轉(zhuǎn)爐干法除塵細(xì)灰堵塞處理技術(shù)應(yīng)用研究

高 文 肖志敏 陳書亮

（安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南 安陽 455004）

0 引言

安陽鋼鐵二煉軋作業(yè)部有三座150 t 轉(zhuǎn)爐，2017年5 月開始對(duì)這三座轉(zhuǎn)爐的濕法OG 除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造，升級(jí)為干法除塵系統(tǒng)，2018年1月底改造完畢投入使用。該系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)爐煙氣通過汽化煙道、蒸發(fā)冷卻器、靜電除塵器、ID 風(fēng)機(jī)、煤氣冷卻器和杯閥轉(zhuǎn)站換被送往煤氣柜。相較于濕法除塵，干法除塵煙氣污染物的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三相分離更加明顯，除塵效率更高，符合目前鋼鐵行業(yè)創(chuàng)A環(huán)保要求。

轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)蒸發(fā)冷卻器降溫和粗顆粒分離（粗灰直接回爐重復(fù)使用）后進(jìn)入電除塵器，氣流經(jīng)過三層分布板分散開，粉塵被高壓電場(chǎng)吸附在陽極板周圍，再由機(jī)械振打?qū)⒎蹓m振落，并經(jīng)過兩個(gè)扇形刮灰器的刮動(dòng)，落到鏈條刮板機(jī)，降落在電除塵器底部刮板機(jī)上，細(xì)灰再經(jīng)過緩沖斗、下吹式正壓細(xì)灰倉(cāng)泵和輸灰管道，集合到細(xì)灰倉(cāng)中，最后由罐車運(yùn)送，可制作成冷壓塊、球團(tuán)等煉鋼原料再次利用［1］。干法電除塵工藝捕集到的灰粒度較細(xì)，屬高細(xì)粉狀態(tài)物質(zhì)，可通過罐車密封運(yùn)輸，爐塵利用價(jià)值高［2］，含40%～60%的氧化鐵、12%～15%的氧化鈣、5%的氧化鎂、2%～4%的二氧化硅。因此，提高系統(tǒng)的細(xì)灰出塵量就能提高除塵效率。該工藝中的細(xì)灰輸灰系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)爐干法除塵細(xì)灰系統(tǒng)流程

該輸灰系統(tǒng)采用正壓式氣力輸灰。設(shè)備運(yùn)行初期，經(jīng)常出現(xiàn)細(xì)灰堵塞現(xiàn)象，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，處理時(shí)間較長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度很大。本研究對(duì)四種細(xì)灰堵塞情況進(jìn)行分析，并探討解決方案。

1 1#細(xì)灰倉(cāng)泵堵塞

1.1 堵塞情況及原因分析

在系統(tǒng)投運(yùn)初期，1#倉(cāng)泵經(jīng)常發(fā)生堵灰情況，初始設(shè)計(jì)中有自動(dòng)清堵模式，但效果不佳。1#倉(cāng)泵容積為0.35 m3、自重為360 kg，1#倉(cāng)泵距離細(xì)灰倉(cāng)水平距離約為40 m（2#倉(cāng)泵距離細(xì)灰倉(cāng)水平距離為10 m、3#倉(cāng)泵距離細(xì)灰倉(cāng)水平距離為3 m），高度差約為8 m，輸灰管道包括四個(gè)直角彎頭，說明1#輸灰阻力最大。為了方便判斷和查找原因，需要分析輸灰壓力曲線，正常的輸灰壓力曲線（節(jié)選）如圖2所示。

圖2 正常輸灰壓力變化情況

圖2 中橫軸為時(shí)間軸，豎軸為倉(cāng)泵的氮?dú)廨敾覊毫Α＜?xì)灰系統(tǒng)的輸灰程序如下：①關(guān)閉進(jìn)料閥。送氣閥往倉(cāng)泵內(nèi)送氮?dú)猓褌}(cāng)泵清空，輸灰時(shí)間為30 s。②關(guān)閉送氣閥。打開進(jìn)料閥，從緩沖斗到倉(cāng)泵下料，進(jìn)料時(shí)間根據(jù)倉(cāng)泵輸灰能力來設(shè)定，由于1#輸灰阻力大，一次輸灰量不宜過多，進(jìn)料時(shí)間設(shè)定為6 s。通常輸灰壓力曲線每冶煉一爐有大約21個(gè)輸灰周期，按照每爐灰量在3 t 左右來計(jì)算，每周期輸灰量平均為142.85 kg。

當(dāng)輸灰系統(tǒng)主送氣壓力大于0.4 MPa 時(shí)，電腦顯示倉(cāng)泵“管道堵塞”報(bào)警，此時(shí)輸灰程序停止。正壓氣力輸送的計(jì)算見式（1）［3］。

