转炉除尘和煤气回收技术的评价和发展方向

转炉节能减排是我国钢铁业的薄弱环节之一。2008年全国重点钢铁企业转炉工序能耗为5.74kgce/t，而国内宝钢、武钢等企业早已实现了“负能炼钢”，达到世界先进水平。在环保上，转炉炼钢存在不同程度的高排放、甚至超标排放。在导致转炉高污染的多方面原因中，技术发展不平衡和落后应该说是最重要因素之一。

广义讲，转炉除尘包括一次除尘、二次除尘和岗位除尘三部分，而一次除尘系统直接影响转炉煤气、蒸汽的回收利用，也是电能等能源的主要消耗部分，是实现“负能炼钢”的关键。
    我国转炉一次除尘技术装备有湿法、干法两大类，十多种不同组合形式，如何实事求是的评价不同技术的优缺点，确定正确的技术改造和发展方向，对我国钢铁工业重组、改造、淘汰落后都有一定的现实意义。
    二、评价
    转炉除尘首先是环保课题，但按照科学发展观跨跃式发展的要求，单纯治理烟尘、污水已经远远不够了，必须将除尘、煤气回收和资源回收利用进行综合考虑和评价。评价指标应该包括粉尘排放、煤气回收、蒸汽回收、除尘电耗、除尘水耗、粉尘利用等。
    1.粉尘浓度
    粉尘浓度是指单位体积内空气中所含粉尘的质量，用mg/Nm3表示。目前，一次除尘的现状是传统“OG”湿法的排放水平100mg/Nm3；新一代“OG”法的排放水平50mg/Nm3；干法和半干塔文法的排放水平20~30mg/Nm3；二次除尘布袋除尘器烟囱的排放浓度20mg/Nm3；回收煤气粉尘浓度和岗位除尘粉尘浓度10mg/Nm3以下。
    2.煤气回收利用
    转炉吹氧中期，煤气CO含量可达30%~90%，采用未燃法可以作为转炉煤气回收利用。衡量转炉煤气回收水平的指标：一是吨钢煤气回收量，用Nm3/t表示；二是CO平均含量；或者有的厂也把两者合并为用吨钢回收煤气热值（MJ/t）考核。从实际生产看，通常我国大转炉回收量都比较高，已经达到世界先进水平，吨钢煤气回收量达到100~120Nm3/t，但全国总体水平还比较低，只有先进水平的50%左右。值得注意的是，转炉半干塔文法可以提高煤气回收量10Nm3/t，CO平均含量也有所提高。主要原因是该法显著降低了系统阻力，相当于提高了系统能力，加之炉口微差压可控，这样冒出烟罩和吸入空气燃烧的煤气都有减少。目前回收的转炉煤气绝大多数都作为炼钢厂内、或钢铁公司内部燃料使用。
    3.蒸汽回收利用
    转炉煤气温度在1450~ 1550℃，通常采用汽化冷却烟道式废热锅炉冷却到900~ 1000℃回收生产蒸汽。衡量蒸汽回收水平的指标也有两个：一是吨钢回收蒸汽量，用kg/t表示；二是蒸汽压力。目前，转炉蒸汽回收量和压力差别都很大：先进的回收量达到100kg/t以上、压力可达2.5~4MPa，用于钢水真空处理、发电或并入蒸汽网；也有一些转炉蒸汽回收量少、压力低，只用于洗澡、采暖等初级用途；更有些转炉蒸汽还放散，不仅浪费宝贵的软化水资源，还产生噪声污染。
    4.除尘电耗
    转炉除尘电耗是工序能耗的主要消耗项之一，通常用kWh/t表示。目前我国传统“OG”湿法转炉除尘合计电耗约15kWh/t（其中一次除尘7~8kWh/t，二次除尘7~8kWh/t）。新一代“OG”法和半干塔文法由于将“一文”改造为空心洗涤塔阻力降低，可以节电1~2kWh/t。干法最大的优点是阻力最小，可以节电3~4kWh/t。实际上，转炉除尘节电最大的潜力是在二次除尘，因为只要一次除尘能力够、炉口微差压控制好，则冶炼周期中有一半时间不需要二次除尘，而兑铁、加废钢、出钢、车间通风除尘都可以采用其它更简单、节能的技术来完成，比如喷雾除尘。
    5.除尘水耗
