首鋼國際工程公司消化引進(jìn)大型轉(zhuǎn)爐干法除塵技術(shù)
北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司(簡稱“首鋼國際工程公司”)致力于消化引進(jìn)大型轉(zhuǎn)爐干法除塵技術(shù)。依托首鋼京唐300t轉(zhuǎn)爐和首鋼遷鋼210t轉(zhuǎn)爐引進(jìn)的干法除塵技術(shù)裝備，承擔(dān)了國家“十一五”科技支撐計劃項目《長壽集約型冶金煤氣干法除塵技術(shù)的開發(fā)》課題的研究，對轉(zhuǎn)爐干法除塵技術(shù)進(jìn)行理論研究和核心設(shè)備開發(fā)研制，目前在大型轉(zhuǎn)爐干法除塵技術(shù)國產(chǎn)化的進(jìn)程上取得了重大的進(jìn)展。
1 轉(zhuǎn)爐干法除塵技術(shù)背景
轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵是魯奇（Lurgi）和蒂森（Thyssen）公司20世紀(jì)60年代末合作開發(fā)的。轉(zhuǎn)爐干法除塵的基本原理是對經(jīng)汽化煙道后的高溫煤氣進(jìn)行噴水冷卻，將煤氣溫度由900℃～1000℃降低到200℃左右，采用電除塵器進(jìn)行處理。轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)主要包括：蒸發(fā)冷卻器、靜電除塵器、煤氣切換、煤氣冷卻器、放散煙囪、除灰系統(tǒng)等。
與濕法除塵（OG）法比較，干法除塵有以下優(yōu)點：
.除塵效率高。凈化后煙氣含塵量為10mg/Nm3～20mg/Nm3，如有特殊要求可降至5mg/Nm3。
.系統(tǒng)阻力小，耗能低，風(fēng)機(jī)運行費低，壽命長，維修工作少。
.在水、電消耗方面具有明顯的優(yōu)越性。
.不需要泥漿沉淀池及污泥處理設(shè)施。
.含鐵干粉灰壓塊后可直接供轉(zhuǎn)爐利用。
2 首鋼京唐干法除塵設(shè)施的技術(shù)特點及實施情況
首鋼京唐煉鋼廠采用2+3的“全三脫”兩步法冶煉生產(chǎn)模式。配置2座300t脫磷轉(zhuǎn)爐和3座300t脫碳轉(zhuǎn)爐。脫磷轉(zhuǎn)爐平均冶煉周期25min ，脫碳轉(zhuǎn)爐平均冶煉周期28min。正常情況下，實行2+3轉(zhuǎn)爐全量脫磷、脫碳處理，轉(zhuǎn)爐與板坯連鑄機(jī)采用3對3的高效快節(jié)奏的生產(chǎn)模式。
在歐洲轉(zhuǎn)爐干法除塵技術(shù)應(yīng)用非常普遍，但是歐洲鋼廠均沒有采用“全三脫”轉(zhuǎn)爐兩步法冶煉技術(shù)。在日本“三脫”轉(zhuǎn)爐兩步法冶煉技術(shù)應(yīng)用很多，卻沒有采用轉(zhuǎn)爐干法除塵的實例。首鋼京唐鋼鐵公司是世界上第一個在 “全三脫”兩步法冶煉的大型快節(jié)奏轉(zhuǎn)爐上采用干法除塵技術(shù)的鋼廠。該工藝特點是：“三脫”處理后的鐵水，已基本不含Si，C、Mn含量也有較大的降低。但是在工業(yè)化生產(chǎn)中仍需解決以下兩個問題，對“三脫”處理后鐵水進(jìn)行吹煉，開吹后的爐氣量和爐氣中的CO含量是否會顯著增加？如采用干法除塵是否會增加卸爆發(fā)生頻率？
為了實現(xiàn)在“全三脫”冶煉的轉(zhuǎn)爐上應(yīng)用煤氣干法電除塵技術(shù)，技術(shù)團(tuán)隊對國外進(jìn)行了考察調(diào)研和認(rèn)真分析研究。分析結(jié)論認(rèn)為：與常規(guī)吹煉相比，“三脫”鐵水吹煉前期爐氣中CO比率不會增加，這對減少卸爆有利。但“三脫”鐵水吹煉前期，爐氣量會有顯著增加（30％以上），如“前燒期”空氣過剩系數(shù)選擇偏低（即煙罩開啟不夠），可能會有部分未燃CO進(jìn)入除塵系統(tǒng)，造成燃燒爆炸，但如果操作合理、措施得當(dāng)，完全可以避免卸爆事故的發(fā)生。經(jīng)過反復(fù)研究最終確定：在300t轉(zhuǎn)爐“全三脫”冶煉條件下采用煤氣干法除塵技術(shù)。