式中：P為粉塵加速壓力損失，Pa；?為系數(shù)，與輸送距離成正比，與輸送壓力成反比，一般取2～10；ms為單位時(shí)間內(nèi)通過輸送管道截面的粉塵質(zhì)量GS和氣體質(zhì)量GB之比；ρB為常溫下空氣密度，取1.293 kg/m3；VB為粉塵輸送速度，m/s。

進(jìn)而推導(dǎo)出式（2）。

式中：μS為空氣的黏度系數(shù)，Pa·S；GS為粉塵量，kg/h；S為輸送管截面積，m2。

由式（2）可知，在其他參數(shù)不變的情況下，發(fā)生堵塞說明輸氣壓力達(dá)不到粉塵加速壓力損失，粉塵質(zhì)量增加導(dǎo)致阻力加大。只有增加輸灰壓力才能克服阻力。

1.2 解決方案

1.2.1 傳統(tǒng)的解決方案。自動(dòng)清堵模式程序受到輸灰時(shí)間的限制，輸灰壓力增加得不夠，達(dá)不到輸灰要求。只能到現(xiàn)場(chǎng)打開倉(cāng)泵底部檢查孔，將倉(cāng)泵內(nèi)的積灰或異物清理干凈。工作量較大，處理時(shí)間較長(zhǎng)，影響轉(zhuǎn)爐冶煉。

1.2.2 優(yōu)化后的解決方案。當(dāng)倉(cāng)泵輸灰壓力大于0.35 MPa 時(shí)，程序報(bào)警連鎖自動(dòng)進(jìn)入清堵循環(huán)，即關(guān)閉倉(cāng)泵進(jìn)料閥，只對(duì)倉(cāng)泵輸氣加壓，直至管道內(nèi)輸灰壓力正常，說明倉(cāng)泵內(nèi)清空，再重新啟動(dòng)進(jìn)料循環(huán)。此外，還可延長(zhǎng)清堵的輸灰時(shí)間。

清堵時(shí)輸灰壓力曲線如圖3 所示。由圖3 可知，11：24：12的輸灰壓力超過0.4 MPa，電腦報(bào)警顯示“細(xì)灰堵塞”，11：24：18 到11：24：48 之間為電腦自動(dòng)啟動(dòng)清堵模式循環(huán)過程，輸灰壓力曲線循環(huán)下降。清堵模式重復(fù)5 次后壓力歸零，但重新啟動(dòng)后壓力仍然高，則保持憋壓。由于11：25：54 到11：26：24 及11：26：42 到11：27：12 之間這兩次憋壓時(shí)間較短，因此沒有徹底清堵，那么從11：27：24 到11：29：36之間的憋壓時(shí)間較長(zhǎng)，最終清除堵塞。通過對(duì)PLC 程序中設(shè)定的輸灰步驟參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，證明1#倉(cāng)泵憋壓超過0.55 MPa、時(shí)間超過5 min 以上可有效疏通細(xì)灰堵塞。

圖3 清堵時(shí)輸灰壓力變化情況

2 緩沖斗堵塞

2.1 堵塞情況及原因分析

如果緩沖斗堵塞，則說明物料進(jìn)不到倉(cāng)泵內(nèi)，倉(cāng)泵的輸灰壓力就會(huì)減少到空管壓力。當(dāng)輸灰系統(tǒng)在冶煉期間主送氣壓力明顯低于空管壓力（0.04 MPa）超過3 min，觀察扇形刮灰器外軸，如果能夠正常旋轉(zhuǎn)，說明緩沖斗出現(xiàn)堵灰現(xiàn)象。倉(cāng)泵空送時(shí)輸灰壓力曲線如圖4所示。

圖4 空送輸灰壓力變化情況

當(dāng)緩沖斗堵塞時(shí)，先排查進(jìn)料閥和輸氣閥是否正常開關(guān)，如果閥門不能正常開關(guān)到位，再檢查閥體和液壓缸是否正常。進(jìn)料閥開關(guān)不到位，勢(shì)必引起堵塞。流化進(jìn)氣不順暢也會(huì)導(dǎo)致緩沖斗中結(jié)塊的細(xì)灰無法散開，不利于輸灰。

2.2 解決方案

2.2.1 傳統(tǒng)的解決方法?，F(xiàn)場(chǎng)打開緩沖斗檢查孔，人工清理干凈緩沖斗內(nèi)積灰及雜物；清理干凈試車正常后投入運(yùn)行，影響生產(chǎn)時(shí)間要在80 min以上。

