1.引言： 轉爐煤氣凈化與回收系統是國家倡導的循環經濟建設中的重要節能環保項目之一，是實現“負能”煉鋼的主要措施。在鋼鐵行業獲得普遍重視和開發應用。這也是冶金工業可持續發展的要求。隨著氧氣轉爐煉鋼生產的發展及煉鋼工藝的日趨完善，相應的除塵技術也在不斷地發展完善。轉爐除塵及煤氣回收技術在國際上已被認定為今后的發展方向，它可以部分或完全補償轉爐煉鋼過程的全部能耗，有望實現轉爐無能耗煉鋼的目標。攀鋼兩座120t轉爐煤氣凈化與回收系統采用當今世界先進煤氣回收技術，由德國魯奇公司承擔主工藝系統的基本設計，京冶賽迪公司承擔主工藝及配套公輔設施的詳細設計。 2.概述 在采用吹氧冶煉的氧氣轉爐煉鋼過程中，其煙氣量、煙氣成分和煙氣溫度隨冶煉階段呈周期性變化。煙塵中金屬鐵約占13%，ＦｅＯ約占68.4%，Ｆｅ2Ｏ3約占6.8%。特別在吹煉中期ＣＯ體積分數高達80%以上，一般情況下，轉爐煤氣成分中ＣＯ的體積分數約占55%～66%，當ＣＯ在60%左右時，其熱值可達8ＭＪ/ｍ3，而每噸鋼煙塵量一般為10～20ｋｇ/ｔ。由此可見，轉爐煤氣中ＣＯ含量很高，煙塵中鐵含量也很高，具有很高的回收利用價值。 國內外概況和發展趨勢： 隨著氧氣轉爐煉鋼生產的發展，煉鋼工藝的日趨完善，相應的除塵技術也在不斷地發展完善。目前，氧氣轉爐煉鋼的凈化回收主要有2種方法，一種是煤氣濕法(ＯＧ法)凈化回收系統，一種是煤氣干法(ＬＴ法)凈化回收系統。 日本新日鐵和川崎公司于上世紀60年代聯合開發研制成功ＯＧ法轉爐煤氣凈化回收技術。ＯＧ法系統主要由煙氣冷卻、凈化、煤氣回收和污水處理等部分組成。其煙氣經冷卻煙道進入煙氣凈化系統，煙氣凈化系統包括2級文氏管、脫水器和水霧分離器，煙氣經噴水處理后，除去煙氣中的煙塵，帶煙塵的污水經分離、濃縮、脫水等處理，污泥送燒結廠作為燒結原料，凈化后的煤氣被回收利用。系統全過程采用濕法處理，該技術存在的缺點：一是處理后的煤氣含塵量較高，達100ｍｇ/ｍ3以上，要利用此煤氣，需在后部設置濕法電除塵器進行精除塵，將其含塵質量濃度降至10ｍｇ/ｍ3以下；二是系統存在二次污染，其污水需進行處理；三是系統阻損大，所以能耗大，占地面積大，環保治理及管理難度較大。 鑒于以上情況，德國魯奇公司和蒂森鋼廠在上世紀60年代末聯合開發了轉爐煤氣干法(ＬＴ法)凈化回收技術。ＬＴ法系統主要是由煙氣冷卻、凈化回收和粉塵壓塊3大部分組成，煙氣經冷卻煙道的溫度由1450℃左右降至800～1000℃，然后進入煙氣凈化系統。煙氣凈化系統由蒸發冷卻器和圓筒型電除塵器組成，煙氣溫度通過蒸發冷卻器后降至180～200℃，同時通過調質處理，降低了煙塵的電阻率，收集了粗粉塵。煙氣經過這一初步處理后，進入圓筒型電除塵器，進行進一步凈化，使其含塵質量濃度降至10ｍｇ/ｍ3以下，從而達到最佳的除塵效率。經實踐，ＬＴ法干法除塵技術比ＯＧ法濕法除塵技術有更高的經濟效益和環境效益，從而獲得世界各國的普遍重視和采用。 我國到目前為止，除寶鋼三期工程轉爐煤氣凈化回收系統采用引進的ＬＴ法凈化回收技術之外，基本上都采用ＯＧ法凈化回收系統，攀鋼6＃、7＃轉爐也采用了煤氣濕法(ＯＧ法)凈化回收系統。 