转炉烟气净化系统的综和治理待续

转炉烟气净化系统的综合治理
一、工艺流程及设备简况 (2)
二、存在的主要问题 (4)
三、原因分析及改进措施 (4)
1、主要原因分析 (4)
2、主要改进措施 (11)
四、系统的综合治理 (12)
五、改造治理效果 (13)
六、后期跟踪和继续研究的问题 (13)
一、工艺流程及设备简况
鞍钢一炼钢厂转炉烟气净化系统（一次除尘系统）为双文湿法烟气净化系统。

冶炼过程中产生的高温烟气经固定烟罩、汽化冷却烟道降温后，进入一级文氏管（以下简称“一文”）进行降温和粗除尘，经一级90°弯头脱水器脱水后，进入二级文氏管（以下简称“二文”）进行精除尘，之后烟气依次进入二级90°弯头脱水器和折流板脱水器脱水后，进行煤气回收或点火放散。

一文和二文所排污水经由高架污水流槽流向污环水处理系统，污水经过污环水处理后重新给一文、二文供水，由此形成一个循环水流程。

其工艺流程如图1。

图1 转炉烟气净化系统工艺流程
一文的主要作用是降温和粗除尘，可使温度为800－1000℃的烟气到达文氏
管喉口处时很快冷却到70－80℃，除尘效率为95％左右；二文的R-D阀是精除尘设备，除尘精度达到99.9％，因此二文除尘效率可达99.9%。

文氏管降温除尘原理：烟气流经文氏管的收缩段时，因截面积逐渐收缩而被加速，高速紊流的烟气在喉口冲击由喷嘴喷入的雾状水幕，使之雾化成更细小的水滴，细小的水滴吸收烟气的热量而蒸发成水雾并使烟气降温，水雾经过喉口后变成大颗粒的含尘液滴，由于污水的密度比烟气大的多，又经过扩张段降低了烟
气速度，再经过文氏管后面脱水器利用重力、惯性力和离心力的沉降作用，使含尘水滴与烟气分离，从而达到净化烟气的目的。

一文的收缩段外侧安装有一个溢流水箱（溢流盆），水箱内的水始终保持满溢状态，溢出的水沿着收缩段内壁流下形成一层水膜，对一文收缩段起降温保护作用，溢流盆的作用如下：
（1）溢流水在文氏管收缩段内壁形成一层水膜，从而防止烟尘在管壁上的干湿交界处结垢造成堵塞；
（2）溢流盆为开口式，一旦发生爆炸可以泄压；
（3）调节汽化冷却烟道因热胀冷缩而引起的设备位移变形；
文氏管除尘器的除尘过程可分为雾化、凝聚和脱水三个环节。

前两个环节在文氏管内进行，后一个环节在脱水器内完成。

收缩段：含尘气体由烟道进入收缩管后流速逐渐增大，在喉口流速达到最大值。

喉口：在喉口处气体和水分充分接触，并达到饱和，尘粒被水湿润，发生激烈的凝聚。

扩张段：在扩散管内，气流速度减小，压力回升，以尘粒为凝聚核的凝聚作用形成，凝聚成粒径较大的含尘水滴，更易于被捕集。

二文为可调喉口矩形断面文氏管。

可调喉口文氏管结构：二文喉口采用带R-D型调节阀的喉口，壳体中间有一个椭圆形的焊接结构的翻板，翻板转动轴贯穿翻板中心轴承座内，一端与驱动阀体的执行机构相连，另一端与开度计相连；翻板可在与水平夹角30°—90°之间转动以调节喉口开度。

其结构如图2所示。

图2 二文矩形可调喉口R-D阀
主要除尘设备：
（1）一级溢流文氏管
①溢流盆、收缩段、扩张段
②喉口：φ900mm、L＝1050mm，配有120度螺旋喷嘴3个
（2）二级R-D阀矩形可调喉口文氏管
①矩形R-D阀喉口：截面920×1300mm、L＝1200mm，两个长边管
壁每边配有21个喷水孔，带有氮气通针
②收缩段、扩张段
（3）90°弯头脱水器（两个）
（4）折流板脱水器（一个）
二、存在的主要问题
一炼钢厂三座转炉投产十多年来，为适应生产和环保需要，已对系统各部进行了多次改造，从07年来，系统中问题日益突出，已经影响到兄弟厂矿的环境，引起了公司领导的重视，其问题主要表现在：
（1）炉口烟气外溢严重，污染大气环境，严重影响操作环境及外部环境，使职工工作环境恶化，影响职工人员的身心健康和设备工作环境；
（2）烟气含尘量大，风机叶轮积灰严重，致使风机叶轮寿命低（叶轮寿命只有7天左右），备件费用高；更换叶轮频繁，造成非计划停机（更换叶轮）时间长，影响生产；
（3）煤气回收量低、质量差；
（4）二次烟箱寿命短，系统经常有阻塞现象，烟气带水现象严重，管道结垢严重，设备维护、检修费用及能源消耗高。

