彭 飞1 ，张建平2 ，张 臣1 ，张艳龙1 ，薛长江1 ，耿煜东
摘要 ：本文以炼钢厂转炉一次除尘采用的新 OG法为基础，分析系统结垢的原因为二文喉口调节幅度较小，导致转炉吹炼 过程火焰偏大，净化周期不满足生产要求等问题，并详细分析问题产生的原因，提出了解决方案 ：通过降低钙硬度和悬浮物含量，管理药剂添加模式，降低水温，提高一次除尘风机转速，清理斜罐，减少外来进系统水量，管理转运车辆运行模式等手段，问题得到较好解决，即满足了生产需求，同时使转炉吹炼过程中烟火满足环保要求。
关键词 ：炼钢厂转炉 ；系统结垢 ；悬浮物 ；净化周期
本钢炼钢厂七台 180吨转炉一次除尘系统采用的是湿法除尘技术（OG 法），由于水质中钙硬波动及悬浮物不稳定，二级文氏管（二文）结垢情况严重，导致清理时间长，且由于垢体过硬清理不净，净化周期常缩短至 10 天左右，不能满足生产需求。本钢厂 180 吨不锈钢转炉采用日本独创的湿法一次除尘方式。粗灰进入下水道并堵塞下水道出口。除尘系统在使用过程中，除尘塔的双层格栅板受到严重污染，大大减少了塔的通道面积，严重时甚至堵塞整个断面，造成除尘不良。去除效果 ：顶出过多，篦板污染严重 清洗困难，维护工作量大。还有 ：①炉后现场环境比较差。原湿法除尘系统陈旧，积灰量大，运行不稳定 ；② 无文丘里环形间隙，炉口无压降控制系统 ；③脱水机脱水效率低，风机房区域出现下雨现象④现有风机容量太小，无风机自动调速系统，无法达到正常工作负荷。为进一步改善环境状况，自 2017年 6 月开始，按照国家标准对两座 60 吨钢厂转炉的一次除尘系统进行部分改造，开始了环保进程。同时，浊环水水质较差也增加了环保阶段的处理压力。目前，国内使用湿法除尘的钢厂常出现此类问题，因此本文可对同类型钢厂提供实际参考价值。
1 改造原则
目前，转炉除尘系统工艺主要包括干法 (LT) 除尘和湿法(OG) 除尘。虽然湿法除尘节水、节电、运行费用低，但由于干式除尘建设投资大，电除尘器的维护成本高。房屋现有结构难以重建，不可行。传统的“两脉一塔”湿法除尘投资规模较小。但在该工艺的应用中，系统阻力大，水电消耗大，除尘效果差，设备故障率高。结合现场实际情况，在考虑系统参数后，综合决定在现有工艺基础上进行部分改动，本着实现转炉气体流量标准，采用“两塔一文”湿法 ( 新 OG 法 ) 除尘系统。
2 原因分析
新 OG 系统投产后，集尘系统的主要故障是由于系统内部结垢，格栅板堵塞，引起烟气不畅，炉口烟气大量外溢，未进入锅炉进行余热交换，导致余热回收降低。同时，环缝开度在吹炼时无法实现自动调整，也是系统内积垢的现象之一。
转炉一次烟气采用湿喷水冷却除尘，由于喷水后烟气始终接近半干半湿饱和温度，并含有一定量的水和粉尘，遇冷表面易凝结分离水汽，变干，使灰尘附着在炉排表面，形成结垢。实践经验表明，确保与湿烟气接触的表面始终保持水膜，可以防止灰尘的积聚，并有助于冷却烟气和去除灰尘。
格栅板在线清洗系统可以始终保持格栅上有流动的水膜覆盖，灰尘不会在格栅板上形成粘积现象，从而导致积灰问题。
2.1 浊环水工艺流程图
