AI火焰分析及蒸发冷却面均布在炼钢除尘上的应用.pdf

收稿日期:作者简介:黄 磊()高级工程师.火焰分析及蒸发冷却面均布在炼钢除尘上的应用黄 磊(广西钢铁炼钢厂能环车间)摘 要 针对微差压仪器失灵和蒸发冷却器喷枪布置不合理而影响一次除尘效果的难题 采用 火焰分析代替微差压与除尘风机转速联锁技术 并对蒸发冷却器喷枪进行优化布置 经过应用实践表明不仅转炉煤气品质提高 而且回收量提高、除尘风机电耗降低 同时蒸发冷却器结垢速率由 /月降至 /月关键词 火焰分析 蒸发冷却器 喷枪优化布置 除尘效果文献标识码:文章编号:()()./转炉煤气是转炉炼钢的副产物 含有大量的 高效回收和利用高品质的转炉煤气是钢铁企业节能降碳的重要手段 尤其在“碳达峰、碳中和”背景下显得更加迫切 影响转炉煤气回收量的因素较多 其中一次除尘效果不容忽视根据多年的炼钢干法除尘系统的使用和经验总结 影响一次除尘效果的主要因素有:转炉变形严重 炉口烟气不对中 导致炉口严重冒火 炉口微差压测量仪器时常失灵 一次风机的联锁调速失效 导致炉口冒大火或严重过抽干法除尘蒸发冷却器的喷雾面重叠较多 导致蒸发速率降低 加大了一次除尘负荷炉型的维护难度较大 不可控因素较多 改善一次除尘效果和提高煤气回收量的攻关措施要集中在做好一次风机的实时联锁调速和干法除尘蒸发冷却器冷却面的合理布控上 某钢厂一次除尘系统现状某炼钢厂一次除尘系统为全干法除尘 一次烟气中主要含有 /左右的金属粉尘 以及大量的、和 温度高达 左右的一次烟气流经设有双介质喷枪的蒸发冷却 冶 金 能 源 器 温度降至 左右 并通过重力沉降去除的粗灰 最后经过电除尘器完成精除尘 达标后排向大气一次除尘风机转速根据炉口微差压进行调整 微差压的测量点选在三段烟罩中部 而吹炼过程中 喷溅的钢渣会堵塞微差压取压管 导致微差压仪器失灵 无法为一次风机提供准确的转速调节依据 容易出现炉口喷火或者过抽 不仅污染环境 而且增加风机能耗、降低煤气回收量同时 干法除尘蒸发冷却器喷枪数量为 支 安装在直径 的烟道上过于密集相邻喷枪之间的雾化液滴互相碰撞 形成更大液滴 大大影响了冷却效率 采取的措施 炉口微差压的替代方案寻找和炉口微差压同等效果的检测值时 要求该值能够稳定、快速地反映一次烟气的产生量 以匹配一次风机风量 在国内冶金行业 火焰分析技术指导冶炼工艺操作的应用处于起步阶段 其中炉口火焰成像捕捉及模拟分析有望替代炉口微差压指导一次风机转速的调整技术人员收集了上千个该炼钢厂转炉吹炼过程的 素材 将这些素材分为炉口严重过抽、中度过抽、少量过抽、正常、少量冒火、中度冒火、严重冒火 个种类 每个种类一百多个素材 每个素材持续时间为 左右通过大量素材的识别、比对和学习 电脑根据火焰溢出的白炽面积占比 自行计算出 火焰等级值 以及对应炉口的过抽或冒火程度 然后分别找到各个炉座冶炼过程中炉口火焰正常的 火焰等级值 作为该炉座的 火焰等级基准值 再根据数值的上下浮动程度 来给定适宜的一次风机转速 实时变化的抽风量又会对炉口火焰等级值产生实时影响一次风机转速再次进行修正 直到 火焰等级落在基础值的正负某个死区范围之内 此时视为适宜的一次风机转速 直至火焰等级再次偏离 逻辑见图 图 火焰等级运行逻辑为了更好地匹配差异较大的冶炼工况时间段 根据脱碳反应强度特点 