苑繼超

(河鋼承鋼環(huán)保部 河北承德 067102)

0 引言

轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)是煉鋼工藝重要的環(huán)保設(shè)施，主要作用是捕集兌鐵、出鋼及吹煉過程中溢出一次煙罩的煙氣[1]。雖然在當前嚴峻的環(huán)保形勢下，大部分鋼鐵企業(yè)煉鋼廠房增設(shè)了三次除塵系統(tǒng)，但二次除塵系統(tǒng)煙氣捕集效果仍是影響煉鋼環(huán)保情況的重要因素之一。如二次煙氣捕集效果不好，煙氣擴散到廠房頂部時體積會成倍增長，大大增加三次除塵系統(tǒng)負荷，嚴重時甚至溢出廠房?？紤]轉(zhuǎn)爐二次煙氣具有變化和間斷性，如一味地增加二次除塵系統(tǒng)風量，又會造成不必要的能源浪費。因此，如何合理地設(shè)計、改進、運行轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)，降低系統(tǒng)阻力、提高捕集效果，實現(xiàn)高效、經(jīng)濟運行是相關(guān)設(shè)計機構(gòu)和鋼鐵企業(yè)需重點關(guān)注的問題。

1 項目概況

某企業(yè)150 t轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)于2008年投運，主廠房內(nèi)由南到北布置3臺150 t轉(zhuǎn)爐，其二次除塵系統(tǒng)共有2臺100萬m3/h風量的布袋除塵器，采用并聯(lián)方式公用一條除塵主管道。除塵主管道在廠房外為圓形，進入廠房后在1#轉(zhuǎn)爐南側(cè)變?yōu)榉叫?，由南到北依次引?#～3#轉(zhuǎn)爐的爐前和爐后除塵管道并逐漸變徑，爐前和爐后除塵管道均配有風量調(diào)節(jié)閥。主管道變徑、風量調(diào)節(jié)閥情況和除塵器主要設(shè)計參數(shù)見表1～表3。

表1 主管道變徑情況

表2 風量調(diào)節(jié)閥情況

表3 除塵器主要設(shè)計參數(shù)

至2016年，該企業(yè)150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)已運行近8年時間，期間為了控制廠房煙塵排放，增設(shè)了三次除塵系統(tǒng)，但由于二次除塵系統(tǒng)的煙氣捕集效果不佳，廠房內(nèi)經(jīng)常有煙氣彌漫。為了提高其二次除塵效果，進行了系統(tǒng)診斷，找出了問題及原因、制定了改進措施。

2 問題及原因分析

通過對150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)的各集塵罩、除塵管網(wǎng)、布袋除塵器、風機等進行系統(tǒng)排查，利用U型壓力計實測煙氣壓力，結(jié)合設(shè)計、運行參數(shù)以及分析風機特性曲線等方式，發(fā)現(xiàn)主要存在4個方面影響二次除塵效果和經(jīng)濟運行的問題。

2.1 主管道設(shè)計風速偏高，阻力損失大

某企業(yè)150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)設(shè)計總風量為200萬m3/h，則主管道設(shè)計風速對不同管徑分別為：圓形(Φ5.2 m)26.17 m/s、方形(4 m×5.2 m)26.71 m/s、方形(3.4 m×5.2 m)31.42 m/s。二次除塵系統(tǒng)運行風量達200萬m3/h時，監(jiān)測布袋除塵器入口前主管道靜壓在-1 900～-2 200 Pa之間、平均-2 100 Pa。吸塵口為大氣環(huán)境，靜壓基本為零，則轉(zhuǎn)爐吸塵口至除塵器入口之間的除塵管網(wǎng)平均阻力為2 100 Pa。

對于重礦物粉塵，為保證粉塵不沉降，除塵風管的最小風速：垂直風管14 m/s、水平風管16 m/s[2]。某企業(yè)150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)主管道為水平布置，可見其風速偏高較多，取17～19 m/s較為合適。因管網(wǎng)阻力與風速(風量)的平方成正比[3]，風速增加會導致管網(wǎng)阻力呈指數(shù)增加，風機為克服管網(wǎng)阻力增加做功，導致不必要的能源浪費。若該150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)圓形主管道風速為19 m/s，則轉(zhuǎn)爐吸塵口至除塵器入口之間的管網(wǎng)阻力根據(jù)管網(wǎng)特性計算，會降至1 100 Pa，但系統(tǒng)風量會降至145萬m3/h。