三、原因分析及改进措施
1、主要原因分析
经过长时间地对整个系统地观察和分析，对其主要参数数据进行统计（如表1），从统计结果与设计值相比，我厂除尘系统各参数经几年的运行，已经发生了很大的变化，一些值严重偏离了设计值，有些偏离的原因现在的点检人员及管理人员已说不清楚。

同时由于管道结垢严重，一些计量仪表显示结果也有很大偏差。

如5号炉烟气流量偏大，远大于设计值。

经过多次研讨会，分析其主要原因如下：（1）转炉烟气净化系统除尘效率低，主要体现在一文除尘效率低，致使二文
通过现代计算机技术和仪表工程，我们可以很直观的将一文、二文的除尘效率量化。

在一次除尘系统中反映一文、二文除尘效率的主要参数是一文压差和二文压差【即烟尘在一文、二文喉口经过湿法除尘后所引起的喉口出口和入口压力降（差）】。

压力降小，说明除尘效果不好，除尘效率低；而压力降也不能一味的增大，压力降太大，将降低风机的吸力，反而会适的起反；因此，压力降必须在设计许可的范围内最大，才可以即保证了风机的能力，又增大了除尘效率。

如表1中所示，一文压差小，相比原始设计值降低了将近一半，而二文压差均达到了最大值（仪表最大量程）。

通过表1得知原始设计要求一文压差应在2500—3000，目前看三个炉子远远没有达到设计值，同行业中一级文氏管的压差均在2000—3000Pa，因此分析我厂的一级文氏管没有发挥粗除尘的主要作用，是我厂除尘效果不好的主要原因。

从文氏管的外形尺寸及喷嘴的喷水量上看，与原设计没有太大的区别；从喷嘴上看，从2003年开始由于污环水质不好，原设计的碗形喷嘴经常出现堵塞现象，后改为了螺旋喷嘴，喷射角度为120°，其位置没有做任何改变，是一文除尘效率降低的主要原因。

用做图法分析，原喷嘴与后改喷嘴在一级文氏管内喷射角度及效果图（图3所示）。

图3 原喷嘴与后改喷嘴在一级文氏管内喷射角度及效果图比较
从图3可以看出，原喷嘴喷射后反射的交叉点在喉口处，能在喉口处形成水幕，同高速烟气充分混合。

而后改的螺旋喷嘴喷水反射后的交叉点在距喉口上方950mm处。

我厂一级文氏管收缩角度的计算：
上口直径为：￠2368 mm
下口直径为：￠900 mm
高度为：3447mm
文氏管的收缩角：a=arctg(2368-900)/2/3447= arctg0.213=12°
计算此处的截面面积：
半径增加：950*tga=950* tg12=950* 0.213=202.35mm
此处半径为：450+202.35=652.35mm
则面积为：577.8*577.8*3.14=1.336m3
通过此截面烟气速度：114800/3600/1.336=31.9/1.336=23.9m/s
烟气在此与大量水滴接触时，由于没有达到最大流速，所以不能很好的结合。

通过统计数据，在此处水对烟气的阻力也比较小，。

大量的含尘气体只能靠二文进行精除尘，增加了二文的负担，从统计表1中可以看出，二文的压差也是比设计值高出很多。

为验证我们的分析是否正确，于6月25日利用5#炉定修，对一
文喷嘴位置进行下移700mm，其喷射效果如图4左图所示，记录数据如下：
2009年6月25日，将5#炉一文喷嘴的距离下移700mm 。

并将5#炉一级文氏管进行清灰，测量值回到标准值57000。

图4 5#炉一文喷嘴的距离下移700mm 喷射效果示意图
计算此处的截面面积，反射交汇点在距喉口343mm 处，可计算出此处烟气流速如下：
半径增加：343*tga=343* tg12=343* 0.213=73mm
此处半径为：450+73=523mm
则面积为：523*523*3.14=0.86m 3
从6月25日改变喷嘴位置后，统计其主要参数如表2所示，可以看出一文压差增大500Pa ，二文压差在R-D 阀开度没变的情况下，压差下降2500Pa ，下降幅度较大，说明一文除尘能力在增强，在二文前烟气含尘量在减少。

