高爐煉鐵系統(tǒng)通常包括煉鐵、燒結(jié)、焦化、原料等工序，還有直接相關(guān)的煤氣系統(tǒng)。采用先進(jìn)噴霧技術(shù)在所有這些工序都發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，甚至直接引起主體工藝、設(shè)備本身的變革和進(jìn)步。具有冷卻速度特別快、投資少、設(shè)備重量輕、全自動(dòng)控制安全可靠、免維修等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被越來(lái)越多地認(rèn)同和選用。
改進(jìn)高爐爐喉灑水，勢(shì)在必行
高爐冶煉時(shí)首先必須采用爐喉灑水裝置，冷卻荒煤氣，保護(hù)爐頂設(shè)備；當(dāng)采用全干法除塵時(shí)，煤氣溫度和濕度也須同時(shí)滿足布袋除塵器的要求。
高爐爐頂荒煤氣的正常溫度應(yīng)在150ºC至250ºC之間，但在爐況不正常時(shí)，煤氣溫度最高可達(dá)700ºC；有時(shí)也會(huì)低于150ºC。采用濕法除塵溫度高時(shí)，傳統(tǒng)的爐喉灑水用扁鋼管、或普通水噴嘴往爐頂噴水令其冷卻，爐頂打水期間不能100%蒸發(fā)，煤氣帶機(jī)械水容易引起布袋粘結(jié)，荒煤氣被迫放散，既浪費(fèi)、又造成污染；高壓水噴嘴冷卻方法也是近年來(lái)開(kāi)始采用的一種冷卻方法。
就保護(hù)爐頂設(shè)備而言，傳統(tǒng)的冷卻方式是可以滿足的，而當(dāng)采用全干法后，對(duì)煤氣冷卻的要求就不僅是要保護(hù)爐頂設(shè)備，還要保護(hù)好布袋除塵器，仍然采用傳統(tǒng)的冷卻方式就會(huì)產(chǎn)生很多問(wèn)題：煤氣放散、布袋燒損、粘灰等。為此，近二十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外嘗試采用了多種冷卻方式來(lái)保護(hù)布袋除塵器：
在上世紀(jì)80年代末期，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了高壓回流噴嘴在重力除塵器中進(jìn)行噴霧冷卻的技術(shù)，主要問(wèn)題：一是噴槍堵塞；二是噴槍磨損特別快。國(guó)內(nèi)后來(lái)改用陶瓷噴嘴，解決了磨損問(wèn)題，但會(huì)經(jīng)常炸裂；三是對(duì)水處理要求高，需要達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)；四是噴水不能100%蒸發(fā)，重力除塵器結(jié)灰嚴(yán)重，所以該技術(shù)最終沒(méi)有得到推廣。
目前許多小高爐沒(méi)有冷卻設(shè)備，溫度高時(shí)放散；或大中型高爐較多采用金屬管式換熱器，安裝在重力除塵器后部，與煤氣管道并聯(lián)布置：即當(dāng)煤氣溫度高時(shí)，煤氣通過(guò)換熱器進(jìn)行冷卻；如果溫度仍沒(méi)有降下來(lái)，則向換熱器表面噴水。這種冷卻方式的最大問(wèn)題是冷卻速度慢，布袋經(jīng)常被燒毀；另外的弊端有設(shè)備投資多、重量大（高達(dá)幾百噸）、占地面積大。
近年來(lái)，斯普瑞噴霧系統(tǒng)（上海）有限公司對(duì)傳統(tǒng)的爐喉灑水進(jìn)行了改進(jìn)，研發(fā)出了雙流體噴嘴直接噴霧蒸發(fā)冷卻技術(shù)---噴霧干冷卻技術(shù)。采用壓縮氮?dú)猓ɑ蛘羝U煙氣）霧化噴槍，來(lái)替代普通的水噴嘴進(jìn)行高爐爐頂打水，當(dāng)檢測(cè)到爐頂溫度高時(shí)，供水管上的閥門自動(dòng)打開(kāi)，開(kāi)始噴水冷卻；而當(dāng)爐頂溫度降低到正常范圍時(shí)，噴水自動(dòng)停止，同時(shí)氣路上的閥門也關(guān)閉。由于實(shí)現(xiàn)了煤氣干冷卻，水份能100%蒸發(fā)，這既保護(hù)了爐頂機(jī)械設(shè)備，同時(shí)又滿足了布袋入口溫度、濕度的要求，也不易引起布袋粘結(jié)。
該系統(tǒng)的主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