设置了 个冶炼时间段 分别设置了 档一次风机匹配转速上下限、火焰等级基准值及死区范围 这套程序对各种工况的适应度更高 不会因为超出这个时段的 火焰等级上下限 导致一次风机转速过高或过低 从而影响一次除尘效果 同时 用可修改的火焰等级判定周期、风机响应速度以及风机每次升降速的步进值 来保证这套联锁程序始终具备适宜的灵敏度和响应速度选取 火焰等级与一次除尘风机转速联锁程序投用前后一个月的 号转炉干法除尘参数进行对比 见表 在铁水装入量等原物料条件及吹炼操作基本一致的前提下 投用联锁程序后煤气回收量增加 煤气 含 量 上 升 煤气 含量降低 一次风机转速降低 喷水量减少 以更低的一次风机转速和喷水量 得到更高的煤气回收量和煤气 含量 直接证明一次除尘效果的提升和系统燃烧率的降低 试验取得良好的效果 蒸发冷却面的均匀布控干法除尘蒸发冷喷枪的作用是将气水双介质混匀 喷出微米级的雾化水对高温烟气进行极速表 程序投用前后的主要干法除尘参数对比时段煤气回收量/()煤气 含量/煤气 浓度/一次风机转速/()蒸发冷喷水量/()投用前 投用后 冶 金 能 源 冷却 喷出的雾化水粒径越小 蒸发速率越快快速形成的负压越大 一次除尘效果越好 除尘风机电耗越低蒸发冷喷枪的初始雾化水粒径并不能代表最终的蒸发雾滴粒径 由于喷嘴布置和雾化锥角的作用 雾化水易出现交叠 碰撞聚合后使雾化水粒径增大 从而破坏喷嘴的雾化质量 见图 图中 为两支喷枪喷水点的间距 为雾化横切面最大时 喷水点到切面圆心的垂直高度 为喷枪的喷水角度图 相邻喷枪之间的雾化液滴交叠图 每两支喷枪之间的雾化水重合面由于蒸发冷却器高温烟气的进入 降温后的粉尘颗粒易黏附到蒸发冷却器内壁上 增大结垢的几率 采用优化喷枪数量和雾化面的布置等方法 尽可能减小雾化质量损失 提高一次除尘效果并降低蒸发冷筒体结垢的危害现有 支气雾双介质内混式喷枪 在气压 、水压 工况下 经过实验室测量 单支喷枪雾化锥体最大展开直径为 即 的雾化最大横切面 蒸发冷却器的直径为 横切面圆心和筒壁间距大约为 参照图 可以算出每两支喷枪雾化横切圆的中心间距约为 两支喷枪之间的雾化水重合切面见图 大量的雾化水重合碰撞后 产生比原设计 大很多的液滴 使得进口的超细雾化粒径喷枪优势没能发挥出来 大液滴不能在最短时间内蒸发 高温烟气无法在蒸发冷却器内形成极速体积收缩 影响了一次除尘效果 不能第一时间蒸发的雾化水会飘散到蒸发冷却器筒壁与高温烟气中的粉尘结成硬垢 垢层过厚会影响过流面积 在冷却面调整的试验之前 蒸发冷筒体弱温面结垢速率达到 /月因此 保证蒸发冷却器喷枪的雾化粒径 是进一步提升一次除尘效果和煤气回收量及降低风机电耗的关键 在试验中 号转炉 个喷枪孔位间隔一个空位安装一支超大流量的定制喷枪 分别调高气水压力后 支大流量喷枪即能达到原来 支喷枪的供水量以及雾化粒径减少相邻喷枪雾化水的碰撞几率 也就提升了雾化水的蒸发速率 一次除尘效果和煤气回收量都得到提高单支喷枪的水量几乎翻倍 为了保证雾化粒径基本不变 需要增加喷射流速 即增加喷枪的气压和水压 同时喷雾角度和雾化锥体最大展开直径都会变大 当气压和水压均提高到 时 单支喷枪雾化锥体最大展开直径为 即 的雾化横切面 雾化横切面圆心和筒壁距离为 参照图 可以算出每两支喷枪雾化横切圆的中心间距约为 