转炉烟气净化技术（精选6篇）
转炉烟气净化技术 篇1
引言
热唐山钢铁集团有限责任公司 (以下简称“唐钢”) 第一钢轧厂转炉车间3座转炉均采用了奥钢联烟气分析 (LOMAS) 动态炼钢技术。在转炉烟道上安装在线气体分析仪, 实时分析转炉烟气成分, 用于反映转炉炉内动态变化情况, 进行连续动态控制。它能够实现终点碳预测、温度预测及喷溅预警等功能, 可提高转炉终点命中, 实现转炉炼钢的全程动态控制。
1 工作原理
1.1 烟气的采集、处理及分析
在冶炼过程中, 位于转炉烟道最高点的取样探头采集到温度高达1 800℃、烟尘含量高达100mg/m3的烟气, 经过滤装置后进入冷却系统, 最后进入快速气体分析质谱仪。唐钢现在采用的质谱仪为VG磁扇式质谱仪, 6种主要转炉烟气的分析周期一共不大于1.5 s。
LOMAS烟气采样、分析系统为转炉烟气分析动态系统的重要组成部分。在吹炼过程中, 通过LOMAS系统连续检测炉口逸出的CO、CO2、N2、O2等含量, 回归计算熔池的脱碳速度, 预测接近吹炼终点时钢液的碳含量、熔池温度的变化。
1.2 模型工作原理
1.2.1 静态模型工作原理
静态控制模型主要任务是在吹炼前, 根据输入的铁水废钢信息、冶炼钢种确定造渣制度、吹炼制度。在吹炼过程中, 根据铁水、废钢以及加入炉内的造渣料信息计算终点钢水温度。
1.2.2 动态模型工作原理
动态模型根据铁平衡、氧平衡、热平衡和动力学等理论, 结合烟气分析结果, 运用脱碳速率计算模型、温度变化计算模型等实现对终点碳温预测, 提高转炉终点命中率。
在静态模型的热平衡计算中, 二次燃烧率[CO2/ (CO+CO2) ]为设定值, 烟气分析后可以使用实际测量值;在静态模型的物料平衡计算中, 炉气CO和CO2的比值为假定值, 烟气分析后, 可以得到更加准确的数值;在静态模型中渣中的氧化铁的质量分数为设定值, 烟气分析后, 可以通过对渣中氧的累积量进行动态计算, 并对改值进行更精确的设定。因此, 转炉动态模型是对静态模型的补偿。
2 烟气分析动态炼钢的应用
2.1 终点温度预测
钢水终点温度预测的计算方法:基于物质分析模型, 对钢水、熔渣、烟气成分及重量进行分析, 采用周期计算的方法计算熔池的热平衡, 进而计算熔池的温度。由于温度预测时基于模型的静态计算, 因此转炉冶炼中任何因素都影响着温度预测, 具体因素有:
(1) 铁水成份的准确性;
(2) 铁水和废钢重量的准确性;
(3) 铁水温度测量的准确性;
(4) 冷料和辅料的原料成份的准确性;
(5) 冷料和辅料的计量准确性;
(6) 氧气流量的计量准确性;
(7) 温度预测模型参数周期性优化, 适应不断变化的炉役。
围绕以上主要因素, 建立了相应的准确性校验、周期更新以及周期检查的制度。温度预测精度逐步上升, 命中率达到85%。
2.2 终点碳预测
终点钢水C预测的原理:当熔池中C含量低于0.3%以后, 烟气曲线发生明显变化, 并与熔池C含量存在很强的相关性。通过计算烟气流量、烟气成分、二次燃烧率和脱碳速率计算熔池C含量。吹炼终点前烟气曲线的稳定对碳预测的准确度有很大影响, 因此, 操作上规定吹炼结束前2 min不动枪、不变氧流量和不加含铁冷料。通过这些措施保证了吹炼终点前烟气曲线的稳定, 终点C预测达到90%以上。
2.3 炉渣状况判断
在整个吹炼过程中, CO和CO2都有先升后降的趋势, 在邻近终点时, CO大幅度下降, 而CO2却略有上扬, 而在整个冶炼期间, CO和CO2的变化情况基本是互补的。CO的变化与熔池脱碳反应和炉渣泡沫化的程度有关, 烟气曲线有以下几种常见的曲线。
由图1 (a) 中可以看出, 冶炼过程各烟气曲线变化没有大的波动, 吹炼开始时, 钢水中Si、Mn元素优先跟O反应, 所以碳氧反应生成的CO较少, 在氧气充足的条件下充分燃烧, 所以吹炼前期二次燃烧率较高, CO2含量高于CO;随着Si、Mn反应结束, 碳氧反应逐渐加强, 在冶炼中期脱碳速度剧烈, 生成大量的CO, 此时炉内CO大量剩余, 二次燃烧率降低。二次燃烧剩余的CO与从炉口和烟罩间吸入的空气进行二次燃烧, 从吹炼中质谱仪分析的氧气含量小于0.5%可以推断, 吸入的空气中的氧气基本二次燃烧完, 尽管如此, 冶炼中期二次燃烧率仍然很低;吹炼后期, 随着钢水中C含量降低, 碳氧反应减弱, 生成的CO减少, 二次燃烧率再次上升。整个过程CO变化平稳, 所以吹炼平稳。