3煤氣回收系統工藝流程 攀鋼煤氣回收凈化工藝流程是當轉爐在吹煉時產生大量含有CO和氧化鐵類粉塵的高溫煙氣時，為了防止污染，保護環境，2座轉爐分別設置一套獨立的文丘里飽和洗滌塔全濕煙氣凈化系統，對煙氣進行凈化處理并回收煤氣。當轉爐煉鋼產生的高溫含塵煤氣從爐口出來后，由活動煙罩搜集。經汽化冷卻煙道吸收了部分熱量后溫度降為900～1000℃后進入文丘里洗滌塔，高溫煙氣在塔內上部首先與噴淋水進行傳熱傳質，同時煙塵與水霧進行撞擊凝聚，使煙氣中大部分粗顆粒粉塵被除去，且煤氣溫度迅速降低，然后，經過降溫和粗除塵后的煤氣在塔內下部高速通過環縫水清洗裝置，此時煤氣得到了進一步凈化，煤氣溫度下降到 65℃左右。另外環縫水清洗裝置能夠根據爐口微差壓檢測信號自動調節環縫間距，并控制煤氣去除塵塔的粉塵濃度在50 mg/m3（標準狀態）。經凈化處理后的煙氣滿足回收條件則進入煤氣回收系統。 煤氣回收時，在風機消聲器后裝有激光氣體連續分析儀。當滿足煤氣回收條件時，氣體通過回收鐘閥、U型水封后送入8萬立方米煤氣柜。若不能滿足回收條件則通過放散鐘閥經管道進入放散燃燒塔在高空自動點火燃燒放散，放散的煙氣含塵濃度＜50mg/Nm3 。 下圖為煤氣回收系統操作主畫面： 圖1：煤氣回收系統操作主畫面 4.系統組成 4.1煙氣的收集、冷卻和凈化 轉爐煙氣離開爐口經眾多毛細管環繞的活動煙罩、上部固定煙罩和汽化冷卻煙道后，通過溢流文氏管（簡稱“一文”）進行飽和冷卻降溫、除塵，冷卻后的煙氣經重力脫水器進入矩形線性可調文氏管（簡稱“二文”），進行精除塵。此時，煙氣與噴入二文內的水滴高速碰撞，由于擴散、慣性作用，煙氣中的塵粒與水珠結合后凝聚而被除下。二文采用矩形“R-D”線性可調文氏管，通過閥板調節其開度，控制罩內差壓。回收時，將罩內煙氣壓力調節至微正壓（一般約為0~20 Pa），以控制空氣吸入量（即控制O2的吸入量），減少煙氣中CO的燃燒，使回收的煤氣濃度增高。 4.2煙氣的抽取、放散及回收 煤氣鼓風機是煙氣除塵系統的重要設備，依靠它的強大抽吸能力將吹煉產生的大量煙塵抽走。攀鋼使用ID風機，通過變頻器調速，其轉速根據生產工藝進行調整（風機高速為1450r/min；低速為500r/min），動力源采用防爆電機。ID風機技術參數 流量：22×104m3/h；壓升：22000Pa；轉速：1450r/min；煙氣入口溫度：低于58℃ 。 ID風機配用電動機技術參數 建議功率：～2000KW；額定電壓：6KV；額定轉速：1450r/min 一般情況下，在轉爐吹煉期，風機升至高速；非吹煉期，降至低速。在鼓風機的煙氣出口處，設有煤氣分析儀，當檢測到CO含量>20%，O2含量<1%時，煙氣送入8萬立方米煤氣柜，作為燃料儲存，否則引至放散塔放散。 4.3煤氣回收系統 煤氣回收系統主要由氣體連續分析儀、三通閥、U形水封、放散燃燒塔等設備組成。煤氣回收條件滿足時，風機后的回收鐘閥自動打到，煤氣經眼鏡閥、U型水封后送入煤氣柜；煤氣回收結束后，切換到放散模式，放散鐘閥打開，煤氣通過放散燃燒塔自動點火放散。