转炉二次除尘系统问题诊断及运行优化

苑继超

(河钢承钢环保部 河北承德 067102)

0 引言

转炉二次除尘系统是炼钢工艺重要的环保设施，主要作用是捕集兑铁、出钢及吹炼过程中溢出一次烟罩的烟气[1]。虽然在当前严峻的环保形势下，大部分钢铁企业炼钢厂房增设了三次除尘系统，但二次除尘系统烟气捕集效果仍是影响炼钢环保情况的重要因素之一。如二次烟气捕集效果不好，烟气扩散到厂房顶部时体积会成倍增长，大大增加三次除尘系统负荷，严重时甚至溢出厂房。考虑转炉二次烟气具有变化和间断性，如一味地增加二次除尘系统风量，又会造成不必要的能源浪费。因此，如何合理地设计、改进、运行转炉二次除尘系统，降低系统阻力、提高捕集效果，实现高效、经济运行是相关设计机构和钢铁企业需重点关注的问题。

1 项目概况

某企业150 t转炉系统于2008年投运，主厂房内由南到北布置3台150 t转炉，其二次除尘系统共有2台100万m3/h风量的布袋除尘器，采用并联方式公用一条除尘主管道。除尘主管道在厂房外为圆形，进入厂房后在1#转炉南侧变为方形，由南到北依次引出1#～3#转炉的炉前和炉后除尘管道并逐渐变径，炉前和炉后除尘管道均配有风量调节阀。主管道变径、风量调节阀情况和除尘器主要设计参数见表1～表3。

表1 主管道变径情况

表2 风量调节阀情况

表3 除尘器主要设计参数

至2016年，该企业150 t转炉二次除尘系统已运行近8年时间，期间为了控制厂房烟尘排放，增设了三次除尘系统，但由于二次除尘系统的烟气捕集效果不佳，厂房内经常有烟气弥漫。为了提高其二次除尘效果，进行了系统诊断，找出了问题及原因、制定了改进措施。

2 问题及原因分析

通过对150 t转炉二次除尘系统的各集尘罩、除尘管网、布袋除尘器、风机等进行系统排查，利用U型压力计实测烟气压力，结合设计、运行参数以及分析风机特性曲线等方式，发现主要存在4个方面影响二次除尘效果和经济运行的问题。

2.1 主管道设计风速偏高，阻力损失大

某企业150 t转炉二次除尘系统设计总风量为200万m3/h，则主管道设计风速对不同管径分别为：圆形(Φ5.2 m)26.17 m/s、方形(4 m×5.2 m)26.71 m/s、方形(3.4 m×5.2 m)31.42 m/s。二次除尘系统运行风量达200万m3/h时，监测布袋除尘器入口前主管道静压在-1 900～-2 200 Pa之间、平均-2 100 Pa。吸尘口为大气环境，静压基本为零，则转炉吸尘口至除尘器入口之间的除尘管网平均阻力为2 100 Pa。

对于重矿物粉尘，为保证粉尘不沉降，除尘风管的最小风速：垂直风管14 m/s、水平风管16 m/s[2]。某企业150 t转炉二次除尘系统主管道为水平布置，可见其风速偏高较多，取17～19 m/s较为合适。因管网阻力与风速(风量)的平方成正比[3]，风速增加会导致管网阻力呈指数增加，风机为克服管网阻力增加做功，导致不必要的能源浪费。若该150 t转炉二次除尘系统圆形主管道风速为19 m/s，则转炉吸尘口至除尘器入口之间的管网阻力根据管网特性计算，会降至1 100 Pa，但系统风量会降至145万m3/h。

2.2 布袋除尘器压差偏高，阻力大

150 t转炉二次除尘系统的布袋除尘器自2008年投用后，进、出口压差一直比其他布袋除尘器偏高，在2.5 kPa左右，一般布袋除尘器正常运行时压差应低于1.5 kPa[4]，较高的进、出口压差代表布袋除尘器阻力偏高。

布袋除尘器的阻力主要由三部分构成：设备本体阻力、滤袋的阻力和滤袋表面粉尘层的阻力[2]，且布袋除尘器的阻力和过滤风速的平方成正比。综合分析，造成150 t转炉二次除尘系统布袋除尘器阻力偏高的原因如下：

(1)采用Φ160×6 000的长布袋，为提高清灰效果，布袋骨架配套有文氏管用于喷吹引流，但文氏管最小处直径仅55 mm。对于Φ160 mm的布袋，文氏管最小直径应选用80 mm以上。因尺寸偏小，单台除尘器风量为100万m3/h时，净气流经过文氏管最小直径的速度达27.8 m/s，增加额外阻力约100～200 Pa。

(2)较小的文氏管直径且清灰用压缩空气的压力较低(0.3 MPa)，严重影响清灰效果。布袋除尘器阻力大部分来自布袋上的粉尘附着层，清灰效果不好将会导致除尘器阻力偏大。在布袋除尘器整体更换布袋时，查看更换下的除尘布袋，挂灰严重，说明清灰效果非常不好。

(3)布袋除尘器的清灰参数设置为：脉冲喷吹时间0.3 s、脉冲喷吹间隔5 s、室气缸间隔5 s，共26个室、每室12个脉冲阀，则清灰周期为30 min。在清灰效果不好情况下，此清灰周期时间较长，应缩短清灰周期[4]。

