既要满足环保要求又要进行能量回收已成为近几年炼钢厂的一个主要问题。具有清洁、绿色和可持续特性的钢铁技术得到了广泛关注。
在回收转炉煤气的转炉炼钢厂，目前可采用湿式洗涤器或静电除尘器（ESP）进行烟气净化。随着环保条例的日益严格，湿式洗涤器可能不再能满足这些要求，新一代干式ESP将是一个适合的选择方案。然而，转炉一次烟气净化用的第一代ESP已不满足对ESP技术的最新发展需求。为此，SMS Siemag和ELEX两家公司创建了一家合资公司即 SMS ELEX股份公司，准备开发新一代烟气净化设备用于转炉炼钢厂的转炉烟气净化。该公司已设计出第二代圆形干式ESP，采纳了最新的电除尘器技术诀窍。
此外还开发出一种新的净化工艺并获得专利，这项新工艺采用湿式洗涤器和圆形湿式ESP提升了现有烟气净化系统。这两种技术的结合被称为湿式混合除尘系统，可用于现有的转炉洗涤器装置上，使其以较低的投资费用来满足最严格的环保要求。
本文论述了第二代干式ESP的改进重点，还介绍了湿式混合除尘系统的原理，着重说明了投资费用及对操作成本的影响。
1 转炉烟气净化技术的发展
在采取转炉煤气回收的转炉炼钢厂，目前净化煤气可采用湿式洗涤器和圆形ESP。当环保条例将变得更加严格，湿式洗涤器不再能够满足这些要求时，圆形干式和湿式ESP将是另一种选择。
圆形干式ESP与湿式洗涤器系统相比有以下主要优点：
1）净煤气的粉尘含量较低；
2）操作成本较低；
3）维护工作少；
4）无需水处理系统；
5）水耗量小。
不过，用于转炉烟气净化的第一代ESP已不符合最新的先进ESP技术的发展潮流。鉴于此情况，SMS Siemag和ELEX两家公司创建了一家合资公司——新的SMS ELEX股份公司，准备开发新一代烟气净化设备，用于转炉炼钢车间的转炉烟气净化。
因此，该公司设计出了第二代圆形干式ESP并加入了最新电除尘技术诀窍，而且还开发出一种新的烟气净化系统并获得了专利。这项新技术采用湿式洗涤器和圆形湿式ESP提升了现有煤气净化系统等级。这两种技术结合构成的装备被称为湿式混合除尘系统，能应用于现有转炉洗涤器装置上，使其以较低的投资费用来满足最严格的环保要求。该系统另一个优点是接入此系统对现有洗涤器的改造只需要很短的停机时间。
2 第二代干式ESP系统
转炉烟气先在冷却水塔中冷却。冷却水管网会使烟气温度从1600℃下降到约900℃。为了创造ESP最佳运行条件，烟气必须在冷却水塔后进行二次冷却。因此，烟气在进入ESP之前要流经烟气调节塔（GCT）。在GCT出口处烟气温度降至200℃，并处于部分饱和状态。由于这些优化的烟气条件，ESP能够高效率地去除烟气中的粉尘，使净煤气中的粉尘含量小于10mg/m3（所有烟气流的温度和压力均处于标准状态（STP））。因此ESP的除尘效率达到99.98%。ESP内底部装有刮板，用于把粉尘推入ESP下面的链式输送机上，通过吹氮输送机运送到细粉尘仓。也可采用另一种作法，即用气动系统输送粉尘。
烟气流经GCT，位于ESP下游的抽风机（ID风机）使ESP投入运行。根据CO含量的多少，ESP出口的净煤气或者引入下游的煤气回收工序，或者直接排入废气燃烧烟道。CO含量大于45%的煤气可以回收利用，因此要将该煤气回收贮存在煤气柜中。煤气回收工艺要求进一步调节煤气，以使其可以在大气环境下贮存。CO含量小于45%的煤气属于废气，直接排入废气燃烧烟道以便安全地烧尽剩余的CO。
2.1 烟气调节塔（GCT）
GCT有两个基本功能：第一是要将烟气温度降低到更低水平，以便作下一步处理；第二是要调节煤气，以使ESP工作效率最佳。
