煤气回收技术在攀钢6＃、7＃转炉上的应用

1.引言： 转炉煤气净化与回收系统是国家倡导的循环经济建设中的重要节能环保项目之一，是实现“负能”炼钢的主要措施。在钢铁行业获得普遍重视和开发应用。这也是冶金工业可持续发展的要求。随着氧气转炉炼钢生产的发展及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。转炉除尘及煤气回收技术在国际上已被认定为今后的发展方向，它可以部分或完全补偿转炉炼钢过程的全部能耗，有望实现转炉无能耗炼钢的目标。攀钢两座120t转炉煤气净化与回收系统采用当今世界先进煤气回收技术，由德国鲁奇公司承担主工艺系统的基本设计，京冶赛迪公司承担主工艺及配套公辅设施的详细设计。 2.概述 在采用吹氧冶炼的氧气转炉炼钢过程中，其烟气量、烟气成分和烟气温度随冶炼阶段呈周期性变化。烟尘中金属铁约占13%，ＦｅＯ约占68.4%，Ｆｅ2Ｏ3约占6.8%。特别在吹炼中期ＣＯ体积分数高达80%以上，一般情况下，转炉煤气成分中ＣＯ的体积分数约占55%～66%，当ＣＯ在60%左右时，其热值可达8ＭＪ/ｍ3，而每吨钢烟尘量一般为10～20ｋｇ/ｔ。由此可见，转炉煤气中ＣＯ含量很高，烟尘中铁含量也很高，具有很高的回收利用价值。 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2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上世纪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、煤气回收和污水处理等部分组成。其烟气经冷却烟道进入烟气净化系统，烟气净化系统包括2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/ｍ3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，将其含尘质量浓度降至10ｍｇ/ｍ3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上世纪60年代末联合开发了转炉煤气干法(ＬＴ法)净化回收技术。ＬＴ法系统主要是由烟气冷却、净化回收和粉尘压块3大部分组成，烟气经冷却烟道的温度由1450℃左右降至800～1000℃，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，烟气温度通过蒸发冷却器后降至180～200℃，同时通过调质处理，降低了烟尘的电阻率，收集了粗粉尘。烟气经过这一初步处理后，进入圆筒型电除尘器，进行进一步净化，使其含尘质量浓度降至10ｍｇ/ｍ3以下，从而达到最佳的除尘效率。经实践，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，从而获得世界各国的普遍重视和采用。 我国到目前为止，除宝钢三期工程转炉煤气净化回收系统采用引进的ＬＴ法净化回收技术之外，基本上都采用ＯＧ法净化回收系统，攀钢6＃、7＃转炉也采用了煤气湿法(ＯＧ法)净化回收系统。 3煤气回收系统工艺流程 攀钢煤气回收净化工艺流程是当转炉在吹炼时产生大量含有CO和氧化铁类粉尘的高温烟气时，为了防止污染，保护环境，2座转炉分别设置一套独立的文丘里饱和洗涤塔全湿烟气净化系统，对烟气进行净化处理并回收煤气。当转炉炼钢产生的高温含尘煤气从炉口出来后，由活动烟罩搜集。经汽化冷却烟道吸收了部分热量后温度降为900～1000℃后进入文丘里洗涤塔，高温烟气在塔内上部首先与喷淋水进行传热传质，同时烟尘与水雾进行撞击凝聚，使烟气中大部分粗颗粒粉尘被除去，且煤气温度迅速降低，然后，经过降温和粗除尘后的煤气在塔内下部高速通过环缝水清洗装置，此时煤气得到了进一步净化，煤气温度下降到 65℃左右。另外环缝水清洗装置能够根据炉口微差压检测信号自动调节环缝间距，并控制煤气去除尘塔的粉尘浓度在50 mg/m3（标准状态）。经净化处理后的烟气满足回收条件则进入煤气回收系统。 煤气回收时，在风机消声器后装有激光气体连续分析仪。当满足煤气回收条件时，气体通过回收钟阀、U型水封后送入8万立方米煤气柜。若不能满足回收条件则通过放散钟阀经管道进入放散燃烧塔在高空自动点火燃烧放散，放散的烟气含尘浓度＜50mg/Nm3 。 下图为煤气回收系统操作主画面： 图1：煤气回收系统操作主画面 4.系统组成 4.1烟气的收集、冷却和净化 转炉烟气离开炉口经众多毛细管环绕的活动烟罩、上部固定烟罩和汽化冷却烟道后，通过溢流文氏管（简称“一文”）进行饱和冷却降温、除尘，冷却后的烟气经重力脱水器进入矩形线性可调文氏管（简称“二文”），进行精除尘。