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转炉煤气干法一次除尘余热回收及超低排放系统工艺的应用

2024-08-30 84 上传者：管理员

摘要：在国内钢铁行业烟气排放颗粒物浓度超低排放要求的前提下，为预防气候变化带来的负面影响，国家再次提出了“双碳”政策，降低碳排放对气候的影响。主要介绍了在转炉煤气干法一次除尘超低排放系统工艺[1]的基础上，结合锅炉余热回收系统工艺，降低了能源的浪费，并达到了节能降碳的效果。该技术的成功实践，为转炉干法除尘技术提供了新的工艺路线，有助于新工艺的推广和应用。

关键词：
环境污染
能源二次利用
节能减碳
超净排放
转炉煤气余热回收
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随着我国能源消耗日益整张，环境污染日渐严重，生活环境受到了极大的影响。为了减少能源的浪费、降低环境污染及碳排放，我国在多个行业提出了能源二次回收利用、降低废弃物排放标准的要求，特别是在冶金钢铁行业，提出了钢铁行业炼钢排放烟气颗粒物浓度限值为10 mg·Nm-3的超低排放[2]及碳达标的要求，因此在冶金行业，在保证炼钢排放烟气颗粒物浓度达到超低排放要求的前提下，研究余热回收[3]对减少能源浪费及CO2排放具有重要意义。

1、转炉煤气干法一次除尘超低排放系统

转炉煤气干法一次除尘超低排放系统是将转炉炼钢产生的含尘烟气，经电除尘器及金属膜除尘器冷却及净化处理后，回收含有CO的煤气供二次使用或将不合格煤气点火放散为目的的工艺过程。

干法系统工艺流程：转炉炼钢工艺过程中产生的含有CO、CO2、有害粉尘的高温烟气(1400～1600 ℃)经过转炉出口的各段气化冷却烟道冷却后，进入蒸发冷却器前温度降为800～1000 ℃，转炉高温烟气再经过干法除尘系统的蒸发冷却器通过外混双介质喷枪喷水冷却、并对烟气进行调质处理后，蒸发冷却器出口温度降至200～300 ℃，另外烟气经过蒸发冷却器喷水降温及调制的同时，烟气中的40%的粗粉自由沉降及水洗后沉降到蒸发冷却器底部，由粗灰回炉系统送至转炉二次利用，或通过输送设备送至贮灰仓回收利用。

蒸发冷却器冷却和调质后的转炉烟气进入圆筒型电除尘器净化，烟气经电除尘器静电吸附处理后含尘量降至15 mg·Nm-3以下，电除尘器内部极板、极线上捕集的粉尘通过振打系统敲击后落下，再通过扇形刮灰机构刮入下部集中输灰装置，最后送至细灰仓回收再利用。电除尘器净化后的烟气CO含量符合回收条件时，烟气通过切换站回收杯阀、放散杯阀切换至回收侧的煤气冷却器，经煤气冷却器上下多层喷嘴的喷水再次降温，烟气温度降至70 ℃以下后送入煤气柜储存，送往各用户再次利用。当净化后的烟气CO含量不符合回收条件时，烟气通过切换站回收杯阀、放散杯阀切换至放散侧的金属膜除尘器，通过金属膜除尘器的超净排放除尘后，烟气通过放散烟囱，点火放散，见图1。

图1 转炉煤气干法一次除尘超低排放系统工艺流程

2、锅炉余热回收介绍及现状

余热是指工业生产过程中释放出来的可被再次利用的热能，属于二次能源；煤炭、石油、天然气这些传统热能资源属于一次能源，一次能源在工业生产中会产生各种形式的余热，普遍存在着使用过程中热量利用效率低，排放的可回收烟气或有害烟气余热温度过高、烟气成分复杂，将这些烟气直接排放会引起大气环境污染。一方面热能动力能耗过高，另一方面污染物和高温排烟的浪费也造成了大量能源损失。

锅炉烟气温度可达到150～180 ℃，可通过余热回收装置将烟气仍以热能的形式回收，适用于燃煤、燃油、燃气等大多数锅炉，其主要作用是帮助降低锅炉的排烟温度，将烟气中含有余热回收二次利用，给水升温用来供暖或其他用途，能更好的适应企业生产需求。

3、转炉煤气干法一次除尘余热回收及超净排放系统工艺介绍

转炉煤气干法一次除尘余热回收及超净排放系统工艺是将转炉煤气干法一次除尘超低排放系统与锅炉余热回收系统相结合，在转炉煤气干法一次除尘超低排放系统原工艺基础上，将其中的蒸发冷却器完全替换为锅炉余热回收系统，在炼钢工艺全流程中，属于全新的应用，同时也得到了工程实践的验证。

