第一节 转炉烟气冷却净化回收系统的组成
一、概要矿用运人车
氧气顶吹转炉在吹炼过程中产生大量含有一氧化碳和烟尘的高温气体，这就是通常所称的“烟气”。将这些烟气冷却、净化、并回收的一整套工艺设施被称为“转炉烟气冷却净化回收系统”。随着转炉炼钢工艺的发展，转炉烟气净化回收的工艺和设施也在不断地完善和发展。日前，世界上已经出现许多种转炉烟气净化回收工艺，我国各转炉炼钢厂的烟气净化回收形式也是多种多样。由于形式的不同，烟气净化回收的工艺设施和组成也不一样。但是就其基本组成来讲，包括以下四部分。即：烟气收集冷却部分、烟气净化部分、烟气回收部分、污水及污泥处理回收部分。采用未燃法实现转炉烟气净化的回收煤气方法称为OG(Oxygen Converter Gas Recovery)法。如图2一l 所示。
图2—1 转炉煤气净化回收系统的组成
第二节 烟气收集汽化冷却部分
座便轮椅
转炉采用OG 法回收煤气，由转炉炉口逸出的烟气温度约为1450℃，转炉汽化冷却装置出口即一文入口烟气温度要求约为800～1000℃。设置转炉烟气收集汽化冷却装置的目的是收集转炉冶炼过程中的高温烟气并将其冷却下来，以便满足下一步除尘及煤气回收的要求，保证转炉炼钢的安全生产；同时可生产蒸汽回收大量热能供公司的生产和生活使用，并降低转炉炼钢的生产成本。汽化冷却实际上是把烟道作为余热蒸汽锅炉，它吸收烟气热量使其降温；同时锅炉产生蒸汽，蒸汽进入蓄热器后分配给用户使用。汽化冷却可分为全汽化冷却和部分汽化冷却两种。而汽化本身从循环方式上又可分为强制循环、自然循环及强制循环加自然循环的复合循环三种类型。自然循环的工作原理是靠上升管与下降管中介质的比重差与汽包的有效高度使管内受热介质流动，所以只有当转炉吹氧时，管中介质从烟气中吸收了热量才能产生介质的循环流动。强制循环的动力来源于循环泵，由泵产生的压力强迫介质沿整个烟道管中流动。在泵推动下，无论转炉吹氧与否，烟温高低，介质总保持流动状态，受热的烟道
管在任何情况下都能得到充分冷却。目前，国内中小型转炉多采用自然循环方式，系统简单、运行费用低，但烟道寿命低。
第三节 烟气净化部分
转炉冶炼时产生的大量烟尘约为装入量的1％，在烟气中含尘量平均为60～80克／立方标米，在吹炼过程中最高达120克／立方标米。烟尘的粒度很小，在未燃法中小于40μ者占85%左右，在燃烧法中绝大部分是小于1
μ的。转炉烟气净化部分主要是指去除烟气中悬浮的固体烟尘和水滴。由于烟尘和水滴与气
体之间存在粒径差和重度差，即利用过滤、沉降等方法使它们分离，达到净化的目的。烟气净化部分的主要设施是文氏管、弯头脱水器、重力脱水器、湿式旋风分离器等。在炼钢的烟气净化系统中，常用的文氏管除尘器有定径文氏管和可调喉口文氏管两类。在采用双文氏管串联的湿法净化系统中，通常以定径文氏管作为第一级，并加溢流水封，以可调喉口文氏管作为第二级。
第四节煤气回收部分
煤气回收是转炉炼钢中一项节省能源、防止公害的重大措施。日前，许多转炉厂已经或正在开展煤气回收。煤气回收只能在未燃烧法净化工艺中实施。转炉烟气净化回收系统中的煤气回收部分主要有以
下设施。
一、鼓风机
鼓风机是转炉烟气净化回收系统中的主要设施，目前国内烟气净化系统所应用的风机大体上为D型煤气鼓风机、8一18型空气鼓风机及锅炉引风机三种。
二、水封装置
漏水探测器水封装置是严密可靠的安全措施，在氧气转炉烟气净化回以系统中，利用它的各种结构形式，可以分别用以防止煤气外逸或空气渗入系统，阻止各种污水排出管之间的串气，防止煤气逆向流动，也可用作调节高温烟气管道位移同时起一定程度泄爆作用的弹性连接器而收到良好效果。根据其工作原理可分为正压水封、负压水封和连接水封等三种。
三、煤气柜
