选择经济、高效的转炉煤气回收技术

　　　　我国粗钢产量的80%以上由转炉生产。在整个现代化钢铁生产流程中，转炉炼钢是运行温度最高的工序，有条件实现能源的高效转换和回收利用。这一工序中能量载体主要有炉气、钢水、炉渣、钢坯、冷却水。目前钢坯余热利用（连铸坯热装）已很普遍，钢水能量主要用于保证后续工序（精炼、连铸）的生产需要。而转炉炼钢过程产生的高温烟气、熔融炉渣和冷却水中有大量的余能、余热，加以回收利用对于炼钢工序节能降耗、减少环境污染意义重大。我国钢铁企业各工序能耗与国外先进水平相比，差距最大的就是转炉工序。

认清差距　增强技术发展紧迫感

　　　　回收转炉煤气是实现转炉冶炼能耗为负值的主要手段。我国转炉煤气回收利用始于1965年，直至2005年才在一些大型企业普及，目前回收利用水平好的可达110Nm3/t钢，水平差的则低于60Nm3/t钢。2009年我国重点钢铁企业转炉煤气平均回收量为75m3/t，与日本钢厂普遍高于110Nm3/t钢的水平相比，还有很大差距。

综合分析　选择最优工艺技术

　　　　随着氧气转炉炼钢工艺的发展，相应的煤气净化回收技术也在不断发展完善。转炉煤气的除尘、冷却、回收一般采用湿法、干法或半干法技术。
　　湿法回收工艺。OG法是一种传统的转炉煤气回收方法，于20世纪60年代开发，目前世界上约有90%的转炉采用OG法。OG法系统主要由烟气冷却、净化、煤气回收和污水处理等部分组成，烟气经冷却烟道进入烟气净化系统，经过不断改进，现已发展到第四代。转炉冶炼产生的大量高温(约1450℃)、含尘烟气被活动烟罩捕集，经汽化烟道冷却到1000℃左右。初步冷却的烟气通过一次除尘器喷水冷却并除去大颗粒灰尘，再经过二次除尘器除去细小粉尘。净化的烟气经过煤气引风机，合格的煤气(CO含量高于35%，O2含量低于2%)通过三通阀切换，经水封逆止阀、V型阀被输送到煤气柜，不合格的烟气点火燃烧后经烟囱放散。
　　1985年，宝钢一期300吨转炉采用OG技术装备；1998年以后，马钢、莱钢、太钢、攀钢、南钢、宝钢一钢和三钢转炉相继上马了第四代转炉煤气回收装置。该系统除尘塔与蒸发冷却塔分开布置，即塔文分离。除尘塔下部具有精除尘功能，塔内设有液压调节功能的环隙洗涤器，根据炉口微差压要求和煤气回收或放散的工艺操作要求，采用液压调节装置对煤气通过环隙洗涤器接触面积(缝隙)的大小进行煤气含尘浓度的控制，煤气回收浓度低于80mg/Nm3，煤气排放浓度低于50mg/Nm3。
　　武钢三炼钢250吨转炉采用的塔文一体OG系统，将两级文氏管和脱水器串联重组安装在一个塔体内，烟气自上而下运行，总阻力损失仅为18kPa，且流程系统紧凑、简洁，易于维护管理。大部分粗颗粒粉尘被除去，且煤气温度由900℃左右迅速降至100℃左右。
　　OG系统的缺点是处理后的煤气含尘量较高（达100mg/Nm3以上），要利用此煤气，需在后部设置精除尘器方可将其含尘浓度降至10mg/Nm3以下。该系统阻损大，能耗高，占地面积大，环保治理和管理难度较大。
　　干法除尘技术。干法除尘系统由蒸发冷却器、静电除尘器、煤气冷却器、切换站组成。目前全球有60多座转炉（我国有20多座转炉）采用了干法电除尘装置。与湿法技术相比其主要优点在于：除尘净化效率高，通过电除尘器可直接将粉尘浓度降至10mg/Nm3以下；不存在二次污染和污水处理问题；系统阻损小、煤气回收量大，回收粉尘可直接利用，节约能源；系统简化，占地面积小，便于管理和维护，因此，具有更高的经济效益，环保效果较好。发改委于2008年5月发布的《国家重点节能技术推广目录（第一批）》中提到了转炉煤气干法烟气除尘处理和煤气回收技术。