由图1 (b) 中可以看出, 10 min左右时CO出现峰值, 同时CO2、N2出现低谷 (即CO呈现出“∧”, 同时CO2、N2呈现出“∨”) , 这是因为返干期的炉渣变稠, 生成的CO上升阻力减小, 大量CO冲到炉口进入烟罩, 从炉口吸入的空气量则减少, 所以N2减少。CO的过量导致二次燃烧率降低, 因此CO呈上升趋势, 而CO2呈下降趋势。
由图1 (c) 可以看出, 喷溅发生在吹炼11 min时, CO含量急剧下降, 同时CO2与N2急剧上升, 此时炉渣中CO大量聚集导致其含量降低, 当渣中CO聚集到一定程度而开始剧烈反应发生喷溅。
从转炉烟气含量可以看到, 在吹炼的不同时期, 各种气体均具有不同的特点, 因此准确识别和分析这些特点, 对判断炉渣状况、冶炼终点命中、了解转炉炉内冶金物理化学反应过程和钢渣反应规律有重要指导意义。
3 结论
烟气分析系统碳温预测的运用, 提高了转炉炼钢终点碳温命中率, 从而提高了一次拉碳率, 缩短了冶炼周期, 减少了后吹, 提高了金属收得率, 有效地降低了冶炼成本, 提高了冶炼效率。唐钢引进烟气分析动态炼钢技术后, 根据实际条件对模型进行优化改进, 结合模型制定多种冶炼模式, 效果显著。
摘要：介绍了烟气分析动态炼钢系统的组成及工作原理。
关键词：烟气分析,动态炼钢,转炉喷溅
参考文献
[1]吴明.转炉烟气分析动态控制炼钢技术[J].冶金设备, 2006, (4) :68-72.
[2]胡志刚.烟气分析在转炉冶炼过程中的应用研究.[J].武汉科技大学学报, 2004, 27 (4) :337-339.
[3]黄希祜.钢铁冶金原理.[M].北京:冶金工业出版社, 2002:229-276.
转炉烟气净化技术 篇2
转炉煤气净化回收技术发展现状
介绍了氧气转炉煤气的干法和湿法净化回收技术的发展现状,着重二者的技术经济比较,阐述干法(LT法)的发展优势.
作 者：崔明元 翟玉杰 CUI Ming-yuan ZHAI Yu-jie 作者单位：西安重型机械研究所,西安,710032 刊 名：工业安全与环保 PKU英文刊名：INDUSTRIAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION 年，卷(期)：2006 32(5) 分类号：X5 关键词：转炉煤气 净化回收 干法与湿法 技术经济比较转炉烟气净化技术 篇3
近年来, 雾霾天气在我国频繁出现, 空气质量问题已经引起全社会的高度关注。而钢铁行业作为工业排放的大户, 其排放标准和排放量越来越受到严格限制。2012年发布并实施的《炼钢工业大气污染物排放标准》中明确规定, 2015年1月1日起, 新建企业和现有企业转炉一次除尘大气污染物排放标准限制均为50mg/Nm3, 比之前的100mg/Nm3的标准严格了一倍。为了达到更高的排放要求, 转炉一次除尘工艺需要不断进行改进。
目前, 转炉炼钢的烟气净化回收技术主要有传统的湿法净化回收技术 (OG法) 、干法净化回收技术 (LT法) , 以及近年发展起来的全余热回收布袋除尘技术。论文首先对上述三种烟气净化技术的工艺流程进行表述, 并对其优缺点进行比较, 最后指出当前形势下转炉一次烟气净化技术的发展方向。
1 湿法OG技术
OG法自60年代在日本问世以来, 已为世界各国所采用。80年代初, 我国宝钢3×300t转炉首次从日本引进OG法烟气净化技术。直到2005年以前, 国内大部分钢厂在消化宝钢技术的基础上基本上都采用了OG法烟气净化系统[1]。
传统的OG湿法除尘系统主要由两级文氏管洗涤器、重力脱水器和弯头脱水、旋风复挡板脱水器和相应的污水处理系统构成。其缺点是循环水量大、污水处理设施复杂、排放浓度相对高。随着排放标准的日益苛刻, 传统的两文三脱、两文两弯等除尘工艺都很难达到要求, OG湿法也在不断的进行改进, 现今主流的湿法工艺主要有塔文湿法、双塔湿法。
1.1 塔文湿法 (OG法) 烟气净化技术
塔文湿法即喷淋冷却塔 (或蒸发冷却塔) +二文环缝+湿旋脱水器的形式, 系统结构如图1所示。该系统与传统两文三脱、两文两弯相比具有如下特点:1) 工艺流程简洁, 取消了一文水冷夹套、溢流水封, 代之为高温非金属补偿器;2) 降低阻力, 喷淋塔内气流流速3~5m/s, 远低于原一文流速30~60m/s, 所以气流流经喷淋塔内的阻力从一文的3~5k Pa降低到了~0.5k Pa;3) 由于取消了一文水冷夹套和溢流水封, 降低了系统耗水量;4) 由于采用冷却塔节减小了压损, 使得二文环缝文氏管有足够的压降提高除尘效率。从理论上讲, 环缝文氏管的压降控制在14k Pa以上, 就可以将排放浓度降低到50mg/m3以下。