冷却塔末端的烟气最高温度在900-1000℃之间。在第二代GCT中，首先是合理分布输入烟气，以获得整个GCT断面上的最佳烟气流动。在GCT入口设有特殊部件用于最佳烟气分布，这样就可避免可能在喷射点近处侧壁上聚积粉尘及烟气倒流。在许多第一代GCT上，这些聚积的沉积物逐渐变大坠落，可能对粉尘运输装置造成重大损坏。
不过，通过烟气在GCT入口上的合理分配，整个系统变得更可靠，因而在转炉换衬期间，很少需要维护，并且有助于确保GCT下游的ESP效率更高。
为了将烟气温度降低到200℃，用回流喷嘴把水喷进烟气分配装置下面的高温烟气流中。回流喷嘴产生的水滴最大，直径为400μm。为保持水滴尺寸要求喷嘴最小水压30bar。一旦水滴喷进高温烟气流中，即开始从气体到水的热传递，最后产生水蒸汽。因此，GCT出口烟气温度连续下降到200℃。由于有蒸发的水，烟气得到更好的调节，使ESP能在水蒸汽含量达30%的条件下运行。
利用回流喷嘴的主要优势是此系统只需要一个供水系统，可使操作成本保持在较低水平。采用内装煤气分配装置，整个GCT产生的最大压降也不超过4.5mbar。
在GCT中，由于重力作用掉落的粗粉尘用链式运输机系统输送到GCT粉尘仓。
2.2 第二代干式ESP
干式ESP的功能主要以静电除尘为主。电子是由高压充电的放电电极发射。由于电位差，电子转移到接地集尘板上。在此期间，电子聚集在烟气中的粉尘颗粒上。因此，粉尘颗粒带有负电荷且由电场把它们吸向集尘板，在板上沉积起来。
在第二代圆形ESP上，集尘电极由异形板组成。这些板形成烟气流经的通路系统。在400mm宽通路的正中安置放电电极。除尘器内装有机械振打装置，定期振落集尘板上的粉尘。
ESP被分成所谓的“区段”，通常，转炉烟气净化用的ESP有4个区段，各区段在机械和电气方面都各自独立配置。机械上的独立意味着每个区段有其自己的振打装置和粉尘刮板。电气上的独立是指每个区段各自采用1套高压电气装置。采用这种设计的好处是一个区段失灵不会影响其他区段的正常运行。
2.3 放电电极
在静电除尘器中放电电极是关键部件，如果此电极不能正确运行，那么粉尘的适当离子化就不可能实现，这样ESP的效率就会大幅下降。而且，确保放电电极不中断和不导致电场短路对ESP的运行至关重要。许多用户都报告过此类故障，特别是转炉烟气净化所用ESP发生的问题。造成此类故障的原因在于分离出的粉尘——在转炉吹氧阶段，分离出的粉尘由于一氧化碳产生的还原气氛而未被氧化，在非吹氧期间，环境空气流经ESP后，粘附在内部部件上的粉尘开始在部件表面积聚。由于热膨胀和材料温度极高，内部部件产生巨大应力，特别是第一区段放电电极受到的影响最大。因此，根据用户报告，电极会扭曲、断裂并使此区段停机。
基于上述用户报告和ELEX公司75年的经验，放电电极的结构被设计成一种特殊的管状形式（已获专利），抗应力和坚固性都极高。此外，放电电极悬挂系统（已获专利）能保证电极顺畅地热膨胀。
简而言之，该部件结构设计的两大优势即管式电极和最佳悬挂装置，既可确保ESP可靠、高效地运行，又能使维护、操作费用很低。
2.4 集尘板
在第二代圆形ESP上，集尘板设计为异型板。为了能使每块板都热膨胀、容易振打和避免任何机械应力，设计了一种新的集尘板系统（已获专利），而且此系统保证易于组装。
这些板在ESP正中心对开分为“悬挂”和“站立”两种。如上所述，两面板墙之间形成烟气通路。一面板墙由11块悬挂板和11块站立板组成，按煤气流动方向布置。
每面板墙上的所有悬挂板都连接到位于ESP顶部下面的支撑板上。站立的集尘板也固定在ESP底部的这种支撑板上。而且每面板墙上的所有板子都要导向位于ESP正中的振打棒。每对集尘板（一块悬挂板和一块站立板）接触振打棒上的一个制动器，由此制动器发送振打脉冲。振打棒自身由两个螺栓固定在上部两块板上，或者用区外摆式结构来固定。