在转炉煤气回收过程中，煤气柜是主要设备之一，它可以起到以下三个作用：
1、贮存煤气。
2、稳压作用。
3、混合作用。
4、加压机。
为了使用户得到有一定压力的煤气，在罐气罐和用户之间设置煤气加压站。将煤气经加压机加压之后再送往用户。
四、其它设施
在吹炼前期和后期由于煤气中一氧化碳含量低，氧气含量高，不能回收。因此需设置三通切换阀，放散烟囱，以便控制煤气的回收，放散。
第五节污水泥浆处理
湿法烟气净化系统产生大量含烟尘的污水，为净化水质，循环使用及防止排放超标污水，造成环境污染，必须对污水进行处理，这工序叫污水泥浆处理系统。污水的沉淀和净化主要是在沉淀池中进行，处理好的水再循环使用。为了保证输送管道及设施不发生结垢，必须采取一定的措施，使水的PH值稳定。水质净化和水质稳定都要在沉淀池进行。沉淀池是一个庞大的设施，经沉淀池浓缩的污泥，再送到污泥处理装置中进一步处理。一般是采用鼓形真空过滤机将泥浆含水量降到30％以下。然后用水冲洗滤布，继续盛泥浆和进行吸滤。经脱水后的泥饼直接送往铁厂烧结，或者直接干燥，或者做成球状
干燥，供用户使用。
第六节转炉烟气冷却、净化、回收系统基本工艺
我国氧气转炉炼钢厂中典型的烟气净化回收工艺系统。由于这种系统是以串联文氏管为主要净化装置，其净化效率高，并能为煤气回收创造也有利的条件，同时能回收蒸汽，回收污泥，为保护环境，节约能源，综合利用等开僻了广阔的前景。特别是在当今节能时代更是有其特殊的意义。我国目前普遍采用的"二文一塔"
系统实质上是OG系统的一种形式。
目前世界各国的L-D转炉基本采用OG法，特别是后建的一些50吨以上的转炉厂在烟气净化方面多采用"二文一塔"形式。生产实践证明，这种工艺系统运行可靠，效果良好。典型的烟气净化回收工艺系统见图2～2
图2-2 顶吹氧气转炉未燃法湿法净化系统工艺流程
1一转炉；2一活动烟罩；3一汽化冷却烟道；4一汽包；5一溢流文氏管；6一弯头脱水器；7一可调喉口文氏管；8一弯头脱水器；9一喷淋塔；10一风机启动阀；11一风机；12一三通切换阀；13一大水封；14一煤气柜进口水封；15一煤气柜；．16一煤气柜出口水封；17一煤气截止阀；18一Dll0加压风
机；19一煤气截止阀；20一水封式回火防止器
第七节转炉烟气净化回收系统的分类
转炉炉气逸出炉口之后，可与空气混合进行完全燃烧后进入净化系统，也可以保持其未燃烧状再进入净化系统。从而产生了三种烟气处理方法，即燃烧法、未燃烧法和限制燃烧法。全湿式净化系统、干湿结合式净化系统、全干式净化系统三种。
一、按吸入空气量分类
1、燃烧法
转炉炉气逸出炉口之后，与由烟罩及炉口之间缝隙吸入的空气相混合而全部燃烧。这时的废气温度可高达2400℃以上。对于这样高的温度，一般的水冷烟罩，烟道是难以承受的，所以要通过二次、三次送风等形式混入大量过剩空气将烟气温度降低，以适应水冷烟罩，烟道的热强度。这不仅使炉气中的一氧化碳白白燃烧，而且烟气所含的物理也未能充分利用，废气量也比原来的炉气量增加了好几倍，相应增加了废气处理系统的投资和占地面积。
另一种方法则是为了利用热能，将过剩空气量控制到合适的程度，并改进烟罩的结构并用废热锅炉吸收热能，产生蒸汽。这两种方法都是将炉气充分燃烧后再行净化处理的，故一般称之为《燃烧法》。
由于燃烧法系统简单，操作安全，维护方便，因此为前期建设的L-D转炉所普遍应用。
2、未燃烧法
这种处理方法是设法用可以升降的活动烟罩和控制抽气量的调节装置等，使炉气在收集过程中尽可能不燃烧或燃烧量处于低限，以回收煤气，综合利用。
