攀钢炼钢厂除尘技术改造思路及效果.pdf

烟 气 污 染 治 理 攀钢炼钢厂除尘技术改造思路及效果 韩志强 1 黄卫国 2 陈媛 1 1. 中冶建筑研究总院有限公司， 北京 100088;2. 攀枝花新钢钒提钒炼钢厂， 四川 攀枝花 617062 摘要 就攀枝花新钢钒提钒炼钢厂转炉作业区转炉一次除尘系统、 转炉二次除尘系统及脱硫扒渣烟气除尘系统在几年 的运行中分别存在的问题进行了分析， 主要包括由于炼钢工艺变化引起的除尘系统能力不足， 原设计参数不太合理及 原系统中设备配置不足等， 对于以上问题提出了相应的改进思路并实施了相应的除尘改造， 改造以后取得了较好预期 效果。 关键词 除尘;烟气;文氏管;喉口;隔烟室 DEDUSTING TECHNOLOGY REATION OF CONVERTER AREA IN PANZHIHUA STEEL PLANT Han Zhiqiang1Huang Weiguo2Chen Yuan1 1. Central Research Institute of Building and Construction Co． ， Ltd， MCC Group，Beijing 100088，China;2. Vanadium Recovery Steelmaking Plant， Panzhihua New Steel and Vanadium Co． ， Ltd， Panzhihua 617062，China AbstractThe existing problems in the long term operation of the primary and secondary dedusting systems of converter and the dedusting system of desulphurization slag skimming process were analyzed in the vanadium abstracting steel making plant， Panzhihua NewSteel and Vanadium Co． ，Ltd． The improving measures for the running ability of dedusting systems，design parameter and equipment configuration were presented． The technique re based on the analysis was carried out and ideal results were obtained in the three dedusting systems． Keywordsdedusting;fume;Venturi;aditus laryngis;fume isolation room 1工程概况 攀钢炼钢厂共有 7 座氧气顶吹转炉， 根据建设年 代及主要功能分为老转炉、 提钒转炉及新转炉三个作 业区域。 1 号 ～ 3 号转炉区域称为老转炉系统， 于 1971 年 建成投产， 额定装入量120 t， 用作转炉炼钢; 配套建 有一次除尘系统， 未建有转炉二次除尘系统。 4 号、 5 号转炉于 1995 年下半年建成投产， 额定 装入量120 t， 主要用作转炉提钒， 作为配套工艺在提 钒转炉区域布置有脱硫扒渣系统， 因此该区域统称为 脱硫提钒系统。区域内建有转炉一次除尘系统和二 次除尘系统 含散状除尘系统 、 脱硫扒渣烟气除尘 系统。 6 号、 7 号转炉于 2003 年初建成投产， 称为新转 炉区域; 该区域除尘系统处理能力与工况匹配， 本文 所列的转炉区域除尘治理不含这两座转炉。 1 号 ～ 5 号转炉一、 二次除尘系统原设计工艺布 置及主要工艺参数见表 1。 表 11 号 ～ 5 号转炉除尘系统原设计工艺布置及主要参数 炉号 一次除尘二次除尘 除尘工艺系统制式 炉气量 / 万 m3h － 1 风机抽风量 / 万 m3h － 1 除尘工艺 处理风量 / 万 m3h － 1 1 号 ～ 3 号全湿高压法 双文一塔5. 211. 5无无 4 号 ～ 5 号全湿高压法 双文一塔4. 1311. 