湿法 (OG法) 系统另一种塔文形式是采用干法除尘系统的蒸发冷却塔, 内设双流介质喷枪及雾化喷嘴喷入的水呈雾状或细颗粒状, 使烟气的温降主要靠水的汽化潜热来完成, 因为水的汽化潜热是显热冷却的10倍, 所以塔内降温用喷水量也仅为常规喷水量的1/10[2]。
1.2 湿法双塔烟气净化技术
湿法双塔技术的基础是德国Lurgi新OG法和日本川崎的新OG法, 这两种新OG法在国内均有应用。系统采用一文一塔的形式, 即环缝文氏管装设在喷淋冷却塔内部的形式, 系统结构如图2所示。
湿法双塔除尘形式的主要设备包括:喷淋塔+环缝装置、脱水塔, 其净化回收的基本原理是:1) 从汽化冷却烟道出来的含尘高温煤气与经喷嘴喷出的细颗水在喷淋塔进行热质交换、尘与水混合, 烟气放热后降温, 大颗粒粉尘沉降;2) 经粗净化的煤气再进入环缝装置, 在环缝装置中气体高速流过形成负压, 此时, 气体带入的浊环水汽化蒸发, 水的比表面积急剧增大, 加大了与气体中的粉尘的接触面积, 含尘煤气得到充分洗涤净化;3) 经二次净化后的含水煤气进入脱水塔脱水后经由管网、煤气风机进入煤气柜回收, 不符合回收条件时经切换阀切换至烟囱点火放散。
环缝装设在塔内的形式有一个非常大的好处, 就是喷淋塔内过剩的浊水部分流入下部的环缝, 相当于间接作为环缝供水, 从而比塔文分设形式进一步节水。另外, 系统简洁流畅, 环缝过后的烟气直接脱水器, 省去了塔文形式的中间弯头、上升下降管, 同时省去了该部分管段的冲洗水用量、降低了阻损, 进一步节约了用水和检修工作量, 降低了系统运行维护成本。
经工程实践证实, 该系统能达到并优于国家最新排放标准50mg Nm3的要求。且因该系统简洁, 占地比原有OG系统小, 而且现有OG系统的管路系统都可利原有系统, 就连风机、电机几乎都可以利用原有OG系统, 且用水量远低于原有OG除尘系统, 安装周期短, 特别适合于湿法OG系统改造工程。
2 LT干法静电除尘技术
转炉煤气干法静电除尘技术由德国Lurgi和Thyssen钢铁厂合作开发, 该技术吨钢煤气回收利用率高, 煤气含量低, 无需废水处理装置, 炼钢吨钢工序能耗仅为10kg标煤[3], 经过LT法除尘后含尘气体排放浓度约为10~20mg/Nm3[4]。转炉LT干法除尘系统主要包括:蒸发冷却器、静电除尘器、煤气切换、煤气冷却器、放散烟囱、除灰系统等[4]。
转炉干法除尘系统的工艺流程为:高温烟气 (1400~1600℃) 经汽化冷却烟道冷却, 烟气温度降为850~1000℃, 然后通过蒸发冷却塔, 高压水经雾化喷嘴喷出, 烟气直接冷却到250℃左右, 喷水量根据烟气含热量精确控制, 所喷出的水完全蒸发, 喷水降温的同时对烟气进行了调质处理, 使粉尘的比电阻有利于电除尘器的捕集。蒸发冷却塔内约40~50%的粗粉尘沉降到底部, 经排灰阀排出。冷却和调质后的烟气进入有四个电场的圆形电除尘器进行精除尘, 除尘后烟气经风机、切换站, 合格煤气至煤气冷却器再冷却后进煤气柜, 不合格煤气至烟囱点火放散。
转炉LT干法静电除尘具有如下特点[6,7,8,9,10]:
1) 净化后烟气含尘量低:一般≤15mg/Nm3, 最低可≤10mg/Nm3;
2) 风机寿命长:烟气含尘低, 磨损小, 维修小;
3) 节电效果显著:因系统阻力低、循环水量很少, 风机电机及水泵电机装机容量比湿法要低;
4) 污水处理费低:干法除尘系统由于煤气冷却器冷却的是净煤气, 仅有极少量的污水外排, 利于环保;
5) 一次投资高, 干法系统设备庞大且烟气温度高对设备材料要求严格, 加上电除尘器防爆要求等使得其总投资高于湿法除尘系统数倍;
6) 消耗蒸汽, 不节能:蒸发冷却塔在运行中消耗数量不少的蒸汽 (如120t转炉~5t/h) ;
7) 维护和操作技术要求高, 且维修工作量大。因为电除尘器结垢、腐蚀, 蒸发冷却器结垢等原因, 导致维修设备的工作量特别大, 并且降低转炉作业率, 有的厂甚至被迫采用备用整套除尘设备。
虽然LT干法静电除尘技术的优势明显, 但因其存在一次性投资费用高、运行节电不节能、操作技术要求高、维修工作量大而使转炉作业率降低等问题, 使得在当今实际应用的选取上与湿法系统难分伯仲。
3 干法余热回收布袋除尘技术
