钢铁冶金设备论文

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转炉煤气干法（LT）净化回收技术的国产化国家已将节能减排，改善环境提升到关系全局的战略高度，强调所有民众要有认清其极端的重要性和紧迫感，而冶金节能减排是治理之重点，消化了国外先进技术，自主研发创新，提升我国节能环保的技术装备水平，是冶金科技工作者的历史责任。一．概述氧气转炉炼钢采用吹氧冶炼，在吹炼过程中，其烟气量烟气成份和烟气温度随冶炼阶段呈周期性变化。同时在吹炼过程中，会产生大量烟尘和CO气体，特别在吹炼中期CO浓度可达80%以上，一般情况下，转炉煤气成份中CO的含量占55~66%（体积百分比），其烟尘成份中金属铁占13%，FeO占68.4%，Fe2O3占6.8%，当CO含量在60%左右时，其热值可达8000KJ/Nm3，而烟尘量一般为10~20kg/t钢。从中可以看出，在氧气转炉炼钢中，转炉煤气中CO含量很高，烟尘中铁含量也很高，因此都有很高的回收利用价值。通过转炉煤气的回收，不仅可以节约大量能源，而且对烟尘加以综合利用，变废为宝，同时又净化了大气环境。l国内外概况和发展趋势随着氧气转炉炼钢生产的发展，炼钢工艺的日趋完善，相应的除尘技术也在不断地发展完善。目前，氧气转炉炼钢的净化回收主要有两种方法，一种是煤气湿法（OG法）净化回收系统，一种是煤气干法（LT法）净化回收系统。日本新日铁和川崎公司于60年代联合开发研制成功OG法转炉煤气净化回收技术。OG法系统主要由烟气冷却、净化、16 煤气回收和污水处理等部分组成。其烟气经冷却烟道后进入烟气净化系统，烟气净化系统包括两级文氏管、脱水器和水雾分离器，烟气经喷水处理后，除去烟气中的烟尘，带烟尘的污水经分离、浓缩、脱水等处理，污泥送烧结厂作为烧结原料，净化后的煤气被回收利用。系统全过程采用湿法处理，该技术存在的缺点：一是处理后的煤气含尘量较高，达100mg/Nm3以上，要利用此煤气，需在后部设置湿法电除尘器进行精除尘将其含尘浓度降至10mg/Nm3以下；二是系统存在二次污染，其污水需进行处理；三是系统阻损大，所以其能耗大，占地面积大，环保治理及管理难度较大。鉴于以上情况，德国鲁奇公司和蒂森钢厂在60年代末联合开发了转炉煤气干法（LT法）净化回收技术。LT法系统主要由烟气冷却净化回收和粉尘压块三大部分组成，其烟气经冷却烟道使烟气温度由1450°C左右降至800~1000°C，然后进入烟气净化系统。烟气净化系统由蒸发冷却器和圆筒型电除尘器组成，烟气通过蒸发冷却器使其温度继续降至180~200°C，同时通过调质处理，使烟尘的比电阻降低并收集了粗粉尘，经过初步处理的烟气进入圆筒型电除尘器，经过进一步的净化，使其含尘浓度降至10mg/Nm3以下，以获得最佳的除尘效果。由电除尘器和蒸发冷却器收下的粉尘经输送机送到压块站，在回转窑中将粉尘加热到500~600°C，通过压块机采用热压块的方式将粉尘压制成型，成型的粉块可直接用于转炉炼钢。LT法主要的优点：一是除尘效率高，通过电除尘器可直接将粉尘浓度降至10mg/Nm316 以下；二是该系统全部采用干法处理，不存在二次污染；三是系统阻损小，煤气发热值高，回收粉尘可直接利用，节约了能源；四是系统简化，占地面积小。因此，LT法干法除尘技术比OG法湿法除尘技术有更高的经济效益和环境效益。由于该系统具有能耗低，除尘效率高，并取消了污泥系统，转炉煤气与粉尘均得到了综合利用，并可以部分或完全补偿转炉炼钢过程的全部能耗，有望实现转炉负能耗炼钢的目标，因而获得世界各国的普遍重视和采用。到目前为止，转炉煤气干法（LT法）净化回收技术在德国、奥地利、韩国、澳大利亚、法国、卢森堡等国得到应用，与此同时，美、英、日也开始采用该技术，应用总数已达40套以上。转炉煤气干法（LT法）净化回收技术在国际上已被认定为今后的发展方向。