2.2 布袋除塵器壓差偏高，阻力大

150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)的布袋除塵器自2008年投用后，進、出口壓差一直比其他布袋除塵器偏高，在2.5 kPa左右，一般布袋除塵器正常運行時壓差應(yīng)低于1.5 kPa[4]，較高的進、出口壓差代表布袋除塵器阻力偏高。

布袋除塵器的阻力主要由三部分構(gòu)成：設(shè)備本體阻力、濾袋的阻力和濾袋表面粉塵層的阻力[2]，且布袋除塵器的阻力和過濾風速的平方成正比。綜合分析，造成150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)布袋除塵器阻力偏高的原因如下：

(1)采用Φ160×6 000的長布袋，為提高清灰效果，布袋骨架配套有文氏管用于噴吹引流，但文氏管最小處直徑僅55 mm。對于Φ160 mm的布袋，文氏管最小直徑應(yīng)選用80 mm以上。因尺寸偏小，單臺除塵器風量為100萬m3/h時，凈氣流經(jīng)過文氏管最小直徑的速度達27.8 m/s，增加額外阻力約100～200 Pa。

(2)較小的文氏管直徑且清灰用壓縮空氣的壓力較低(0.3 MPa)，嚴重影響清灰效果。布袋除塵器阻力大部分來自布袋上的粉塵附著層，清灰效果不好將會導致除塵器阻力偏大。在布袋除塵器整體更換布袋時，查看更換下的除塵布袋，掛灰嚴重，說明清灰效果非常不好。

(3)布袋除塵器的清灰參數(shù)設(shè)置為：脈沖噴吹時間0.3 s、脈沖噴吹間隔5 s、室氣缸間隔5 s，共26個室、每室12個脈沖閥，則清灰周期為30 min。在清灰效果不好情況下，此清灰周期時間較長，應(yīng)縮短清灰周期[4]。

(4)每臺布袋除塵器有26個室，總過濾面積為13 100 m2，實際運行過程中總有一個室處于離線清灰狀態(tài)，實際過濾面積為12 596 m2，設(shè)計過濾風速為1.32 m/min，較目前≤1.0 m/min的主流布袋除塵器過濾風速偏高。

2.3 部分風量調(diào)節(jié)閥故障，不能及時調(diào)整

150 t轉(zhuǎn)爐二次煙氣最大工況為：兩座轉(zhuǎn)爐同時兌鐵、1座轉(zhuǎn)爐出鋼，兌鐵爐前閥全開、爐后閥關(guān)閉，出鋼爐前閥關(guān)閉、爐后閥全開，風量分配為：兌鐵75萬m3/h、出鋼50萬m3/h。實際冶煉過程中兩座轉(zhuǎn)爐同時兌鐵情況比較多，各風量調(diào)節(jié)閥需根據(jù)轉(zhuǎn)爐加料、吹煉、出鋼、出渣等進行自動調(diào)整，否則即使除塵風量達到設(shè)計水平，轉(zhuǎn)爐二次煙氣的捕集效果也不理想。經(jīng)過現(xiàn)場核實發(fā)現(xiàn)1#轉(zhuǎn)爐1#閥(爐前)和3#閥(爐后)、2#轉(zhuǎn)爐1#閥(爐前)、3#轉(zhuǎn)爐1#閥(爐前)等4個調(diào)節(jié)閥不能自動調(diào)節(jié)，特別是1#轉(zhuǎn)爐位于主管前端，其1#閥(爐前)和3#閥(爐后)不能調(diào)整，常開存在吸野風情況，同時降低2#、3#轉(zhuǎn)爐的除塵風量，導致除塵效果不好。

2.4 二次除塵系統(tǒng)運行管理存在欠缺

排查150 t二次除塵系統(tǒng)存在問題過程中發(fā)現(xiàn)布袋除塵器上有部分提升閥、脈沖閥故障，風機轉(zhuǎn)速設(shè)定不合理等，影響除塵系統(tǒng)穩(wěn)定運行。提升閥故障會導致該閥對應(yīng)的倉室離線，除塵過濾面積減少；脈沖閥故障則對應(yīng)布袋將失去清灰功能進而失去除塵效果。風機并聯(lián)運行，風機轉(zhuǎn)速設(shè)定不合理會導致兩臺除塵器進口負壓不一致，風量匹配不均，風機效率低。