5正压反吹风大布袋～ 60 注 脱硫提钒区域还建有一套脱硫扒渣除尘处理系统， 工艺布置及参数与提钒转炉相同。 35 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 1 号 ～ 5 号转炉一次除尘原设计的工艺布置原理 见图 1。 图 1炼钢厂 1 号 ～ 5 号转炉一次除尘原设计工艺流程 脱硫提钒二次除尘系统原设计工艺流程见图 2。 图 2脱硫提钒二次除尘系统原设计工艺流程 2炼钢厂转炉区域除尘系统存在缺陷及原因 2. 1一次除尘系统 炼钢厂 1 号 ～ 5 号转炉一次除尘系统存在的缺 陷主要表现在以下几个方面 2. 1. 1系统处理能力不够 在现有条件下， 炼钢老转炉和提钒转炉吹炼时最 大脱碳速度 dc d t 分别为 0. 5 /min 和 0. 3 /min， 根据公式 Ve 1. 866 103 dc d t G 60 CO CO2 ［1］ 计算出实际炉气发生量分别为 8 万 m3/h和 4. 9 万 m3/h， 较原设计 5. 2 万 m3/h 和 4. 13 万 m3 /h 炉气 量存在着较大差距， 超过一次除尘系统处理能力的烟 气外溢污染作业环境。 式中 CO 及 CO2是其在炉气中的体积分数， 分 别取 86 和 10 作为计算依据 ［1］。 炼钢老转炉和提钒转炉炉气出炉口后， 取燃烧系 统 α 0. 1 进 行 修 正 后 的 烟 气 量 VO分 别 为 92 944 m3/h和56 900 m3/h， 根据公式 VOC VO 1 dh 0. 804 273 t 273 10 330 10 330 P [] B ［2］ 计算出炼钢老转炉和提钒转炉一次除尘风机在 现 有 工 况 下 的 处 理 能 力 为 192 827 m3/h 和 135 000 m3/h， 增加 5 ～ 10 的富余风量后分别取 为 21 万 m3/h 和 14. 6 万 m3/h， 比 原 设 计 的 11. 5 万 m3/h的抽风量同样存在较大差别。 式中dh 二文出口饱和烟气含湿量， dh 0.804Ph P － Ph 0. 332 kg/m3［2］; t 二文出口烟气温度， 65 ℃ ; Ph 二 文 出 口 饱 和 水 蒸 汽 分 压 力，当 t 65 ℃ 时， Ph 2 5007 Pa; PB 二文出口烟气实际负压，－ 15 890 Pa。 2. 1. 2喉口不能满足除尘工艺要求 1 号 ～ 5 号转炉一次除尘原用均为重砣式喉口， 该喉口在炉役检修期间通过悬挂于重砣拉杆上端的 手拉葫芦调至一固定开度后， 生产过程中基本维持此 开度不变， 导致喉口前后的压差难以随工况变化而维 持在一个最佳值， 通过喉口的烟量与压力变化难以保 证线性关系， 除尘反冲水对烟尘的饱和吸收能力变 差， 最终影响除尘效果。 在通常情况下， 一次除尘可调式喉口的前后压差 维持在13 000 ～ 15 000 Pa、 辅以适量反冲水可以达到 满意的除尘效果。但是在兑铁、 吹炼初期、 吹炼刚结 束时由于炉气发生量不足， 通过喉口的烟气量减少， 若喉口的开度较大， 则喉口前后的压差降低， 除尘反 冲水的雾化效果不好， 对尘粒的饱和吸收能力变差， 通过喉口的烟气中的较细尘粒不能吸湿增重而被捕 集， 由此导致除尘效果变差。此时需通过缩小喉口开 度来维持压差以满足除尘效果要求。因此固定开度 的喉口不能捕集任何工况时的烟尘。 2. 1. 3一次除尘系统配给的冲洗水量不能满足除尘 要求 一次除尘系统浊环水配给量主要根据转炉烟气 在各个不同部位的入口体积计算得出。 以一文入口烟温 t 900 ℃ 、 根据公式 V VO 273 t 273 ［2］ 可计算出炼钢转炉和提钒转炉一文入口烟 气量分别为399 353 m3/h和244 483 m3/h; 再以一文 水气比 L1 0. 55 kg/m3、 根据公式 Q1 L1V［2］得炼 钢老转 炉 和 提 钒 转 炉 一 文 除 尘 所 需 水 量 分 别 为 220 m3/h和135 m3/h。 根据公式 Vob V [ o1 dh 0. 