l经济效益和社会效益分析由于氧气转炉干式电除尘技术具有独特的优越性，所以被越来越多的国家所采用以取代OG法。采用干式电除尘技术，不但经济效益明显，且环境效益也佳。16 根据宝钢转炉煤气湿法（OG法）净化回收系统及干法(LT法)净化回收系统运行的经验，采用干法电除尘技术，每吨钢可节约电1.1度，节水3吨，并可回收10.5公斤含铁75%以上的烟尘和相当于20升左右燃料油的优质煤气.此外,每吨还可节约生产费用2.5元人民币。我国目前广泛采用的转炉湿式除尘系统(OG法)，除宝钢外，一般大、中型转炉除尘吨钢耗电平均为6度，小型转炉除尘耗电平均10～15度。转炉煤气的回收率很低，转炉除尘的污水处理复杂，污泥均未合理的综合利用。如果一个年产300万吨钢的大型氧气转炉炼钢车间由OG法改用LT法干式电除尘，假定它们回收的能量和烟尘相等，仅节电，节水和节约生产费用三项合计的年经济效益年，按最保守的估计也在1700万元以上。其中：节约工业用电：0.4x1.1x3000000=900万元(每度电按0.4元计)节约工业用水：1.0x3.0x3000000=132万元(每吨水按1.0元计)节约生产费用：2.5x3000000=750万元此外，含铁粉尘压球后代替转炉废钢和矿石也将是一笔可观的附加收入．★如果在我国普遍推行转炉干法电除尘，全年除尘耗电可减少近3亿度。★若将转炉可回收的煤气与蒸汽都综合起来，折合成标准煤，每吨钢可回收35公斤左右，可望实现低能或无能练钢。★更值得注意的是干法回收的粉尘，成球后直接返回转炉替代废钢或矿石作为冷却剂，直接回收其金属铁，可增加钢产量180吨/每万吨钢。★使煤气粉尘排放量大大低于国家环境保护要求，创造一个良好的生产环境和生活环境。★大大减少了原系统的设备维修费用。l转炉煤气干法（LT法）与湿法（OG法）除尘的技术经济指标比较在新建或改造一座炼钢转炉时，其除尘系统选择干法除尘，还是湿法除尘，以下引用德国鲁奇公司两座次150吨转炉为例。提供干法与湿法除尘的技术经济比较，对设计人员、用户选择除尘方法有一定的参考价值。1.基本参数氧气量42000Nm3/h转炉容量150t年钢产量1.3x106t冶炼周期性40～50　min吹氧时间16~17min每天吹炼炉数30炉16 原始炉气量94000Nm3/h燃烧系数0.1烟气量110000Nm3/h出汽化冷却器温度1000°C2.除尘系统相应设备的主要技术数据对比OG湿法除尘LT干法除尘降温文氏管t=78°C蒸发冷却塔t=150°C⊿P=3000Pa⊿P=100Pa除尘文氏管⊿P=12000Pa静电除尘器⊿P=200Pa出口含尘≤100mg/Nm3出口含尘＜10mg/Nm3高压离心风机P=21000Pa单机轴流风机P=6500Pa功耗N=1865kW功耗N=610kW---------饱和冷却器煤气含尘量~10mg/Nm3煤气含尘量~10mg/Nm3污水沉凝装置干法输送储存装置污泥脱水装置干法成球压块装置污泥干燥------------16 污泥返回烧结沉块返回烧结消耗指标每炉耗电1235kW消耗指标每炉耗电335kW每炉耗水70m3每炉耗水25m33.投资比较比较内容简介OG法LT法一次投资额(百万德国马克)18.6/(100)20.5/(110)年经济收益(百万德国马克)煤气球团合计13.0--13.0/(100)13.03.916.9/(130)年经营费用(百万德国马克)利息年利7.5%折旧每年8.33%操作费维修、保险费工资待遇(3%～5%)合计1.41.551.740.440.695.82/(100)1.541.710.490.400.384.52/(78)吨钢费用(德国马克)4.483.48注:比较内容中投资费用不包括烟罩、汽化冷却烟道、煤气柜与烟气管道。16 上述分析表明，干法电除尘系统的初次投资比湿式系统约高10%。但由于干式系统具有许多优点，所以其年消耗费用比湿法低22%。从综合比较表可看出，干法所多花的投资，不到一年半时间即可全部收回，而且随着运行时间的增长，干法除尘的经济效益逐年增加。