转炉一次烟气净化工艺包括干法工艺和湿法工艺。湿法工艺具有设备安全性高、运行稳定等优点，但是存在耗水量大、产生的污水及固废很难处理的缺点；干法工艺增加了泄爆的概率，且系统复杂、维护量大，但是具备回收的转炉煤气品质高、回收量大、产生的废物少且好处理等优点[1]。以凌钢新建120 t转炉为例，探究一次烟气净化方案，以提高转炉运行效率，降低运行能耗。1新建120 t转炉概况凌钢积极响应国家产业结构调整政策，计划淘汰3座35 t转炉，在一炼钢区域建设1座120 t转炉。凌钢新建120 t转炉技术参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.020.T001表1凌钢新建120 t转炉技术参数参数数值转炉公称容量/t120转炉座数1冶炼周期/min37平均出钢量/t120年作业天数/d350年产钢水量/万t135转炉一次除尘烟气净化系统主要包括煤气回收系统和汽化冷却系统，主要设备包括电除尘器、蒸发冷却器、引风机等。一次烟气净化系统各设备参数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.020.T002表2一次烟气净化系统各设备参数参数数值处理烟气量/(m3/h)83 000（干烟气）蒸发冷却器煤气入口温度/℃1 000蒸发冷却器煤气出口温度/℃200~300电除尘器直径/m10.8电除尘器入口含尘浓度/(g/m3)75电除尘器出口含尘浓度/(mg/m3)10风机流量/(m3/h)223 200（工况）风机压力/Pa9 500电机功率/kW1 250蒸汽回收量/(kg/t钢)~90煤气回收量/(m3/t钢)~1302一次烟气净化系统工艺流程2.1汽化冷却回收蒸汽系统凌钢新建120 t转炉采用干法煤气回收工艺，转炉炉口处烟气温度约1 500 ℃，烟气通过转炉汽化冷却系统后温度降至900 ℃左右，经过二次冷却温度降至200 ℃左右，满足煤气回收的要求，且保证了转炉炼钢的安全[2]。汽化冷却系统在冷却烟气的同时能够回收大量的蒸汽，达到节能降耗、提高经济效益的目的。转炉汽化冷却系统采用复合式循环系统，包括自然循环系统、低压强制循环系统和高压强制循环系统，根据转炉烟道不同段的特点采用不同的循环系统[3]。中Ⅰ段、中Ⅱ段和中Ⅲ段烟道采用自然循环系统，活动烟罩、下料口、副枪和氧枪采用低压强制循环系统，炉口固定段、可移动段和末段烟道采用高压强制循环系统。转炉汽化冷却系统主要设备包括烟道、汽包、一体式长效除氧器、加药装置等，设备布置在转炉高跨各层平台上。锅炉给水泵、低压循环水泵及配套除污器等设备布置在转炉地坪上。烟道为圆形管道，外径为Φ2 600 mm，管道弯头角度≥55°，烟道总长度为50 m，烟道总受热面积为410 m2；设置1台汽包，工作压力为2.45 MPa，有效容积为60 m3；设置1套30 t/h除氧器及40 m3除氧水箱，工作压力为0.4 MPa；设计蒸汽球形蓄热器1台，额定工作压力为2.45 MPa，容积为650 m3；设置1台分汽缸、两台定期排污扩容器。根据热工计算，每吨钢产汽量约90 kg，每炉钢平均产汽量约10.80 t，转炉汽化冷却系统吹炼期产汽量约为49.85 t/h，冶炼周期平均产汽量约为21.60 t/h，压力为1.27 MPa，系统自耗汽量约3.24 t/h，平均外供蒸汽量约16.36 t/h，蒸汽供至新建转炉炼钢蒸汽蓄热器系统。2.2转炉煤气回收系统烟气通过汽化冷却系统降温，进入蒸发冷却系统进行二次降温，蒸发冷却系统可以精确控制喷水量，对烟气进行精准冷却，使烟气温度更好地满足电除尘器的工作要求。二次降温过程中会对粗颗粒粉尘进行捕集，粗颗粒粉尘沉降至蒸发冷却系统底部，利用刮灰机将粉尘送至粗灰储灰仓，加湿后由汽车运至料场进行配料[4]。经过蒸发冷却系统二次降温的烟气进入电除尘器，在电场的作用下，收集剩余的细粉尘，收集的细粉尘通过输灰机送至细灰储灰仓，由吸引压送车运至四合一料场进行配料。采用变频调速功能的除尘引风机将经过电除尘器的烟气送至超净煤气冷却器，对烟气进行降温、清洗和脱水，将烟气送至切换站，实现烟气放散或回收的快速切换[5]。在切换站前设置气体分析仪，检测烟气中的一氧化碳浓度，烟气中的一氧化碳气体含量和氧含量达到回收条件时，将烟气作为转炉煤气，通过切换站送至新建的8万m3转炉煤气柜；烟气中的一氧化碳气体含量和氧含量达不到回收条件时，烟气通过切换站进入放散烟囱点火放散[5]。应对不合格的烟气进行再次脱水处理，净化细小颗粒物，使其达到排放标准。凌钢新建120 t转炉一次烟气净化系统工艺流程如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.020.F001图1凌钢新建120 t转炉一次烟气净化系统工艺流程由图1可知，干法净化回收系统按功能被分为3个子系统，分别为烟气冷却系统（汽化冷却烟道、蒸发冷却器）、烟气净化系统（电除尘器、风机、消音器、煤气冷却器、放散烟囱）、煤气回收系统（切换站、眼镜阀、蝶阀、煤气柜）。3新建8万m3转炉煤气柜工艺流程干式煤气柜按结构被分为3种型式，分别为橡胶膜密封、干油密封、稀油密封。