从喷淋塔开始对转炉烟气进行降温处理，二文对烟气进行除尘，然后对污水进行处理，处理后的浊环水回流进系统循环使用。环缝上下格栅板作用 ：顶层主要防止喷淋冷却塔的大块污泥直接落入喷淋冷却塔排水通道，造成排水不畅，因为排水不畅或堵塞后，整个系统不能工作，必须停炉检修。下炉排也有类似的作用，可以保护焊缝排水通道不被突然堵塞。
2.2 钙硬度、悬浮物超标
原始状态下，浊环水每周会出现 1-2 次钙含量和悬浮物超标（100mg L-1）情况，且压滤机采用新水冲带，新水用量大，导致系统水外排，同时引起水质不稳定，波动大的问题。
2.3 二文加药量偏少
通过理论计算和现场检查发现，工作人员每周对二文的阻垢分散剂补充一次，而在使用四天左右时发现阻垢分散剂消耗完毕，因此补充药剂后 5-7 天时，系统中出现药剂缺失状态，导致二文系统结垢趋势明显。
2.4 系统水温高
由于冷却塔未投入运行，浊环水水温偏高，超过 50℃，理论研究表明，当水温超过 40℃，也会导致系统中的结垢趋势增加。
2.5 车皮周转慢
设计排泥系统采用的是车皮外运方式，由于厂区运输路口较多，因此个别时段易出现倒运车皮较慢的现象，导致系统处理后沉泥发生积累，系统停机时间较长，进而导致斜罐区域易出现於堵，影响系统水质情况。
3 方案设计
3.1 降低系统水质中的钙硬和悬浮物含量
加强对水质管控力度，严格考核，前期通过适当增加投药量，将水质中的钙硬和悬浮物控制在小于 100mg L-1 以内，不允许超标。同时，针对系统中垢体采用大锤振落的方式，通过几次定修处理干净，保证系统运行初步正常，满足环保要求，后续对压滤机的冲带水进行改造，全部采用浊环水冲带，减少外来水对系统水质的冲击影响，保证系统水质稳定，避免波动。
3.2 安装阶段
包括对新织物补偿器安装、新喷淋冷却塔简体组对焊接、新喷枪 ( 含喷嘴 ) 安装 ；新环缝上下锥段安装，环缝人 FI 新喷嘴安装，与锥段连接简体焊接；洗涤塔与环缝连通的 l80。弯管、直管、斜管焊接 ：原弯头脱水器改造 ( 与原二文连通管道拆除、与湿旋脱水器连通部分利旧 ) ；原湿旋脱水器改造为旋风脱水器 ( 顶部娴气管道割除、简体加高、下筒体利旧 ) ；新液压系统安装 ；电气系统改造 ( 电气室内 PLC、MCC 柜安装，电缆敷设等 ) ；配套检修平台、扶梯安装 ；配套能源介质管道改造及阀门安装。
3.3 二文加药系统严格管理
为减缓环缝文氏管喉口及重砣结垢，在喷头供水管内加阻垢分散剂。针对我厂转炉浊环水水质，采用含烷基环氧羟酸盐的无磷配方产品，有效抑制碳酸钙、硫酸钙、氟化钙及硅垢的形成。根据水质及供水水量，投加浓度 3ppm 左右可以起到较好的阻垢分散作用。每天投用量为 ：24 小时药剂投加量 =3ppm×240t/h×24h/1000≈ 17kg ，根据计算加药量，定期补充药量，满足生产需要，不允许断药现象出现。对二文加药进行了严格管理，加强岗位巡检频次，发现加药泵故障及管路漏药等问题立即处理。
3.4 降低系统水温
新系统将改造后的凉水塔进行投入使用，解决凉水塔风机投入后晃动的问题，同时对老系统的凉水塔进行了更换填料工作，系统水温由 50℃左右降至目前的 40℃以下，满足了生产要求。通过现场观察，当水温降低后，系统结垢情况出现明显好转的现象。另外，水温下降后，压滤机的工作环境内蒸汽大幅减少，解决了采用浊环水冲带后，现场环境蒸汽较多影响岗位操作等问题。
3.5 提高一次除尘风机转速