一是冷卻速度特別快。從檢測(cè)到溫度超設(shè)定值到冷卻到正常范圍只需要數(shù)秒，噴霧顆粒的蒸發(fā)時(shí)間小于1秒，這樣就可以確保布袋除塵器的安全：既不燒、也不粘灰，始終不需要放散煤氣；這是老式打水和金屬管換熱器做不到的；
二是噴槍噴霧顆粒速度高達(dá)40米/秒，噴射長(zhǎng)度可達(dá)2-10米，可以在高爐爐頂煤氣正壓力高的情況下，實(shí)現(xiàn)煤氣在爐頂內(nèi)的均勻冷卻，這也是包括高壓噴嘴技術(shù)在內(nèi)的其它冷卻方法做不到的；
三是噴嘴的孔徑大，不容易堵塞，可以噴射各種水源、甚至外排廢水；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還考慮了防堵設(shè)計(jì)和堵塞自動(dòng)檢測(cè)功能，還可以設(shè)計(jì)在線自動(dòng)更換噴嘴系統(tǒng)；
四是操作壓力低，噴嘴磨損很慢，可以長(zhǎng)期使用；
五是可以增加升溫功能，解決煤氣低溫（85ºC）放散問(wèn)題，從而可以完全取代調(diào)溫系統(tǒng)，以節(jié)省投資和減少系統(tǒng)阻力；也因?yàn)閲婌F完全蒸發(fā)，爐料不會(huì)被打濕，這樣可以節(jié)省燃料和熱風(fēng)，從而提高產(chǎn)量，還可以防止產(chǎn)生冷爐；<br/> 六是因?yàn)閲婌F角度和位置設(shè)計(jì)合理，因此高爐內(nèi)壁不會(huì)被噴霧打濕，造成耐火材料因受潮而脫落的現(xiàn)象，從而延長(zhǎng)耐火材料的使用壽命。
煤氣進(jìn)柜前的冷卻很有講
高爐煤氣采用干法除塵后，除塵器出口的煤氣溫度在200ºC（高溫布袋）、或130ºC以下（常溫布袋），凈煤氣通常首先是直接送熱風(fēng)爐等處直接利用。為了解決高爐煤氣使用不均衡的問(wèn)題，企業(yè)往往要建設(shè)煤氣柜存儲(chǔ)。而煤氣入柜時(shí)要求其溫度必須低于50ºC。傳統(tǒng)的凈煤氣冷卻方式有飽和冷卻塔和金屬管換熱器兩種：
飽和冷卻塔的工作原理是，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，向煤氣噴大量的水，利用水升溫吸收煤氣的熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)煤氣冷卻。該系統(tǒng)需要龐大的供水和循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，所以需要很大投資；另外還存在高耗水、高耗能、水量控制困難、系統(tǒng)維修量大、運(yùn)行費(fèi)用高等問(wèn)題。
金屬管換熱器的工作原理是，采用間接空冷、或水冷方式進(jìn)行煤氣冷卻。其主要問(wèn)題是投資大、維修量大。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)有幾十座高爐燃?xì)庀到y(tǒng)采用了氮?dú)忪F化水霧直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，必要時(shí)還可以噴堿液解決去煤氣氯離子腐蝕凈煤氣管道問(wèn)題，都取得了滿意效果。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：
一是投資小，因?yàn)椴恍枰嫶蟮乃幚硐到y(tǒng)；二是沒(méi)有循環(huán)水；三是水消耗量大幅度減少，噴水量不到飽和冷卻的十分之一；四是節(jié)能，由于噴水量減少，煤氣熱值得到提高；五是系統(tǒng)維修量小、運(yùn)行費(fèi)用少，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。
先進(jìn)噴霧技術(shù)在燒結(jié)、焦化、原料等應(yīng)用大有可為
先進(jìn)的噴霧技術(shù)在煉鐵系統(tǒng)的燒結(jié)、焦化、原料工藝方面等也得到了廣泛應(yīng)用。
先說(shuō)燒結(jié)煙氣除塵技術(shù)。該技術(shù)多采用電除塵器進(jìn)行，由于燒結(jié)煙氣成分的特殊性，其比電阻和煙氣的溫度、含濕量只有在合理的范圍內(nèi)，才能獲得電除塵器的高除塵效率。所以燒結(jié)煙氣在進(jìn)入電除塵器前要對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。該技術(shù)的關(guān)鍵包括以下幾個(gè)方面：一是要對(duì)燒結(jié)煙氣的含濕量進(jìn)行精確控制，使其在最佳的范圍內(nèi)，這樣電除塵器的除塵效率才能得到保證；二是對(duì)燒結(jié)煙氣的溫度進(jìn)行控制，保證電除塵器正常工作；三是粗除塵的作用，降低電除塵器的負(fù)荷。