一．转炉煤气干法（LT）净化回收技术转炉煤气干法除尘系统工艺流程为：约1550℃的转炉烟气在ＩＤ风机的抽引作用下，经过烟气冷却系统(活动烟罩、热回收装置及汽化冷却烟道)，使温度降至800～1200℃后进入蒸发冷却器。蒸发冷却器内有若干个双介质雾化冷却喷嘴，对烟气进行降温、调质、粗除尘，烟气温度降低到150～200℃，同时约有40%的粉尘在蒸发冷却器的作用下被捕获，形成的粗颗粒粉尘通过链式输送机输入粗灰料仓。经冷却、粗除尘和调质后的烟气进入圆筒形静电除尘器，烟气经静电除尘器除尘后含尘量降至10ｍｇ/ｍ3以下。静电除尘器收集的细灰，经过扇形刮板器、底部链式输送机和细灰输送装置排到细烟尘仓。经过静电除尘器精除尘的合格烟气通过煤气图1：煤气冷却和净化，CO－气体回收冷却器降温到70～80℃后进入煤气柜，氧含量>2%的煤气通过16 火炬装置放散。整套系统采用自动控制，与转炉的控制相结合。转炉煤气干法除尘系统主要构成及技术特点1蒸发冷却器转炉冶炼时，含有大量ＣＯ的高温烟气冷却后才能满足干法除尘系统的运行条件。蒸发冷却器入口的烟气温度为850～1200℃，出口温度约为200℃才能达到静电除尘器的条件。为此，采用若干个双流喷嘴调节最佳水量降温。双流喷嘴的水量可根据进入蒸发冷却器内的干燥气体的热含量随时调整。通入的蒸汽使水雾化成细小的水滴，水滴受烟气加热被蒸发，在汽化过程中吸收烟气的热量，从而降低烟气温度。蒸发冷却器除了冷却烟气外，还可依靠气流的减速以及进口处水滴对烟尘的润湿将粗颗粒的烟尘分离出去，达到除尘的目的。灰尘聚积在蒸发冷却器底部由链式输送机输出。蒸发冷却器还有对烟气进行调节改善的功能，即在降低气体温度的同时提高其露点，改变粉尘比电阻，有利于在静电除尘器中将粉尘分离出来。除了烟气冷却和调节以外，占烟气中总灰尘含量约40%的粗灰也在蒸发冷却器中进行收集。2静电除尘器静电除尘器为圆筒形静电除尘器，它是转炉煤气干法除尘系统中的关键除尘设备，其主要技术特点为：①16 优异的极配形式。由于转炉煤气的含尘量较高，在进入电除尘器时，一般为40～55ｇ/Ｎｍ3，而除尘器出口的排放浓度要求小于10ｍｇ/Ｎｍ3。这就要求电除尘器具有非常高的除尘效率，而除尘效率高低的主要因素就取决于其极配设计的合理性。该除尘器分为4个独立的电场，平行布置。每个电场均采用了ＺＴ24型阳极板，由于烟气温度较高，所以阳极板采用了一种耐温材料。针对4个电场的先后顺序，阴极采用了不同的形式和材质。通过对投运设备的检测，证明了该极配形式能够保证除尘效率。①良好的安全防爆性能。由于转炉煤气属于易燃易爆介质，对设备的强度、密封性及安全泄爆性提出了很高的要求。该除尘设备采用了抗压的圆筒外形，而且在锥形进出口各装有可靠的泄爆装置，从而保证了除尘器长期运行的安全可靠性。②除尘器内部的扇形刮灰装置。电除尘器内部刮灰装置是电除尘器中非常重要的一部分，电除尘器排灰是否顺利，会影响到整个系统的正常运转。该除尘器的刮灰装置采用齿轮带动弧形齿条传动，并采用干油集中润滑，保证了刮灰装置的顺利运行。③耐高温链式输送机。由于该除尘设备除尘效率高，所以有大量的灰需要即时输送出去。设备采用了可靠的耐高温链式输送机进行输灰，确保输灰顺畅。3风机站安装在圆筒式后面的ID风机用于将转炉废气输送到放散塔的出口或煤气柜。16 干法除尘系统的特点是在静电除尘器上的压力损耗低，它可选用较低的风机功率，为此可以使用轴流风机。与离心风机相比，轴流风机可通过变频电机实现无级调速。另外，气流送进煤气柜之前应升高到较高的压力水平。为了在流量控制范围内升高压力，调整ID风机的速度。图2：煤气量控制－第1部分放散塔布置在ID风机的下游。点火装置位于清洗塔上部。在放空前，含有一氧化碳的废气用点火装置点燃后放散。根据一氧化碳的含量，在从风机到放散塔或煤气柜之间装有切换杯阀。由高压泵、比例阀等组成的液压系统控制二个杯阀的开启和闭合，达到或放散或回收的目的。