首鋼國際工程公司作為國家“十一五”科技支撐計劃重點項目的負(fù)責(zé)單位，為探索、驗證首鋼京唐300t “全三脫”轉(zhuǎn)爐干法除塵在脫碳轉(zhuǎn)爐開吹階段的可行方案，在2007年底到2008年初和京唐公司煉鋼部共同組織完成了在包鋼薄板坯連鑄連軋廠210t轉(zhuǎn)爐“雙渣法”模擬脫碳爐冶煉進(jìn)行的干法除塵試驗。
兩次試驗分別于2007年12月25日和2008年1月21日～25日期間進(jìn)行，試驗使用了包鋼薄板坯連鑄連軋廠2#轉(zhuǎn)爐，共冶煉26個爐次。通過雙渣法模擬測試了干法除塵系統(tǒng)在脫碳開吹階段的運行情況，采用了包括3.2m和2.8m兩種開吹槍位的試驗方案，試驗結(jié)果是：轉(zhuǎn)爐冶煉、干法除塵系統(tǒng)運行正常，脫碳冶煉開吹階段沒有發(fā)生“卸爆”。并根據(jù)包鋼轉(zhuǎn)爐干法試驗的情況，課題組和首鋼京唐公司煉鋼部編制了適應(yīng)常規(guī)轉(zhuǎn)爐煉鋼和“全三脫”兩步法煉鋼的初步操作規(guī)程。
3首鋼京唐煉鋼廠的生產(chǎn)應(yīng)用情況
首鋼京唐煉鋼廠采用2座300t脫磷轉(zhuǎn)爐+3座300t脫碳轉(zhuǎn)爐吹煉模式，5座轉(zhuǎn)爐均采用干法除塵技術(shù)。
工藝路線為轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)汽化冷卻煙道，將煙氣溫度冷卻到950℃以下后，依次進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器、靜電除塵器、ID風(fēng)機(jī)、切換站、煤氣冷卻器。見圖1。
從2009年3月13日首鋼京唐鋼鐵廠第一爐鐵水在2#脫碳爐開始熱試到2010年2月底，轉(zhuǎn)爐共冶煉11555爐，其中包括試驗“全三脫”兩步煉鋼689爐。在轉(zhuǎn)爐干法除塵課題組成員和生產(chǎn)技術(shù)人員共同努力下，通過對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的卸爆和輸灰等問題的解決，摸索出一套符合首鋼京唐煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)與干法除塵系統(tǒng)相配合的工藝參數(shù)。
3.1解決的主要問題
1）卸爆問題
首鋼京唐300t轉(zhuǎn)爐卸爆發(fā)生的主要原因是由于氧槍未打著火或打火時間過長及槍位低等原因，造成氧含量超標(biāo)而發(fā)生卸爆。通過摸索轉(zhuǎn)爐操作和除塵操作相配合的工藝參數(shù)降低了卸爆的發(fā)生。到2010年3月22日為止，轉(zhuǎn)爐共卸爆15次。目前每月的卸爆次數(shù)均控制在0.3%以內(nèi)。
2）粗輸灰堵灰問題
由于300t轉(zhuǎn)爐自身粗灰量大，加上石灰和副原料條件不好，造成粗灰量大，出現(xiàn)堵灰現(xiàn)象。技術(shù)人員通過間斷式輸灰，并使程序固定化。最終降低了堵灰的頻率和輸灰鏈斷的情況并降低了操作工的勞動強度。
3）冒煙情況
300t轉(zhuǎn)爐在使用初期，冒煙問題比較嚴(yán)重。尤其是在氧槍試氧、燒爐嘴、洗爐底時，為保護(hù)干法除塵設(shè)備，初期操作要停靜電除塵器，造成煙囪冒煙。經(jīng)過一段時間的摸索后，逐步改進(jìn)發(fā)展為全開四級電場，配合噴蒸汽和定量水，從而減輕了煙囪冒煙的發(fā)生。
4）雙聯(lián)冶煉工藝操作
在“全三脫”冶煉試驗中，為保證干法除塵系統(tǒng)適應(yīng)脫磷工藝和脫碳工藝，課題組摸索出了脫磷爐蒸發(fā)冷卻器噴水控制模型和脫碳爐開吹時氧氣流量、罩裙降罩、槍位控制和加料操作等控制模型，從而減少了轉(zhuǎn)爐因CO/O2、H2報警提槍次數(shù)和泄爆事故的發(fā)生。