2.2.2 優(yōu)化后的解決方案。在進(jìn)料閥以上附近部位增加氮?dú)鈬姶担彌_斗呈圓錐形，適當(dāng)增加在錐形體周圍側(cè)面的氮?dú)鈬姶担彌_斗圓錐周壁增加氮?dú)鈬姶倒苋鐖D5 所示。由于增加了氣體噴吹的方向和數(shù)量，緩沖斗內(nèi)氣流分散開，輸氣時(shí)保證上部的插板閥開啟，使內(nèi)壁結(jié)團(tuán)粉塵分散開，這樣就大大緩解了緩沖斗的堵塞情況。

圖5 緩沖斗圓錐周壁增加氮?dú)鈬姶倒?/p>

3 靜電除塵器電場(chǎng)除塵效果差

3.1 除塵效果差原因分析

如果靜電除塵器電場(chǎng)除塵效果差的情況發(fā)生在電除塵器內(nèi)部檢修結(jié)束之后，因停爐時(shí)間較長(zhǎng)，系統(tǒng)溫度較低，容易產(chǎn)生粉塵結(jié)露現(xiàn)象，因而灰質(zhì)結(jié)塊增多，堆積越來越多，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)鏈?zhǔn)焦伟鍣C(jī)或者扇形刮灰器故障，無法復(fù)位。

蒸發(fā)冷卻器的設(shè)定噴水量直接關(guān)系到煙塵溫度和濕度，而煙塵的溫度和濕度又直接影響電除塵器電場(chǎng)對(duì)粉塵的吸附力。當(dāng)溫度低時(shí)，電流只能經(jīng)過塵粒表面導(dǎo)電，電場(chǎng)對(duì)塵粒的吸附性有限；當(dāng)溫度高時(shí)，塵粒表面吸附的濕蒸汽或氣體減少，增加電壓時(shí)，電流多的粉塵粒子整體導(dǎo)電。只有保持煙塵溫度較高時(shí)，電場(chǎng)才能達(dá)到最佳的除塵效果。

3.2 解決方案

3.2.1 傳統(tǒng)的解決方案。當(dāng)冶煉中出現(xiàn)細(xì)灰堵塞時(shí)，將刮板機(jī)手動(dòng)停止，等待冶煉結(jié)束后降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，打開機(jī)頭人孔進(jìn)行人工清灰，處理完測(cè)試正常后投入運(yùn)行。如果因系統(tǒng)積灰導(dǎo)致刮板機(jī)無法正常運(yùn)行時(shí)，這種方法就會(huì)耽誤生產(chǎn)，且現(xiàn)場(chǎng)清灰工作量大，造成這部分灰塵不方便外排。

3.2.2 優(yōu)化后的解決方案。在冶煉停止較長(zhǎng)時(shí)，復(fù)產(chǎn)前預(yù)先檢查刮板機(jī)，加裝事故灰罐。在檢修或停爐較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，要事先把電除塵器內(nèi)的灰塵盡早輸空。由于系統(tǒng)內(nèi)部溫度降低，當(dāng)電除塵器進(jìn)口溫度夏天低于80 ℃、冬天低于90 ℃時(shí)，要在恢復(fù)冶煉前檢查刮板機(jī)前人孔，手動(dòng)運(yùn)行刮板機(jī)檢查細(xì)灰灰質(zhì)情況，能及早檢查出電除塵器內(nèi)是否有積水或者潮濕的灰。第一爐鋼冶煉時(shí)關(guān)閉細(xì)灰系統(tǒng)，通過減少蒸發(fā)冷噴水量來較快提升煙塵的溫度，保證進(jìn)入電除塵器的煙塵溫度穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行范圍內(nèi)（110～170 ℃），保證電除塵器放電的二次電壓和二次電流在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行范圍，二次電壓和二次電流的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行范圍分別為20～100 kV、100～1 900 mA。待冶煉完畢系統(tǒng)溫度達(dá)到110 ℃以上，打開事故灰側(cè)插板閥，手動(dòng)運(yùn)行刮板機(jī)查看灰質(zhì)，直至出現(xiàn)合格的細(xì)灰，再進(jìn)入輸灰系統(tǒng)，從而保證輸灰系統(tǒng)中不會(huì)發(fā)生堵塞。事故灰經(jīng)過晾曬也可通過汽車外運(yùn)，減少無組織排放等情況。

4 扇形刮灰器不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)引起細(xì)灰系統(tǒng)停止

4.1 扇形刮灰器不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)原因分析

在插板閥附近發(fā)生細(xì)灰外噴，電腦上扇形刮灰器顯示“過力矩報(bào)警”，或是其他原因?qū)?huì)導(dǎo)致細(xì)灰系統(tǒng)運(yùn)行停止。