切换站的功能如下：根据转炉产生的煤气含量，及转炉实际的工况条件控制“放散”或“回收”。当实现放散时，液压系统通过控制比例图3：煤气量控制－第2部分阀的开度，控制放散杯阀打开，回收杯阀关闭，将煤气输送到放散塔；实现回收时，控制回收杯阀打开，放散杯阀关闭，将煤气输送给煤气冷却器，直至煤气柜。4煤气冷却器16 煤气冷却器在静电除尘器后主要起洗涤降温作用，把经过静电除尘器除尘的合格烟气(150～200℃)降温到70～80℃后排入煤气柜。煤气冷却器内上部装有两层喷水系统，合格烟气从煤气冷却器下部进入顶部排出，从而达到降温作用。图4：煤气回收转换站5控制系统ＬＴ控制系统共分三个控制回路：蒸发冷却器的温度控制、风机流量控制、切换站气体成分控制。整个控制系统的关键技术是静电除尘器的高压变压整流设备的控制，其性能特点是全面结合了湿、干及热性气体静电除尘器的电子处理技术及相关领域的知识和经验。对于诸如不断变化的操作状态、极端的过程波动和多电极配置等情况，不能完全用纯数学的方式描述；因此在闪络判别、电晕效应的最优化等方面采用了模糊控制，改善了烟气的净化效果；通过数字输入来实现外部操作或触发操作方式，具有处理特殊的负载状态的功能，并根据工艺过程引起的负载变化来调节电压以达到节能目的。通过光缆与配套系统或PC连接，实现计算机对除尘器节能的自动控制与除尘器的电流、电压值在远程的实时监视。另该技术设备是与干式静电除尘配套设备。根据吹炼、停吹、振打等三种工作状态，进行火花跟踪控制、间歇供电、反电晕检测、峰值跟踪控制并提供各种保护功能。按设定好的程序对电压和电流进行调节，以发挥最大的电流效率，确保安全生产。该成套技术设备是由北京博谦工程技术有限公司在研究和跟踪国外技术的基础上自主创新，并已经将该套设备投入钢铁企业实际运行。16 蒸发冷却器的温度控制根据出入口烟气温度、流量调节喷水量，确保烟气出口温度在控制范围内。烟气在汽化冷却和除尘装置中的流量由流量控制系统确定。烟气流量可通过烟气流量调节器的输出信号控制，这种控制可通过改变风机的转速来实现，使炉口保持微正压。汽化冷却烟道中的静压力是决定烟气流量调节的主要参数，另外对烟气流量调节起作用的影响参数是吹氧量和烟气量，在转炉正常作业中，1台计算机负责处理这三个参量并将此作为修正参量输给风机速度调节控制机构。对于在炼钢过程中进行的加料作业，如矿石或石灰石，或者辅助作业，ＬＴ系统的烟气流量调节系统将根据给定的程序做出反应。切换站气体成分控制是在规定的时间内根据烟气成分分析确定切换站的动作。当烟气中ＣＯ含量大于规定值30%、氧气含量小于规定值2%时，回收烟气阀打开。烟道转换所用阀门配有调节元件，流线型通道形状调整膜，便于在烟气切换时平衡系统的压力，防止在转炉口烟气捕集点发生喘振现象。转炉煤气干法除尘系统自动化控制范围从汽化冷却烟道开始到煤气冷却器结束，设一级基础自动化，与转炉本体、汽包等自动化系统进行联网通讯，组成以太网光纤环网。其自动化控制水平高，具有自适应功能的控制软件，使得干法除尘系统的运行更加符合炼钢工艺的实际变化情况。三．转炉煤气净化回收技术的研究和开发16 在转炉煤气净化回收技术的研究和开发方面，我所从90年代初开始这方面的研究和开发。自宝钢转炉引进转炉煤气湿法（OG法）净化回收系统和干法（LT法）净化回收系统以来，西安重型机械研究所一直跟踪调研，在消化国外设备基础上，结合国内情况，开发了转炉煤气净化回收系统中的关键设备。1）转炉煤气湿法（OG法）净化回收系湿式电除尘技术的开发应用根据目前国内绝大多数转炉采用湿法（OG法）净化回收这一国情，在消化吸收宝钢引进转炉煤气精除尘湿式电除尘器的基础上，对湿式电除尘雾化喷嘴及喷水系统、极配形式、阳极板电流密度、粉尘理化性能分析、气流分布、绝缘性能等进行了试验研究，率先在国内开发出了适用于转炉煤气精除尘的湿式板卧式电除尘器（专利），该电除尘器除尘效率高，能耗低，安全可靠性强，使转炉煤气在净化后其含尘浓度小于10mg/Nm3，解决了转炉煤气在湿法（OG法）净化后其含尘浓度过高的问题，替代了国内技术水平落后的老式立管湿式电除尘器。