转炉一次烟气净化无论干法LT系统还是湿法OG系统, 其共同特点在于对高温烟气的冷却降温, 均通过水的蒸发吸收汽化潜热来对烟气进行降温冷却, 干法除尘还因为自身系统的要求, 要消耗大量的蒸汽。通过消耗水来冷却烟气虽然是一个高效的冷却方法, 但却是一个非常耗能的方法。因为从汽化冷却烟道出来的高温烟气本身上来讲是一种高品位热能, 非但没有设法回收其携带的热能, 还要消耗大量其他能源来对其进行冷却降温, 造成能源大量浪费。例如, 一般设计条件下, 汽化烟道出来的烟气温度在800~1000℃, 如果单纯将烟气温度降低到500℃, 吨钢产生蒸汽可达20kg, 可以产生巨大的收益。
根据2011年10月1日开始实施的《钢铁企业节能设计规范》GB50632-2011中相关规定:“钢铁企业设计, 必须加强余热、余压的回收利用水平。必须采用技术先进、经济合理、能耗低、二次能源回收利用好的先进节能工艺、技术、设备与措施, 最大限度地降低能源消耗, 二次能源回收利用要实现高能高用, 梯级利用”, 可以看出新规范对节能、能源回收有了很高的要求。因此, 许多设计院及科研单位开始进行转炉一次除尘余热回收布袋除尘器的研发实验。
目前转炉烟气余热回收及布袋除尘的主要工艺是:转炉一次烟气经汽化冷却烟道后进入余热回收设备进行进一步能量回收, 温度降低到合适的值 (一般为~100℃) 之后, 经布袋除尘器、风机, 不合格煤气经烟囱点火放散, 合格煤气进煤气柜回收 (当风机后合格煤气温度高于70℃时, 再经煤气冷却器冷却到70℃以下进煤气柜回收) 。
布袋除尘器通过滤袋可以很容易的将烟气含尘浓度降到15mg Nm3及以下, 又不需要像电除尘器一样消耗电能。由于整个系统阻力相对湿法除尘减少很多, 仅比LT干法除尘略大一点, 所以风机站不需要配置很高功率的电机。利用余热回收设备还可以回收大量的转炉显热生产蒸汽。转炉一次煤气在冷却的过程中与水无直接接触, 仅当风机后温度高度70℃时进行喷水冷却, 所以煤气不含水或含税率很低, 煤气热值高, 利于输送和使用。
相比OG湿法和LT干法, 该工艺有明显的技术优势:1) 系统无 (或很少) 循环水, 无污水处理设施及相关费用和占地面积;2) 布袋除尘效率高, 很容易稳定达到15mg/Nm3及以下;3) 无干法除尘电火花起晕或放电现象;4) 因为含水率非常低及含尘量很低, 煤气品质高;5) 无一文、二文等高阻力除尘设备, 系统阻力远低于湿法, 比LT干法略高, 所以风机电机的装机容量都相对不高, 系统运行费用较低, 且除尘效率高风机运行寿命长;6) 转炉烟气余热基本全部回收, 间接降低了炼钢成本, 符合当今能源政策。
虽然布袋干法除尘系统有很多优点, 也有很多相关专利技术, 但目前布袋干法除尘系统仅在40t转炉上进行了工业实验, 鲜有工程应用[11]。
4 小结
大型转炉设备安装技术应用 篇4
顶底复吹转炉本体设备主要由托圈、炉壳、托圈炉壳连接装置、轴承座和倾动装置组成，安装重点在于托圈炉壳的组合安装。对于小型转炉，通常利用厂房主体结构，通过合理设置卷扬机和滑轮，配合厂房天车进行安装，
此方法受限于厂房主体结构，且安全隐患较大，随着设备单重的增大，隐隐有淘汰之势。而转炉本体设备线外组装、整体拖移安装的新技术适应范围广，成本较为低廉，安全性较高，不失为比较先进的安装技术。
转炉烟气净化技术 篇5
江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司 (以下简称“淮钢”) 2座80 t顶底复吹转炉自投产以来设备运行一直比较稳定, 转炉一次除尘烟气系统采用是传统OG二文一塔湿法除尘工艺, 系统主要由水冷夹套、溢流水封一文、氮气捅针R-D二文翻板机构、重力脱水器、弯头脱水器、S形挡灰脱水板、丝网脱水器等部件组成, 转炉冶炼过程中产生的高温烟气经过汽化烟道冷却到1000℃左右, 进入OG系统由烟气水进行除尘、降温、灭火处理, 经过烟气水处理后的烟气温度要求低于65℃, 粉尘含量小于80 mg/Nm3, 烟气设计浊循环水量600 m3/h, 转炉平均出钢量90 t/炉, 吹氧时间约14 min, 由于转炉在吹炼过程中产生的烟气量大、粉尘多, 烟气量正常在78000m3/h, 平均污泥粉尘量有28 kg/t钢 (含水量约25%) , 标准状态下烟尘进口浓度107g/m3 (28 kg/t钢×75%×90 t/炉×1000÷76000 m3/h×60÷14 min/炉=107 g/m3) , 经过洗涤后的烟气当其CO和O2含量符合回收条件时进行回收供石灰窑使用。
