浅谈氧气顶吹转炉炼钢烟气超低排放环境保护

胡 超

（首钢股份有限公司迁钢公司，河北 迁安 064400）

0 引言

氧气顶吹转炉在炼钢生产过程中会产生含尘烟气，若含尘烟气任其排至大气中，就会污染环境,因此在烟气排至大气之前，需进行除尘处理。转炉烟气的除尘系统包括一次、二次、三次除尘系统。传统的一次除尘分为OG 湿法除尘和LT 干法除尘[1]，二次、三次除尘为布袋除尘。OG 法一次除尘烟气排放浓度为80mg/Nm3左右，LT 法一次除尘烟气排放浓度为15mg/Nm3左右，二次、三次除尘烟气排放浓度为20mg/Nm3左右。按照生态环境部会同五部委联合印发的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，要求钢铁企业转炉烟气颗粒物排放限值≤10mg/Nm3，而传统的转炉烟气除尘工艺很难满足现行标准。因此，国内大多数钢铁企业都面临着转炉烟气除尘工艺升级改造的重任。

本文列举了在传统转炉一次、二次、三次烟气除尘工艺设备基础上进行工程改造的技术与途径，并对比分析了各种烟气除尘改造技术与途径的优势和存在的问题，以期为钢铁企业转炉烟气超低排放除尘改造工程提供一定的借鉴。

1 氧气顶吹转炉炼钢工艺

氧气顶吹转炉炼钢工艺流程主要分为加料、氧气吹炼、出钢、溅渣护炉过程。加料过程：首先将废钢装入炉内，然后兑入铁水，最后加入适量的造渣材料（如生石灰等）。氧气吹炼过程：加料结束后开始下氧枪进行吹炼，氧气流直接跟高温铁水发生反应，按工艺要求进行脱碳、升温、脱硫、脱磷、去除杂质，待钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼、提枪、准备出钢。出钢过程：出钢过程中转炉炉体向出钢方向倾斜，使钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂及各类合金进行脱氧和调节成分。溅渣护炉过程：出钢完毕后将炉体恢复到垂直状态，并下枪吹氮气进行溅渣护炉。

在氧气顶吹转炉炼钢各个流程中均有含尘烟气产生。其中转炉吹炼时被一次除尘风机吸走的烟气为一次烟气，采用一次烟气除尘工艺进行处理；以上各流程中外溢出炉口而被二次、三次除尘风机抽走的烟气为二次、三次烟气，采用二次、三次烟气除尘工艺进行处理。除尘后的烟气通过烟囱排放至大气中。

2 转炉炼钢一次烟气除尘工艺超低排放改造

为实现转炉烟气超低排放，国内钢铁企业在原有烟气除尘工艺基础上纷纷进行了升级改造，出现了一系列转炉炼钢一次烟气除尘组合改造技术，这些除尘改造技术虽然都能实现转炉炼钢一次除尘烟气超低排放，但各有利弊。

2.1 传统OG法除尘工艺超低排放改造

传统OG 法工艺流程：转炉烟气→活动烟罩→汽化冷却烟道→喷淋降温塔（简称一文）→可调喉口文氏管（简称二文）→旋流脱水器、弯头脱水器→水雾分离器→一次除尘风机→三通切换阀→煤气回收、放散。截至目前，OG 法逐代发展中，一文塔、二文塔及旋流脱水器等分别被喷雾洗涤塔、环缝文氏管、丝网脱水器等设备更新取代，但是除尘机理均为前期粗除尘，后期精除尘。转炉吹炼时产生的高温含尘烟气，在除尘风机的抽引下，经活动罩裙和汽化烟道冷却后进入一文塔，在一文喷水的作用下灭火、降温、降尘，实现粗除尘；随后烟气进入二文塔，在二文喷水作用下对细小颗粒进一步除尘，实现精除尘；随后烟气由脱水器进一步脱水，达到精脱水目的（此时烟气含尘量为80mg/Nm3左右）；最后经过一次除尘风机及三通阀切换实现烟气的回收与放散，放散时含尘烟气由烟囱排至大气中。