風機消聲器后、三通閥之前裝有激光煤氣、氧氣氣體連續分析儀。不合格的煤氣則由三通閥（放散側）進入放散燃燒塔放散或燃燒。風機出口管道與放散煙囪管道除通過三通閥連接外，為保證回收煤氣的品質，通過爐口微差壓控制裝置自動調節環縫開度，使罩內微差壓保持在設定范圍內，以適應轉爐煙氣量的變化，提高煤氣回收的質量。 4.3.1煤氣分析儀 為了達到煤氣回收和工廠安全，一氧化碳、二氧化碳和氧氣的濃度必須得到監控，煙氣必須被分析，氣體分析器必須滿足嚴格的響應時間和有效性要求，而且停運維護必須被降低到最小限度。響應時間應小于15秒。攀鋼采用具有世界先進技術挪威納斯克公司生產的LGas激光氣體現場在線分析儀，用來可靠、快速、精確地測量氣體成分。其獨特的技術提供了比傳統氣體在線分析儀更高的性能。LGas激光氣體分析儀不受其他氣體交叉干擾影響。過程壓力可達5bar（某些成分可達11bar ），溫度可達熔煉爐溫度（1600℃）。 煤氣分析儀如下圖所示： 為了滿足工藝要求，將使用兩個在線分析器，一個用于氧氣濃度，另一個用于一氧化碳和二氧化碳的濃度。他們被安裝在煙道上，通過兩個法蘭連接在管路的兩邊。 為了防止灰塵和水對分析的影響，管口不斷用氮氣反吹，用于反吹的氮氣大約4-6 bar。 溫度和壓力信號被連接到氣體分析儀上用于補償，煙氣中的一氧化碳和二氧化碳濃度被記錄，有幾個限制參數用于控制、連鎖和通訊。 4.3.2液壓三通閥 三通閥用于煤氣回收和放散的切換。 三通閥由兩部分能獨立操作的液壓閥組成，即雙動滑閥和眼鏡閥，這種結構的閥能保證在切換過程中煙氣對閥的沖擊及避免煙氣泄漏和空氣進入。 三通閥的傳動受CO和O2氣體分析儀檢測值的限制。 由于風機的特性可以保證三通閥能在轉爐的處理過程中在放散到回收的快速切換，反之依然。 此外，兩個執行機構的線形要確保煤氣罐滿足壓力變化（煤氣流量速度），防止在切換過程中發生煙氣的泄漏。 液壓單元控制提供兩種操作方法：正常操作，低速切換和事故操作，快速切換，保證設備在最短的時間里恢復到正常狀態，比如：煙氣回收中斷和煙氣從放散塔釋放。 一旦電氣故障，三通閥通過自身重力返回安全位置，眼鏡閥通過蓄能器返回它的安全位。 下圖為煤氣回收系統液壓控制操作畫面： 圖4：煤氣回收液壓系統操作畫面 放散燃燒塔 放散燃燒塔內設有火焰燃燒器、導向燃燒器、點火裝置、火焰探測器等，保證CO氣體在放散進入大氣之前點火燃燒。 用于燃燒的煤氣有壓力監控，當壓力低于一個設定值時，導向燃燒器會停運。而且，如果點火失敗也會使放散燃燒系統停運。 當風機故障時，煤氣流量低時，為了防止煤氣倒流，會打開蒸汽閥稀釋煤氣。這個吹掃裝置安裝在放散燃燒塔內，由氣動來控制開/關，為了保障安全，在O2吹煉時吹掃系統必須保持足夠的壓力。為了防止吹O2過程中發生故障，安裝有一個壓力監視排放壓。 5.功能實現 5.1主要設備選型與系統基本配置 攀鋼轉爐煤氣回收自動控制系統采用美國AB公司PLC　LOGIX5562作為主站，通過控制網CNB模塊經光纖轉換器使用光纖通信<