1 转炉烟气水处理工艺流程
转炉生产主要是以铁水为原料加入转炉, 然后向铁水中吹入氧气把铁水中的碳氧化到规定值, 碳氧化过程产生大量的热量把1350℃左右的铁水温度升高到1650℃左右, 同时添加石灰、轻烧白云山等造渣剂去除钢水中的P等有害元素, 转炉在吹炼过程中约1600℃的高温烟尘里含有大量的CO、CO2、Fe O、Ca O等物质, 经过汽化冷却烟道降到1000℃左右进入一文、二文系统与烟气水进行洗涤除尘降温处理, 此时Fe O、Ca O和部分CO2经气水接触后进入烟气水中, 被除尘、降温后的烟气再经脱水处理后进入煤气柜储存。600 t/min流量的烟气水通过高架明渠首先经过粗颗粒分离装置把大颗粒粉尘沉淀去除, 处理后的污水加入絮凝剂或Na2CO3 (根据检测钙硬度情况进行投加) 后进入到斜板沉淀池沉淀, 去除污水中细小颗粒, 沉淀后的水自流入热水井。淮钢转炉厂热水井容积为200m3, 热水井中的烟气经过水泵送至冷却塔进行冷却, 冷却水自流至循环加压泵房冷水井 (冷水井容积为168m3) , 最后由循环水泵加压送到转炉烟气除尘系统。转炉烟气水工艺流程如图1所示。
处理转炉烟气水的主要目的是:需要将炼钢辅料石灰、新水补入时带进的钙硬度等使其在系统内沉积下来, 通过在沉淀池入口前加入絮凝剂, 让系统烟气水在沉淀池内能快速形成碳酸钙颗粒, 然后与烟气水中的氧化铁等粉尘颗粒一起在沉淀池沉淀, 通过排泥管道排出系统外部进行处理。最终实现让进入烟气水在进入洗涤塔前能保持一个低的钙硬度。
2 钙硬度变化情况
淮钢80 t转炉烟气除尘水经处理后水质要求, 悬浮物浊度≤100 mg/L、PH>9、钙硬度<75mg/L, 由于转炉炼钢过程中必须投加石灰以形成炉渣, 在吹氧冶炼过程中部分石灰粉还未与钢液接触就被除尘系统吸出炉外, 进入烟气水系统。由于炼钢吹氧时大量石灰粉尘、氧化铁、CO2、CO和其它白云山等添加剂被带入烟气中, 造成除尘烟气水污染严重, 粉尘浓度最高可达110g/m3, 由于石灰粉尘进入烟气水中, 造成溶于烟气水中的Ca O多, 使烟气水中Ca2+浓度相当高, , 至使转炉除尘水的结垢倾向严重, 而导致烟气净化设备和污水处理设备严重结垢, 随着烟气系统结垢的不断增加, 造成烟气流量不断减少, 生产过程主要是根据烟尘流量变化情况来判断系统积灰状况的, 正常烟气流量控制在77000 m3/h, 有时烟气流量只有50000 m3/h以下, 特别严重时造成转炉烟气无法外排, 被迫停产清灰检修。
为此, 钢厂维修人员不得不利用每周更换转炉出钢口的时间, 对烟气除尘一文、二文、S板脱水器等部位进行清灰, 经过多次清灰发现, 越是经常停产清灰的转炉, 钙硬度波动变化较大, 烟气系统积灰越是严重, 而长期不停产清灰的转炉烟气系统, 其一文、二文、S板脱水器等部位积灰, 除了前期变化较大外, 约一周时间后就会基本趋于稳定, 即使Na2CO3药剂加入量减少或不加, 钙硬度指标也会始终在要求范围内, 烟道积灰现象也没有明显变化, 各种指标都处于稳定状态。
在工作过程中还发现1#转炉烟气水钙硬度波动变化较大, 钙硬度指标间断性出现超标现象, 即使调整Na2CO3药剂加入量也效果不明显。经过对1#、2#转炉生产工艺操作情况和烟气水工艺流程进行仔细比对, 发现两套系统烟气新水补水量存在差异, 1#转炉除尘风机出口V型水封注水系统是利用烟气水进行补水的, 而2#转炉V型水封注水系统是利用消防水进行补水的。经过改造, 取消了用1#转炉烟气水对V型水封进行补水, 这样就减少了烟气水的消耗量, 烟气补新水量明显降低, 随之1#转炉烟气水钙硬度变化就逐步趋于稳定, 和2#转炉烟气水运行参数情况基本相同。
2011年, 2#转炉大修期间, 淮钢对OG系统内部积灰进行了彻底清除, 可当转炉投产2天后发现风量在逐渐下降, 风量从刚开炉时的80 000 m3/h降到60 000 m3/h, 被迫停产检查, 发现OG系统二文喉口积灰严重, 烟气水钙硬度达到380 mg/L。
