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转炉煤气湿法环缝除尘技术在首钢水钢100吨转炉上的研究与应用
信息来源：冶金信息网收集整理
发表时间：日&&&&&&
　　转炉冶炼时产生大量煤气，因含尘量大，必须经过净化处理，才能有效地利用。传统湿法除尘工艺每吨钢可回收60-80m3（标况）煤气，是钢铁厂重要的二次能源。新一代的转炉湿法环缝除尘技术（新OG法）是在原OG法（溢流文氏管+RD文氏管+脱水器）的基础上进行改进后的一种（喷淋塔+环缝装置+脱水塔）湿式除尘技术。新OG法较传统的湿法除尘技术具有节水、节能、除尘效率高等一系列突出优点。
　　20世纪90年代开始，我国通过国外成套设备进口的方式，将德国某公司和日本某公司的新OG法在国内大型钢企转炉项目中应用，成为当时国内技术先进的大型转炉湿法除尘技术。中冶南方工程技术有限公司在已有转炉湿法除尘技术的基础上，经过十多年的研究、创新和工程应用，打破国外公司在新OG法关键部件上的技术垄断，开发出节水型喷淋冷却塔、多喷枪进水锥形环缝调节阀、炉口微差压控制系统等多项拥有自主知识产权的转炉湿法除尘核心技术，实现了新一代转炉湿法环缝除尘技术设备的国产化集成。
　　首钢水钢二炼钢一期80t转炉采用传统湿法除尘系统，主要设备是串联两级文氏管洗涤器，同时配置重力脱水器、90°弯头脱水器、湿旋脱水器。该流程的核心是二级可调文氏管喉口，其作用主要是控制转炉炉口的微差压和二文的喉口阻损，进而在烟气量不断变化的情况下，不断调整系统阻力的分配，从而达到最佳的净化效果。现场实际应用经验表明，传统的二文湿法系统在使用一段时间后，往往因为转炉超装、提高吹氧强度，出现溢流文氏管、脱水器、管道弯头处结垢，风机叶轮积尘、喷嘴阻塞等问题，造成系统总阻力超过风机全压，导致烟囱排放超标或炉口大量冒烟。
　　由中冶南方自主研发的新型湿法环缝除尘技术在首钢水钢二炼钢的100t转炉上应用取得成功，该转炉一次烟气除尘采用的喷淋冷却塔、环缝装置、旋流脱水塔等关键设备均由中冶南方工程技术有限公司设计、中冶南方重工公司制造。&&
1 喷淋冷却塔的高效、集约化研究
　　喷淋冷却塔是新OG法的关键设备之一。转炉冶炼产生的高温烟气首先通过汽化冷却烟道将温度降低到约900℃，然后在喷淋冷却塔中进一步洗涤降温，烟气温度从900℃下降到饱和温度约70℃。在降低烟气温度的同时，由于喷淋的作用，烟气中大颗粒尘粒基本被附着上水雾，在重力的作用下，集成洗涤浊水，集中沉降在塔底部的最低处，起到了粗除尘的目的。喷淋冷却塔阻力损失约500Pa，较传统的溢流文氏管+重力脱水器工艺降低系统阻力约2000Pa。
　　喷淋冷却塔体的结构形式关系到湿法除尘系统的整体布置。由于首钢水钢二炼钢100t转炉一次除尘厂房框架预留位置是按传统的（溢流文氏管）+（重力脱水器）考虑，无法满足（溢流装置）+（喷淋冷却塔）布置要求。新建的OG法喷淋冷却塔因地制宜，采用了环形溢流装置与冷却塔环形喷淋装置集成设计，减少了设备高度，满足现场要求。
　　由国外引进的新OG法喷淋冷却塔，大多采用单流喷枪直接喷淋技术，大量喷水，通过水升温来吸收烟气的热量实现冷却降温，即所谓的饱和冷却方式。水钢100t喷淋冷却塔引入双流喷枪雾化喷淋技术，将部分水雾化喷入塔内，利用水的蒸发潜热吸收烟气的热量实现烟气的冷却，理论上每千克水的蒸发潜热是饱和冷却吸热量的10倍，因此大幅减少了系统循环水的喷入量。
