/m3，烟气温度降至150℃～200℃；然后煤气进入静电除尘器进行精除尘，粉尘浓度达到约10mg/m3。在煤气切换站，通常将VCO大于30%、V小于2%的合格煤气送煤气冷却器冷却至70℃后储存，不合格煤气经放散烟囱点火排放。蒸发冷却器及静电除尘器收集的干粉尘经压块后可直接返回转炉使用。整套系统采用自动化控制，包括蒸发冷却器的温度控制、风机流量控制和切换站的切换控制3个控制系统，与转炉操作控制密切联系。

西门子DDS法

西门子冶金技术部在LT法基础上集成了富锌粉尘分离系统，形成DDS法，更好地兼顾了粉尘循环与CO回收。随着回收粉尘中锌的富集，可能出现耐火材料寿命降低及冷却塔ZnO结块等问题，为此西门子冶金技术部在除尘系统中安装了在线激光测锌系统，当粉尘中锌含量超过20%时将其收集制成球团，外供制锌业使用。该系统已经于1997年应用于奥钢联林茨厂。另外，为降低运行成本，西门子冶金技术部设计了联合控制系统，通过烟道粉尘在线监测系统优化静电除尘器高压电输入功率，仅在粉尘实际排放量超标时增加电压，可以显著减少低负载情况下的功率输入。

西马克第二代干式电除尘法

德国西马克公司(SMSSIEMAG)与瑞士埃瑞克公司(ELEX)于2008年成立了合资公司SMSELEXAG，致力于开发新型钢铁行业生产废气清洁技术，推出了第二代干式电除尘器专利技术。在静电除尘器内部配置方面以及泄压阀上有所改进。

静电除尘器(ESP)的阴极采用管式设计，保证了强度和振打效果。另外单点固定的悬挂系统允许电极热膨胀，保证了ESP效率可靠，维护和运行成本较低。另外ESP还配备了新型卸压阀，重量只有155千克，结构紧凑，与现有的系统相比，维修和检查费用明显降低。2011年，韩国浦项制铁和印度尼西亚PT喀拉喀托钢铁公司的合资公司PT喀拉喀托－浦项公司订购的300吨转炉计划安装此套系统，预计于2013年年底投产。

应用效果

由于欧洲是LT法的发源地，所以LT法早期在德国、奥地利、乌克兰等欧洲国家的钢铁厂应用较多。近几年随着干法除尘技术的不断完善，韩国、中国等国家的钢铁厂应用逐渐增多。

钢铁企业运行结果表明，干法除尘后的放散烟气含尘量可以稳定地控制在30mg/m3以下，回收煤气含尘量可以达到10mg/m3以下，除尘效果好于湿法除尘。由于干法除尘系统控制程度高，煤气回收时切换速度快，煤气回收量也有所提高。

除尘系统的能耗指标主要为水耗和电耗，从采用干法除尘的各钢厂实际运行情况来看，干法除尘能耗明显低于湿法除尘。

系统运行中的问题和控制措施

转炉煤气干法除尘技术尽管具有经济和环保优势，但由于对转炉操作和系统控制要求较高，钢铁企业在应用过程中出现过各种问题，主要集中为静电除尘器泄爆频繁、蒸发冷却器内壁积灰、输灰压块系统成本高等，经过改进优化后积累了一定经验。

静电除尘器泄爆

静电除尘器是采用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电后在电场作用下与气流分离达到除尘的目的。煤气爆炸极限有两个:VCO＞9%、V＞6%或V＞3%、V＞4%，静电除尘器内烟气成分达到爆炸极限时，被电场中高压闪络的电弧火花爆燃，烟气体积迅速膨胀，导致压力超过泄爆阀设定值，就会发生泄爆。大型的泄爆会造成设备损坏，中小型的泄爆会造成静电除尘器内的极板、极线损坏，使极间距发生变化，影响除尘效果，通常泄爆一次会使该炉次生产中断8分钟左右。

钢铁企业干法除尘系统运行中的泄爆主要发生在开始吹炼、紧急提枪和补吹阶段，都是由于停吹时静电除尘器中充满空气，当转炉开吹时产生的CO没有完全燃烧所致。因此减少泄爆主要是控制烟气中CO、O2和H2浓度在爆炸极限之外，各应用厂从转炉操作控制和设备结构优化等方面采取了控制措施。

