转炉一次除尘和粉尘回收利用技术

转炉一次除尘和粉尘回收利用技术
刘晨
1粉尘的来源和特点
转炉一次除尘粉尘主要源自吹炼过程中熔池蒸发的氧化物，兑铁、添加废钢和造渣料时被抽出来的细颗粒物。

粉尘量为钢水量的1％—2％或平均15kg／t(在10—20kg／t之间波动)，烟气中的粉尘浓度平均100g／Nm3(在70—200g／Nm3范围内波动)。

粉尘(源)的特点和难点：
◆烟气烟尘捕集难。

要把高温含尘烟气尽量抽净，同时又不希望吸入过多的空气，以提高转炉煤气的回收量和热值、控制除尘系统煤气流量。

◆烟气烟尘的间隙}生。

烟气量、烟气温度和粉尘浓度都呈快速、宽幅、频繁周期性波动，在很大程度上限制和影响后步冷却除尘设备的选型和运行效果。

◆粉尘具有黏性。

根源是粉尘中含有生石灰和白云石粉。

转炉一次除尘过程即使完全不直接喷水，也难防止粉尘粘接，因为生石灰在常温下与空气中的水分就会发生活化反应，熟石灰再与煤气中的CO2反应必然会生成石灰石。

这有助于理解为什么现在干法系统容易积灰。

此外，对于转炉一次除尘粉尘，最重要的特点是在烟气燃烧和未燃时，颗粒度分布和成分的显著不同：未燃粉尘主要为大于10μm粗颗粒粉尘，主要成分为氧化亚铁(FeO)；而燃烧后则绝大部分为小于1μm的亚微米烟尘，主要成分是四氧化三铁(Fe3O4)。

烟气燃烧还直接影响进入除尘系统的原始烟气量和烟气温度。

2除尘的目标
转炉一次除尘首要必须保证符合环保要求，其次由于涉及到转炉煤气的回
收利用，最好能同时达到煤气回收、利用的要求：
◆环保排放标准：按照我国目前的大气质量控制标准，烟囱排放烟气粉尘浓度必须小于等于80mg／Nm3，有的地方内控标准为小于等于50mg／Nm3，也有企业采用更严格的内控标准小于等于20mg／Nm3。

◆回收、利用转炉煤气要求：煤气回收都必须经过进一步净化，首先就是精除尘，其粉尘浓度要求小于等于10mg／Nm3；煤气进入燃气轮机发电则要求小于等于2mg／Nm3，并且对所含最大粉尘颗粒直径也有一定要求。

无论是环保排放还是回收利用煤气，都是在不过多增加运行成本的前提下，使粉尘浓度越低越好。

转炉一次除尘后的粉尘浓度相关标准参考表1。

3技术应用状况
据统计，2011年我国重点钢铁企业转炉总座数为616座，其中200—300t 转炉有32座，100—200t转炉有115座，100t以下的转炉有469座(其中30t及以下超过300多座)，再加上难以准确统计的民营企业转炉数量，估计全国转炉总座数超过800座。

相应的转炉一次除尘技术的应用状况：干法67座、半干法72座、新OG法50座，超过611座转炉沿用老OG湿法。

4除尘方法
转炉一次除尘有湿法、干法和半干法三类基本方法，都是由粗除尘和精除尘两步组成，几种常用除尘方法的粗除尘、精除尘的工艺设备和最终可达到的
粉尘浓度见表2。

5粉尘回收利用方法
按照平均转炉一次除尘量15kg／t估算，年产500万t钢的炼钢厂每年粉尘总量为7．5万t，平均每天粉尘量超过200t／d。

转炉一次除尘粉尘铁含量高，无论干法、湿法除尘都100％得到回收利用，回收的形式不同：干法回收干粉尘，湿法回收污泥或泥浆，主要用作烧结／球团原料，也有在炼钢厂内压球作转炉造渣剂或冷却剂。

干法回收的干粉尘多数采用喷水加湿后用普通卡车输送，或少数用真空槽罐车输送到原料场。

湿法回收的粉尘随排污水自流回水处理车间，经过过滤、压滤成含水20％—30％的污泥送至原料场，或不经过压滤直接将含水80％—85％的泥浆用泵或槽罐车送至烧结混料工序。

