排放达标与钢厂效益兼顾：转炉烟气除尘相关技术的应用与思考

2012年至今，我国大部分地区出现了严重的雾霾天气，威胁到了人们的健康，也使国家更加高度重视环境保护的问题。对于钢铁行业来说，早期的《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)中规定的达标排放值为100mg/m3~150mg/m3，该标准已经远远不能满足当今的环保要求。新版《炼钢工业大气污染物排放标准》GB28664-2012(于2012年10月1日正式实施)规定：颗粒物排放浓度限值及总量控制指标中，现有企业转炉一次除尘最高允许排放浓度为100mg/m3，新建企业为50mg/m3。2015年1月1日开始，无论新建还是现有企业，其排放浓度都必须达到50mg/m3以下。

环保标准越来越严格，钢铁企业做好环保工作势在必行。因此，转炉烟气除尘系统的技术更新也迫在眉睫。

众所周知，炼钢转炉烟气除尘分为湿法和干法两大类，最具代表性的是OG(氧气转炉煤气回收)湿法除尘工艺和LT(转炉一次烟气静电除尘)干法除尘工艺，还有近年发展起来的塔文工艺、全余热回收布袋除尘工艺，以及正在研发的其他新除尘工艺。比较而言，OG湿法除尘工艺几乎不可能达到50mg/m3的排放标准，LT干法、布袋除尘干法均能较好地达到排放标准。近3年来，塔文湿法工艺也有了很大进步，目前排放浓度能够稳定在50mg/m3以下，近期还出现了半干法(蒸发冷却器加塔文系统)的新工艺。本文针对以上的工艺进行经济性与可行性的分析。

LT干法：适合新建钢厂

LT干法流程的优点是不需要废水处理设备和污泥脱水设备等，具有水耗低、无污水处理系统、电耗低、风机运行稳定、粉尘排放浓度小等优点。同时，LT干法也存在一些问题：一是干法除尘造价高，自动控制连锁多，自动化要求程度高;二是采用的机械设备多，结构复杂，故障率高，维修时间长;三是蒸发冷却使煤气中含有较高的水分，易结露，造成电晕封闭和反电晕现象，同时影响输灰系统的设备运行寿命，对蒸发冷却塔水量、水压控制都有严格要求;四是蒸发冷却器壁上结垢问题还没有很好解决;五是泄爆频繁，影响电除尘器内零部件的寿命和除尘效果;六是除尘后煤气温度高，必须采用专门的冷却设备才能进入煤气柜。

如果是新建钢厂，采用LT干法除尘有一定的优势。钢厂不用安装污水处理系统，省去了粗颗粒脱除设施、沉淀池、除尘水冷却系统及供水系统。原规划的这部分设备设施的占地可以用来上LT干法的电除尘器、煤气冷却器和钟罩阀等设施。虽然使用LT干法一次性投资有所增加，但因省去除尘水系统可以节省一部分费用，增加的投资还可以接受。如果是OG湿法除尘系统以LT干法改造，则难度较大，主要表现为以下几点：

厂房结构受限。喷入烟气中的水需要在蒸发冷却器(EC)中完全蒸发，以达到降温、烟气调质、粗除尘的目的。除了对喷入的烟气温度、水量、水雾颗粒大小有严格要求外，对蒸发冷却器的高度也有一定要求，即必须在蒸发冷却器中停留足够的时间。对于采用OG系统的炼钢厂房，厂房高度往往受限，满足不了蒸发冷却器的高度需求。如果厂房改造，则会增加改造难度和改造费用，延长改造工期。

需改造汽化冷却烟道。为了保证气水接触时间，喷入蒸发冷却器的水是从汽化冷却烟道末段进入，则对末段汽化冷却烟道的长度有要求，并需要在汽化冷却烟道末段开孔，因此汽化冷却烟道需要改造。这样会增加改造费用。

需要额外占地。电除尘器安装周期比较长，为了减少对现有炼钢生产的影响，必须先建设、后对接，因此需要额外占地。对于占地紧张、布置比较紧凑的钢厂来说，这也是一个难题。

一次性投资大。除蒸发冷却器自动控制连锁多、自动化要求程度高、电除尘器投资大之外，由于烟气温度不同，造成烟气量不同，原来的风机入口管道、风机、三通阀、风机出口管道、放散烟囱都需要改造，且需要额外增加煤气冷却器，投资较大。以一座120吨转炉为例，本系统全部改造需要资金3000万元以上。