804 273 t 273 10 330 10 330 P ] B ［2］ 45 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 可计算出炼钢老转炉和提钒转炉二文入口的烟气量 分别为179 932 m3/h和130 000 m3/h; 二文除尘所需 水气比 L2 1. 1 kg/m3、 根据公式 Q2 L2Vob［2］计算出 炼钢 转 炉 和 提 钒 转 炉 二 文 所 需 供 水 量 分 别 为 198 m3/h和143 m3/h。 式中dh 一文出口 即一文出口 饱和烟气含湿 量，dh 0. 804Ph P － Ph 0. 424 kg/m3［2］; t 一文出口烟气温度， t 72 ℃ ; PB 烟 气 出 文 氏 管 时 的 实 际 负 压， － 3 000 Pa; P 烟气的绝对压力， 101 325 Pa; Ph 饱 和 水 蒸 汽 分 压 力， 当 t 72 ℃ 时， Ph 33 957 Pa。 炼钢老转炉和提钒转炉一次除尘原设计用水量 及实际需用水量对比见表 2。 表 2炼钢转炉和提钒转炉一次除尘浊环水 需求量对照表m3/h 项目 炼钢转炉提钒转炉 一文二文一文二文 原设计给水量120 ～ 15060 ～ 90～ 12060 ～ 90 实际需要用水量220198135143 从表 2 可以看出 原设计配给的一次除尘浊环水 量较工艺需用量相差较大。净化除尘反冲水量不足， 将导致烟气经一、 二文后不能有效除尘降温， 二文后 的烟气体积高于理论值， 最终导致煤气风机抽吸能力 不足而抽烟效果变差; 严重时可能导致通过一文烟气 灭火不完全而可能产生爆炸。 2. 2二次除尘系统 2. 2. 1处理能力不足 1 转炉。额定装入量为120 t的转炉二次除尘相 关参数 如 下 兑 铁 时 烟 量 为 4 500 m3/min， 温 度 为 220 ℃ ; 吹炼时烟量为3 500 m3/min， 温度为80 ℃ 。 若以两座转炉一兑铁一吹炼的工况计算， 兑铁和 吹炼烟气混合后的烟气温度为158 ℃ ， 降至120 ℃ 所 需混风量为3 875 m3/min， 二次除尘系统所需工况风 量为 103 万 m3/h。 若以一座转炉单独使用一套二次除尘系统计算， 取工况最恶劣的兑铁时的参数为计算依据， 二次烟气 降温至120 ℃ 所需混风量为5 625 m3/min， 二次除尘 所需的工况风量为 88 万 m3/h。 根据上述计算可知， 原设计为 60 万 m3/h 的转炉 二次的处理能力大大低于实际产尘量， 这是导致提钒 转炉二次处理效果差的根本原因。 2 脱硫扒渣系统。脱硫扒渣系统共有 1 号 ～ 3 号三套脱硫系统、 1 号 ～ 4 号四套扒渣系统、 1 号 ～ 6 号六套组罐系统， 整个系统共 13 个尘源点; 经测算， 这 13 个尘源点的产尘量及温度见表 3。根据生产作 业要求计算出的烟气量及烟气温度见表 4。 表 3脱硫扒渣 13 个尘源点作业时烟气参数 工位脱硫扒渣组罐 烟气量 点 / m3min － 1 2 0002 5003 000 烟气温度 /℃120 80150 表 4脱硫扒渣 13 个尘源点工作要求及相应的产尘量 工位 1 号、 2 号脱硫 1 号 ～ 4 号组罐 1 号、 2 号扒渣 3 号 脱硫 5 号、 6 号组罐 3 号、 4 号扒渣 同时作业点数222111 烟气量 / m3min － 1 4 000 6 0005 0002 0003 0002 500 烟气总量 / m3h － 1 1 992 659 混合后烟气温度为 109 ℃ 据表 4 数据， 在现有生产条件下脱硫扒渣系统作 业时烟气发生量达 199. 3 万 m3/h， 远远高于原设计 60 万 m3/h 的处理能力。 2. 2. 2烟气捕集能力较差 烟气收集处理的前提是有效捕集， 具体表现在除 尘隔烟室的设计和布置、 吸风口的数量及安装部位以 及除尘罩的选择上。 炼钢老转炉原设计没有二次除尘系统， 烟气的有 效捕集无从谈起。提钒转炉虽有二次烟气处理器， 但 在炉口外侧没有设计有隔烟室、 原设计的炉前炉后挡 烟门高度均在转炉零位时出钢口以下、 吸风口也仅设 置在炉前上方， 吹炼、 出半钢及出渣时外溢烟气无法 收集而自由排放。 对于脱硫和扒渣工位， 原设计只在喷吹位或扒渣 位设有顶吸罩， 对脱硫喷溅或扒渣飞溅产生的烟尘以 及侧向风对烟气的扰乱没有处理措施， 烟气捕集效果 均较差。 