炼钢也可以使用陶瓷阀门
作者—富阀门工程师
炼钢除尘
目前除尘工艺有很多种, 炼钢除尘系统的形式也是多样的, 由于形式不同, 除尘系统设施及组成不一样, 但基本工艺流程不变, 包括烟气收集部分, 烟气冷却部分, 余热回收部分, 烟气净化部分, 气体回收及气体排放部分, 污水处理部分, 及粉尘回收部分.
除尘工艺
烟气中气体与粉尘分离的方法有以下三种, 即湿的, 干式和半干式.
除尘法
是用水或水蒸气先将烟气中的粉尘吸收到水中, 使粉尘和气体分离, 然后以各种脱水方式将灰尘和水分离出来, 水可以循环利用, 灰尘也可以回收利用. 常用的工艺设备有通风机, 喷淋塔, 洗涤塔, 脱水机, 丝网除雾器等.
干式除尘
粗除尘是利用水蒸气除尘, 但除去灰尘后所有的水蒸气都蒸发了, 或利用重力, 惯性除尘, 分离出的粉尘呈干燥状态; 而精细除尘则是采用袋式过滤, 静电等方式将烟气中的粉尘与气体分离, 整个系统分离灰尘干燥.
半干法除尘
它是一种特殊的除尘设备, 干法粗除尘, 湿法精细除尘, 分离出的粉尘既有干尘又有泥浆, 也称为干法和湿法.
现在, 除尘工艺有很多种, 钢厂除尘系统的形式也是多样的, 由于形式不同, 除尘系统设施及组成不一样, 但基本工艺流程不变, 包括烟气收集部分, 烟气冷却部分, 余热回收部分, 烟气净化部分, 气体回收及气体排放部分, 污水处理部分, 及粉尘回收部分.
烟气性质
冶金或燃烧过程形成的气体含有一定量的水分和其他成分, 俗称烟气.
烟气性质可从以下几个方面讨论:
温度波动大
进入炉膛的排气管处烟气温度一般为800~1000℃, 水冷烟道出口烟气温度设计为450~600℃, 强制鼓风冷却器出口烟气温度 (或自然空气冷却器) 控制在250~400℃, 使用蒸发冷却塔应急冷却装置时，出口温度必须控制在200~280℃.
复杂的成分
由于电炉炼钢工艺及所用原材料不同, 导致烟灰成分发生变化, 除了主要的氧化铁之外, 还有一些其他金属氧化物, 碳颗粒等. 袋式过滤器中, 如果这些粉尘遇到潮湿气体凝结, 这可能会导致过滤介质堵塞, 不容易清除灰尘, 并且设备的阻力较大.
细小的灰尘颗粒
高温冶炼过程产生的粉尘颗粒细小, 且大部分平均粒径小于10μm, 这也是一些设备使用一段时间后阻力增大的重要原因.
粉尘浓度变化较大
烟气含尘量是选择袋式除尘器和考虑除尘处理设备的重要参数之一. 一般来说, 粉尘浓度 (标准状态) 炉盖外排烟量为1.30~1.50g/m3, 炉内排出烟气含尘浓度为15～20g/m3, 这与原材料的质量有关, 冶炼过程, 炼钢除尘系统及设计. 当原材料质量较差时, 电炉炼钢产生的烟尘浓度大.
露点
当烟气温度连续降低到一定值时, 烟气中的部分水蒸气会凝结成水滴, IE。, 出现露水现象, 结露时的温度成为露点. 烟气中因酸性气体而形成的露点称为酸露点. 酸露点的产生不仅给除尘效果带来麻烦, 同时也加速了设备和材料的腐蚀.
排烟方式
排烟主要分为炉内排烟和炉外排烟两种方式, 通常称为一次排烟和二次排烟.
炉尾废气
炉尾废气主要捕获冶炼排出的高温烟气, 常用于炉排气: 炉内直接排气, 水平敞开式炉排风和弯道敞开式炉排风等形式.
炉尾废气
熔化过程中的一次烟气由炉排烟装置捕获, 但充电时无法捕获二次烟气, 卸钢, 并混合铁水, 等等. 二次烟气突发、无组织排放, 所以只能依靠炉外的排气装置来捕捉, 炉外常用的排气装置有顶罩排气和密闭罩排气等形式.