2012年3月, 2#转炉烟气水钙硬度又出现较大波动情况, 当检测发现钙硬度超标时, 增大了Na2CO3药剂的加入量, 钙硬度指标随即恢复正常, 两天后钙硬度又出现严重超标现象。技术人员在查找原因过程中发现烟气水热水井的循环水泵出现故障, 造成热水井的烟气水不能及时抽调到烟气冷水井, 这样就出现热水井的烟气水不断溢流, 而冷水井水量不够需不断补充新水, 平均每天要补充1000 t左右的新水来维持生产。当月中旬维修人员利用转炉检修机会维护好热水井的循环水泵后, 烟气水钙硬度又开始恢复正常, 即使不加或少加Na2CO3药剂, 烟气水钙硬度也能保持基本稳定。2012年3月份1#、2#转炉烟气水钙硬度指标情况见表1。
根据烟气水钙硬度指标数值统计表, 绘制了钙硬度指标变化曲线图 (见图2) , 由表1和图2可以看出, 1#转炉钙硬度指标保持非常稳定, 2#转炉钙硬度指标在前半个月波动非常大, 后半月和1#转炉一样钙硬度指标较好, 并且非常稳定。
3 钙硬度发生变化的原因及解决措施
每台转炉在正常生产情况下, 烟气水系统蒸发耗水约8 m3/h, 污泥含水约40 m3/天, 合计每天补充新水约200~250 m3, 其余烟气水循环率达到100%。由于转炉厂烟气两个水井容积总共只有368m3, 在日常生产过程中要求两个水井水位都必须处于高位运行状态。系统循环用水量为600 m3/h, 长约350 m的供水管线和回水明渠在正常生产时全部充满烟气水。当遇到对转炉烟气除尘一文、二文、S板脱水器等部位需要进行清灰时, 就必须要停烟气水, 这样造成烟气水供水管线、烟气回收明渠和烟气冷却塔系统等烟气水没有地方储存只能外排, 恢复生产时, 为了补充管线水的空缺, 短时间内又必须补充200 t左右的新水, 造成系统有约1/2为新水在运行。
分析钙硬度出现较大波动的几种情况, 发现每次出现钙硬度较大波动时, 都是由于短时间内对系统补充了大量新水。尽管找到了规律, 但依然存在如下问题:
(1) 烟气水系统补充的新水钙硬度只有140mg/l左右, 远低于烟气水中的钙硬度超过300 mg/L的现象。若系统会有蒸发浓缩使硬度逐渐升高, 但补新水少时, 系统同样在浓缩, 但钙硬度却能一直稳定在20mg/l左右。
(2) 新水的p H、碱度都比烟气水低, 但每次大量新水补入系统后, 烟气水的p H和碱度却升高。
这对此问题, 经过研究烟气水在不同状态下的酚酞碱度P和甲基橙碱度M, 了解了烟气水中各种离子平衡的机理。
烟气水中, 存在着钙离子、氢氧根离子、碳酸根离子和碳酸氢根离子 (其中氢氧根离子和碳酸氢根离子不可能同时存在) , 这四种离子是由石灰溶解成氢氧化钙、烟气中二氧化碳溶解形成碳酸根和碳酸氢根、补充的新水带进钙离子和碳酸氢根离子等方面造成的。烟气水中P碱度和M碱度的关系如表2所示。
转炉厂2#系统的碱度多数情况下属于2P>M。当硬度低时, M-P大于300 ppm, 当硬度高时, M-P只有100~200ppm, 甚至更低。这说明系统中碳酸根严重不足, 造成钙无法沉淀, 使钙以离子态存在烟气水中。
在正常运行时, 烟气中石灰和二氧化碳溶入烟气水中, 并且整个系统由于蒸发和排泥, 会有少量新水补入, 这时系统的钙硬度是正常的, 这是一个动态的平衡。而大量补新水时, 补充水带进了大量的钙, 与烟气水中的碳酸根生成碳酸钙沉淀, 造成石灰过量。尽管补水也带进了碳酸氢根, 但由于补新水 (包括中国大部分地区的天然水) 钙硬度高于碱度, 碳酸氢根消耗了一部分氢氧根, 相对来说碳酸氢根的量不足, 所以氢氧根的量增加了。
因此, 当补新水量过大时, 原系统中的离子平衡被打破, 由于烟气水系统的蒸发浓缩, 会造成钙硬度越来越高, 氢氧根碱度也变高。解决措施:向系统中加入碳酸钠, 即补入碳酸根离子, 使水系统重新恢复平衡。其它影响的因素如石灰吹入水系统中的量 (与石灰用量、粒径等相关) , 烟气中二氧化碳的量 (与吹氧时间、强度、微差压、烟气压力等相关) , 工况基本固定, 对水系统的影响力也小。
在烟气水系统中加入水质稳定剂, 即阻垢剂, 将有利于消除残余硬度的影响, 防止残余硬度造成结垢, 或使形成的垢较松软, 易被水流带走。目前, 淮钢转炉厂在冷水中投加纳尔科公司的7385阻垢剂, 当烟气水钙硬度发生偏高的情况时, 也会适当提高阻垢剂的加药量, 降低结垢风险。
斜板沉淀池是将系统中大量氧化铁、其它矿粉和碳酸钙颗粒排出系统外的一个重要设备。所以絮凝剂同时是一种非常重要的烟气水处理药剂, 淮钢转炉厂在斜板沉淀池入口投加纳尔科公司的8173絮凝剂, 将烟气水中的固体颗粒絮凝沉淀, 沉淀池出水悬浮物较低。
4 结束语