3 改進和優(yōu)化措施

2016年下半年，某企業(yè)完成了150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)兩臺風機的變頻改造，取消液力耦合器，實現(xiàn)變頻調(diào)速，也為實現(xiàn)150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)的經(jīng)濟運行提供了硬件條件。因此，結(jié)合系統(tǒng)排查發(fā)現(xiàn)問題和原因，從提高二次煙氣捕集效果、降低系統(tǒng)阻力入手，提出改進和優(yōu)化措施。

3.1 強化運行管理方面

(1)改進措施：修復故障的風量調(diào)節(jié)閥，各風量調(diào)節(jié)閥必須隨冶煉工況實時調(diào)整，避免出現(xiàn)吸野風浪費風量情況。加強布袋除塵器提升閥、脈沖閥的點檢、維護和備件管理，確保100%完好，發(fā)揮正常功能。兩臺風機并聯(lián)運行，為消除相互搶風情況，兩臺除塵器風機轉(zhuǎn)速必須保持一致[2]。

(2)落實情況：通過強化除塵運行管理，加強日常點檢、維護和利用檢修時機對除塵器提升閥進行了全面修復，確保運行過程中提升閥全開；對位移和掉落的脈沖噴吹管進行了徹底修復，脈沖閥發(fā)現(xiàn)問題及時更換膜片，保證清灰效果；明確了兩臺風機變頻必須保持一致的調(diào)整要求；組織對故障的風量調(diào)節(jié)閥逐步進行了修復，恢復自動調(diào)整功能，二次除塵效果明顯提高。

3.2 降低布袋除塵器阻力

(1)改進措施：調(diào)整布袋除塵器清灰參數(shù)，通過縮短清灰周期的方法提高清灰效果；將離線清灰改為在線清灰模式，增加實際過濾面積，降低過濾風速；提高清灰用壓縮氣體壓力，提高清灰效果；結(jié)合布袋更換逐步將現(xiàn)布袋骨架口文氏管改為最小管徑80 mm的文氏管。

(2)落實情況：為提高清灰效果，調(diào)短了噴吹周期，脈沖噴吹時間0.2 s、脈沖噴吹間隔2 s、室氣缸間隔2 s，清灰周期變?yōu)?2 min；新增加了一條壓縮空氣管道，提高清灰用壓縮空氣壓力至0.4 MPa以上；將離線清灰改為在線清灰模式；布袋骨架計劃后期逐步進行更換。通過以上措施，將布袋除塵器壓差基本控制在2 kPa以下。

3.3 探索高效、經(jīng)濟運行方式

150 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)風機在改為變頻調(diào)速前，配套10 kV電機運行電流約120 A、功率因數(shù)0.86，則兩臺電機日常運行功率為3 570 kW、需電費約4.45萬元/d。改為變頻調(diào)速，通過修復風量調(diào)節(jié)閥、降低布袋除塵器阻力、優(yōu)化二次除塵運行后，將兩臺風機的變頻設(shè)定為45 Hz，仍能滿足二次除塵效果；10 kV高壓柜輸出電流約90 A、功率因數(shù)0.95，則兩臺電機日常運行功率為 2 960 kW，需電費約3.7萬元/d，較優(yōu)化調(diào)整前節(jié)約電費0.75萬元/d，實現(xiàn)了二次除塵系統(tǒng)的高效、經(jīng)濟運行。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)要實現(xiàn)高效、經(jīng)濟運行，一是要合理設(shè)計系統(tǒng)管網(wǎng)，避免為降低前期投資而提高管道設(shè)計風速，導致管網(wǎng)系統(tǒng)阻力增大，帶來不必要的能耗；二是必須保持風量調(diào)節(jié)閥完好，隨不同冶煉工況實時調(diào)整，避免吸野風情況；三是風機要變頻調(diào)速，實現(xiàn)保證除塵效果的前提下降速節(jié)能；四是加強布袋除塵器的運行管理，特別是要保證清灰效果，實現(xiàn)低阻低耗運行。另外，在轉(zhuǎn)爐二次除塵的建設(shè)中應(yīng)盡量避免風機并聯(lián)運行；如必須并聯(lián)運行，應(yīng)采用相同型號、參數(shù)的風機，且運行時保持轉(zhuǎn)速一致，避免相互搶風，影響風機的風量和效率。