铁脱磷站废气
从铁水浇注站出来的高炉铁水经过混合冲洗脱硅后, 在铁水脱磷站中进行铁水脱磷吹炼和造渣, 吹炼和排渣顶部分别设置固定式抽油烟机, 温度通常在 250 ~ 550 ℃.
排灰装置
经除尘系统净化后的气体由烟囱排出, 除尘设备收集的粉尘由输灰装置储存和运输, 通常分为机械输送和气力输送. 粉尘输送及排放装置主要由: 粉尘输送装置, 排尘装置及储尘仓等设备.
气力输送
气力输送是一种以管道内流动的气体为载体来输送粉尘的输送装置. 常用的粉尘气力输送装置有低压吸入式和低压压送式两种.
低压吸入式气力输送
高压风机布置在输送系统分离器后面, 设计要求系统严密，不漏气, 同时要求输送的含尘气体湿度不能太大，以保证系统不堵塞.
低压气力输送
输送系统正压运行, 以防止粉尘二次污染造成管道泄漏, 同样要求系统严密无漏气, 并需要足够的原气和供气压力.
气力输送设备及主要配件
它由送料装置组成, 输送装置, 分隔器, 抽供设备及卸灰阀类.
送料装置
给料装置设置在除尘设备灰斗下方及输送管道前端, 将待输送的粉尘连续均匀地送入输送管道.
输送管
输送管道包括直管和弯管, 根据粉尘的性质进行系统的设计和管道材料的选择. 弯管是气力输送装置中最耐磨、最积尘的管道.
分隔器
输送系统中分离器的作用是分离气体和粉尘, 也属于除尘器的范畴.
泵送和供应设备
气力输送系统的输送动力来自泵送设备, 低压吸入式和低压压送式一般采用高压离心机或罗茨鼓风机.
卸灰阀
用于吸入系统, 以保证卸料口的密封性, 分离器内设有排灰阀;
对于压力供给系统, 以使分离器卸料时的粉尘不产生二次粉尘, 在卸灰口出设置卸灰阀.
陶瓷阀门的应用
输灰系统中的输灰阀由于动作频繁, 经常承受打开和关闭的压力, 承受灰尘的快速冲刷, 工作条件异常恶劣, 阀门的位置经常会被用来关闭到位, 关闭不紧, 阀板阀瓣阀门磨损快, 使用寿命短等问题.
针对此类除尘、输灰工况, 陶瓷阀门的优点是:
密封严密可靠, 在密封面轻微磨损的情况下仍能紧密关闭, 以防止磨损进一步加剧;
阀体内灰尘的堆积对阀门的密封影响不大;
密封材料足够坚硬且耐磨损;
阀门流通能力好, 输灰效率要高.
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烧结矿脱硫
在中国, 烟气脱硫 (烟气脱硫) 钢铁行业火电机组烟气脱硫后SO2排放控制重点.
根据脱硫过程中是否加水以及脱硫产品的干式和湿式形式, 脱硫工艺可分为三类: 湿的, 半干和干, 已应用的主要工艺为石灰石-石膏法, 氨-硫酸铵法, 循环流化床法, 旋转喷雾干燥法, 氧化镁法, 双碱法等十余种.
烧结烟气脱硫
烧结烟气是混合料点燃后高温烧结过程中产生的含尘废气.
烧结机生产过程中产生的烟气中SO2浓度变化较大, 其头尾烟气中SO2浓度低，中间高. 烧结材料中的铁氧化物会充当催化剂，催化部分SO2氧化为SO3.
矿粉中的部分有机硫以单体硫的形式转移至气相并被氧化, 由于烧结过程中存在温度不均匀性, 排出的烟气还含有H2S和CaS.
此外, 混合物中的氯化物在烧结过程中也会产生挥发性氯化物进入烟气. 烧结烟气的特性决定了烧结烟气脱硫的特点和难点, 且不能直接照搬电厂脱硫技术.