早在六十年代初法国钢铁研究院（IRSID）和卢尔锻造公司（CAFL）首先发明了未燃回收煤气的IC法。同时期日本也开发并应用了OG法。IC法和OG法是未燃法的代表。由于未燃法设法使炉气中的CO尽量不与空气接触，因此只有极少量的CO燃烧，而绝大部分的CO经过净化后加以回收，经回收的煤气可用作燃料和化工原料。未燃法的优点正好与燃烧法的缺点相对应，其一，由于CO没有燃烧，烟气量比燃烧法小好几倍，和燃烧法相比具有设备和管道尺寸小、水电耗量小的优点，其二，烟尘颗粒大，净化容易；其三，未燃法采用汽化冷
却烟道，不易堵塞，运行简单。但是，为了回收 CO，必须配备一定水平的控制检测仪器和必要的煤气回收设施，操作上, 回收、放散切换频繁，管理维护较复杂，还需设置必要的防毒防爆设施。目前 OG 法转炉烟气净化回收系统己显示出巨大的优越性和旺盛的生命力，不但新建的转炉应用OG法，一些老厂也逐渐改为OG烟气净化回收系统。
3、限制燃烧法
限制燃烧法是未燃法的一种特定条件，未燃法必须根据煤气发生量的大小，控制炉口烟罩处于微正压状态，必须使风机的抽风量随时跟着煤气发生量的变化而变化，这种变化是由自动调节器控制的，由于配置了
复杂的调节设备，使维护管理过于麻烦。而限制燃烧法的抽气量是恒定的，并规定脱碳达到高峰时，可将炉气中的CO燃烧掉10—25% 。限制燃烧法即能达到回收煤气的目的，又省掉了复杂调节设备，但是回收的煤气质量要比未燃法差。
4、燃烧法与未燃法比较
（1）在能量利用上,"燃烧法"中以废热锅炉吸收热量，因工艺操作的断续性，其热效率要比普通锅炉低20%（包括化学能转变为热能;"未燃法"不但能吸收热能中的物理热，还能回收发热值为2000大卡 / 标米3的煤气，故利用前途更为广泛。
（2）在烟气性质上，由于"燃烧法"中CO已经完全燃烧，烟气中主要是CO2\N2等气体，系统运行就很安全；"未燃法"的烟气中CO含量高，不安全因素相对增加，系统中的防爆防毒措施都有严格要求。
（3）在烟气体积上，由于"燃烧法"和"未燃法"中CO燃烧程度不同（"燃烧法"中为100%,"未燃法"中约为10%，其体积增长倍数亦显著不同，通常"燃烧法"中生成的单位烟气体积要较"未燃法"大2--5倍。因此"燃烧法"
的设备管道庞大，如装有废热锅炉，厂房建筑更为高大，与"燃烧法"比较"未燃法"的设备管道，水电耗量, 占地面积，投资费用等相应减少，但若回收煤气，尚须配备一定水平的控制检测仪表和必要的煤气回收设施，如贮气柜、煤气加压机等。
（4）在净化技术上，燃烧法中因燃烧充分，氧化剧烈，高价铁成分多，烟尘粒度细微，较难净化。"未燃法"系少量燃烧，高价铁成分少，烟尘粒度相对较大，净化相对容易。
在净化标准上,"燃烧法"仅需符合放散标准，而"未燃法"尚需满足综合利用所需要的净化要求（一般低于放散标准中规定的含尘浓度）。
（5）在操作上,"燃烧法"的抽气量比较稳定，仪表装备较少，而且操作管理也比较简单。"未燃法"则需要控制烟罩口处的抽气量，回收与放散的切换比较频繁，仪表设备多，操作管理也相当复杂。
二、按烟尘干、湿状态分类
水泥预制构件
根据从烟气中分离出来的烟尘是干燥状态还是泥浆状态，又可将转炉烟气净化系统分为全干式净化系统、干湿结合式净化系统、全湿式净化系统三种形式。
1. 全干式净化系统
从转炉烟气中分离出来的烟尘全部是干灰的净化系统被称为全干式净化系统。其工艺简单，多用于燃烧法。该系统是以余热锅炉、喷淋塔等为烟气冷却装置〈但由于是全干式净化系统，所以由喷淋塔喷入的雾化水应该全部汽化〉。烟气被冷却到200 ℃左右后进入布袋过滤器或静电除尘器等进行净化除尘，分离开来的干灰输送到集尘仓以供利用。
全干式净化系统的特点是 :
〈1〉除尘效率较高，而且稳定，不受烟气量波动的影响。
〈2〉整个系统的阻力损失小，一般只有1500-3000Pa，故风机压力低，日常维护费用低。
〈3〉电能和水的消耗少，其运转费用低。