通过分析几年来烟气水出现的钙硬度波动大的情况, 发现只要系统保持相对平衡运行, 烟气水按量及时加入纳尔科公司提供的絮凝剂和阻垢剂, 烟气水系统钙硬度能始终保持在30 mg/L以下, 平时偶有波动, 经过加Na2CO3药剂也能很快调整过来并立即恢复正常。只有系统出现大量补新水时, 破坏了系统中各种离子的相对平衡, 才造成钙硬度波动大。但只要及时调整补新水量并加入碳酸钠进行降钙, 同时调整阻垢剂加药量降低结垢风险, 也可以很快恢复系统正常运行。
摘要：介绍了转炉烟气水处理, 分析了江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司转炉一次除尘烟气水质钙硬度波动变化大原因, 并提出了相应的解决措施。
转炉烟气净化技术 篇6
铜冶炼炉排出的烟气视铜矿的硫(S)成份的不同含有不同的SO2气体,这种含有有害气体的烟气排放大气中,造成自然环境的严重污染,对周围的生态造成非常严重的威胁。这与可持续发展的国策、高品质的生态环境保护要求是格格不入的。随着科技进步和环保的严格要求,新老铜冶炼企业改造建设成为无公害工厂——绿色工厂已日显其迫切性和必要性[1]。铜冶炼转炉烟气制酸不单是烟气污染环境的治理,而且能充分利用烟气的硫氧化物,生产工农业都需要的硫酸产品,成为铜冶炼工厂的非常重要的附产品。
本文所涉及的烟气制酸工艺采用了先进的二段动力波洗涤烟气和二转二吸等新技术,达到生产高品的硫酸产品,消除污染,保护环境的双重目的。伴随着动力波烟气洗涤净化和SO转化吸收技术在国内的应用和推广,工艺流的检测与监控技术也日益发展和完善,从常规仪表的测控系统已发展到普遍采用DCS集散控制系统阶段[2]。从仪表、电力分两个专业各自进行传统模式的控制到现今仪电一体化综合监控系统。
针对上述生产工艺特点,DCS系统采用ABB Industrial IT Freelance控制系统。该系统是面向工厂自动化的新一代开放式DCS系统,全面支持现场总线技术,系统采用全局数据库技术,实现全局一体化编程。系统通信为标准以太网,系统结构具有较强扩展能力,系统编程采用国际化标准。现场控制站采用符合技术要求的远程I/O ABB S800并通过Profibus总线与控制站进行数据通信。
2 系统结构
DCS系统的控制器采用冗余控制器,通过Profibus总线与现场设备连接,通过以太网与操作站、工程师站和网关连接。控制器内部电源采用冗余结构,柜外I/O通讯网络采用光纤环网结构。结构如图1所示。
DCS系统用于硫酸四系列的整个生产过程的控制,其包括净化系统、转化系统、干吸系统及与硫酸四系列相关的整个过程。本DCS系统与工厂原有DCS系统和现有厂区管控网相联并实现数据通讯。
3 监控系统的实现
3.1 净化系统
从冶炼炉来的SO2烟气中含有金属质的烟气、酸雾、水蒸汽及其它从原料矿中来的杂质。这些杂质必须清除。烟气的温度高,也必须冷却。冷却和高效去除气态、液态、固态杂质由净化系统来完成。这一系统由一级动力波洗涤器、气体冷却塔和二级动力波洗涤器构成。每台洗涤器都包含有一跟着一洗涤器分离槽的逆向喷嘴。烟气首先进入一级动力波洗涤器,一组3个喷嘴逆向喷射的稀酸将其急速冷却和洗涤。绝大部分的烟气、固体和雾粒从烟气中分离,并且烟气也因绝热饱和(水分的蒸汽)而冷却。因而,出口气体的湿体积大大于进口。气体混合物从一级动力波洗涤器进入洗涤器分离槽,洗涤液从烟气中分离,并聚集在槽的底部,槽进口的侧壁及分离器,有助于烟气进入冷却塔和二级动力波前脱离细小雾和其他粒子。一级动力波分离槽的液位由气体冷却塔系统、二级动力波分离槽的串入量和电除雾系统的外排液量维持。并有一个自动阀门控制液位。稀酸通过一级动力波洗涤器循环泵打往3个喷嘴和溢流堰,泵靠重力
从一级动力波分离槽吸液体。溢流堰的稀酸流量带高、低和低-低报警监控。这个流量要求在低-低流量时连锁开启事故水阀门。喷嘴得稀酸压力在低-低压力时连锁开启事故水阀门。
当一级动力波循环泵被停的时候,主风机也连锁停车。控制如图2所示。
3.2 转换系统
SO2转化成SO3是氧化放热反应,在高温和氧化钒催化剂作用下进行,该反应消耗O2,生成SO3,并升高气体温度直至达到平衡状态,在平衡点反应终止。通过使反应在连续的催化剂层中进行并在层间进行冷却,可以提高反应程度(转化效率)。
自动控制用于维持最适宜的转化层进口温度,第一层进口温度控制冷热交换器(四换)气体旁路,第二层气体进口温度通过热交换(一换)气体旁路控制,第三层进口温度控制中间交换气体旁路,第四层进口温度控制冷却交换器A和B气体旁路。