脱硫工艺
钢铁生产SO2排放主要来自烧结, 焦化和电力生产:
烧结过程中原矿和燃煤中的硫被氧化成SO2, 存在于烧结烟气中;
炼焦煤中的硫在炼焦过程中生成H2S, 存在于焦炉煤气中, 燃烧后产生SO2;
硫磺在发电燃料煤燃烧时直接产生SO2.
烧结过程排放的SO2占 60% 占钢铁生产排放总量的, 是钢铁生产过程中SO2排放的主要来源.
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石灰石-石膏法
是应用最广泛、最成熟的湿法脱硫技术.
石灰石-石膏法是利用石灰或石灰石浆液在洗涤塔内吸收烟气中的SO2并副产石膏的方法. 由于吸收浆料被回收, 脱硫吸收剂利用率高.
该脱硫系统主要包括: 吸收剂制备系统, 烟气系统, 二氧化硫吸收系统, 石膏脱水及储存系统.
工艺原理是用石灰或石灰石浆液吸收烟气中的SO2, 分为两个阶段: 吸收和氧化. 第一次吸收生成CaSO3, 然后CaSO3被氧化成CaSO4, IE. 石膏.
其技术已经成熟; 系统稳定可靠; 这是气液反应, 反应速度快; 脱硫效率高; 脱硫剂价格低廉; 和广泛的适应性.
氨-硫酸铵法 (氨法)
氨法脱硫技术是利用氨的工艺过程 (氨) 作为吸收剂去除烟气中的 SO2. 由于氨价格高, 氨法必然是一种回收方法.
氨法脱硫系统主要包括: 氨制备及储存系统, 烟气系统, 二氧化硫吸收系统, 硫铵分离储运系统.
其工作原理是吸收液进入换热器冷却, 然后通过循环泵从塔的吸收段进入脱硫塔, 烟气从下部进入脱硫塔, 液氨与喷出的吸收液反应, 然后通过除雾器将雾气去除后排入烟囱. 吸收液循环至一定浓度, 并在强制氧化后, 硫酸铵是脱硫过程中的副产品.
具有脱硫效率高、副产物利用前景好等优点.
循环流化床法 (循环流化床烟气脱硫)
循环流化床烟气脱硫 (循环流化床烟气脱硫) 一般采用干石灰粉 (氧化钙) 或石灰粉 (钙(哦)2) 作为吸收体, 烟气中按一定比例添加石灰粉, 使石灰粉在烟气中处于流化状态, 与SO2反应生成亚硫酸钙.
典型的烧结烟气脱硫 CFB-FGD 系统由吸收剂供应系统组成, 脱硫塔, 物料再循环, 工艺水系统, 脱硫后除尘器及仪表控制系统.
喷雾干燥法 (SDA)
喷雾干燥烟气脱硫技术是经过预除尘后的烟气进入脱硫塔进行烧结, 烟气与雾化石灰浆液液滴在脱硫塔内充分接触反应, 将反应产物干燥, 在脱硫塔内主要完成化学反应, 达到吸收SO2的目的.
通过吸收SO2并干燥含粉烟气，在脱硫塔内进布袋除尘器进行气固分离, 实现脱硫灰的收集和粉尘浓度的出口，满足排放标准. 除尘器入口烟道添加活性炭，进一步去除其他有害物质, 经除尘器处理后的烟气由烟囱排入大气.
SDA系统还可以利用部分脱硫产物回收浆液，提高脱硫剂的利用率.
氧化镁法
氧化镁脱硫法是将氧化镁通过浆液制备系统制成氢氧化镁过饱和液体, 在脱硫吸收塔内与烧结烟气充分接触, 与烧结烟气中的SO2反应生成亚硫酸镁, 吸收塔排出的亚硫酸镁浆液可脱水后再加工生产硫酸.
系统主要包括 3 部分: 溶液制备和交付, 烟气冷却, 脱硫及液态水处理.
双碱法
双碱脱硫工艺是烧结机烟气经除尘器净化后, 由引风机引入脱硫塔, 含SO2烟气切向进入塔内, 在旋风板的导向作用下螺旋上升; 旋风分离器内的烟气与脱硫液逆流对流接触，与旋风分离器板上的脱硫液接触，脱硫液在旋风分离器板上雾化, 形成良好的雾化吸收区域, 烟气与脱硫液中的碱性脱硫剂在雾化区中充分接触和反应，完成烟气与脱硫液中的碱性脱硫剂在雾化区中充分接触和反应，完成脱硫吸收过程.