    转炉二次除尘和岗位除尘通常不消耗水，一次除尘则必须消耗一定量水，包括补充新水和浊循环水。目前传统和新“OG”湿法补充新水一般在0.3~0.5t/t钢；因为排烟带水汽多，半干塔文法补充新水有所降低；由于排烟温度低、脱水效果好，夹带水汽少，干法补充新水更少。传统和新“OG”湿法的最大缺点是浊循环水量大，对于30~300t转炉，每座转炉浊循环水量在150~1000t/h；半干塔文法可以减少浊循环水量50%；干法蒸发冷却不用浊循环水，但煤气冷却还是用循环水，循环水流量与半干塔文基本相同。有人认为，浊循环水是在循环使用，多了不浪费水，并且对除尘有好处，大量的实践经验证明这是一个普遍的误区。事实上，浊循环水量大不仅对除尘没有好处，还会降低除尘效率，更主要的是水处理系统占地面积大、运行费用高、增加无效阻力；水处理系统的处理能力一定时，循环水量增大还会引起水质差、供水温度高。
    6.粉尘回收利用
    转炉粉尘产生量约15~ 20kg/t。目前，转炉二次除尘都是回收干灰，而一次除尘中各种湿法均是以泥浆形式回收利用粉尘，干法主要是回收利用干灰。干灰和泥浆多数是送烧结厂做原料，比较理想的是将粉尘/泥浆中的锌回收后再送烧结厂，或制成直接还原铁送电炉更经济。
    三、发展
    我国现有600多座转炉，其中有500多座转炉一次除尘仍在沿用传统的“OG”湿法。无论是从不断提高的环保要求、综合回收利用的角度考虑，还是从节能、降低成本、提高企业竞争力等方面出发，都不得不进行技术改造。问题是采用什么技术、向哪个方向发展。一般说来，传统“OG”湿法将逐步淘汰或改造；新“OG”法虽然在环保排放、节能方面有所改进，但除尘耗水量仍较多，不宜推荐；干法是发展的大方向，但现有的干法实际问题还是比较多，如改造时间、投资、维修费用、排放不稳定，特别是对转炉装备和自动控制连锁要求高，一般中小型转炉不敢采用。采用半干法逐步向真正的全干法发展，应该是更符合我国国情的转炉除尘技术改造和发展方向。具体展望如下：
    1.粉尘浓度
    粉尘浓度控制标准越来越低，这是必然趋势，采用新“OG”法、特别是半干塔文法都比较容易达到20~50mg/Nm3。因此，转炉除尘只要进行技术改造，粉尘浓度控制要求就应该确定在50 mg/Nm3以下，而不是仅要求达到现在80~100mg/Nm3的水平。最终排放和回收煤气中粉尘浓度要争取均控制在10mg/Nm3以下。
    2.煤气回收利用
    目前我国转炉煤气平均回收量在50Nm3/t，回收量低的主要技术原因：一是没有炉口微差压自动控制调节装置，或更多的是设计有但实际不能正常运行；二是烟罩的密封性没有解决好；三是系统能力不够，烟罩口大量烟气外冒燃烧，不仅降低了煤气回收量，还增加了二次烟气量和处理费用。无论发展哪种方法，都必须解决好炉口微差压的控制调节和烟罩密封性，并确保系统能力略大，从而将空气燃烧系数控制在10%、甚至5%以下，使吨钢煤气回收量达到100Nm3/t、甚至130Nm3/t的极限水平。回收煤气还要考虑部分作化工原料，以实现低碳经济发展。
    3.蒸汽回收利用
    目前转炉蒸汽回收量实际水平在50kg/t，通过采取适当的技术措施，同时加强合理利用，回收量达到100kg/t、甚至150kg/t都是可能的。要彻底从技术系统上杜绝放散和洗澡等低能级应用。
    4.除尘电耗
    转炉一次除尘电耗高的主要原因是“OG”系统先天阻力大，达到20kPa以上，采用干式、湿式电除尘器作为精除尘设备，并简化系统布置，使系统总阻力降低到6~8kPa就可以节电50%，即节电3~4kWh/t。二次除尘则采用喷雾辅助无动力除尘、或低阻电除尘，停止或减少高耗能、高浪费的布袋除尘系统也可以显著节电。
    5.除尘水耗
    转炉一次烟气进入除尘系统的温度目前为900℃，国内外许多研究都集中在利用这部分余热生产蒸汽发电或并网上，而补充的新水也主要消耗在高温烟气冷却。目前多用废水补充新水，如软水系统排水、水封排水等。从发展的角度看，在没有经济、合理利用烟气余热前，利用高温烟气处理废水应该是一个有前途的方向。采用半干法、全干法可以停止现有浊循环水系统的运行，拆除或改作其它用途，最主要的是可以节省运行费用，提高企业竞争力，减少占地面积。
    6.粉尘回收利用
    随着半干法、干法的推广，转炉粉尘主要以干灰形式回收利用，可以降低污泥压滤、运输成本及二次污染。有条件时要考虑锌的回收利用。