同样的流
速下，系统阻力也相对减少。

因此，喷嘴下移是有效的，同我们的分析及理论是相符的。

我们又尝试改变喷嘴喷射角度来进行试验，通过作图法可以看出，在700mm 位置下90°喷嘴喷射效果比较理想，如图4右图所示。

（2）二文矩形可调喉口R-D阀是精除尘设备，除尘精度高达99.9％，因此其各项精度必需达到要求。

长期以来我厂的R-D阀翻板开度不合理，没有明确规定其开度，致使烟气量极难控制；且R-D阀通针长时间不动作，致使喷水孔堵塞，供水量不足，导致二文除尘效率低。

下面对R-D阀进行进一步的分析。

计算R-D阀翻板在不同开度时的烟气流速：
①90度时，如图5左图所示，测得翻板与侧壁间最小距离为：209.5mm 有效面积为：209.5*1300*2=544700
气体流速为：108500/3600/0.5447=55 m/s
②55度时, 如图5右图，测得翻板与侧壁间最小距离为99.4 mm
有效面积为：99.4*1300*2=258440
气体流速为：108500/3600/0.258=116.6 m/s
③57度时，如图6左图所示，测得翻板与侧壁间最小距离为108.8mm
有效面积为：108.8*1300*2=282880
气体流速为：108500/3600/0.283=106.5 m/s
④62度时，如图6右图所示，测得翻板与侧壁间最小距离为134.7mm
有效面积为：134.7*1300*2=350220
气体流速为：108500/3600/0.35=86 m/s
⑤65度时，如图7左图所示，测得翻板与侧壁间最小距离为147.5mm
有效面积为：147.5*1300*2=383500
气体流速为：108500/3600/0.3835=78.5 m/s
⑥67度时，如图7右图所示，测得翻板与侧壁间最小距离为159mm
有效面积为：159*1300*2=413400
气体流速为：108500/3600/0.4134=73 m/s
根据计算结果，为保持烟气在R-D阀喉口流速较大，以得到较大的除尘效率，宜将R-D阀定位在55～62度。

由于R-D阀是精除尘设备，除尘效率能达到99.9%，因此其各项精度必需达到要求。

按设计要求，R-D阀通针每炉要动作一次，保持足够水量。

图5 R-D 阀翻板开度90度和55度时示意图
图6 R-D 阀翻板开度57度和62度时示意图
图7 R-D 阀翻板开度65度和67度时示意图
（3）除一文喷嘴和二文R-D阀喉口外，90°弯头脱水器（两个）和折流板脱水器也是文氏管除尘器的关键部位。

90°弯头脱水器的阻力损失为400Pa左右，其脱水效率为90％～95％。

而折流板脱水器起到精脱水的作用，其阻力损失较大，达到500Pa，折流板脱水器是通过各层挡板的阻挡作用，从而使气水分离的一种脱水器，其工作原理（图8右图为折流板脱水器工作原理图）为：当含尘液滴的气体通过脱水装置时，液滴倾向于沿原来运动方向前进，和第一层挡板碰撞而被捕集；通过第一层挡板后，气流分成“干区”和“湿区”，也有一些很小的液滴被蜗流带进“干区”。

上层板和下层板的间距可以减少气流阻力而损害效率，如间距加大较大，则阻力进一步稍有减少，而脱水效率也略有下降。

图8 折流板脱水器示意图和工作原理图
长期以来，由于折流板脱水器结垢严重，尤其是在折流板脱水器的导流槽部位结垢严重，清理难度较大，没有及时清理，致使折流板脱水器的精脱水作用没有发挥出来，导致烟气带水严重。