转炉煤气干法一次除尘余热回收及超净排放系统的工艺流程为：转炉烟气从转炉后的气化冷却烟道出口，直接进入锅炉余热回收的冷却烟道，烟气经过锅炉余热回收系统的粗除尘、烟气热交换和二次除尘等系统设备后，温度降至200～300 ℃，再通过煤气管道进入转炉煤气干法一次除尘系统的电除尘器及金属膜除尘器净化。若净化后的烟气CO含量及含尘量满足回收条件，会经煤气冷却器喷水冷却后送往煤气柜回收再次利用，若净化后的烟气CO含量不满足回收条件，则切换至放散侧经金属膜除尘器超净除尘后，由放散烟囱点火放散，见图2。

图2 转炉煤气干法一次除尘余热回收及超净排放系统工艺流程

4、转炉煤气干法一次除尘余热回收及超净排放系统工艺的优化及创新

转炉煤气干法一次除尘余热回收及超净排放系统工艺作为一种全新的干法一次除尘系统工艺流程，不仅在转炉炼钢工艺全流程中能稳定有效的运行，在除尘效果及煤气回收方面也有显著成效；即保证了转炉炼钢干法一次除尘烟气排放达到国家超低排放的标准要求，也使转炉炼钢干法一次除尘的烟气含湿量大幅度降低，让干法一次除尘系统整个工艺流程运行更加稳定，干法一次除尘系统的各设备使用寿命延长、故障率明显降低。具体表现为已下几点：

1)余热回收工艺替换蒸发冷却器后，余热回收工艺无需对转炉烟气进行喷淋降温调质处理，转炉烟气含湿量大幅度降低，煤气含湿量减少，热值更高。虽然烟气经过余热回收系统后，通过热交换原理将烟气中热量带走储存在气包中，但保证了圆筒型电除尘器进口温度保持在250 ℃左右，干法一次除尘系统可正常运行，烟气含湿量的大幅度降，也为系统设备运行带来了有利条件。

烟气含湿量的降低，烟气通过余热回收系统中旋风除尘设备、余热回收设备时，设备内部筒壁不宜产生粘连及挂壁情况，长时间运行后，设备内部的烟气通径变化不大，对转炉烟气的流量、流速等参数不会产生较大影响，从而保证了系统的长时间有效稳定运行，降低了对余热回收系统的检修、维护频次和费用。

①烟气含湿量的降低，使转炉烟气的温度变化幅度变小，烟气温度趋于稳定状态，能更好的控制进入圆通型电除尘器内部的烟气温度维持在250 ℃左右，除尘器静电除尘效率更高，让系统程序控制更加便捷。

②烟气含湿量的降低，余热回收系统粗除尘后的粗灰湿度降低，输灰设备清理粗灰更加便捷，粗灰输灰设备各处也不宜发生板结，大幅度的降低了输灰设备的故障率，提高了设备的使用寿命，汇集到粗灰仓中的粗灰长时间堆积也不宜产生板结等问题，粗灰槽车卸灰或吸排罐车卸灰更加方便、有效，降低堵灰风险。

③烟气含湿量的降低，进入圆筒型电除尘器内部烟气含湿量、烟气温度基本保持稳定状态，通过配合调整余热回收系统热交换比例、电除尘器高压电源的二次电压及二次电流等参数，使电除尘器的除尘效率达到最大，最大限度的降低烟气中的粉尘含量，为后续超净排放降低运行压力和风险。

④烟气含湿量的降低，电除尘器回收的细灰含湿量相应降低，输灰设备清理细灰更加便捷，细灰输灰设备各处也不宜发生板结，大幅度的降低了输灰设备的故障率，提高了设备的使用寿命，汇集到细灰仓中的灰尘长时间堆积也不宜产生板结等问题，粗灰槽车卸灰或吸排罐车卸灰更加方便、有效，降低堵灰风险；另外，随着烟气含湿量的降低，电除尘器除尘效率的增加，细灰的收集量也随之增加，提高了细灰烧结的经济效益。

⑤烟气含湿量的降低，管道及设备内冷凝水减少，使得干法一次除尘系统中的风机叶片、杯阀、电动插板阀等直接与烟气接触的设备及管道内表面磨损、腐蚀量减低，延长了设备的使用寿命，从而保证了系统的长时间有效稳定运行，降低了系统设备的检修、维护频次和费用。

⑥放散烟囱点火装置的正常运行需具备两个条件：一是排放的煤气浓度达到最低点火标准(最低20%CO含量)，另一个是烟气中的含湿量尽可能的降低；在保证排放的烟气煤气浓度含量符合点火的前提下，烟气含湿量越低，烟囱点火装置点火的成功率越高，同时放散烟囱点火放散后，出现“下雨”的情况也会越少。