　　转炉湿法除尘系统在使用一段时间后经常出现管道结垢、淤泥阻塞问题，特别在设备连接弯头部位存在流场涡流区，结垢、阻塞严重，造成系统阻力增加、排水不畅，对系统安全运行带来严重隐患。
　　水钢100t转炉喷淋冷却塔在后续工序的连接方式上，创新性的采用了30°竖向出风方式，有效地减少了淤泥在弯头处的聚集，减小系统维护工作量。
2 环缝装置的开发创新
　　环缝装置是湿法除尘的核心部件，不仅决定了转炉煤气除尘净化的精度，也对系统的运行阻力具有决定性的意义。环缝装置设备主要分为四大部件：外锥壳体、内锥阀芯、驱动单元、进水装置。内锥阀芯套装在外锥壳体内，借助内外锥收缩和扩张段的几何形状构成一环形缝隙，通过驱动单元沿轴向调节内外锥的相对位置，从而调节环缝阀的开度。同时在喉口均匀喷入大量的水，在高速气流的切割和破碎下，将水雾化。雾化的水滴与气相分子、固体尘粒碰撞，使得液滴捕捉住尘粒，并粘聚，利用气体分子与悬浮的固体尘粒在质量上的巨大差异（即气相分子加速度大、固相尘粒加速度小）和烟气在环缝喉口产生较大的速度变化，将烟气中的尘粒与气体分离，达到精除尘的目的。
　　中冶南方在立足自主开发的基础上，建立了转炉煤气湿法环缝除尘CFD仿真系统，研究设备传热、传质过程及各参数间的定量关系和影响因素，用于环缝锥体结构参数的优化设定。根据不同装炉量转炉的数值模拟结果，确定适用于该装炉量转炉的最优化环缝锥体角度、内外锥长度、直径等参数。在环缝的喷水形式确定上，课题组进行了大量现场调研工作。针对喷嘴的喷洒角受压力流量地影响、喷洒点到喉口的距离等关键问题开展攻关研究，创新性的开发出了多喷枪进水锥形环缝调节装置，解决了顶部单喷嘴出现的水滴大部分直接喷到外锥壁，顺壁下流，水气混合不均和系统阻力分配问题。驱动装置位于重砣底部，系统运行更加安全可靠。
　　根据首钢水钢100t 转炉现场高层框架平台形式，中冶南方课题组进行了多次环缝装置锥体结构、荷载的理论演算工作，确保设备荷载满足现场框架要求。在设备制造基地搭建试验平台，进行喷淋效果测试，确保环缝装置运行平稳、可靠。环缝外锥壳体和内锥阀芯采用制造厂组装固定，耳座设置在外锥顶部，现场安装只需将环缝壳体吊装固定后与驱动装置组对，既减小了在已有高层框架的安装难度，缩短了工期，又保证了环缝装置内锥阀芯的安装精度。&&
3 系统安全、自动化控制研究
　　转炉一次烟气除尘对于转炉的生产十分关键，系统的安全可靠性是业主关心的一个重要方面。对于湿法除尘，系统排污不畅是系统安全生产的最大隐患。首钢水钢100t 转炉一次烟气湿法环缝除尘系统安全保护方面，中冶南方在充分吸收国外系统设计理念的基础上，增加了关键部分的水位报警、风机负压超限保护、烟囱回火保护等创新措施，提高系统自动化检测程度，开发出新型三管式煤气水排出器，解决排污管淤泥阻塞问题，确保一次烟气除尘系统运行更加安全可靠。
　　环缝装置与炉口微差压的连锁调节是新OG法自动化控制的难点所在。课题组通过大量的调查研究，首先从炉口微差压装置入手，参考国外干法除尘先进经验，改变测压装置安装位置，增加氮气反吹控制系统，解决其长时间应用后阻塞失灵问题。环缝内锥阀芯的控制引入自动状态、手动状态、事故状态三种模式。针对环缝液压装置建立数据模型，进行编程测试。正常工作时通过位移传感器反馈位置，和液压伺服控制器构成一个闭环控制系统，根据炉口微差压信号调节液压缸行程进而完成对环缝内外锥间隙的控制，保证烟气在喉口处流速稳定，达到精除尘的目的。事故状态时通过电液换向阀调节内锥阀芯快速下降，快速增大炉口负压，避免烟气外冒。阀体还设置了限位开关装置，保证风机在高速情况下，锥体环缝最小开度不能小于设定值，确保系统运行安全。