6分析探讨
对于转炉一次除尘的相关问题比如如何达到更低的粉尘浓度、除尘工艺设备的正确选择顺序、如何节水等进行了分析探讨。

6．1如何使转炉一次除尘烟气／煤气的粉尘浓度更低
常用除尘设备有两类：一类是布袋、滤筒等过滤式除尘器，更多是采用湿式电除尘器，特别是对于风量大、压升高的场合。

如前所述，由于转炉粉尘就是不直接喷水也具有黏性，事实上不适合采用干式静电除尘器，也不适合采用干式布袋类的过滤式除尘器。

比较适合和可靠的是选择环缝文氏管或湿式电除尘器。

两者相比之下，湿式电除尘器更经济可靠，可以在低阻损能耗下轻松达
到10mg／Nm3甚至2mg／Nm3以下，一次性直接达到煤气回收利用要求的粉尘浓度。

6.2除尘设备选择顺序
气体的干或湿是以饱和状态划分的，所谓饱和状态就从水表面蒸发为气体的水分子量与气态水分子冷凝回水的量相等时的状态，与气体温度和压力有关：在一定温度和压力下，不饱和气体就是干气体，比如干法除尘蒸发冷却器出口的烟气绝对湿度是湿法的一倍多，但因为温度远高于饱和温度，所以仍然是干烟气。

粉尘在含水10％以下仍然为干粉尘，含水在10％—30％为潮湿粉尘，含水超过30％为污泥、超过80％就成为泥浆。

选择不同的除尘设备或组合，能达到的排放废气粉尘浓度和除尘能耗水平会有很大差别。

参考有关资料，总结出依据颗粒度的大小选择除尘设备的正确顺序如下：
◆50—100μm的粗颗粒选择无动力密封干式重力除尘器；
◆10—50μm的颗粒物应优先选择微动力干式旋风除尘器；
◆≤10μm的颗粒物应选择微动力湿式喷雾洗涤除尘器比较经济；
◆只有对于≤1μm的颗粒物烟尘，在确有必要的场合才考虑选择通风除尘系统；并且除尘器要根据粉尘是否有黏性、湿度，优先选择干式、湿式静电除尘器或文氏管除尘器、布袋类过滤式除尘器。

这实际上也是一些发达国家或企业实现节能减排的重要成功经验，也就是说既要减排，又必须节能和降低成本。

按照这样的选择顺序审视现有的转炉一次除尘技术：以引进日本OG湿法为代表的各种湿法(包括第一代半干法)把粉尘颗粒物不分大小全部洗涤进入排污水中，导致转炉除尘水处理的巨大浪费；将大于等于50μm的粗颗粒通过干式蒸发冷却器去除是正确的选择，但将粉尘总量
60％以上的粉尘全部通过干式静电除尘器去除是不经济、也不正确的，只有去除占总量10％甚至1％以下的细颗粒粉尘时才应该选择通风除尘。

特别是对于高黏性、高湿度粉尘，不适合选择干式除尘器去除，这也是经干法除尘后粉尘浓度不能直接达到煤气回收要求的根源之一。

一般说来，干式静电除尘器入口粉尘浓度超过60mg／Nm3时应该采取预除尘，这是现有转炉干法除尘一个明显的设计缺陷，也是电除尘器积灰、设备腐蚀、检修量大、成本高的根源之一。

虽然通过加强设备操作、维护管理会缓解存在的问题，但干法积灰频繁，不可能根除。

6.3如何节水
转炉一次烟气从约900℃喷水冷却后，其饱和温度约72℃、对应的饱和湿度408g／Nm3，饱和温度、饱和湿度、还有饱和蒸汽压是相互对应的。

在湿度不变的情况下，烟气加热升温超过饱和温度就变为干烟气，冷却到饱和温度以下就会有水滴析出成为湿烟气，正确认识和在工程设计上处理好干湿截面很有意义。

现有湿法采取饱和冷却方式，将高温烟气的热量转移到排水中，排水在水处理过程中再上凉水塔冷却，一方面完全靠喷水升温换热冷却，烟气的冷却效果都依赖喷水温度和喷水量，导致浊循环水量很大，比如120t转炉浊循环水量在600t／h，折合气水比高达4—6L／Nm3；另一方面排烟和凉水塔蒸发消耗的补充新水量也大。

更主要的是湿法在大部分烟气和循环水流动过程中，都在干湿界面附近，变速甩干或降温冷凝都会出现粘灰问题。

干法采用蒸发冷却节省了浊环水，但为了防止粘灰，其蒸发冷却温度高达260—300℃，没有充分发挥蒸发冷却的作用，煤气冷却仍然采用饱和换热冷却，导致循环水量仍比较大，比如120t转炉约200t／h，折合气水比2—2.5L／Nm3，使干法的节水效果大打折扣。