2. 2. 3除尘工艺参数设置不合理 脱硫提钒二次除尘系统原设计的工艺制式为正 压反吹风布袋除尘， 含尘烟气经过风机进入除尘器净 化后从顶部百叶窗排放， 这种工艺布置形式存在两方 面缺陷 第一， 导致风机转子易结垢且易磨损， 转子寿 命低， 影响系统的正常运行; 第二， 百叶窗式排放方式 因排放点分散而无法对除尘效果进行有效监测。 脱硫提钒二次除尘主管道内烟气流速原设计在 55 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 16 m/s左右， 烟气流速取在管道内不积尘的下限， 由 于管道布置等原因烟气实际流速低于设计值， 导致除 尘主管内积尘不断增加， 若不及时处理可能引起管道 垮塌等事故。 3炼钢厂转炉区域除尘改造实施 针对炼钢厂 1 号 ～ 5 号转炉除尘系统存在的上 述缺陷， 从 2005 年开始有针对地进行了研究治理， 采 取的主要工艺措施如下。 3. 1一次除尘 3. 1. 1提高系统处理能力， 合理调整系统工艺配置 1 号 ～ 5 号转炉一次除尘改造后的主要工艺参数 见表 5。 表 51 号 ～ 5 号转炉一次除尘系统改造工艺布置及主要参数 项目除尘工艺系统制式 炉气量 / 万 m3h － 1 风机抽风量 / 万 m3h － 1 1 号 ～ 3 号全湿高压法双文 一文 二文 821 4 号 ～ 5 号全湿高压法 塔文 塔 文4. 914. 6 炼钢老转炉一次除尘改造后工艺布置由原来的 “双文一塔” 改为“双文” 制式， 净化系统工艺流程改 为 溢流定径文氏管→RD 可调喉口→90弯头脱水 器→双级水雾分离器→除尘风机。将原用的 180弯 头脱水器 脱水塔改为 90弯头脱水器 双级水雾 分离器的目的是降低设施阻损 由 550 ～ 600 Pa降为 400 Pa以下 ， 有利于将风机全压尽量作用于喉口而 提高除尘效果。 按照设计要求， 炼钢老转炉一次除尘改造所需的 浊环水总量为每座转炉500 m3/h 一文300 m3/h， 二 文200 m3/h ， 但因此次改造未对浊环水系统改造， 浊 环水系统的供给量与处理量只有300 m3/h; 为了在现 有浊环水条件下满足除尘改造需用水量要求， 经考察 决定采用串联供水方案实现转炉除尘改造所需水量 要求。具体方案是转炉二文除尘所需的200 m3/h浊 环水仍由 5 水供给; 在转炉塔楼内的适当位置增设一 密封水池， 将二文除尘后的浊环水引入密封水池内， 从 5 水站浊环供水系统抽取100 m3/h浊环水补充至 密封水池中， 一文除尘用水从密封水池供给， 一文使 用后的浊环水引至污水处理系统进行处理后循环使 用。浊环水串联供水方案既满足了除尘水量需要， 也 维持了现阶段浊环水量平衡。 炼钢老转炉一次除尘改造后工艺流程见图 3。 4 号 ～ 5 号转炉一次除尘改造后工艺布置由原来 的“双文一塔” 改为“塔文” 制式， 净化系统工艺流程 图 3炼钢老转炉一次除尘改造后工艺流程 改为 溢流饱和冷却塔→RD 可调喉口→90弯头脱水 器→湿旋脱水器→煤气风机。与原用的溢流定径文 氏管 相 比，溢 流 饱 和 冷 塔 的 阻 损 显 著 降 低 由 3 500 Pa降至500 Pa ， 湿旋脱水器也因与烟气接触面 积增大而提高了烟气脱水效果。 提钒转炉一次除尘改造后工艺流程见图 4。 图 4提钒转炉一次除尘改造后工艺流程 3. 1. 2恢复一次除尘喉口调节功能 1 号 ～ 5 号转炉一次除尘改造时都采用 RD 渐开 式可调喉口代替原用重砣式喉口， RD 喉口采用液压 驱动， 根据炉口微差压进行开度调节。 为实现喉口自动调节， 除尘改造时恢复了汽化烟 罩升降功能， 改造后烟罩结构改为由固定段和升降段 两段组成; 在固定段烟罩中部设有沿圆周均布的四个 微差压取样孔检测冶炼期间烟罩内外压力， 以压差控 制调节喉口开度， 维持喉口前后压差， 起到最佳的净 化除尘效果。 3. 2二次除尘 3. 2. 1根据生产工艺合理划分二次除尘系统 根据现有工况下实际产尘量， 在除尘工艺可行的 前提下本着各系统平衡、 节约投资、 便于操作的原则， 65 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 对 1 号 ～ 5 号转炉的二次除尘系统重新进行了划分， 改造后的二次除尘系统及主要参数见表 6。 