120吨转炉电除尘防泄爆的研究与应用

120吨转炉电除尘防泄爆的研究与应用大型冶金转炉干法除尘与煤气回收技术目前以其除尘效率高占地面积少，运行成本低，已被我国各大钢厂生产企业普遍采用。由于转炉干法除尘技术在国内进较晚，对该套技术的应用与维护技术掌握还存在许多问题。尤其是在东北地区引用干法除尘技术的钢铁企业更少，宝得2013年投产的120吨转炉率先引用了干法除尘技术并在生产中成功的使用。一、转炉电除尘系统介绍转炉电除尘技术是一种现代化的净化和回收转炉煤气的工艺方法，其烟气净化效果、能耗、工厂占地面积等方面都明显优于传统的OG除尘技术，在我国已将其列为重点开发推广的技术项目。转炉电除尘系统的工艺流程如图1所示。图1：转炉电除尘系统工艺流程图转炉炼钢过程中产生大量的高温含尘烟气经过汽化冷却烟道后冷却至1000℃左右进入至蒸发冷却器(EC)，蒸发冷却器内设置了若干喷嘴，喷嘴的作用就是利用低压蒸汽把水雾化成雾状喷入蒸发冷却器内，对烟气进行降温和除尘，使EC出口烟气温度在200℃左右，同时，烟气中将有45%左右的灰尘沉淀在蒸发冷却器底部形成“粗灰”，粗灰由输灰系统送至粗灰仓进行再利用。经过除尘、降温后的烟气进入静电除尘器（EP），由直流高压形成电场吸附烟气中剩余的灰尘（细灰），收集了细灰的静电除尘器由输灰系统送至细灰仓。而烟气经过静电除尘器除尘后灰尘含量可降至15mg/m3以下。合格的烟气在ID风机的引导下由液压切换站选择回收和放散，如果回收，那么烟气经液压切换站后进入煤气冷却器，将入口120℃左右的烟气冷却至50℃左右，再送至煤气柜。如果选择放散，煤气直接通过放散塔电火放散。为了保证生产安全，回收钟形阀最快可以在3s内完成由煤气回收切换至煤气放散状态，保证了系统的安全性。二、国内现有转炉电除尘的使用情况从宝钢二炼钢引进的国内第一套转炉电除尘系统至今，转炉电除尘系统技术在国内已存在了20多年了，但之前的每个项目中电除尘所采用的关键设备和过程工艺技术大部分由国外引进，而转炉部分的技术由国内负责，各自采用的技术都是成熟技术，但对于转炉与电除尘的配合使用问题上，许多炼钢厂都缺少经验。了解了国内的各个钢厂对电除尘系统使用的实际情况后发现，电除尘的泄爆问题已经成为转炉炼钢头等大问题，电除尘的泄爆对整个电除尘系统影响极大，设备易损坏，降低转炉作业率，有时还会有一定的危险发生。对于使用此类除尘工艺产生的问题，要解决，必须从整个炼钢和除尘的工艺来入手分析原因。三.干法除尘系统在转炉各生产阶段的泄爆机理3.1转炉烟气的来源转炉烟气的来源主要是吹炼中碳元素氧化生成的CO和CO2烟气，铁元素生成的烟尘；还有是当转炉加入的石灰、铁皮等原材料出现潮湿现象，兑入的废钢中轻型废钢居多、混有油脂或有色金属、潮湿，也使转炉冶炼产生的烟气中H2、CH4可燃性气体有所增加；空气和氧枪中氧气携带很少一部分N2和O2。3.2吹炼脱碳曲线和吹炼中元素氧化顺序转炉吹炼脱碳曲线见图1IIIIII时间脱碳速度I由图可见：转炉吹炼可分为前、中、后期。用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示。吹炼Ⅰ期为硅、锰氧化期。按温度元素氧化顺序首先氧化铁水中的硅、锰，铁也有氧化，使渣中TFe升高。根据C-Si氧化反应的转换温度可以知道，当熔池温度达到1368℃时碳才开始氧化。且熔池内碳氧反应由于此时温度低，影响传氧，所以碳氧反应速度较慢，呈缓慢上升趋势。此时值得注意的是开吹后在炉口出现的黄褐色烟尘，随后燃烧成火焰，这是由于带出的铁尘和小铁珠在空气中燃烧而形成。吹炼Ⅱ期为碳氧化期。此时硅、锰已基本氧化完了，铁水温度已上升到碳的激烈反应温度1523℃（《炼钢学》上为1480℃），碳氧反应速度以最大速度进行，此间供入熔池中的氧气几乎100%与碳发生反应，此时碳反应速度仅取决于供氧强度，最高脱碳速度可高达0.40～0.60%/min。吹炼Ⅲ期即吹炼后期。此时碳已下降到0.60%以下，碳氧反应速度呈缓慢下降趋势，根据经验应为0.12～0.18%/min。