自动温度控制也用于第二层出口温度,通过转化器系统的旁路部分围绕着第一层和热热交换器壳程(一换)输送气体。必须转移一部分反应热量到第二层该控制主要需要低气体温度,因此离开一吸塔的气体在返回转化器之前被充分预热。
一层进口温度控制、二层进口温度控制和二层出口温度控制流程如图3所示。
3.3 干吸系统
从传化器第三层来的烟气在冷中间交换器A和B中冷却,然后流过一吸塔。在此三层转化的SO3被第一次吸收到循环的98.5%硫酸中,然后烟气经过一个高效除雾器流出,在冷中间热交换器A和B及热中间热交换器被重新加热,然后返回转化器的第四层进行二次转化。烟气在进入二吸塔之前在冷热交换器和SO3冷却器中被冷却。二吸塔中,第四层转化形成的SO3被吸收到循环的98.5%硫酸中。烟气经过一个碰撞型除雾器后流出塔,进入烟囱排放,基本上没有SO2和酸雾。通过一组在两系统中允许自动控制酸浓和泵槽液位的串酸管线,它与用于干燥塔的浓酸系统连通。
一吸塔上塔流量控制,通过调节在共用一吸/二吸塔酸冷器酸旁路管线上的阀门。上塔的酸温控制,通过调节从共用酸冷器到一吸塔的流出管线上阀门。
二吸塔上塔流量控制,通过调节在共用酸冷器酸旁路管线上的阀门。上塔的酸温控制,通过调节在从一吸/二吸塔酸冷器到埂吸塔的流出管线上的阀门。控制如图4所示。
4 监控功能
4.1 流程图及总貌显示
按照装置工艺和操作员的专门需要组态的用以表示工艺过程状态的显示画面,工艺流程画面显示当前的过程数据或过程状态,用数字或模拟形式进行显示(如棒图.动态填充或趋势窗口).画面显示中的图形符号根据过程状态进行置换、闪烁、变色以及位置变化,即进行动态显示。而总貌图则可调出分组显示,用户流程画面显示、设定曲线显示、趋势显示和SFC顺序显示。
4.2 快选窗口及分组显示
功能与总貌显示画面类似,但它是可在其它显示上随意浮动的窗口,由它调出某一画面后其自身并不消失而是同时显示。
为便于更准确的读数,还同时显示其物理量纲的数字。通过颜色的变换和闪烁可迅速检测出各变量的故障状态。所组态的报警极限值也能显示出来。从分组显示单元中可直接选择所期望的值,它使得操作员能在过程运行中进行快速而适当的干预。
4.3 面板及趋势显示和归档
采用面板窗口显示技术,可同时获得总体和详细的信息。面板显示是弹出式窗口,与标准显示或自由格式的用户画面同时显示在监视器上。它可以随意拖动,不用时可关闭。所选的过程点随时可以通过面板来显示或操作。
模拟和数字过程变量随时间的变化过程可以趋势画面进行显示并归档存储。
4.4 消息列表及操作员提示
控制器检测出的过程故障或开关量变化连同其时间标签(事件发生时刻),将一同被送往操作站作为消息通报。
系统提供以下消息类型:系统故障、过程报警、开关动作和操作员提示。过程消息类型指定五种不同的优先级(从0～5),系统故障另分成三个优先级(S1～S3).不同优先级的消息以不同的颜色显示并可选择不同的确认方法。此外还显示过程点的名称和故障状态。所有消息均可以中文显示。为观察更加清晰,操作员可把某个优先级或装置区域的消息暂时从屏幕上取消而不显示。
4.5 记录及系统诊断显示
记录用于记录来自过程的事件、状态和顺序。记录文件存贮在硬盘上,可在监视器上显示、通过打印机输出或转存以备将来评估。
系统硬、软件的当前状态由一个在后台自动运行的系统诊断程序进行监视。
系统状态显示(显示包括操作站、过程站、现场控制器以及系统总线在内的系统结构总貌和状态)、站状态显示、模件状态显示(显示与所选模件有关的详细信息)。
5 结束语
ABB Industrial IT Freelance监控系统有着高性能、全开放、规模灵活、成本较低的特点,也是转炉烟气制酸流程过程监控系统选型的着眼点。该DCS监控系统于2003年底完成安装调试及试运行,现已投入正常运行。运行实践表明,系统能适应硫酸生产中的恶劣环境,性能稳定可靠,产品质量提高,年经济效益达2000多万元。
本文创新点
采用了先进的二段动力波洗涤烟气和二转二吸等新技术烟气制酸工艺,用搞性能ABB Industrial IT Freelance监控系统实现了该烟气制酸流程控制的电仪一体化,达到生产高品质的硫酸产品,消除污染,保护环境的双重目的。
参考文献
[1]托马斯·E·格雷德尔珍妮弗·A·霍华德-格伦维尔.绿色工厂-观点、方法与工具(翻译版)[M],北京,清华大学出版社,2006