此时，烟气与喷入二文内的水滴高速碰撞，由于扩散、惯性作用，烟气中的尘粒与水珠结合后凝聚而被除下。二文采用矩形“R-D”线性可调文氏管，通过阀板调节其开度，控制罩内差压。回收时，将罩内烟气压力调节至微正压（一般约为0~20 Pa），以控制空气吸入量（即控制O2的吸入量），减少烟气中CO的燃烧，使回收的煤气浓度增高。 4.2烟气的抽取、放散及回收 煤气鼓风机是烟气除尘系统的重要设备，依靠它的强大抽吸能力将吹炼产生的大量烟尘抽走。攀钢使用ID风机，通过变频器调速，其转速根据生产工艺进行调整（风机高速为1450r/min；低速为500r/min），动力源采用防爆电机。ID风机技术参数 流量：22×104m3/h；压升：22000Pa；转速：1450r/min；烟气入口温度：低于58℃ 。 ID风机配用电动机技术参数 建议功率：～2000KW；额定电压：6KV；额定转速：1450r/min 一般情况下，在转炉吹炼期，风机升至高速；非吹炼期，降至低速。在鼓风机的烟气出口处，设有煤气分析仪，当检测到CO含量>20%，O2含量<1%时，烟气送入8万立方米煤气柜，作为燃料储存，否则引至放散塔放散。 4.3煤气回收系统 煤气回收系统主要由气体连续分析仪、三通阀、U形水封、放散燃烧塔等设备组成。煤气回收条件满足时，风机后的回收钟阀自动打到，煤气经眼镜阀、U型水封后送入煤气柜；煤气回收结束后，切换到放散模式，放散钟阀打开，煤气通过放散燃烧塔自动点火放散。风机消声器后、三通阀之前装有激光煤气、氧气气体连续分析仪。不合格的煤气则由三通阀（放散侧）进入放散燃烧塔放散或燃烧。风机出口管道与放散烟囱管道除通过三通阀连接外，为保证回收煤气的品质，通过炉口微差压控制装置自动调节环缝开度，使罩内微差压保持在设定范围内，以适应转炉烟气量的变化，提高煤气回收的质量。 4.3.1煤气分析仪 为了达到煤气回收和工厂安全，一氧化碳、二氧化碳和氧气的浓度必须得到监控，烟气必须被分析，气体分析器必须满足严格的响应时间和有效性要求，而且停运维护必须被降低到最小限度。响应时间应小于15秒。攀钢采用具有世界先进技术挪威纳斯克公司生产的LGas激光气体现场在线分析仪，用来可靠、快速、精确地测量气体成分。其独特的技术提供了比传统气体在线分析仪更高的性能。LGas激光气体分析仪不受其他气体交叉干扰影响。过程压力可达5bar（某些成分可达11bar ），温度可达熔炼炉温度（1600℃）。 煤气分析仪如下图所示： 为了满足工艺要求，将使用两个在线分析器，一个用于氧气浓度，另一个用于一氧化碳和二氧化碳的浓度。他们被安装在烟道上，通过两个法兰连接在管路的两边。 为了防止灰尘和水对分析的影响，管口不断用氮气反吹，用于反吹的氮气大约4-6 bar。 温度和压力信号被连接到气体分析仪上用于补偿，烟气中的一氧化碳和二氧化碳浓度被记录，有几个限制参数用于控制、连锁和通讯。 4.3.2液压三通阀 三通阀用于煤气回收和放散的切换。 三通阀由两部分能独立操作的液压阀组成，即双动滑阀和眼镜阀，这种结构的阀能保证在切换过程中烟气对阀的冲击及避免烟气泄漏和空气进入。 三通阀的传动受CO和O2气体分析仪检测值的限制。 由于风机的特性可以保证三通阀能在转炉的处理过程中在放散到回收的快速切换，反之依然。 此外，两个执行机构的线形要确保煤气罐满足压力变化（煤气流量速度），防止在切换过程中发生烟气的泄漏。 液压单元控制提供两种操作方法：正常操作，低速切换和事故操作，快速切换，保证设备在最短的时间里恢复到正常状态，比如：烟气回收中断和烟气从放散塔释放。 一旦电气故障，三通阀通过自身重力返回安全位置，眼镜阀通过蓄能器返回它的安全位。 下图为煤气回收系统液压控制操作画面： 图4：煤气回收液压系统操作画面 放散燃烧塔 放散燃烧塔内设有火焰燃烧器、导向燃烧器、点火装置、火焰探测器等，保证CO气体在放散进入大气之前点火燃烧。 用于燃烧的煤气有压力监控，当压力低于一个设定值时，导向燃烧器会停运。而且，如果点火失败也会使放散燃烧系统停运。 当风机故障时，煤气流量低时，为了防止煤气倒流，会打开蒸汽阀稀释煤气。这个吹扫装置安装在放散燃烧塔内，由气动来控制开/关，为了保障安全，在O2吹炼时吹扫系统必须保持足够的压力。为了防止吹O2过程中发生故障，安装有一个压力监视排放压。 5.功能实现 5.1主要设备选型与系统基本配置 攀钢转炉煤气回收自动控制系统采用美国AB公司PLC　LOGIX5562作为主站，通过控制网CNB模块经光纤转换器使用光纤通信<