针对橡胶膜密封型干式煤气柜，由于橡胶膜能够耐超过70 ℃的高温，活塞升降速度可达5 m/min，比较适用于转炉煤气的回收和储存。国内已建成容积2万~15万m3的干式煤气柜上百座，建造和生产运行经验丰富。因此，文中工程煤气柜选用橡胶膜密封煤气柜，根据计算得到煤气柜的容积为8万m3。干式煤气柜的优点如下：（1）吞吐量大：活塞升降速度最大可达5 m/min，能够适应转炉煤气产气波动大的特点；（2）日常维护及检修工作量少：干式气柜结构简单、附属设备少，几乎不需要维修，也不需要水和蒸汽，柜体约5~7年刷漆一次；（3）使用寿命长：干式气柜不受水的浸泡，柜体的使用寿命较长，一般超过30年；（4）密封性能好：干式气柜密封性能好，几乎满足无水无油条件，仅有少量的冷凝水，不会对周围环境造成污染，且能够适应转炉煤气含尘量大的特点等。从转炉一次除尘风机房送来的合格转炉煤气经管道送至转炉煤气储配站，进入新建的8万m3转炉煤气柜，由加压机加压至用户需要的压力，送出储配站供用户使用。气柜进口管道为Φ2 220 mm×8 mm，设置1个电动蝶阀、1个电动敞开式插板阀和1个带调节功能的电动蝶阀。正常运行时，经常操作靠近气柜的电动蝶阀，该电动蝶阀与气柜活塞高位进行电气联锁。活塞升至气柜上部极限位置时，自动关闭靠近气柜的电动蝶阀；气柜入口管道上设氧含量分析仪，气柜进口电动蝶阀与进口管道O2含量分析仪连锁，O2含量超标时，煤气柜发出拒收信号，关闭入口电动蝶阀。气柜出口管道为Φ1 620 mm×7 mm，设置1个带调节功能的电动蝶阀、1个电动敞开式插板阀和1个电动蝶阀。正常运行时，经常操作靠近气柜的电动蝶阀，该电动蝶阀与气柜活塞低位进行电气联锁，活塞降至气柜下部极限位置时，自动关闭靠近气柜的电动蝶阀。气柜设置加压机送出的转炉煤气回流管Φ820 mm×6 mm，安装电动蝶阀、电动扇形盲板阀和电动调节阀各1台，调节阀的操作由转炉煤气加压站控制。4一次烟气净化系统节能分析4.1与湿法工艺耗能对比干法除尘工艺与湿法除尘工艺涉及的能源主要包括工业水、电、氮气和回收转炉煤气。水、电、氮气、煤气成本单价分别为4.00元/t、0.50元/kWh、0.12元/m3、0.28元/m3。干法除尘工艺与湿法除尘工艺参数对比如表3所示。干法除尘工艺在能源消耗和能源回收方面优于湿法除尘工艺，年能耗费用减少3.665元/吨钢。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.020.T003表3干法除尘工艺与湿法除尘工艺参数对比项目干法湿法差值节省量/(元/吨钢)总计3.665耗水量/(t/吨钢)0.150.350.200.800耗电量/(kWh/吨钢)2.373.461.090.545耗氮气/(m3/吨钢)5.501.50-4.00-0.480回收煤气量/(m3/吨钢)115.00105.00-10.002.8004.2节能量的分析凌钢新建120 t转炉一次烟气净化系统，汽化冷却阶段年可回收蒸汽14.23万t，一次除尘阶段年可回收转炉煤气17 550万m3，回收能源的同时，年消耗工业水24万t，年耗电量370万kWh，年耗氮气850万m3。凌钢新建120 t转炉一次烟气净化系统折算系数、折算结果如表4、表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.020.T004表4凌钢新建120 t转炉一次烟气净化系统折算系数折算系数当量折算系数等价折算系数耗电/(吨标准煤/万kWh)1.229 03.080 0耗氮气/(吨标准煤/万m3)0.188 00.471 0耗新水/(吨标准煤/万t)0.475 01.322 0回收蒸汽/(吨标准煤/t)0.097 80.097 8回收转炉煤气/(吨标准煤/万m3)2.500 02.500 010.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.020.T005表5凌钢新建120 t转炉一次烟气净化系统折算结果名称折标准煤（当量）折标准煤（等价）合计57 16656 220耗电-454.7-1139.6耗氮气-159.8-400.4耗新水-11.4-31.7回收蒸汽13 91713 917回收转炉煤气43 87543 875吨标准煤由表5可知，除尘工艺每年能源消耗量为-626吨标准煤（当量值）、-1 572吨标准煤（等价值），每年能源回收量为57 792吨标准煤（当量值）、57 792吨标准煤（等价值），每年净能源回收量为57 166吨标准煤（当量值）、56 220吨标准煤（等价值），能源回收量大，节能效果明显，对实现负能炼钢具有重要意义。4.3节能效益分析年运行费用为370×0.5+850×0.12+24×4.0=383万元。年回收转炉煤气、蒸汽节能效益为17 550×0.28+14.23×3×50=7 049万元。年节能净效益为7 049-383=6 666万元。5结语凌钢积极改变创新思路，深度挖潜企业内部的余热余能，新建120 t转炉一次烟气净化系统。通过计算，年节省57 166吨标准煤（当量值）、56 220吨标准煤（等价值），年节能效益6 666万元，节能效果明显，各项排放指标均满足环保超低排放要求，具有显著的经济效益和环保效益。