相对来说，OG系统改造为LT系统不经济，某些钢厂因受厂房高度限制和总图影响甚至不具有可行性。

半干法：推广有难度

半干法(蒸发冷却器加塔文系统)是在塔文除尘系统前加一级蒸发冷却器，将温度降到320℃左右，再加塔文系统的工艺流程。这种方法在国内已经有应用，相当于增加了一级除尘。就目前应用的经验看，该工艺具有除尘效果较稳定、改善除尘水水质的优点，但存在一次性投资大、自动化程度配置高、故障率高的问题。

该方法蒸发塔的除尘效率在30%左右，精除尘仍然由文氏管来实现。其相比其他方法多了一级除尘，相当于三级除尘器串联。由此可以计算出多级除尘器串联的除尘效率。如果是两级除尘，洗涤塔的除尘效率为95%，文氏管的除尘效果为99.5%，塔文除尘系统的除尘效率为99.975%。如果是三级除尘，一级蒸发塔除尘效率为30%，则塔文除尘系统的除尘效率为99.9825%，除尘效率有所提高。当进口烟尘浓度为150g/m3时，采用塔文两级除尘的排放浓度为37.5mg/m3，采用三级除尘的排放浓度为26.25mg/m3。

同时，该流程需要将蒸发冷却器放到车间内，同样受厂房结构所限。现有的炉后平台无法布置蒸发冷却器、洗涤塔、文氏管和脱水器等工艺设备，一般文氏管及脱水器需要引到厂房外。这样做一方面占地面积较大;另一方面粗除尘之后管道距离较长，容易积灰、结垢，增加了清理工作量，影响系统的稳定运行。

此外，该方法投资较大，一般一座120吨转炉的投资在700万元左右。目前，塔文除尘系统的排放浓度可以满足小于50mg/m3的要求。从厂房承载能力、厂房内安全通道、设备的复杂程度、运行稳定性、运行费用、占地面积、一次投资和排放浓度等因素综合考虑，该方法推广难度较大。

塔文除尘改造：具有经济性

塔文湿法除尘系统相对于OG湿法除尘系统具有节水、节电、运行成本低、维护方便、劳动强度小、系统阻力小、抽风量大和净化效果好(净化后的粉尘含量可达到50mg/m3以下)等优点，其工艺流程如下：

转炉炉罩→汽化冷却烟道→水冷灭火水封→喷雾蒸发洗涤塔→环缝文氏管→旋流脱水器→煤气鼓风机→煤气回收(或点燃放散)。即，转炉烟气经汽化冷却烟道降温冷却后，温度由1450℃~1600℃降到900℃左右，通过水冷灭火进入喷雾蒸发洗涤塔，经洗涤降温，温度降至70℃左右，烟气变为饱和烟气并实现粗除尘。

降温后的饱和一次烟气(转炉煤气)进入环缝文氏管(除尘文氏管)，环缝文氏管有两个作用：其一是在煤气回收时，通过微差压检测装置和液压伺服装置，对喉口的开度进行自动调节，使转炉炉口处于0Pa~20Pa左右的微正压状态，用以控制炼钢过程中产生的CO不燃烧或少燃烧;其二是控制烟气流速，使烟气以稳定的高速气流通过喉口进行精除尘。通过环缝文氏管精除尘后的烟气温度降至64℃左右，净化后的饱和烟气通过90°弯管进入旋流脱水器进行精脱水，经精脱水的烟气经管道进入风机。

转炉烟气净化后由引风机诱引并压送至三通切换阀。放散时，由三通切换阀切换至放散烟囱放散;回收时，由三通切换阀切换至煤气管道并经水封逆止阀、V形水封和流量计进入煤气柜。当净化后的烟气被切换至并联备用引风机时，由备用引风机诱引并直接压送至放散烟囱放散。因为备用风机是在其他风机故障时应用，所以不设置煤气回收设施，烟气直接进入放散塔放散。

采用该方法改造的优点是只改一级文氏管 、二级文氏管、脱水器三大工艺设备即可，炉后平台改动小，风机、管道、浊环水系统等均可利旧。另外，该方法投资少，一般一座120吨转炉的改造投资在400万元以下;改造工期短，可以利用炉役检修时间进行改造，一般在15天~20天;排放浓度可以稳定在40mg/m3以下，最低可以达到20mg/m3。如果将来国家排放标准进一步提高，还可在脱水器之后增加湿式电除尘器或其他高效湿式除尘器。

从满足国家排放标准、改造的经济性、运行稳定性等各方面综合考虑，笔者认为目前转炉一次除尘由OG系统改造为塔文系统是一种经济有效的改造方法，值得推广。