4 经济效益和应用
　　首钢水钢100t转炉一次烟气湿法环缝除尘系统自2011年3月投运以来，系统运行平稳。该套系统与传统湿法除尘相比：转炉烟气含尘排放浓度稳定在50mg/m3（标况）以下；系统阻力能减低20%，实现比传统湿法除尘系统节电10%；喷淋系统高效运行，比传统湿法节水20%；实现环缝开度自动调节，系统自动化程度提高，吨钢煤气回收量可提高10m3（工况）。
　　转炉煤气环缝湿法除尘技术作为一项新技术，仍然需要不断创新和改进。中冶南方转炉煤气湿法除尘研究团队将认真做好该项技术应用到实际工程后的跟踪和调研工作，在喷淋冷却方式、环缝自控系统等工艺上继续大胆创新，降低系统氮气消耗和喷水量，使该项技术不断发展，为钢铁行业节能减排发挥更大的力量。新钢转炉一次除尘风机变频改造策略_新闻_机械网_工业360
新钢转炉一次除尘风机变频改造策略
核心提示：
调速型液力耦合器（以下简称液耦）是一种以液力油为介质，依靠油体动量变化来传递能量的一种变速装置。原理是通过PLC程序控制电动执行器，调节导油管的进油量，即工作腔的充油量，从而改变液力传递扭矩，即改变输出转速，实现风机无级调速，来满足工况变速要求。
高压变频器是在不改变电机原有特性前提下，通过改变电机的供电频率和电压来实现电机转速调节，达到节电目的。其节电性主要体现在以下几个方面：可根据负荷大小和工况要求自动匹配功率输出；可根据负载变化，实时调节输出功率并达到目标转速，响应快而稳，与工况变化基本保持同步；调速范围宽，低速电耗小。
该厂对电机实施了变频改造，将变频器电气控制在原电气线路上，并联一套高压变频系统。变频器/液耦联锁控制原则是自动选择，而且唯一。变频器启/停联锁控制原则是自动启动、自动停止。变频器转速联锁控制原则是自动升速、自动降速。在原PLC控制程序和监控画面基本不变情况下，增加了液耦/变频器选择画面。
从HMI可监控整个电气控制系统工作状态，在对话框弹出的子画面中，分别有变频器启停操作确认、液耦/变频器切换条件、选择液耦/选择变频器工作条件和状态显示，通过HMI信号，实现电气互锁，确保操作的安全性和可靠性。从液耦转换到变频器运行的操作步骤为：将HMI风机调速器手动调至“”“”“”
电机经变频改造后，在高速运行时，原液耦速度为1350r/min左右，现变频速度为1450r/min（设定转速），满足了生产工艺要求，除尘效果增加，煤气回收量明显提高。在低速运行时，原液耦速度为550r/min，现变频速度可调至300r/min以下，低速转速降低，电流平均下降了30安，节约了大量电能。改造后风机升速快，转炉吹炼周期缩短，且高压断路器过流跳闸问题得到有效解决，风机运行质量也得到提高，转速稳定。同时，变频器的软启性能降低了机械冲击，使风机故障率降低，使用寿命延长。
转炉一次除尘高压风机的变频改造，是一个复杂的系统工程。其中，自动化控制是整个高压电气系统安全可靠运行的保证；自动化设计是设备运行和管理水平的具体体现，是真正实现风机自动化、高效化的关键所在。这对于降低风机故障、延长设备寿命、提高运行质量、满足生产工艺、确保电网安全、推进节能减排有着重要意义。
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