转底炉烟气处理及余热发电工艺技术研究

转底炉烟气处理及余热发电工艺技术研究

张浩浩

（武汉都市环保工程技术股份有限公司）

摘要：我国乃至世界上尚无高效稳定的转底炉余热回收利用技术，同时转底炉余热利用过程存在的种种问题尚无明确解决办法；换言之，目前转底炉余热利用技术种种问题，严重制约了转底炉技术的发展。本技术研究依托国内某转底炉烟气处理及余热利用改造工程，提出国内首套符合转底炉烟气特性的烟气处理及余热发电技术，并对技术中关键技术进行详细分析。应用此技术可充分利用转底炉高温烟气，同时对转底炉生产过程产生的锌粉进行集中回收，此举与节能减排的社会环境相适应，具有良好的经济与社会效益，为后期转底炉技术发展提供理论与技术支持。

关键词：转底炉；高温烟气；余热发电；烟气处理

引言

转底炉生产金属化球团属于钢铁废弃物回收利用技术，它以非高炉炼铁工艺为基础，以高炉瓦斯灰为还原剂，以炼钢、轧钢生成的系统废弃物为主要含铁原料，通过自身固定的工艺流程，在直接还原出海绵铁的同时脱除了废弃料中的有害杂质，使金属化球团的品质得到大幅的提升[1]。

我国乃至世界上还尚无高效稳定的余热回收及利用技术，同时转底炉余热利用过程存在的种种问题尚无明确解决办法[2]；换言之，目前转底炉余热利用技术种种问题，严重制约了转底炉技术的发展。开发一种工艺简单、可靠，能量回收率高、环境友好的新工艺，显得尤为重要。

技术研究内容

工艺路线

此次技术研究以国内某钢厂两台2x20万t/a转底炉烟气处理及利用系统为改造对象，其生产过程中产生约50000Nm3/h的高温烟气，烟气温度900～1200℃。烟气成分特性如图1、2所示，烟气中含尘量6～16g/Nm3。

图1转底炉出口粉尘结渣物XRD图谱

根据转底炉烟气成分及出口粉尘结渣物相关测试结果，并结合实际情况，提出转底炉烟气处理及余热发电技术改造工艺路线：

1）转底炉出口高温烟气依次通过烟道系统、余热锅炉、布袋除尘器、引风机后，经过烟囱排放。余热锅炉产生的蒸汽进入汽轮发电机组做功发电。

2）设置独立的烟气脱酸系统，在余热锅炉高温段冷却室设置两个烟气脱酸喷入口。

3）余热锅炉水冷壁及过热器部分受热面采取金属防腐喷涂，省煤器、除尘器采取防腐喷涂。

2.2关键技术设计

转底炉烟气处理及余热利用改造系统包括烟道系统、余热锅炉系统、除尘系统、脱酸系统、汽机发电系统5项分系统。

图2转底炉出口粉尘结渣物EDS图谱

1）烟道系统：

a.高温锅炉进口烟道设计

转底炉烟气中粉尘在高温状态下呈熔融状态，极易粘附在烟道上造成高温烟道堵塞，引起转底炉停产。为保证转底炉正常生产，转底炉出口烟道采用沉降室形式。在密闭大空间内，烟气流速降低，在重力作用下，粉尘逐渐沉降，大大减轻锅炉等后续分系统粉尘处理量。

b.高低温烟道设计

转底炉烟气中粉尘除在高温状态呈熔融状态易粘结外，还具有较强的吸水性。烟气流经烟道转弯及变径处，粉尘粘附烟道表面，随着烟道表面板结粉尘量增加，流通阻力逐渐增加，大大影响转底炉生产运行。高温锅炉至省煤器间烟道尽量采用短、直且易实现实时清灰方式，有利于保证烟气系统稳定运行。

2）余热锅炉系统

a.余热锅炉过热器防堵塞设计

高温烟气经水冷壁大空间区域流通至过热器对流管束处，烟气流通面积急剧减少，阻力增加，过热器管壁积灰不断增加，最终导致转底炉停炉。过热器入口对流管束采取流通面积逐渐增大方式，即减少烟气流向第一组过热器对流管束管排数，增加流通面积。

b.余热锅炉防腐蚀设计

转底炉出口烟气中Cl-、K、Na等元素，在高温状态下，Cl-腐蚀、K、Na碱金属腐蚀速度尤为迅速。余热锅炉水冷壁及高温过热器采用防腐喷涂及防磨套板形式有利于降低高温锅炉金属腐蚀速度，延长锅炉使用时间。

c.灰斗在线清灰设计

余热锅炉前段采用大空腔水冷壁冷却方式，高温烟气在水冷壁中流速降低，烟气中的粉尘不断沉降至灰斗中，由于粉尘具有较强的粘结性，灰斗中增设在线清灰系统，实时将灰斗中的粉尘输送至锅炉外，防止粉尘堆积造成灰斗积灰。

3）除尘系统

烟气除尘系统作为烟气处理的重要组成部分，粉尘粘结性强，吸潮性强，具有腐蚀性。由于粘结性强，粉尘容易粘结布袋上，难以清理。由于粉尘吸潮性强，极易糊袋，可能对布袋除尘器造成严重的后果。采用新型耐腐蚀，易于清灰的滤袋有利于延长布袋的寿命。同时采用离线清灰的方式加强脉冲清灰的效果，生产与清灰同时进行，既保证了生产又减小了除尘器的阻力损失。

4）脱酸系统设计

转底炉原料中含有Cl，Cl在高温情况下对金属具有较强的腐蚀性。随着转底炉反应进行，大部分Cl以HCl形式释放至烟气中，而CaO具有良好的脱氯效果，其反应方程式为：

CaO+2HCl=CaCl2+H2O

国内外相关资料研究表明在温度为700℃左右时CaO脱氯效果最佳，因此在高温锅炉烟气温度为700℃区域增设CaO粉末喷入口，降低烟气中Cl，进而达到保护锅炉管道作用。同时CaO作为干法脱硫脱硫剂，在700℃左右与SO2反应生成CaSO4，同样具有较好的脱硫效果，使转底炉烟气排放符合国内相关标准[4]。

5）发电系统设计

余热锅炉蒸汽参数越高，发电效率越高，余热资源利用率越高。但如果余热锅炉蒸汽参数过高，则其受热面管壁温度将提高，相应产生高温腐蚀将更严重，因此，汽机蒸汽参数必需通过发电效率、防腐特性综合比较后合理选取。

3结论

转底炉出口高温烟气依次通过烟道系统、余热锅炉、布袋除尘器、引风机后，经过烟囱排放，余热锅炉产生的蒸汽进入汽轮发电机组做功发电。此工艺系统符合当今社会节能减排的要求。

采用此工艺，转底炉烟气处理及余热发电技术显热回收率高，同时由于烟气系统持续稳定运行，转底炉作业率较国内业绩具有明显提高，经济及社会效益明显。

参考文献：

[1]ODAH,IBARAKIT,TAKAHASHIM,Dustrecyclingtechnologybytherotaryhearthfurnace[J].NipponSteelTechnicalReport,2002(86):30-34.

[2]秦洁,刘功国,吴秋廷,等.转底炉高温烟气余热回收利用分析研究[J].攀钢技术2011,34(6):10-13.