原风机转速最高 1350r/min，并且由于设备问题，实际转速达不到工况设定值，因此通过生产厂家交流以及对风机进行测试，最终将转数提升至 1390r/min，导致二文差压得到提升，满足了系统除尘的要求。此外，对旋风脱水器按设计要求进行了配水和氮气流量控制，在长时间运行后，系统稳定，叶轮正常，有效保证了煤气中的含尘量不超标和含水量合格，保证了系统长期处于稳定状态。
3.6 斜罐（斜管）沉淀系统
通过对斜罐的出水情况进行排查，根据斜罐的状态制定了斜罐的清理标准 ；对排泥次数制定了相应的规范 ；基于断水问题增加了反冲洗操作。对水质也有针对性检查，主要检查斜罐出水的清澈情况，再针对出水浑浊的斜罐数量决定是否加药以及确定药剂量，有效保证了斜罐的正常运行。
当有斜罐出现内部於堵情况时，安排人员进入内部进行清理，可以有效解决目前斜罐运行过程出现的问题，目前斜罐区域处于逐渐好转的状态，后续工作重点将继续研究斜罐防堵工作及更换填料工作，以保证系统长期稳定，满足生产要求。
3.7 滤带和压滤机
将压滤机的冲带水全部采用浊环水进行冲带，这种方法在减少额外水消耗的同时，也可以达到稳定浊环水质的目的，减少药剂的投入量。同时制定新的滤带标准，提升滤带的质量及泥饼的厚度，提高压滤机的生产效率，进而解决斜罐易堵的问题。来自转炉蒸发冷却烟道的烟气首先进入喷雾冷却塔，喷雾冷却塔有四排喷嘴，可去除大于 5m 的粉尘颗粒，达到去除粗粉尘的效果。将冷却塔中产生的废水从一个敞开的水箱中输送到现有的废水处理系统中。烟气离开喷淋冷却塔后进入温式环形槽管去除细粉尘，来自水处理厂的浑浊环水通过喷嘴喷入环缝。环焊缝可以根据设定的压降和实际的炉子来定义。端口压力值自动调整（PID 闭环控制）。通过调节环形缝的开口，可以实现稳定的差值、清洁效率，同时稳定炉窗力，以确保最大程度地抽取气体，在锥体环形区域急剧加速后，沿环形间隙的内锥面扩散。在环缝的这个区域，浑浊的环水与高速烟气流完全混合，可以有效去除烟气中夹带的细小粉尘颗粒。泥浆水通过底部导管流到现有的密封罐，再被输送到现有污水处理系统。另外，压滤机的操作室进行封闭管理，加强了排蒸汽设施的改进，减少操作环境蒸气含量高的问题，稳定浊环水冲带工艺。
3.8 车皮倒运
制定压滤机的合适生产模式及移动车皮规定，老区 4 台转炉转 7 台压滤机，车皮配到位后转 7 台压滤机装料，压滤机转 3 小时左右，车皮第一个料位装满，然后移动车皮到第二个装料位置，到第二个位置时，受车皮与压滤机布置的影响，只能转 6 台压滤机（3# 压滤机停机），6 台压滤机转 3 小时左右，车皮第二个料位装满，然后移动车皮到第三个装料位置，到第三个位置时， 只能转 5 台压滤机（2#、6# 压滤机停机）。5 台压滤机转 2 小时左右，第三个位置装满，更换车皮。更换车皮时 7 台压滤机全停，从重车皮拉走到空车皮配到位，时间在 1.5 小时左右。
车皮倒运与部门协调好间隔时间，及时倒运，制定严格的标准，同时，研究料仓排泥不堵问题，避免车皮倒运期间停压滤机，保证了系统排泥效果。
4 实际工程应用效果
4.1 水质对比