(4)每台布袋除尘器有26个室，总过滤面积为13 100 m2，实际运行过程中总有一个室处于离线清灰状态，实际过滤面积为12 596 m2，设计过滤风速为1.32 m/min，较目前≤1.0 m/min的主流布袋除尘器过滤风速偏高。

2.3 部分风量调节阀故障，不能及时调整

150 t转炉二次烟气最大工况为：两座转炉同时兑铁、1座转炉出钢，兑铁炉前阀全开、炉后阀关闭，出钢炉前阀关闭、炉后阀全开，风量分配为：兑铁75万m3/h、出钢50万m3/h。实际冶炼过程中两座转炉同时兑铁情况比较多，各风量调节阀需根据转炉加料、吹炼、出钢、出渣等进行自动调整，否则即使除尘风量达到设计水平，转炉二次烟气的捕集效果也不理想。经过现场核实发现1#转炉1#阀(炉前)和3#阀(炉后)、2#转炉1#阀(炉前)、3#转炉1#阀(炉前)等4个调节阀不能自动调节，特别是1#转炉位于主管前端，其1#阀(炉前)和3#阀(炉后)不能调整，常开存在吸野风情况，同时降低2#、3#转炉的除尘风量，导致除尘效果不好。

2.4 二次除尘系统运行管理存在欠缺

排查150 t二次除尘系统存在问题过程中发现布袋除尘器上有部分提升阀、脉冲阀故障，风机转速设定不合理等，影响除尘系统稳定运行。提升阀故障会导致该阀对应的仓室离线，除尘过滤面积减少；脉冲阀故障则对应布袋将失去清灰功能进而失去除尘效果。风机并联运行，风机转速设定不合理会导致两台除尘器进口负压不一致，风量匹配不均，风机效率低。

3 改进和优化措施

2016年下半年，某企业完成了150 t转炉二次除尘系统两台风机的变频改造，取消液力耦合器，实现变频调速，也为实现150 t转炉二次除尘系统的经济运行提供了硬件条件。因此，结合系统排查发现问题和原因，从提高二次烟气捕集效果、降低系统阻力入手，提出改进和优化措施。

3.1 强化运行管理方面

(1)改进措施：修复故障的风量调节阀，各风量调节阀必须随冶炼工况实时调整，避免出现吸野风浪费风量情况。加强布袋除尘器提升阀、脉冲阀的点检、维护和备件管理，确保100%完好，发挥正常功能。两台风机并联运行，为消除相互抢风情况，两台除尘器风机转速必须保持一致[2]。

(2)落实情况：通过强化除尘运行管理，加强日常点检、维护和利用检修时机对除尘器提升阀进行了全面修复，确保运行过程中提升阀全开；对位移和掉落的脉冲喷吹管进行了彻底修复，脉冲阀发现问题及时更换膜片，保证清灰效果；明确了两台风机变频必须保持一致的调整要求；组织对故障的风量调节阀逐步进行了修复，恢复自动调整功能，二次除尘效果明显提高。

3.2 降低布袋除尘器阻力

(1)改进措施：调整布袋除尘器清灰参数，通过缩短清灰周期的方法提高清灰效果；将离线清灰改为在线清灰模式，增加实际过滤面积，降低过滤风速；提高清灰用压缩气体压力，提高清灰效果；结合布袋更换逐步将现布袋骨架口文氏管改为最小管径80 mm的文氏管。

(2)落实情况：为提高清灰效果，调短了喷吹周期，脉冲喷吹时间0.2 s、脉冲喷吹间隔2 s、室气缸间隔2 s，清灰周期变为12 min；新增加了一条压缩空气管道，提高清灰用压缩空气压力至0.4 MPa以上；将离线清灰改为在线清灰模式；布袋骨架计划后期逐步进行更换。通过以上措施，将布袋除尘器压差基本控制在2 kPa以下。

3.3 探索高效、经济运行方式

150 t转炉二次除尘系统风机在改为变频调速前，配套10 kV电机运行电流约120 A、功率因数0.86，则两台电机日常运行功率为3 570 kW、需电费约4.45万元/d。改为变频调速，通过修复风量调节阀、降低布袋除尘器阻力、优化二次除尘运行后，将两台风机的变频设定为45 Hz，仍能满足二次除尘效果；10 kV高压柜输出电流约90 A、功率因数0.95，则两台电机日常运行功率为 2 960 kW，需电费约3.7万元/d，较优化调整前节约电费0.75万元/d，实现了二次除尘系统的高效、经济运行。

4 结语

转炉二次除尘系统要实现高效、经济运行，一是要合理设计系统管网，避免为降低前期投资而提高管道设计风速，导致管网系统阻力增大，带来不必要的能耗；二是必须保持风量调节阀完好，随不同冶炼工况实时调整，避免吸野风情况；三是风机要变频调速，实现保证除尘效果的前提下降速节能；四是加强布袋除尘器的运行管理，特别是要保证清灰效果，实现低阻低耗运行。另外，在转炉二次除尘的建设中应尽量避免风机并联运行；如必须并联运行，应采用相同型号、参数的风机，且运行时保持转速一致，避免相互抢风，影响风机的风量和效率。