為配合轉(zhuǎn)爐進(jìn)行雙聯(lián)冶煉操作，課題組通過消化蒸發(fā)冷卻器噴水模式，摸索出脫磷工藝蒸發(fā)冷卻器噴水曲線并固化程序，在HMI畫面上修改為選擇操作，可選擇常規(guī)或脫磷工藝噴水曲線。
3.2首鋼京唐煉鋼廠應(yīng)用情況
1）煤氣回收及蒸汽回收
表1為首鋼京唐煉鋼廠統(tǒng)計的2009年10月～12月的煤氣回收情況，表2為京唐公司統(tǒng)計的2009年10月～12月的蒸汽回收情況。
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從以上兩表可以看出，蒸汽回收量和煤氣回收量已經(jīng)基本達(dá)到了課題目標(biāo)要求。
2）煙塵排放濃度
通過在線粉塵分析，排放煙氣含塵量平均為10mg/Nm3，最低在5mg/Nm3以下，基本實現(xiàn)＜15mg/Nm3課題目標(biāo)要求。
4 大型轉(zhuǎn)爐干法除塵設(shè)施的消化引進(jìn)再創(chuàng)新的研究內(nèi)容
為了進(jìn)一步消化引進(jìn)轉(zhuǎn)爐干法除塵技術(shù)裝備，課題組聯(lián)合國內(nèi)具有一定實力和研制基礎(chǔ)的單位，對轉(zhuǎn)爐干法除塵的核心設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。目前研發(fā)工作已經(jīng)全面完成，正在進(jìn)行課題總結(jié)工作，準(zhǔn)備在2010年完成課題的驗收工作。
4.1轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵新工藝控制的優(yōu)化
1）干法除塵工藝對轉(zhuǎn)爐吹煉工藝控制的研究。
2）研究轉(zhuǎn)爐全三脫吹煉過程中，煙氣成份、溫度的變化規(guī)律，開發(fā)干法除塵系統(tǒng)精確控制技術(shù)。
3）轉(zhuǎn)爐全三脫冶煉條件下,與干法除塵工藝連鎖控制技術(shù)的研究。
4）干法除塵與回收系統(tǒng)關(guān)鍵復(fù)合功能組檢測與控制技術(shù)，蒸發(fā)冷卻器復(fù)合功能組（EC）、靜電除塵器復(fù)合功能組(EP)、風(fēng)機(jī)站復(fù)合功能組（ID）、煤氣切換站復(fù)合功能組、煤氣冷卻器復(fù)合功能組（GC）、放散塔復(fù)合功能組。
目前完成干法除塵工藝對轉(zhuǎn)爐吹煉工藝控制的研究，編寫完成了《干法除塵工藝對轉(zhuǎn)爐工藝的工藝操作要求》。完成了“全三脫”冶煉工藝及相應(yīng)干法除塵系統(tǒng)的快速檢測。繼續(xù)跟蹤京唐公司煉鋼部共同完成“全三脫”條件下的工藝連鎖和相關(guān)功能組的檢測與控制技術(shù)的研究，編制完成適合京唐煉鋼廠轉(zhuǎn)爐“全三脫”冶煉模式的自動化連鎖程序。
4.2轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵新工藝?yán)鋮s系統(tǒng)的優(yōu)化
1）對蒸發(fā)塔的煙氣流場、溫度場及塔內(nèi)的煙氣均布、水蒸汽均布進(jìn)行研究，并對噴水裝置的安裝位置及斷面分布、煙氣流速進(jìn)行優(yōu)化。
2）建立蒸發(fā)塔的數(shù)學(xué)模型，利用CFD軟件對其進(jìn)行數(shù)值模擬，并根據(jù)計算結(jié)果對蒸發(fā)塔的冷卻裝置進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化；