虽然炉内为高温、高氧化铁状态，但脱碳速度仅取决于氧的扩散速度。值得注意的是在吹炼后期，供给熔池中的氧气除用于脱碳反应外，还增加渣中的（FeO）和溶于钢液中的〔O〕。3.3泄爆的危害及各阶段泄爆原因3.3.1泄爆的危害电场泄爆对除尘器将会造成不同程度的损坏，对除尘器的除尘效果产生一定的影响，甚至造成除尘器失去除尘效果。具体对除尘器内设备危害如下：将造成阳极板的变形、错位；阳极板筋板的变形；两块阳极板之间限位杆的变形，造成极距的变化，导致电场电压的稳定性降低，电场电压无法升高，影响除尘器的除尘效果。将造成阴极框架的变形；阴极线的松弛、断裂；造成极距的变化，导致电场电压的稳定性降低，电场电压无法升高，影响除尘器的除尘效果。将造成阴极吊挂的变形，造成高压电直接接地或者与除尘器的距离过小，造成电场电压无法升高，影响除尘器的除尘效果。剧烈的爆炸将导致阴阳极的严重变形，除尘器失去除尘效果。剧烈的爆炸将导致阴阳极振打传动轴的变形，振打系统将无法正常工作。剧烈的爆炸将导致刮灰机的吊挂变形，刮灰机无法工作，失去应有刮灰效果。更大的爆炸将导致除尘器内部整个设备的瘫痪，甚至造成泄爆阀的损坏，更有甚者造成风机叶轮的损坏。3.3.2吹炼阶段泄爆原因从理论吹炼脱碳曲线来看，仅有吹炼Ⅱ期可供应较高的温度（大于1523℃）和最高脱碳速度，应只有吹炼Ⅱ期最有可能泄爆。冶炼其余阶段不会出现泄爆。但在实际生产中，吹炼的三个期间和冶炼其余阶段均有泄爆，试分析其原因如下：在吹炼Ⅰ期，最有可能泄爆的原因是：铁水在开吹后已成渣，且渣中已积蓄大量的氧（用（O）表示），然后向铁水中扩散，导致钢中氧大量积蓄（用〔O〕表示）。当氧枪一次冲击区卷入废钢或铁水中的铁尘、铁珠和碳颗粒过多时，由于氧枪一次冲击区温度高达2000℃，此时温度、氧含量、碳含量同时满足反应条件，瞬时生成大量CO。被抽入电场后与尚未完全抽走的空气中氧气作用，产生泄爆。可见，温度、氧含量、碳含量超标是关键原因，由以下几个方面的原因：a、现转炉开吹已设为低氧流量，但电气调节阀为计算调节方式。当外网氧气特别充足时，氧流量调节时间较慢，导致瞬时开吹流量过大。氧流量的瞬时增大提供了泄爆的可能。b、开吹后由于轻型废钢漂在铁水上开吹氧流量过低导致打火不畅，在吹炼时操作工往往有上下动枪的过程，在动枪的过程中就加速了渣中氧向钢中传递，钢中氧的大量积蓄和突然打火顺畅引起的碳氧反应，产生泄爆。c、开吹氧流量过低也会导致打火不畅，产生产生泄爆。在吹炼Ⅱ期，由于温度、氧含量、碳含量超标，极易出现泄爆。应该注意的是：a、在中期抬枪时，无论是抬枪过程还是再下枪过程都会产生泄爆，杜绝抬枪。【抬枪后空气中O2的吸入！N2置换】b、处理中期泄爆的原理基于两点：一是控制温度在1523℃以下，二是尽量脱氧。c、通过设备正常保障和电气的正常运转，尽量杜绝中期抬枪。d、保证工艺无大型喷溅或出现烧枪，杜绝中期抬枪。在吹炼Ⅲ期，泄爆的主要原因是拉碳过高，在下枪点吹时瞬时CO升高，抽入电场后与尚未完全抽走的空气中氧气作用，产生泄爆。处理吹炼Ⅲ期的泄爆是很容易的，视拉碳程度决定是否加脱氧剂，然后手动降低氧流量下枪即可。这里想说明和分析的是：拉碳到多少最合适？（这里抛开转炉一次拉碳成功的规定原因，仅视为操作工误操作导致拉碳过高进行分析。）干法系统投产初期，将最高拉碳范围限定在0.15%左右。炉内渣中（FeO）的多少影响到了氧的传递过程，当拉碳后渣稀即渣中（FeO）高加速了氧的传递，增加了泄爆的可能。3.3.3冶炼周期的其余阶段泄爆原因。关于冶炼周期的其余阶段泄爆具体分析如下：在兑铁、加废钢阶段，由于原材料质量下降，废钢中渣铁潮且粒度小，兑铁时有水汽和碳颗粒燃烧形成的CO，产生泄爆。因为从煤气分析仪结果看，CO2、CO、H2、O2气体含量都不高，应是在电场内水汽电离生成H2，CO燃烧生成CO2，气体的化学反应和受热物理膨胀共同结果导致泄爆。此类泄爆属于瞬时泄爆，应对电场损害很小。