⑦烟气含湿量的降低，煤气热值随之增加，干法一次除尘系统在煤气回收阶段，可通过设置降低煤气CO含量回收值，提前开启煤气回收，延长煤气回收的时间，从而增加煤气回收量，达到节能减排，提高钢厂经济效益的目的。

2)放散烟囱前增加金属膜除尘器，可完成转炉烟气排放达到国家超低排放10 mg·m-3的标准要求。

炼钢排放烟气颗粒物浓度限值为10 mg·Nm-3的超低排放是现阶段各大钢铁企业重点完成的技术指标，为企业的长期发展提供有力的技术支撑。在原干法一次除尘系统工艺的前提下，放散烟囱前增加金属膜除尘器，在非回收期时，转炉一次除尘烟气经过放散杯阀进入干法金属膜除尘，经过高精度过滤后，烟气颗粒物排放<10 mg·Nm-3。

金属膜除尘器采用金属间化合物多孔材料作为滤芯，利用其通量大、阻力小、耐高温、过滤精度高等特性，在金属膜除尘器内部经过烟气中粉尘惯性、扩散、阻隔等作用，使粉尘被阻隔在滤芯外。利用转炉煤气回收期，对滤芯进行连续反吹再生作业，恢复滤芯通量。除尘过滤下来的粉尘存入下部灰斗，捕集的除尘灰通过气力输送至细灰仓。

金属膜除尘器技术关键在于“滤芯”、即金属间化合物，金属间化合物为非对称膜多孔材料具有金属键和共价键的混键结构，其具备抗氧化性能好，耐酸、碱性能好，抗腐蚀，耐高温、强度高，高精度且稳定，易清灰、通量大，线膨胀系数低，可加工、可焊接连接，抗热振性能好等特点及优势，是现阶段超净排放工艺中，广泛引用的新型技术和材料。

5、转炉煤气干法一次除尘余热回收及超低排放系统应用实例

国际首套转炉煤气干法一次除尘余热回收及超低排放系统在包钢钢管有限公司制钢分厂6#转炉得到了应用及验证，作为第一条工业应用示范项目已经连续运行超过4500炉，该系统实现了炼钢工艺全流程的正常运行，系统的总体工艺和关键部件的可靠性得到了验证。

图3 余热回收系统

图4 超净除尘系统

本系统的正常投运，在保证了转炉煤气干法一次除尘超低排放系统的正常运行，使回收煤气的含水量减少，煤气热值增加，烟囱的颗粒物超低排放浓度标准达到10 mg·Nm-3，完成了转炉煤气余热资源的全部回收利用。即在节水、节电、节约蒸气的同时，提升了煤气热值和CO回收量，实现了吨钢节约标准煤10公斤的创效优化，为转炉炼钢工艺的节能降碳做出了可观贡献。

6、转炉煤气干法一次除尘余热回收及超低排放系统与传统干法除尘系统的对比

表1 转炉煤气干法一次除尘余热回收及超低排放系统与传统干法除尘系统的对比

通过表1，可以看出转炉煤气干法一次除尘余热回收及超低排放系统的排放烟气颗粒物浓度低于5 mg·Nm-3，完全达到了超低排放的要求；煤气含湿量明显降低，煤气热值高、回收量增大，达到了节能减排的效果；蒸气回收量为45 kg/吨钢，减少了能源浪费；相比于传统干法除尘系统，不仅在污染物排放上有巨大优势，而且在能源消耗上也有明显的降低，两种工艺对比转炉煤气干法一次除尘余热回收及超低排放系统的工艺优势明显。

7、结语

锅炉余热回收系统、转炉干法一次除尘系统均作为成熟的工艺在不同行业和领域都已应用，并取得很好的效果和成绩；转炉煤气干法一次除尘余热回收及超低排放系统的工艺路线在炼钢除尘整条工艺系统中国内还未大规模的应用，包钢钢管有限公司制钢分厂的应用示范实例，作为首次试验性项目的成功运行，为国内钢铁企业后续的烟气超低排放及能源二次利用提供了有力的支撑，不仅降低了烟气颗粒物的排放数值和碳排放、减少了能源的浪费，达到了节能减排的效果，还为钢铁企业带来了巨大的经济效益。

参考文献:

[1].沈建涛,转炉煤气新型干法净化与回收系统,第十七届中国电除尘学术会议论文集,320-323.

[2].王鹏军.转炉干法除尘新工艺路线探讨[J].机电信息,2022(3):77-79.

[3].林玉森.锅炉烟气余热回收及利用方案[J].科技创业家,2014(5):132.

文章来源:王波,薛琨,郝远远,等.转炉煤气干法一次除尘余热回收及超低排放系统工艺的应用[J].石化技术,2024,31(08):46-48.