前期我们已经对折流板脱水器进行了改造，在折流板脱水器上部开方孔，并用法兰孔盖封闭，便于对折流板脱水器的导流槽部位进行清垢工作，解决了烟气带水严重的问题。

（4）烟气净化系统主要设备及管道结垢严重（也是除尘效率低的后果），致使系统阻力大，无形中降低了除尘风机的能力。

如表3为烟气净化系统各部烟气流量、压力、温度的原始设计参数。

从表3可以得出主要的阻力损失有90°弯头脱水器（两个）、一个折流板脱水器、文丘里流量计、机前入口调节阀及系统管道。

除此之外，通过实验进一步发现风机机壳结垢严重对风机的能力有很大的影响。

2、主要改进措施
体现一文、二文除尘效率的主要参数是一文压差和二文压差，而决定一文压差和二文压差的主要因素如下：
风机吸力、R-D阀开度烟气流量烟气流速
水泵、喷嘴是否畅通供水量一文压差喷嘴类型、位置、布置烟尘、水滴混合凝聚
风机吸力、R-D阀开度烟气流量烟气流速
水泵、R-D阀通针定期清理供水量二文压差
通过对我厂影响除尘效率的原因分析以及影响一文压差、二文压差的主要因素的分析，主要对烟气净化系统从烟气流速、供水量、一文喷嘴的位置、系统主要设备（R-D阀、折流板脱水器及系统管道）以及污环供水管道等几方面进行了以下的改进措施：
（1）将三座转炉烟气净化系统的一文喷嘴下延700mm，将120°喷嘴改为90°喷嘴，使烟尘和水滴基本在喉口处汇集结合，以增大一文压差，提高一文除尘效率。

（2）通过5＃、6＃炉年修，调整一文与余热锅炉对中度、溢流盆水平度，增大总水量；下调溢流盆水量，增大一文、二文水量，提高一文、二文除尘效率。

（3）规定R-D阀翻板开度在55～62度之间，以得到较大的烟气流速；并且R-D阀通针定期（8小时）动作一次，人工转动通针，保持喷嘴畅通，保证二文水量。

（4）定期（每次定修）高压清洗折流板脱水器、文丘里流量计、风机机壳、污环供水管道，减小系统阻力，保证风机吸力和总水量。

四、系统的综合治理
综合烟气净化系统以及和烟气净化系统密切相关的各个系统，包括一次风机系统、二次风机系统、煤气回收系统和污环水处理系统，综合调整各部参数，提高除尘效率，提高综合效益。

（1）在保证一次除尘风机电机电流不超过允许最大值的情况下，提高风机转速、增大风机吸力，并且可以尽量开大R-D阀开度，以提高烟气量，这样可以同时提高一文和二文的除尘效率。

（2）供水量方面，在考虑水泵能力和污环水处理能力的情况下，增大供水量，以提高水气比；并定期对污环供水管道、一文喷嘴、R-D阀进行高压清洗和清泥，保持足够的水量，以提高除尘效率。

（3）从降低一次除尘系统各部位（不包括一文、二文喉口）的阻力损失来考虑，主要的阻力损失有两个90°弯头脱水器、一个折流板脱水器、文丘里流量计、风机机壳以及系统管道，定期对各部位进行高压清洗和清泥，以减小系统阻力，保证风机吸力。

对于烟气净化系统的综合治理，要综合考虑烟气净化系统的除尘效率、风机叶轮寿命、煤气回收量、炉口烟尘外溢状况、污水泵房供水量和污水水处理量、设备维护检修量（包括设备备件费用、检修工作量）等，综合调整各部关键参数，在向原始设计参数靠拢的基础上，对设备进行调整和技术改造，提高综合效益。

五、改造治理效果
经过一系列改造，效果显著：
（1）提高了一文、二文除尘效率，增大了风机叶轮寿命（叶轮寿命有原来的7天左右提高到现在的12天左右，而且还有潜力可挖掘），节省了非故障（更换叶轮）停机时间；一次除尘效率的提高，适当降低了二次除尘风机的转速，节省了电能；
（2）辅助以二次风机的除尘，根除了转炉冶炼期间炉口烟气外溢的弊病，改善了职工工作环境，保护了大气环境；
（3）煤气回收量增加，提高了经济效益；
（4）节约了设备备件费用，节约了设备检修所需的人力、物力。

六、后期跟踪和继续研究的问题
经过将近一年的时间，在节省改造费用的条件下，对烟气净化系统的主要关键部位进行了有用可靠的技术改造，达到了预期显著的效果。

尽管做了大量的工作，但要保持良好的除尘效果，还有许多工作要做：
（1）对烟气净化系统继续跟踪研究，保证转炉烟气净化系统各关键部件的工作精度，对影响系统除尘效率的主要关键参数制定统一的标准，并且严格执行；
（2）炉口烟气外溢尽管有较大改善，但因操作及原料等因素造成的烟气外溢情况依然存在，仍需进一步研究解决；
（3）风机壳结垢对风机能力的影响仍需要进一步跟踪研究；
（4）通过参考最新的烟气净化技术书籍，对一文喉口直径可以进一步缩小，以提高烟气流速，提高一文的除尘效率；
（5）关注国内外先进的烟气净化技术，进一步对设备进行调整和技术改造。