在溅渣阶段，由于溅渣改性料含碳12%左右，在溅渣中或在溅渣前加入炉内后与高温、高FeO的炉渣反应生成CO，产生泄爆。此类泄爆属于瞬时泄爆，应对电场损害很小。在出钢阶段，出现泄爆，应是在出钢时严重过氧化，加入焦炭冒大火将碳颗粒抽入电场燃烧所致，属于极个别现象。3.3.4设备、电气不正常引起的泄爆原因烟道漏水、下料口水套漏水首先会增加电场内的水，当伴随含有碳颗粒或其他杂质的烟尘被电场抽入后，增加了电场内的放电次数。频繁放电不仅电离出H2和O2，也加速了燃烧。所以，对于转炉漏水情况需严加控制。电气中氧气调节阀工作的不正常，导致泄爆。煤气分析仪工作的不正常，导致显示泄爆信号。3.4干法除尘防泄爆冶炼工艺措施为了防止干法除尘频繁发生泄爆现象，要合理制定一些冶炼工艺参数。主要包括以下几个方面：3.4.1氧流量的合理设定措施1.优化转炉吹氧流量控制。在转炉开吹过程中，为了严格控制O2与钢水反应速率，初期产生的CO要求能在炉口完全燃烧变成CO2,增加一套氧气流量的斜坡控制方案，即在转炉开吹之初控制氧气流量按一定的斜坡缓慢上升，如下图2，在这种控制条件下，开吹时氧气初始流量低，在吹炼过程中产生的CO在炉口基本能完全燃烧变为CO2，而CO2为非爆炸性气体，利用CO2气体形成一种活塞式烟气柱，一直图2：转炉开吹时氧气流量曲线推动烟气管道中残余的空气向放散烟囱排出，如下图3,后来产生的富含CO的转炉烟气利用非爆炸性的烟气与空气中的氧气隔离开来，将CO与O2的混合浓度控制在爆炸范围之外。图3：转炉开吹阶段烟气成分分布图这种斜坡控制同样适合于转炉经过长时间停炉后的吹炼，转炉在经过长时间停炉后吹炼第一炉钢时，先用少量氧气吹炼一定时间后，提高蒸发冷却器入口温度后，从而进入正常的吹炼方式。烟道中的高温状态能促进汽化冷却烟道中CO与O2的反应速度，增加CO2的量，降低O2的浓度至安全范围，如下图4所示，所以有效的避免了泄爆现象。图4：煤气分析仪数据趋势图因此宝得120转炉的氧气流量设定为：a、前期氧流量设定氧流量考虑三个因素：首先为防止CO迅速上升，而发生泄爆的可能。第二，氧气调节阀瞬时计算有误差，会出现瞬时流量过大的现象。第三，流量不能太低，否则会出现打不着火的现象。综合考虑，定为~14000M3/h。b、事故复吹氧流量和前后下枪间隔时间事故复吹氧流量的设定原则也基于上述第一种原因。时间设定为40秒和90秒，主要是考虑40秒为吹炼前期、后期虽出现事故抬枪，但碳氧反应并不激烈；90秒主要为中期、后期抬枪延长反应时间的处理手段。c、补吹氧流量补吹时为吹炼后期，氧流量不做修改，为正常流量。但为防止拉碳过高，点吹时泄爆，所以视拉碳过高为事故状态。3.4.2控制“含碳”、“含铁”原料的措施这里所说的原料应包括：铁水、废钢（海绵铁、渣铁、垃圾废）、改性料、铁皮。铁水、废钢、铁皮所带入的应主要为铁尘和细小的铁珠，高温燃烧后带走原料中或引起空气中的一系列碳氧反应生成的CO和CO2。同时，随着炼钢原料的增加和波动，其范围也会扩大。所以，对于原料的控制是一项防止干法除尘泄爆的主要措施。3.4.3稳定冶炼工艺操作的措施a.不允许反复摇炉和瞬时升降氧枪等手段，避免原料引起的剧烈碳氧反应；b.降罩后方可下枪，保证炉口的微正压状态，以避免前期打火不完全燃烧和开放式炉口产生的负压卷入空气；c.稳定冶炼工艺，通过培训、学习的手段不断提高操作工素质，规范操作。冶炼工艺标准都应一丝不苟地“规范”执行。3.4.4其它的措施a.通过建立日常点检维护制度和定修，处理潜在设备、电气隐患，保障设备、电气的稳定运行。设备与电气的点巡检制度都应一丝不苟地“规范”执行。b.提高操作工的正确、快速的判断能力，良好的专业技术素质、责任心、协调能力。c.增强各区域的良好的协调能力，保证稳定生产。结合国内转炉干法除尘的控制经验，分析不同钢厂采集的趋势数据，我们宝得120吨转炉电除尘总结了适合自己的一套完善的控制系统，有效的避免电除尘器内部泄爆现象的发生，降低了转炉的异常提枪次数，保护了电除尘器内部设备，增加内部极板极线的使用寿命，很好的提高了转炉电除尘系统的可靠性和