该电除尘器已在鞍钢、包钢、武钢、唐钢等数十家钢铁公司得到成功的应用，并在全国各钢铁公司广泛推广。2）转炉煤气干法（LT法）净化回收系统关键技术的试验研究16 转炉煤气干法（LT法）净化回收系统中关键设备是圆筒型干法电除尘器。在转炉煤气湿式电除尘技术开发研究的基础上，特别在宝钢三期工程引进转炉煤气干法（LT法）净化回收系统后，西重所对其关键设备及其技术进行了消化吸收，主要对转炉煤气干法电除尘系统中的关键设备及其技术进行试验研制和开发。根据各厂工艺情况有所不同，采用转炉干法电除尘系统的内部结构略有不同，但其主要流程及技术关键（即蒸发冷却系统、电除尘器、高压电源、粉尘回收系统）是基本相同的。因此，结合我国钢铁行业的情况和特点，开发出一种适合我国大、中、小转炉新建、改造的投资少、能耗低、建设速度快的干法电除尘系统作为主要研制目标。转炉煤气干法电除尘系统中的关键设备及其技术主要有以下几方面：①蒸发冷却系统蒸发冷却系统主要由蒸发冷却器、雾化喷嘴、温度调节及控制系统组成，其作用是将经过冷却烟道的转炉烟气，再进一步降低到180～200℃，另一方面对烟气进行增湿调质，以降低烟尘的比电阻，同时进行初除尘，有利于电除尘器除尘效果，在该系统中，着重研究以下方面的关键技术：★温度调节及控制技术的研究与开发。★雾化喷嘴的研制开发。★蒸发冷却器本体结构的设计与研制。②圆筒型干法电除尘器转炉煤气干法电除尘器主要由圆筒形壳体、收尘部分、清灰系统和输灰系统等组成。由于转炉烟气中含有大量的CO可燃气体，易产生爆炸，除尘器被设计成圆桶形，并在进出口喇叭上设有相应的安全防爆门，以消除在生产过程中可能产生的压力冲击波。电除尘器一般配有四个电场，经电除尘器处理的烟气含尘浓度要求小于10mg/Nm3，电除尘器收尘部分的极配形式必须适应转炉要求的工艺特点，一般采用板线结构，集尘极捕集的粉尘通过机械振打和一种特殊的刮灰装置，将粉尘集中到底部的链式输送机中，由双重卸灰阀将粉尘排出。根据该电除尘器的技术特点，着重研究以下方面的关键技术：★极配优化试验研究。16 ★阴阳极振打试验研究。★设备的安全防爆性能试验研究。其中包括：除尘器壳体耐压强度的计算分析；防爆阀的研制开发和可靠性研究；除尘器防泄漏密封性研究。★除尘器内部刮灰装置的研制开发。★除尘器电控系统的研制开发。★除尘器本体结构的设计与研制。★耐高温链式输送机的研制开发。★组织核心技术高压控制电源的自主开发。③粉尘回收系统在冷却器中沉降的粗粉尘量为5～8Kg/t钢，在电除尘器中捕集的细粉尘量为10～13Kg/t钢，粉尘中的含铁量在70%上下,粗粉中的含铁量更高，可经过适当的处理加以利用。主要方法是将收集下的粉尘加热至500～600℃，然后在不加任何添加剂的条件下，在压块机内热压成球，粗粉尘所压的球可以替代废钢使用，而细粉尘所压的球可以替代矿石作转炉炼钢的冷却剂。在本系统中主要研究以下方面的关键技术；★粉尘的加热方式和适合粉尘压球温度的试验研究。★热压球设备研制开发。目前此项课题正在进行之中，部分子项以完成。16 西重所与宝钢技术中心合作，开展了《转炉煤气干法电除尘器关键技术预研究》科研项目的试验研究，项目于2001年结束，其中，通过极配试验，研制出新型极配形式和新型阴极线，新型阴极线于2002年申请获得专利。通过阴阳极振打试验，确定了新型振打锤的结构和重量。3）转炉煤气干法（LT法）电除尘器的国产化应用。经过冶金科技工作者不懈的努力，我国已在转炉煤气干法（LT）净化回收技术装备国产化方面取得了长足的进步。随着人们对转炉煤气干法（LT）净化回收工艺与系统装备基理的研究深化，加之节能环保形势的迫切性，将大大加速转炉煤气干法（LT）净化回收成套技术装备的国产化进程，并将取得更大的经济社会效益。16 16