每个区段的每块板可以不受其他板牵制单独移动，因为各块板彼此互不连接。因此，新的悬挂结构（已获专利）允许每个板都能够热伸长。因而集尘板不会受机械应力影响，振打不再损坏集尘板。
2.5 振打系统
在第二代干式ESP中，放电电极和集尘板用机械方式振打。2台振打机彼此不连接，有各自的驱动装置。每个ESP区段装有1个电极和1套振打装置。2套振打装置都采用锻制整体振锤。该公司生产这种应用系统已有75年之久，到目前为止未发生过振锤损失或破裂这类故障。这种可靠性使此振打系统独一无二，并使操作及维护费用保持在较低水平。
除了可靠性以外，此振打装置还有另一个优点：因为集尘板彼此不相连且采用振打棒结构，所以振打效果已经达到最佳化。用振锤进行物理振打可确保整个板面的加速值。而相互连接的集尘板系统需要2套振打系统，每侧各设1套。
此振打系统确保了最佳的振打效果，足以防止粉尘粘附在集尘板上。而且此系统可确保可靠性和较低的操作及维护成本。
3 湿式混合除尘系统
该公司还开发了新的湿式混合除尘系统（已获专利）。设计此系统是为了提高转炉现有湿式洗涤系统（共2套，每侧各设,1套）的除尘效率以便满足最严格的环保条例，同时保持较低的投资费用。
上述升级措施能在现有湿式洗涤器与换向站之间接入圆形湿式ESP。此时洗涤器排出的气体温度为70℃，并且处于完全饱和状态。这些烟气数据对湿式ESP而言是除尘的最佳条件。湿式静电除尘原理与干式ESP相同。ESP出口的煤气直接进入煤气回收系统或排入废气燃烧烟道。
此系统与干式ESP系统相比较，在结构上有两大差异：首先，湿式ESP中的集尘板不上下分开，集尘板只是下悬在上部支撑板上；其次是内部部件净化方法不同。代替机械振打，湿式ESP是简单地用水清洁，水通过位于烟气通道上部的喷嘴喷射。除此之外，在每个区段开始处还喷射所谓的“雾水”以便保持集尘板总是潮湿，易于通畅。
3.1 湿式混合系统的主要优点
这种新系统有以下主要优点：
1）净煤气粉尘含量小于10mg/m3。
2）与只用湿式洗涤器相比，能耗减少50%。
3）可以与几乎所有现有的湿式洗涤器相结合。
4）洗涤器现有水处理设施可以用于湿式ESP，无需扩大。
5）投资成本低。
6）在安装时现有系统停机时间短。
7）煤气罐下游无需再用湿式ESP作煤气的最终净化。
3.2 采用湿式混合系统时的能耗控制
湿式混合系统有助于用户实现极严的环保要求，同时又可减少整个系统的能耗。
3.2.1 案例1
洗涤器净煤气粉尘含量为100mg/m3。因此，洗涤器两端的压降需消耗2000kW的能量用于抽风机（ID风机）。
把1台第一区域的湿式ESP连接到洗涤器上，可以使净煤气粉尘含量达到10mg/m3。ESP动力消耗对总能耗只有微小的影响，因为只需要增加75kW。
3.2.2 案例2
与案例1相比，洗涤器净煤气粉尘含量增加到300mg/m3，相应地ID风机动力消耗显著降低50%。连接第二区域的湿式ESP，净煤气粉尘含量下降到10mg/m3。ESP动力消耗120kW，与节省的能耗相比微不足道。
洗涤器和湿式ESP的最佳结合可以大幅降低动力消耗，同时仍能达到最严格的环保要求并保证最低的投资成本。
4 总结
SMS ELEX的干式ESP和湿式ESP均符合官方对粉尘排放量的规定。由于在结构上的最新改进，操作及维护费用均有所降低。ESP的技术诀窍可保证设计、安装和售后服务达到最高水平。
第二代干式ESP最适合安装在新建转炉炼钢厂或用于现有转炉炼钢厂的改造。湿式混合除尘系统可用于需升级的现有各种转炉洗涤器系统，其投资成本较低。