脱硫后, 烟气通过塔上部设置的除雾板, 利用烟气本身的旋转作用和旋风除雾板的导向作用产生强大的离心力, 烟气中的液滴被抛向塔壁, 从而达到高效除雾的目的, 除雾效率高达 99% 或者更多, 脱硫后的烟气直接排入塔顶烟囱.
吸收剂常用的碱有纯碱 (碳酸钠), 烧碱 (氢氧化钠) 等等. 其运行过程分为三个阶段: 吸收, 再生及固液分离.
系统主要由SO2吸收系统组成, 脱硫剂制备系统, 脱硫副产物处理系统, 脱硫除尘供水系统及电气控制系统.
非方法
NID 技术利用石灰 (氧化钙) 或熟石灰 (钙(哦)2) 作为脱硫剂吸收烟气中的SO2及其他酸性气体.
130℃左右的烟气从烧结主抽风机出口烟道引入反应器, 物理变化和化学反应快速完成的地方, 烟气中的SO2与脱硫剂反应生成CaSO3和CaSO4.
反应后, 烟气携带大量干燥的固体颗粒进入除尘器, 并与烟气分离, 通过灰渣回收系统, 补充脱硫剂, 加湿并再次混合, 并将其发送到反应堆.
这样循环多次, 达到高效脱硫的目的，提高吸收剂的利用率. 脱硫除尘后, 洁净烟气水蒸气露点温度在20℃以上, 不加热, 并通过增压风机排入烟囱.
陶瓷阀门的应用
烟气排放
由于烟气介质的腐蚀性成分复杂, 可以发现内部与烟气接触的密封面腐蚀严重, 含尘烟气容易使阀门结垢, 尘垢变厚会阻碍阀门运动, 去除这些尘垢操作极其不方便, 费时费力;
如果气体中的水蒸气发生凝结, 分解气体的腐蚀性会大大增强. 尤其是HCl的作用, 等等。, 奥氏体不锈钢更容易引起晶间腐蚀, 加速管道系统的腐蚀失效. 管道是否发生催化剂粉尘粘结, 粘结形成的块体孔隙率大, 会吸附解析气体中的腐蚀性成分, 造成管道部件表面腐蚀介质的粘接，增强金属表面腐蚀处的粘接加速. 此外, SO2共存, SO3 和 NH3 还会增加催化剂粉尘粘合并促进金属腐蚀的风险.
普通耐磨材料很难同时满足耐腐蚀的需求, 可以考虑耐磨损的陶瓷材料, 同时腐蚀和高温氧化. 可有效避免因腐蚀、磨损而导致阀门密封不良的问题, 并大大延长阀门的使用寿命.
酸橙 / 石膏浆料输送
浆料的磨损主要是由于固体颗粒的冲击和破坏 (特别是硅酸盐) 在研磨材料上的浆料中. 烟气脱硫浆液介质主要成分为石灰石 (碳酸钙) 粒子 (含有少量SiO2) 或石膏 (硫酸钙·2H2O) 颗粒和水. 在较高流速下, 这些颗粒会对管道内壁造成严重磨损或侵蚀.
同时, 浆料呈弱酸性, 还混有一些氯离子, 等等。, 这些物质会与金属管壁发生化学反应，使钢管腐蚀, 直到烂透, 影响脱硫装置的使用寿命.
氯- 比金属表面更容易吸附氧气, 氧气被挤出, 从而使金属态的钝化部分被破坏而发生孔隙腐蚀, 一些不锈钢材质也难以避免. 金属管道的泥浆腐蚀表现为: 点蚀, 缝隙腐蚀, 应力腐蚀, 疲劳腐蚀, 电偶腐蚀等.
此外, 两相流浆液管. 两相流的特点是流量必须控制在适当的范围内. 高流量容易产生磨损并大大增加管道的阻力, 流量低时会产生沉积物, 缩小管道流通面, 直到被阻止.