目前传统转炉OG 法烟气除尘工艺很难满足现行标准，因此需要对现有传统转炉一次烟气OG 法除尘工艺进行升级改造。现有传统转炉OG 法实现一次烟气超低排放改造方式主要包括：“OG+湿法电除尘、OG+高效净化尘雾分离器、OG+相变凝聚塔+高效模式除尘器、OG+声波团聚除尘”。

2.1.1 OG+湿法电除尘

该改造方式是将湿法静电除尘器嵌入在一次除尘风机前的管道，OG 系统无任何改动。工艺流程：转炉烟气→OG 设备设施→湿式电除尘器（新）→一次除尘风机。

烟气通过原OG 系统设备后进入新建的湿法电除尘器，含有粉尘颗粒的饱和烟气在湿法电除尘器的高压电场中通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时烟气中粉尘颗粒在电场力的作用下向阳极运动，并在阳极放电后沉积于阳极板上。沉积于阳极板上的粉尘颗粒通过周期性水冲洗被排走和处理。该烟气净化处理方式可实现细小粉尘颗粒除尘，尤其对亚微米的粉尘颗粒净化效果明显，可实现超低排放。此改造方式占地小、便于施工，且均为成熟技术，但循环水量大、增加能耗。

2.1.2 OG+高效净化尘雾分离器

该改造方式是将高效净化尘雾分离器嵌入在一次除尘风机前管道，OG 系统无任何改动。工艺流程：转炉烟气→OG 设备设施→高效净化尘雾分离器（新）→一次除尘风机。

烟气通过原OG 系统后进入新建的高效净化尘雾分离器，分离器前配有水喷雾装置对烟气进行雾化，烟气中的粉尘颗粒被雾化水湿润和捕获，凝聚为较大的含尘水滴。雾化后的烟气再经过高效尘雾分离器，烟气中的含尘水滴大量被分离器捕捉并沉降排出，可实现超低排放。此改造方式占地相对小，便于施工，但增加能耗。

2.1.3 OG+相变凝聚塔+高效膜式除尘器

该改造方式是将高效膜式除尘器嵌入在一次除尘风机前管道，将OG系统部分设备改为相变凝聚塔。工艺流程：转炉烟气→OG设备设施（部分改造，增设相变凝聚塔）→高效膜式除尘器（新）→一次除尘风机。

烟气通过OG 系统设备时，在相变凝聚塔内对粉尘进一步凝聚便于除尘，进入高效膜式除尘器时，细小的水滴在设备内撞击积聚，形成大颗粒水滴，并在离心力及气流的旋转作用下分离。顶部高效膜式除尘模块具有超精除尘、终极脱水除雾的作用，可实现超低排放。此改造方式需将原OG 系统部分设备进行改造，较难施工，且增加能耗。

2.1.4 OG+声波团聚除尘

该改造方式是将OG 旋流脱水器改造为声波团聚除尘器，OG 系统其余设施无任何改动。工艺流程：转炉烟气→OG 设备设施（旋流脱水器改造为声波团聚除尘器）→一次除尘风机[2]。

烟气通过OG 系统二文后进入声波团聚除尘器，除尘器采用高强声场对烟气进行辐射处理。通过调节声波频率使烟气中粉尘颗粒达到最佳团聚效果，在短短数秒内可使烟气中的粉尘颗粒发生团聚，这为提高后续的除尘效率创造了有利条件，从而实现超低排放。此改造方式原设备小范围变动，施工方便，除尘效率高。