插板閥因運(yùn)行停止而關(guān)閉，直接導(dǎo)致細(xì)灰倉(cāng)和緩沖斗處于密封狀態(tài)，而內(nèi)部氮?dú)鈬姶凳沟谜麄€(gè)密封狀態(tài)內(nèi)壓增大，導(dǎo)致細(xì)灰外噴。這是由于扇形刮灰器電機(jī)阻力過大引起電流過載保護(hù)，導(dǎo)致運(yùn)行停止，原因可能是設(shè)備異物卡堵，導(dǎo)致扇形刮灰器的軸承轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力增大，或是減速機(jī)齒輪的摩擦力增大，需要換油或者更換減速機(jī)。

4.2 解決方案

4.2.1 傳統(tǒng)的解決方法。由于扇形刮灰器電機(jī)所在部位處于電除塵器二層平臺(tái)兩端，在冶煉間歇人員才能到現(xiàn)場(chǎng)檢查，但此時(shí)扇形刮灰器自動(dòng)狀態(tài)下報(bào)警就停止運(yùn)行，所以檢查不能及時(shí)到位，從而增加電除塵器內(nèi)部積灰，導(dǎo)致扇形刮灰器的負(fù)荷越來越大。保守估計(jì)，當(dāng)扇形刮灰器故障時(shí)，最多可能接受兩爐鋼的灰塵。如果超過扇形刮灰器的負(fù)載，導(dǎo)致設(shè)備損壞而更換設(shè)備，那么就更會(huì)耽誤冶煉時(shí)間。

4.2.2 優(yōu)化后的解決方案。增加扇形刮灰器處監(jiān)控設(shè)施，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上焊有豎直標(biāo)識(shí)鐵片，涂上醒目的顏色，每當(dāng)要檢查外軸是否運(yùn)行時(shí)，從監(jiān)控畫面通過豎直標(biāo)識(shí)鐵片能清楚地看到扇形刮灰器軸是否旋轉(zhuǎn)，從而提高判斷效率。此外，在操作電腦上定期檢查扇形刮灰器電機(jī)運(yùn)行電流，當(dāng)電流高出一般運(yùn)行范圍時(shí)，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和檢查，也能較好地預(yù)防扇形刮灰器故障。

5 結(jié)語

轉(zhuǎn)爐干法除塵細(xì)灰的運(yùn)輸采用正壓式氣力輸灰系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生細(xì)灰堵塞時(shí)，從電腦控制程序入手，增大輸灰壓力，增加憋壓時(shí)間，能更加快捷地解決細(xì)灰倉(cāng)泵堵塞。由于緩沖斗的圓錐形外形，根據(jù)流體學(xué)原理，增加緩沖斗周側(cè)壁氮?dú)鈬姶悼?，能更加有效防止緩沖斗倉(cāng)壁沾灰和堵塞問題。當(dāng)停爐時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，在冶煉前電除塵器進(jìn)口溫度夏天低于80 ℃、冬天低于90 ℃時(shí)，應(yīng)提前打開機(jī)頭人孔來檢查刮板機(jī)上灰質(zhì)情況，無異物時(shí)再煉鋼。等冶煉結(jié)束后，把前一部分細(xì)灰放到事故灰罐內(nèi)，可檢查出灰質(zhì)是否正常。如果電除塵器內(nèi)平均溫度達(dá)到110 ℃以上且灰質(zhì)正常時(shí)，再進(jìn)行正常的輸灰系統(tǒng)輸灰，即使有灰潮或結(jié)塊，也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并通過事故罐晾曬，由罐車吸走。這樣既可減少刮板機(jī)堵灰情況，又能減輕人工運(yùn)輸灰塵的工作量。此外，通過增加扇形刮灰器電機(jī)處監(jiān)控錄像，增加扇形刮灰器旋轉(zhuǎn)標(biāo)識(shí)，結(jié)合電腦上扇形刮灰器電機(jī)電流的觀察，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)扇形刮灰器是否正常旋轉(zhuǎn)，及早發(fā)現(xiàn)是否有細(xì)灰外噴的情況，能更好地監(jiān)控扇形刮灰器是否有損壞的前兆。

細(xì)灰堵塞處理技術(shù)以預(yù)防為主，可以保證進(jìn)入靜電除塵器的煙塵溫度穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行范圍內(nèi)（110～170 ℃），保證靜電除塵器放電的二次電壓和二次電流在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行范圍，保證輸灰的氮?dú)鈮毫υ谡７秶?，保證扇形刮灰器的電流在正常運(yùn)行范圍，該技術(shù)從根本上防止和減少細(xì)灰堵塞的發(fā)生。