表 61 号 ～ 5 号转炉二次除尘系统划分及主要参数 项目处理工位 处理风量 / 万 m3h － 1 主管管径 / mm 除尘工艺 1 号转 炉二次 兑铁、 出钢、 出 渣、 吹炼外溢 903 900负压脉冲 布袋除尘 2 号、 3 号 转炉二次 兑铁、 出钢、 出 渣、 吹炼外溢 1204 500负压脉冲 布袋除尘 4 号、 5 号 转炉二次 兑铁、 出半钢、 出 渣、 吹炼外溢 1103 400负压脉冲 布袋除尘 1 号、 2 号 脱硫 脱硫喷吹、 1 号和 2 号 扒渣、 3 号和 4 号组罐 1103 400负压脉冲 布袋除尘 3 号脱硫脱硫喷吹、 3 号和 4 号扒渣、 1 号、 2 号、 5 号、 6 号组罐 1103 400负压脉冲 布袋除尘 提钒原料地面料坑、 炉顶料仓 16800负压脉冲 布袋除尘 3. 2. 2提高各尘源点粉尘捕集效果 为了对 1 号 ～ 5 号转炉兑铁、 出钢 出半钢 或出 渣以及吹炼时溢出的二次烟气进行有效收集处理， 在 转炉15. 6 m平台炉口外侧增设了适当的隔烟室， 并将 炉前挡烟门改为自吊车梁至9 m平台全密封的可移动 挡烟门。这样， 冶炼作业时的二次烟气全部被挡烟门 和隔烟室组成的密闭室捕集， 通过炉前门形罩吸风 口、 炉后15. 6 m平台上下隔烟室吸风口将隔烟室捕集 的二次烟气抽至除尘器净化处理。 对于脱硫和扒渣工位主要是增加了防侧向风干 扰的可移动挡烟门， 在不影响工艺操作前提下增设隔 烟室等措施提高烟气捕集效果。 脱硫提钒 6 个组罐工位在除尘改造前没有除尘 系统， 本次除尘改造时新增了除尘罩， 根据该工位烟 气捕集困难的特点适当加大抽风量， 作业时由作业人 员打开除尘管道上控制阀抽取烟气进行处理。 3. 2. 3对除尘工艺参数进行合理调整 1 号 ～ 5 号转炉二次除尘系统的工艺制式由正压 改为负压后， 经过净化处理的烟气通过烟囱集中排 放， 有利于实施排放情况监测。 此外， 针对二次除尘系统在运行过程中粉尘易在 管道内沉降缺陷， 在除尘改造时将二次除尘主管最低 风速由原来的16 m/s提高至18 m/s以上; 对原有除尘 器存在的除尘布袋反吹时易吹破的缺陷， 改造时将除 尘过滤风速限制在 1. 0 ～ 1. 1 m/min。 1 号 ～ 5 号 转 炉 二次除尘改造 后 工 艺 流 程 见 图 5。 图 51 号 ～ 5 号转炉二次除尘改造后工艺流程 4结语 提钒炼钢厂 1 号 ～ 5 号转炉除尘改造自 2005 年 开始实施后， 克服了除尘改造施工与保产矛盾、 现场 环境狭窄以及改造必须限期完成等多方面的困难， 经 过多方协同努力， 最终于 2007 年底圆满完成了 5 座 转炉除尘改造工程。 改造后的 11 套 一次 5 套、 二次 6 套 除尘系统 经专业部门监测， 一次除尘外排烟气含尘质量浓度 ＜ 150 mg/m3， 二 次 除 尘 外 排 烟 气 含 尘 质 量 浓 度 ＜ 30 mg/m3， 岗位粉尘质量浓度 ＜ 8 mg/m3， 岗位噪 声 ＜ 75 dB， 排放指标均优于国家二级排放标准; 经测 算， 炼钢厂转炉区域除尘系统改造完成后年减排粉尘 量达89 357. 13 t， 对改善钢厂生产作业条件和区域大 气环境质量均起到了积极作用。 参考文献 ［1］刘扬程． 冶金企业煤气的生产与利用［M］． 北京 冶金工业部钢 铁司， 1987． ［2］王洪才， 郭丰年． 钢铁企业采暖通风设计手册［M］． 北京 冶金 工业出版社， 1996． ［3］黄卫国． 攀钢转炉一次除尘系统存在的问题与改进措施［J］． 环境工程， 2008， 26 4 65- 67． ［4］肖明富， 黄卫国． 攀枝花新钢钒提钒炼钢厂清洁生产实践［J］． 环境工程， 2009， 27 1 107- 114． 作者通信处韩志强100088北京海淀区西士城路 33 号 中冶建筑 研究总院有限公司 电话 010 82227673 2010 － 12 － 15 收稿 75 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期