转炉操作控制方面，一是转炉开吹阶段采取阶梯供氧。冶炼开始时C-O反应慢，消耗O2量较小，为了防止剩余O2进入电除尘器发生泄爆，在吹炼初期采取由低到高的阶梯供氧制度。二是控制加料。为控制煤气中的H2含量，应尽量保证加入转炉的废钢、造渣料、冷却剂等干燥，避免带入的水分被还原为H2和CO。

设备结构优化方面，一是增加N2稀释装置。为控制转炉煤气中CO、O2和H2的体积比例，采用通入惰性气体的方法来降低爆炸的可能性，目前多在蒸发冷却器出口增加N2稀释装置，在下枪吹氧和紧急提枪时向煤气中喷入一定量的N2。二是优化静电除尘器内部配置。静电除尘器是干法除尘系统中的关键设备，内部装有阴极线、阳极板、刮灰、振打装置，合理的极配形式直接关系到除尘器的使用寿命和除尘效率。各国钢厂通过不断摸索，在静电除尘器极配形式和材料上做了改进，增加了1、2电场极线厚度，极板、极线采用耐腐蚀的合金材料制造。

蒸发冷却器内壁积灰

蒸发冷却器具有冷却烟气、粗除尘及调节烟气比电阻的作用，其温度控制是保证干法除尘系统正常运行的前提，而蒸发冷却器的喷水量直接影响控温效果，由于喷水控制问题经常引起湿壁、筒壁积灰，清灰困难且工作量大。

双流喷嘴是蒸发冷却器实现有效冷却的核心部件，现在广泛使用双介质外混式喷枪，冷却水从喷嘴中心孔喷出，同时蒸汽从中心孔周围的环形间隙喷出，在喷嘴出口处形成雾化水。当蒸汽压力低或喷嘴堵塞时，喷嘴雾化能力减弱，水滴粒径大而不能全部蒸发，烟气含水量增加引起粉尘黏结、筒壁结垢，为此需要在提高蒸汽压力和防止喷嘴堵塞方面采取措施。例如，采用双介质外混式喷枪，保证雾化效果，增加蒸汽压力或采取多渠道蒸汽源保证供汽压力稳定，尽量采用蒸发冷却器单独供净水。

粉尘回收系统存在的问题

转炉煤气干法除尘系统收集的干粉尘中含Fe约55%，早期设计的回收系统以热压块形式回用，将粉尘在回转窑中加热至500℃～600℃，在不加添加剂的条件下经高压压球机压成块，然后在N2密封状态下冷却后送往转炉代替部分废钢或矿石使用，韩国浦项制铁、德国蒂森Bruckhausen厂、奥地利林茨厂和中国宝钢二炼钢等厂采用此法。该法获得的热压球团虽然具有全铁含量高、水分低等优点，但热压装置运行成本高，对设备和工艺控制要求很高，宝钢在应用过程中因设备不断出现故障已经停用。

冷压块比热压块装置投资少，占地小，对设备的要求低，不需将粉尘进行回炉加热，只需直接添加调剂进行压块，更具节能价值。宝钢开发了湿式冷压块技术，以转炉除尘灰为主、OG泥为辅，添加自主开发的黏结剂生产冷固球团，其使用性能与原LT除尘灰热压球团相当，现已全面替代热压球团返回转炉作冷却剂及化渣剂，使用量为5千克/吨～10千克/吨。

结语

国内外运行实践证明，转炉煤气干法除尘技术在除尘效率、节能和综合运行费用等方面优于湿法工艺，在国际上已经成为转炉煤气除尘技术的发展方向。对于转炉煤气干法除尘系统运行过程中出现的各种问题，技术提供方及应用企业从设计到过程控制上采取了有效措施，使系统运行趋于稳定。

在减少静电除尘器泄爆上，采取开吹阶段阶梯供氧、先加废钢后兑铁水、保持原料干燥等转炉操作控制措施，安装惰性气体稀释烟气装置，静电除尘器1、2电场阴极线加厚并采用防腐性能好的不锈钢材料等。

在减少蒸发冷却器湿壁、积灰上，采用双介质外混式喷枪，保证雾化效果，增加蒸汽压力或采取多渠道蒸汽源保证供汽压力稳定，尽量采用蒸发冷却器单独供净水。

在干粉尘回收利用上开发冷压块等多种新技术来降低回收成本，同时减少二次污染。