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转炉除尘技术发展现状


在宏观环境和钢铁企业自身发展的影响下,我国钢铁工业开始面临“低价格、低效率、低消费、低增长、高压力”的困境,成为钢铁行业的新常态。转炉除尘技术通常分为湿除尘和干除尘两大类。即使这两种除尘技术常用于转炉炼钢,但它们仍有不足之处,这不仅影响了转炉烟气除尘技术的充分发挥,而且造成了资源的浪费,增加了该技术实施中出现问题的可能性。本文对这两种除尘方法进行了分析,并对其中存在的问题进行了研究和讨论。


1 湿法除尘工艺

1.1 传统 OG 工艺

20世纪60年代初,OG法首先在日本发展起来。此工艺由定径溢流文氏管、调径文氏管两个文氏管和重力脱水器、90°弯头脱水器、丝网脱水器三个脱水器组成通常称之为“二文三脱”。湿法除尘工艺成熟可靠,系统相对简单。传统的OG工艺是:转炉产生的烟气先通过移动烟幕收集,然后通过气化冷却通道冷却,然后进入第一溢流固定喉文丘里管,进行原油除尘和脱水,然后通过两级可调翻板进行细除尘和脱水。最后,通过风扇回收或分散三通阀.该系统简单,安全可靠,但该工艺阻力大,耗能大,必须配备高投资、高运行成本的污水处理设备。

针对OG工艺结垢问题,天铁集团炼钢厂着手水质的改善,他们曾试验过多种复合防垢剂,最后综合考虑运行成本以及使用效果,将防垢剂定位在,通过控制除尘水的PH值在9附近,成功解决了系统结垢问题。其原理为:

将脱水器改造为文丘里管加漩流脱水器,可有效解决脱水效果不明显这一问题。原理是文丘里管具有收缩扩张特性,能促进含尘液滴的长大,为漩流脱水器脱水创造条件,并且漩流叶片采用45°下旋方式。

为使用水量与喷嘴之间相互协调,可对转炉除尘系统的“一文”、“二文”两个喷嘴进行改造,尽量使用不易堵塞又自身雾化好的喷嘴,以此实现降低用水量30% ~ 50%,达到减少污水处理设备负荷、降低运行费用的目的。

1.2 第四代 OG 湿法

目前我国钢铁工业节能减排的薄弱环节在于绝大多数转炉的一次烟气除尘采用的是较落后的传统湿法技术。20 世纪90年代国内大型钢铁企业引进了国外第四代OG湿法技术,比传统的湿法除尘效果明显提高,这是一种取得了突破性进展的一次烟气除尘技术。

该工艺将喷淋塔取代传统OG工艺的“一文”、环隙洗涤器代替二文。比传统 OG 工艺的运行系统更加安全可靠,设备运行阻力更小,能量回收更稳定,除尘效率更高,设备使用寿命增长,并且较好地解决了管道堵塞、泥浆处理设备的配置问题。


然而,在第四代OG湿式喷雾塔中使用的雾喷枪会使大部分洁净的环形水沉淀到混浊环处理系统中,造成系统的巨大负荷和溢流。目前有两种改进方案:第一种是河北钢铁集团燕山钢铁股份有限公司两台150 t转炉采用间歇式喷水喷枪,使其与风机转速相互连接,在风机低速时停止雾枪供水,节约清洁环水的使用。第二种方案是将喷淋塔改为方达特钢技术有限公司80t转炉用高压喷枪,用浊流环水将水点压力提高到1 MPa,喷出粒径为300μm的小水滴,对蒸发和传热影响不大。采用第二种改进方案,高压喷枪既不能使用清洁的环形水,又节省了氮气的用量,降低了系统的运行成本。与上述两种方案相比,第一种方案保留了原喷雾器喷枪的配置,缓解了清洁环水消耗问题;第二种方案更彻底地解决了这一问题,但增加了部分压力管道的维护。


第四代 OG 湿法采用顶拉式的驱动形式的RSW洗涤器。该形式对喷嘴的雾化效果会产生干扰,以致降低除尘效果,并且对于高浓度 CO 的烟气来讲,增加了安全风险。对此,采用底推式驱动代替顶拉式驱动,从根本上拉式驱动方式存在的问题。

1.3 塔文工艺

塔文工艺是将环缝文氏管与洗涤塔的组合成的高效除尘塔来实现的,其流程可简化为:

该工艺的系统简单、阻力小、风机能耗低、净化效率高;但是塔文结构复杂,需要的投资高,除尘水用量偏大,检修清理不方便 。

2 干法除尘工艺

2.1 干法除尘工艺


德国鲁奇公司和德国泰森钢厂开发了一次干式除尘方法,简称LT法。在转炉炼钢初期,干式除尘技术可以提供部分或全部的能耗。它被公认为世界转炉除尘领域的发展方向,有望实现转炉炼钢能耗为零的目标。干法除尘可以克服粉尘含量高、水资源浪费严重、二次污染、能耗高、设备腐蚀、结垢等严重问题。


LT法首先利用将尘粒喷射雾化水后进行粗除尘,然后利用静电除尘器电极放电使尘粒带电,在通过产生的电场将带电尘粒吸附在电极上进行精细除尘,流程为:

LT法对转炉工艺操作要求严格,若冶炼过程操作不合理,静电除尘器就容易发生泄爆,严重时还会使极线断裂,极板变形,造成生产事故。因此,需要保证电除尘器和输灰系统等设备的高要求管理,才能使干法除尘正常运行。

对于一些钢厂来说,可以通过注入惰性气体来解决爆炸释放问题。例如,莱钢将四个氮气喷嘴置于蒸发冷却器出口管上,氮气引入自转炉低压氮气管道,由气动球阀控制,气动球阀开启后,氧枪开启,并可在延迟90秒后关闭。冶炼前40s,氮气连续吹入直径80 mm的除尘系统70~90秒。


2.2 电除尘技术

电除尘工艺是利用静电场将空气电离为正离子和电子,电子奔向正极板过程中会遇到空气中的尘粒,最后使尘粒带负电被收集到正极板上的方式来进行除尘的。

各国转炉炼钢领域对电除尘工艺进行不断的摸索和创新。在材料上增加了1、2电场极线的厚度;采用耐腐蚀的合金材料制造极板、极线均。


对于粉尘键合、管壁结垢等现象,其原因是当蒸汽压力较低时,烟气中水含量的增加是由烟气中水分含量的增加引起的。解决这一问题的根本措施是提高蒸汽压力。包钢拥有120 t转炉,将蒸发冷却器喷嘴的蒸汽压力保持在1 MPa左右,通过转炉自身和外部供气的联合运行,保证了供汽喷管的连续稳定蒸汽压力,效果显著。莱钢120 t转炉蒸发冷却器用氮气雾化代替蒸汽雾化,喷嘴处的氮气压力达到0.75 MPa以上,有效地减少了炉壁积灰,延长了喷枪的使用寿命。



2.3 西门子DDS 工艺

西门子DDS工艺是对于上文提到的传统LT工艺回收粉尘中化学元素锌造成的转炉中耐火材料更换周期短、冷却塔中氧化锌结块的问题改进后的优良工艺。它增设了一套专门分离富锌粉尘并特殊处理的系统。该系统是通过安装于烟气管壁的线激光测锌装置来实现的,当烟气中锌元素含量超标20%时,这样最后处理烟气中灰尘得到的产物就不再用于转炉内部生产使用,而是输送给专门的制锌企业,这就有效解决了锌富集的问题。另外,西门子冶金技术部还通过研究设计联合控制系统来降低新技术的运行成本,该系统是通过安装于烟道的粉尘在线监测系统,使粉尘实际排放量超标时就加大静电除尘器电压,可以使低负载情况下的功率输入显著减少。

3 其他除尘工艺

3.1 超高压宽间距电除尘器

亨利希在20世纪中叶首次提出将电除尘器改为宽间距电极的想法。电除尘器是利用设备电极放电将烟尘吸附于极板上达到除尘的效果,根据相关公式的运算,使用超高压电源驱动和宽间距的电极操作的方式可大大提高除尘效率。因此,即使减少设备极板的数量,仍能达到像低电压、窄间距系统一样的除尘效率。

目前,我国已经研制出具备超高压宽间距性质的电除尘器,通过加大电除尘器适用的粉尘比电阻范围,当烟气含尘量超标时,满足要求的除尘效率。该类型除尘器既可保证转炉要求的除尘效果,又能长期稳定运行,并且工作中发生危险的概率低。

3.2 电袋一体化除尘器

布袋除尘技术具有除尘效率较高、处理后的煤气显热高、无污水、系统阻力小的优势,不但可以节省大量的水资源,而且能够提高热风温度,减少燃料的消耗。

电袋一体化除尘器是一种将电除尘器与布袋除尘器相结合的高效除尘器,即在布袋开口前方位置加一个多级电场。该除尘器既能高效克服静电除尘器对细小颗粒控制效果差的不足,又能克服布袋除尘器在较为普遍的温度高、湿度高、容易黏结的粉尘环境中无法一次除尘的弊端。

4 结 论


(1)通过对转炉炼钢除尘技术和设备的总结和比较,可以看出大多数企业认可的第一种常用的湿法除尘和干法除尘各有优缺点,不同类型的炼钢转炉所需的除尘技术也应有各自的特点。目前,我国已经有了相对先进的除尘技术。只要把转炉和除尘工艺从根本上结合起来,因地制宜,因材施教,中国就能在这一领域取得突破性进展。在转炉炼钢除尘技术的未来发展中,只有按照科学的方法进行烟气除尘,才能达到维护生态环境健康和工业生产的共同目标。只有积极研究和优化转炉除尘技术,并将其与环保设施有效地结合起来,才能提高转炉除尘效果,降低资源消耗,最终保证生产安全有序。

(2)随着社会对钢铁企业节能减排要求的提高,干法除尘受到越来越多企业的重视和青睐。干法除尘虽然能耗和耗水量较高,但仍被世界公认为一项技术。干式除尘技术的优势已经成为未来发展的主流方向。转炉除尘干燥技术的进一步推广、应用和不断完善,将进一步促进转炉企业的节能减排和资源环境的可持续发展。



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