　　首钢京唐炼钢厂5座300吨转炉均采用干法除尘技术。工艺路线为转炉烟气经汽化冷却烟道，将烟气温度冷却到950℃以下后，依次进入蒸发冷却器、静电除尘器、ID风机、切换站、煤气冷却器。2009年10月～12月转炉常规工艺吨钢煤气回收量为95Nm3～136Nm3，蒸汽回收量为80kg～87kg；脱碳工艺的吨钢煤气回收量为95Nm3～136Nm3，蒸汽回收量为87kg～100kg；经在线分析，排放的烟气含尘量平均为10mg/Nm3，最低在5mg/Nm3以下。
　　宝钢研发的转炉煤气高温袋式除尘装置具有以下优点:袋式除尘器采用特殊滤料，具有很高的除尘效率，粉尘排放浓度稳定在10mg/m3以下，系统运行稳定可靠，优于干法电除尘；蒸发冷却塔出口气体温度高于干法系统冷却塔出口气体温度，避免了蒸发冷却塔灰斗出口粉尘变成泥浆情况的发生；风机运行寿命长；袋式除尘器多台并联，可实现单台除尘器离线检修，从而不影响转炉生产。
　　有关单位研发的转炉煤气干法除尘系统首次应用于兴澄特钢2号120吨转炉，一次性热试成功并顺利实现煤气回收。目前，该系统已稳定运行近2年，各项参数良好：煤气放散含尘浓度低于15mg/Nm3，煤气回收含尘浓度低于10mg/Nm3，煤气回收温度低于68℃，煤气回收量达到98Nm3/t钢。该系统可根据不同钢种、不同炉容、不同吹炼模式，利用仿真计算数学模型实现对系统烟气量、水量、蒸汽量等工艺参数的精确计算和模拟。采用CFD数值模拟方法，提高了干法除尘关键设备性能。煤气由200℃降温到70℃时采用水蒸发降温，不产生循环水，通过水蒸发吸热而达到煤气降温目的；或在煤气由200℃降温到70℃时采用板式换热器通过风冷降温。蒸发冷却器温度控制，充分考虑蒸发冷却器入口温度、喷水流量、蒸汽流量、静电除尘器出口烟气流量、压力、温度等相关变量，建立温度控制模型。根据烟气成分变化趋势，对供氧曲线控制模型进行优化设计，有效避免发生爆炸；在电除尘器前加入惰性气体，使CO与O2混合比例不在爆炸范围内。根据冶炼不同钢种操作规程在不同的吹炼百分比下设定不同的微差压值，充分发挥了轴流风机变速调节能力，保证抽气量与转炉的实际排烟量相适应，达到最佳的控制效果。
　　目前国内投运的干法除尘装置存在的问题主要为：蒸发冷却塔出口气体温度和湿度控制不稳定；电除尘器部分阳极板变形和部分阴极线老化，腐蚀现象较严重，影响除尘效果；蒸发冷却塔喷嘴寿命短，投资偏高，控制和维护要求高。在原有系统改造的改动量大，所需时间长。
　　半干法除尘工艺。半干法即采用干法喷雾蒸发冷却+湿式电除尘器进行转炉煤气的除尘，但所产生的粉尘由原有污水处理系统回收处理。半干法采用湿式电除尘，控制要求与湿法基本相同，降低了控制系统费用；粉尘回收处理利用现有的污水处理系统，既节省了投资，又缩短了改造所需时间，具有以下优点：排放的烟气含尘量低于10mg/Nm3，达到发达国家目前的排放水平；回收煤气含尘量低于10mg/Nm3，可直接使用，无需在煤气柜后再建电除尘装置；转炉除尘风机的维修周期可以延长到一年，减少了维修工作量，缩短了热停时间，备件消耗较低；冷却水消耗量仅为湿法一半，对转炉扩容引起的水处理能力不足有特殊意义；系统阻力只有湿法的30%左右，在处理相同烟气量的情况下，风机所需的额定功率仅为湿法的50%，加之采用交流变频调速，除尘的电费可以节省约50%。
　　目前该工艺的半干式蒸发冷却塔技术已经应用于我国10多座转炉的改造或新建项目中，并逐步得到越来越多用户的认同。