2.2 传统LT法除尘工艺超低排放改造

传统LT法除尘工艺流程：转炉烟气→活动烟罩→汽化冷却烟道→蒸发冷却器→电除尘器→ID风机→杯阀切换→煤气回收、放散（回收时经过煤冷塔）。转炉在冶炼过程中产生大量高温烟气，经汽化冷却烟道降温后，进入蒸发冷却器，蒸发冷却器内部双流雾化喷嘴喷水对烟气进行冷却降温，然后烟气进入圆筒式电除尘器进行精除尘。在轴流风机的引力作用下，烟气经消音器、切换站，合格的烟气经煤气冷却器降温后送往煤气柜，不合格的含尘烟气经烟囱放散[3]。

目前传统转炉LT 法烟气除尘工艺很难满足现行标准，因此需要对现有传统转炉一次烟气LT 法除尘工艺进行升级改造。现有传统转炉LT 法实现一次烟气超低排放改造方式主要包括：“LT+布袋除尘、LT+煤冷塔前移”。

2.2.1 LT+布袋除尘

该改造方式是将布袋除尘器嵌入在放散杯阀及放散烟囱之间的管道上，LT系统其余设施无任何改动。工艺流程：转炉烟气→LT设备设施→ID风机→杯阀切换→煤气回收、放散（放散时通过布袋除尘器）。

布袋除尘器对细小粉尘具有高效脱除作用。在放散烟气通过布袋除尘器时，对烟气中细小粉尘进一步脱除，可实现超低排放。此改造方式存在布袋结露失效、燃爆风险。

2.2.2 LT+煤冷塔前移

该改造方式是将原LT 工艺中的煤冷塔移至ID风机与杯阀之间，LT 系统其余设施无任何改动。工艺流程：转炉烟气→LT 设备设施→ID 风机→煤冷塔（前移）→杯阀切换→煤气回收、放散。

改造后，放散烟气经过煤冷塔进一步喷水降温、除尘，从而实现超低排放。改造后阻力增大，能耗增大。

3 转炉炼钢二次、三次烟气除尘工艺超低排放改造

二次、三次烟气除尘工艺：转炉生产过程中产生的外溢烟气→自吸尘口吸入除尘管道→进入到逆喷布袋除尘器内→二次、三次除尘风机→放散烟囱。为进一步降低排放浓度实现超低排放，二次、三次除尘在现有基础上可通过“除尘器扩容、布袋改型”的方式提升改造。

3.1 除尘器扩容

除尘器扩容是增设新除尘器及除尘风机。扩容后除尘器整体过滤面积及风量均增大，此改造占地大，投资高，施工周期长，适宜于需要提升整体除尘风量的系统改造。

3.2 布袋改型

布袋改型是将现有除尘器普通非覆膜滤料更换为高效低阻力的覆膜滤料[4]，此改造不需要增加占地面积，改造时间短，投资相对低，适宜于现场风量不需要提高，现有布袋除尘器过滤面积不变的系统改造。

4 结语

各钢铁企业为实现氧气顶吹转炉烟气超低排放，传统的湿法、干法一次除尘以及二次、三次除尘可根据上述不同改造组合的技术和改造特点，结合企业自身实际情况采用相应的提升改造组合方式，且各改造组合方式均能达到烟气颗粒物排放值≤10mg/Nm3的目标。

“OG+湿法电除尘、OG+高效净化尘雾分离器”两者均无需对原OG系统设备进行改动，仅增设新设备，改造占地相对小，便于施工；“OG+相变凝聚塔+高效膜式除尘器”需对原OG系统设备进行改动，同时需增设新设备，改造较难施工；“OG+声波团聚除尘”需对原OG系设备进行改动，但改造范围小。“LT+布袋除尘器”无需对原LT系统设备进行改动，需增设新布袋除尘器；“LT+煤冷塔前移”无需增设新设备，但需对原煤冷系统设备进行整体移位。二次、三次除尘器扩容需增设新除尘器及除尘风机，占地大且投资高；二次、三次除尘器除尘布袋改型无需增设新设备，需对现有除尘布袋进行整体更换，改造不占地且投资相对低。