通过优化系统运行参数，降低了转炉浊环水循环系统的溢流水量，水循环系统达到平衡状态，水质趋于稳定，硬度在 30-60 mg L-1，悬浮物在 50-80 mg L-1。调整后硬度普遍低于原水水平，且调整前硬度有水质条件波动较大的情况，而调整后可以看到水质条件波动明显放缓 ；饱和烟气经弯头脱水器后从底部进入旋风脱水器(本次改造部分利旧 )。人口能够保证饱和烟气在脱水器内呈螺旋上升运动，在离心力的作用下烟气中含粉尘的液滴将被分离出来。脱水后泥浆水将通过底部导管流到现有的密封罐，再被输送到新的污水处理系统。同时调整后悬浮物也基本低于调整前，且严格控制在 100mg L-1以下，通过现场肉眼观察可以明显看到取回水质样品相对清澈。综合水质硬度及悬浮物情况，目前的水质条件满足生产需求，系统结垢问题有非常明显的好转迹象，说明采取的水质处理手段合理有效。
4.2 二文结垢对比
二文结垢明显好转，转炉的净化周期由原来的 10 天左右延长到目前 30 天以上，最高可以达到 40 天，完全满足转炉生产需求。采用无芯结构，喷嘴通道更自由，最大限度地减少堵塞。喷嘴通过法兰连接到现有的喷枪管线。底层中央喷嘴为单面空心锥形喷嘴，位于蒸发冷却烟囱出口处，与雾化方向烟气流动方向一致。 2 层喷嘴和 3 层喷嘴为双向空心锥形喷嘴形式。双面射流沿气流方向串联定位在喷淋塔上，保证喷淋水层分布均匀，使空气达到最佳饱和状态，有效去除烟气中大颗粒粉尘。四层喷嘴为单面空心锥形喷嘴，逆着气流方向向上喷水，增加水与烟气的接触面积，从而可以改善喷水效果。
4.3 清理垢片量对比
调整后二文清理出的垢片量较调整前少约 2/3，清理出的垢片量很少，减轻了工人的劳动强度，也维持了良好现场操作环境。
4.4 环缝装置
作为烟气净化系统的关键设备，新建环缝取代原有二级文氏管。环缝洗涤设备主要由内外锥、喷水装置、驱动导向装置组成。
（1）内锥选用高效耐磨材料制成，可降低南于娴气及冷却水高速混合对环缝造成的冲刷和腐蚀。
（2）由于炼钢过程中，粉尘极易沉积在环缝内表面，积灰使得环缝断面变小，炯气阻力增大，造成转炉吹炼期较大量的烟气无法抽人烟罩中，只能在炉口外溢，恶化了转炉作业环境。为改善作业环境并减少进入人孔清灰的工作量，特意安装三只单向空心锥喷嘴在环缝内锥顶部环管上．喷淋方向与烟气流动方向一致，喷射角度成 90。
（3）本次改造采用顶部驱动形式．内锥可以通过驱动杆实现上下运动。管道及驱动杆之间的密封装置可以起到导向支撑作用。环缝顶部固定支座通过连接杆与内锥相连，起第二导向支撑作用．确保当环缝上下运动时不产生横向颤动。保证系统稳定性。套筒内部设有密封，可以防止灰尘、水等污垢进人。填料箱同样带有保护套简．位于环缝顶部便于进行维护。
5 结论
目前宝钢不锈钢 150t转炉的格栅清理周期已经从原来的不足一个月延长到了半年以上，为增产创造了有利条件。同时，格栅板不再堵塞，有效减少了除尘系统的阻损，对除尘效果的改善也十分有利。转炉浊环系统的水质稳定非常重要，钙硬必须控制在 100mg L-1 以下，最好控制在 60 mg L-1 以下，同时，严格控制外来水，可以保证系统水质稳定，进而清理净化周期可以达到30 天，甚至 40 天以上，完全满足生产要求。清理的垢片数量较少，可以缩短转炉的定期周期，减轻工人的劳动强度。另外，外排水质合格，且外排水量较少，可满足节能减排及环保要求。本文种对实际问题采取的解决措施及处理情况可以对同类型钢厂提供有力的实际参考价值。