3）對蒸發(fā)塔內(nèi)的粉塵運動進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，通過數(shù)值計算得到粉塵在蒸發(fā)塔內(nèi)的運動軌跡和沉降位置，并提出相應(yīng)的粉塵堆積位置。
4）建造實驗設(shè)備（1：10），主要實驗設(shè)備包括蒸發(fā)器模型（有機(jī)玻璃）、噴水裝置、泵和風(fēng)機(jī)。
已經(jīng)建成蒸發(fā)冷卻塔數(shù)模。對蒸發(fā)冷卻塔溫度場、水蒸汽濃度分布、濕塔底的原因、煙氣流動均布裝置等進(jìn)行了研究，并完成了總結(jié)報告；物理試驗試驗場所已選定，正在建設(shè)；下一步在試驗設(shè)備建成之后，進(jìn)行相關(guān)的物模試驗。
4.3轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵新工藝蒸發(fā)冷卻塔噴槍設(shè)備開發(fā)
1）研究噴槍的基本原理、構(gòu)造、基本特征等基礎(chǔ)理論。
2）制造樣品試驗。
3）研制出國產(chǎn)化合格產(chǎn)品。
完成首鋼京唐煉鋼廠噴嘴備件的測繪工作、圖紙設(shè)計及審查工作。完成了樣品制造，并進(jìn)行了相關(guān)試驗。下一步將做出合格樣品運抵首鋼京唐現(xiàn)場，完成研究與試制報告。
4.4轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵新工藝電除塵器泄爆閥的設(shè)備開發(fā)
1）研究泄爆閥的基本原理、構(gòu)造、基本特征等基礎(chǔ)理論。
2）制造樣品試驗。
3）做出國產(chǎn)化的合格產(chǎn)品。
泄爆閥已經(jīng)完成試驗樣品的圖紙設(shè)計和樣品制造，并在2010年2月底對樣品成功的進(jìn)行了爆破試驗，下一步將最終做出合格樣品運抵首鋼京唐現(xiàn)場，按期完成研究報告。
4.5轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵新工藝眼睛閥的設(shè)備開發(fā)
1）研究眼睛閥的基本原理、構(gòu)造、基本特征等基礎(chǔ)理論。
2）制造樣品試驗。
3）做出國產(chǎn)化的合格產(chǎn)品。
眼睛閥已經(jīng)設(shè)計、制造完畢并運抵首鋼京唐現(xiàn)場安裝使用，同時已經(jīng)完成研究報告。
5 轉(zhuǎn)爐干法除塵技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊
首鋼國際工程公司課題組成員在教授級高級工程師何巍、張福明的領(lǐng)導(dǎo)下，鍛煉了一支以教授級高級工程師張德國、韓愈京，高級工程師王力群、黃忠澤、于育良等一批煉鋼和燃?xì)庠O(shè)計師為主導(dǎo)，多名工藝及燃?xì)鈱I(yè)的年輕同志，如工藝設(shè)計人張凌義、劉東，燃?xì)庠O(shè)計人曹勇杰、陶有志、馬亮等工程師為技術(shù)骨干的專業(yè)化技術(shù)團(tuán)隊。他們組織并承擔(dān)了轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術(shù)研發(fā)課題，同時為國家和企業(yè)培養(yǎng)了多名青年技術(shù)骨干。近年來，這支由老中青三代技術(shù)專家組成的技術(shù)團(tuán)隊完成了多項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的干法除塵專利技術(shù)，“煉鋼全三脫冶煉工藝的煙氣凈化裝置及其方法”發(fā)明專利獲得受理，獲得了“轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化設(shè)備自動抑爆裝置”實用新型專利，同時發(fā)表了多篇干法除塵方面的論文。
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