两支喷枪之间的重合切面见图 图 与图 相比 雾化水重合面的面积大幅缩小图 每两支大流量喷枪的雾化水重合面在 号转炉铁水、废钢、生铁块等原材料加入量变化在 以内的时段 且 火焰等级与一次风机联锁投用的基础上 选取蒸发冷喷枪换型前后一个月的干法系统及煤气回收参数对比见表 喷枪换型后的一次除尘效果得到进一步提升 在一次除尘风机转速降低、煤气 含量稍有上升的情况下 煤气回收量增加 煤气 含量再次降低 通过优化喷枪数量、雾化面布置和操作参数进一步增加了煤气回 冶 金 能 源 表 喷枪换型前后的主要参数对比时段煤气回收量/()煤气 含量/煤气 浓度/一次风机转速/()蒸发冷喷水量/()换型前 换型后 收量 降低了工序能耗将蒸发冷筒壁上的积灰清除后连续试验 个月 经蒸发冷却器人孔查看筒壁弱温面结灰情况 发现结垢速率明显减小 约为 /月证明喷枪换型后的大部分雾化液滴都能在第一时间蒸发 结论与展望通过 火焰等级联锁和蒸发冷却器喷枪雾化均匀布控的实际运用 达到了提高炼钢一次除尘效果和增加煤气回收量且降低一次风机电耗的目的 但 火焰等级也存在一定的判定干扰例如吹炼前期活动烟罩降罩过早 火焰完全被遮挡 实际的冒火或过抽程度无法通过视频分析来判断 导致吹炼前期的 火焰等级准确度较低需要通过对活动烟罩降罩时机的修改以及特殊时间段的 火焰等级修正来逐步解决该问题另外 由于喷枪换型和数量减半 使得相邻喷枪的雾化水重合面大幅减少 但雾化面的重合仍然较明显 还有一定的攻关空间 炼钢一次烟气的极速降温效果还能够更好 这就需要进一步研究喷枪的选型 以期与双介质喷枪制造厂家共同研发出更适合的喷枪 即在保证水量不降低、雾化粒径变化不大的前提下 通过喷枪雾化角度的调整、气水比的优化摸索、改变最大雾化圆面积 减少相邻喷枪之间的雾化液滴碰撞参考文献 韩仁德 龙次考 黄磊 湛钢 转炉煤气回收潜力分析.冶金能源 ():陈均 干法除尘工艺在 半钢炼钢转炉上的应用.钢铁 ():张宁 吴浩 唐钢新区提高转炉煤气回收措施.冶金能源 ():张仕通 黄卫超 邓万里 等 转炉煤气回收实时调节 技 术 开 发 应 用 .冶 金 能 源 ():柳晓琳 杜健敏 黄炎俊 等 声波耦合旋流对转炉一次烟气 细 颗 粒 物 的 去 除 .中 国 冶 金 ():张福明 张德国 张凌义 等 大型转炉煤气干法除尘技术研究与应用.钢铁 ():朱荣 魏光升 张洪金 零碳排电弧炉炼钢工艺技术研究及展望.钢铁 ():朱荣 任鑫 薛波涛 转炉炼钢工艺极限碳排放研究进展.钢铁 ():吴耀光 杨风国 王阳明 等 基于绿色钢铁的转炉炼 钢 工 艺 设 计 及 生 产 .钢 铁 ():刘强 鲁明 金学虎 等 蒸发冷喷枪系统在转炉干法除尘的应用.冶金设备 ():黄磊 柳钢转炉一区干法除尘蒸发冷却器雾化喷头的选型及应用.冶金动力 ():高宣宣 转炉煤气干法除尘蒸发冷却器系统及操控技术优化.山西冶金():王茹 转炉干法除尘蒸发冷却系统优化与仿真.广州:华南理工大学 易正明 周孑民 刘志明 等 基于图像处理的回转窑火焰监测系统研究.化工自动化及仪表 ():田陆 刘卓民 基于炉口火焰分析的转炉终点预报技术.第十届中国钢铁年会暨第六届宝钢学术年会:王炜峰 基于火焰图像处理的熟料窑自动控制系统.长沙:中南大学 万 雪编辑冶 金 能 源