从这个角度讲，现在的干法可以说也是“半干法”。

半干法具备完全停止现有水处理系统运行的技术条件：一是采用并改进蒸发冷却收干灰，大部分转炉粉尘不进入排水中，不再需要粗颗粒分离机，排水中悬浮物浓度和碱性成分都大幅减少，可以在现场粗过滤后循环使用；二是半干法所选择的喷嘴孔径大、采用防堵塞设计，降低了对供水水质的要求；三是高温烟气蒸发到极限饱和温度，排水基本不升温，不需要再上凉水塔冷却。

蒸发冷却到饱和温度后再喷水除尘，终冷烟气／煤气温度比湿法和干法低10—15℃，减少风机入口工况烟气量10％—20％，有利于缓解风机能力不足、降低风机电耗，减少烟气带水引起的新水消耗，增加煤气柜的缓冲能力和煤气热值。

6.4粉尘和污泥的更经济有效利用
湿法排污水过滤产生泥浆含水80％—85％、板框压滤后污泥含水20％—30％，运送到烧结原料系统的运输费用高、产生二次污染；干法产生的干灰都采用普通汽车运输装卸过程产生二次污染、也需要喷水加湿。

半干法产生60％以上的干灰，循环水粗过滤产生的泥浆不需要压滤，直接就近喷洒到干灰中混匀，既可防止二次扬尘，也不需要真空密闭罐车运输，应该是粉尘和污泥更经济有效的利用方法。

混匀后的潮粉尘将水量控制调节到20％—30％，可以送至烧结原料工序利用，更经济的是在炼钢厂压块用于转炉炼钢。

半干法与干法都采用蒸发冷却器，但在设计和性能上有较多区别。

半干法蒸发冷却器特点：
◆不用蒸汽雾化。

干法蒸发冷却采用蒸汽雾化，有其利用放散蒸汽的历史原因和采用干式静电除尘器需要烟气调质的技术原因，但从节能的角度看是不合理的：蒸汽属于高品质能源且能值高，如120t转炉的蒸发冷却器用5—6t／h 饱和蒸汽，折合吨钢消耗蒸汽20kg／t，而每千克蒸汽的能值接近1kWh能值，这导致干法节电3—4kWh／t的节能效果完全被雾化蒸汽能耗抵消，根本不节
能。

采用蒸汽雾化还导致烟气湿度增加，不仅使新水消耗比湿法还多，更主要的也是系统积灰的根源。

半干法采用微量氮气雾化或压力雾化，提高了系统的节能节水效果，也有利于防止积灰。

◆降低开喷烟气温度。

干法蒸发冷却喷枪安装在汽化冷却烟道内，开始喷水的烟气温度高、速度快，导致冷却后烟气／煤气湿度大、除尘效率低(只有40％左右)。

半干法通过喷枪安装位置和其他设计改进，可以使冷却后烟气饱和温度降低5—8℃，加上不用蒸汽雾化，煤气湿度显著降低，并且喷水与烟气混合处烟气速度低，蒸发冷却的除尘效率可以提高到60％—80%以上，相当于干法蒸发冷却器加1—2个电场电除尘的除尘总量，才能充分发挥蒸发冷却的作用。

◆蒸发冷却器结构设计优化。

干法蒸发冷却器都采用锅炉钢和耐热钢或不锈钢组合做壳体，不仅造价高，而且焊接难、容易裂纹；保温都采用矿棉，密封性能不好。

半干法优化了蒸发冷却器壳体、保温、进出口结构的设计，既可显著降低造价，更主要的是可提高设备使用寿命和安全。

◆出灰和卸灰输灰设备。

干法多采用水平埋刮板机出灰，设备故障多，卸输灰过程容易产生二次扬尘污染。

半干法采用直接重力出灰，设备简单故障少，解决了卸输灰中的二次扬尘。

8结论与建议
综合上述，可以得出以下结论和建议：
◆老OG湿法不能满足环保排放控制要求，特别对细颗粒PM2．5控制难，应该尽快改造。

新OG湿法没有解决水处理难题，也不值得再选用。

◆干法不适合小转炉；存在设计缺陷、安全隐患和设备维修费用高、影响转炉作业率等问题，不节能也不节水，不值得再推荐选用。

在建和在用设备应加强操作和维护管理来维持运行，更应该进行从根本上消除缺陷和产生问题根
源的技术改造。

◆选择出干灰的半干法改造OG湿法，并利用半干法的设计原理改进干法的蒸发冷却和煤气冷却设计，实现超洁净排放、停用传统浊循环水处理的节能减排效益。