再說(shuō)燒結(jié)煙氣脫硫、脫硝技術(shù)。由于該技術(shù)在中國(guó)處于剛剛起步的階段，還存在很多問(wèn)題：除了投資大外，脫硫效率不穩(wěn)定和運(yùn)行費(fèi)用高是兩大普遍存在的問(wèn)題；采用石灰做脫硫劑時(shí)，還有這邊脫硫、生產(chǎn)石灰則增加二氧化碳排放問(wèn)題。
由于鐵礦粉的特性波動(dòng)大，燒結(jié)煙氣中硫的含量變化范圍也很大，同時(shí)由于燒結(jié)工藝本身的特點(diǎn)，燒結(jié)煙氣量、溫度和濕度的變化大，成分變化也大，這給燒結(jié)煙氣脫硫帶來(lái)了很大困難。其中，濕法脫硫是目前電廠應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)；現(xiàn)在還有一些其它的技術(shù)在推廣，比如半干法脫硫、干法脫硫。采用先進(jìn)的噴霧技術(shù)，可以提高和穩(wěn)定這些系統(tǒng)的效率、降低運(yùn)行費(fèi)用，并可以利用外排廢水替代石灰、氨水等脫硫劑，從而大幅度降低一次投資和運(yùn)行費(fèi)用，這應(yīng)該是解決我國(guó)燒結(jié)煙氣脫硫、脫硝的首選技術(shù)路線。
噴霧低水熄焦技術(shù)后來(lái)居上。焦炭出爐后，必須將其溫度從1400°C迅速冷卻到常溫。大量實(shí)踐證明：采用低壓、大流量噴嘴進(jìn)行窒息式低水熄焦，替代落后的原管子上開(kāi)孔噴淋水濕熄焦系統(tǒng)，取得了以下效果：一是降低了成本。在沒(méi)有亮焦的前提下，焦炭含水量可以穩(wěn)定在3-4%。據(jù)有關(guān)鑒定結(jié)論：焦炭含水量每降低1%，煉鐵焦比可降低約2%，噸鐵成本可降低約6元，減少、并穩(wěn)定高爐入爐焦碳含水量具有顯著的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益；二是減少了熄火時(shí)間?？梢詮?20-150秒減少到約70-90秒，比傳統(tǒng)熄焦時(shí)間減少近一半；三是環(huán)保。由于噴水均勻、有力地將焦車全部覆蓋，因此蒸汽中所夾帶的焦粉顯著減少，這樣既減少了資源浪費(fèi)，又控制了粉塵污染、和氣體污染霧排放量；四是節(jié)水。熄火放散的水蒸汽明顯減少，相應(yīng)減少了新水量的補(bǔ)充；五是噴嘴永遠(yuǎn)不再堵塞；六是由于沒(méi)有因焦車底部進(jìn)水而引起高溫焦炭的劇烈攪動(dòng)，所以焦炭機(jī)械不易損壞；焦碳蹦出焦車的現(xiàn)象也不會(huì)發(fā)生。
噴霧除塵技術(shù)既節(jié)約又環(huán)保。粉塵控制通常有預(yù)防、噴霧和通風(fēng)除塵三類方法。我國(guó)普遍選用通風(fēng)除塵的方法，既利用捕集罩、布袋除塵器或電除塵器、煙道、風(fēng)機(jī)、煙囪進(jìn)行除塵，除塵效果通常是可以的，問(wèn)題是運(yùn)行費(fèi)用和浪費(fèi)大。系統(tǒng)的能力小了，除塵效果就難以保證；還有一些大型料場(chǎng)、大型卸車和活動(dòng)式卸料上料系統(tǒng)無(wú)法采用該系統(tǒng)。采用無(wú)水噴霧除塵技術(shù)適合大部分的除塵應(yīng)用，還可以很好解決環(huán)保設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用太高的難題。
直接噴霧除塵的基本原理就是用噴水霧將粉塵顆粒弄濕，使其顆粒和比重增加，然后與大氣或煙氣分離。該技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是：
噴霧首先將煙塵冷卻到露點(diǎn)溫度以下。對(duì)溫度較高的煙塵，主要是通過(guò)蒸發(fā)冷卻，這種冷卻方式效率高、用水量最少。
噴霧顆粒與粉塵顆粒相互碰撞后，粘結(jié)、凝聚、長(zhǎng)大，同時(shí)比重增加，長(zhǎng)大到某一臨界顆粒后就會(huì)與大氣或煙氣分離，落到料場(chǎng)、渣場(chǎng)內(nèi)。
(來(lái)源：鋼鐵產(chǎn)業(yè))