〈4〉避免了大量污水、污泥的处理工作.赵时碧
〈5〉布袋除尘器，电除尘器设备复杂，占地面积大，在设备维护、生产管理上要求严格。国内只有少数转
炉炼钢厂试用过全干式净化系统，分别采用过布袋过滤器和电除尘器。
2. 干湿结合式净化系统
干湿结合式净化系统就是从烟气中分离出来的烟尘，即有干灰，又有泥浆.它是采用干法净化装置和湿法净化装置联合作业的净化系统。一般是以平旋除尘器作为第一级粗除尘，以文氏管作为第二级精除尘〈也有的是以鼓形除尘器作为第二级除尘。在第一级粗除尘中分离出来的烟尘为泥浆。第一级粗除尘的效率为70% 左右，降温效果为350℃左右，第二级精除尘效率受到烟气进入文氏管的温度的影响。
干湿结合式净化系统的流程和设备都比较简单，烟气饱和温度低，工作气量少，系统阻力损失较小〈10000—13000Pa〉，可采用普通的离心式通风机。由于该系统的第一次粗除尘效率为70% 左右，故烟尘的70% 左右是干灰，这样就大大地减少了污水、污泥的处理量。
干湿结合式净化系统还存在一些问题，主要是净化效率较差，干灰的排放、装卸及运输等尚待进一步解决。
如前所述，在干湿结合式净化系统中，平旋器主要是起粗除尘作用，它能除掉70%粗颗粒，剩余的30%细颗粒灰尘主要是通过文氏管来凝聚，但是因为由平旋器进入文氏管的烟气温度有400℃左右，由于气温高，被凝聚了的灰尘会有一部份随着水的蒸发仍可返回到烟气中去，使文氏管的凝聚效率受到影响。如果在文氏管前增设溢流饱和喷淋段一方面可以消除干湿交接面带来的堵塞问题，同时也能使烟气在饱和之后再进入文氏管，不仅可以减轻文氏管的除尘负荷，而且可以充分发挥文氏管对灰尘的凝聚作用，从而提高其净化效率。
由于烟气经过平旋器温度可降至400℃〈低于CO燃烧温度，而分离出来的灰尘温度又很高，如果系统不严密，容易引起爆炸，故加强系统的密封性是确保系统安全运行的必要条件.平旋器的卸灰方法是影响系统密封的一个很重要的方面，同时它还严重地影响平旋器的净化效率.实践证明，一般采用仅带有灰封的螺旋输灰机是不够严密的，必须在螺旋后边增设密封性能较高的灰仓。从平旋器卸下来的干灰是一种含铁量很高的精矿粉，如不有效地利用，即浪费了资源，又污染了环境。
对于小型氧气顶吹转炉来说，如应用全湿法系统必须设置庞大的污水、泥浆处理设备，但因炉子吨位小，污水、泥浆处理量又不大，设置这样一整套设施势必耗费巨大的投资。由于全湿法系统的阻力较大，对风机的要求高，解决较困难。若应用全干式净化系统，电除尘器等设备复杂，建设费用高。因此，干湿结合式净化系统适合用于容量为6吨以下的小转炉。
3. 全湿式净化系统
从烟气中分离出来的烟尘全部呈泥浆状态的净化系统叫做全湿式净化系统。它是以文氏管为主要净化设备，绝大部份用于未燃法。其工艺流程有多种形式，如双塔一文式，二文一塔式，文氏管箱式,IC 式，双文程式等。它们的共同特点是耗水量大，动力消耗大，并需庞大的净化污水及污水水处理系统。但是由于采用文氏管除尘，特别是双文程式及二文一塔式采用了串联文氏管，而且第二级精除尘文氏管为可调喉口文氏管，故其净化效率特别高。
思考题
1.转炉烟气净化回收系统的组成共分几部分?它们的作用各是什么?
2.转炉烟气净化上都有哪些措施?
3.转炉烟气除尘都有哪些方法?这些方法都适用于什么场合?
4．转炉烟气净化回收系统是怎样分类的?
5.燃烧法与未燃烧法的区别是什么?
6.干法、湿法、干湿结合法各有什么特点?
赵兰兴7．叙述“湿法、高压、二文一塔”净化系统的工艺流程，并说明该系统的主要特点及主要设备名称。
8.自然循环的工作原理是什么?强制循环的动力来源什么?
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