王進(jìn)軒
（宣化冶金環(huán)保設(shè)備制造（安裝）有限責(zé)任公司，河北 張家口 075100）
摘要：為解決鋼鐵企業(yè)超低排放改造問題，本文針對鋼鐵行業(yè)中煉鋼一次除塵技術(shù)的特殊性進(jìn)行研究，提出了適用于煉鋼一次除塵超低排放的處理技術(shù)，詳細(xì)介紹了各技術(shù)的工作原理、系統(tǒng)組成及技術(shù)特點，以期為煉鋼一次除塵超低排放改造提供參考。
關(guān)鍵詞：煉鋼；一次除塵；超低排放改造；煤冷前置；濕式電除塵；金屬濾袋
1 概述
鋼鐵行業(yè)作為我國的一個支柱型產(chǎn)業(yè)，對于我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著極其重要的作用。眾所周知，我國的鋼鐵行業(yè)不論在產(chǎn)能還是在產(chǎn)量方面均居于世界領(lǐng)先水平[1]。我國的鋼鐵企業(yè)主要集中于京津冀、長三角以及山西、陜西等地區(qū)，幾乎全國55%的產(chǎn)量均集中在這些區(qū)域，產(chǎn)業(yè)的集中不可避免地造成了污染的集中，因此這些地區(qū)的環(huán)境污染也成為了我國的重點控制區(qū)域。綜上所述，對于這些高污染、高能耗的鋼鐵企業(yè)的污染治理，是目前環(huán)保工作不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)。
鑒于上述情況，我國制定了多個政策，為鋼鐵行業(yè)超低排放改造工作正常、穩(wěn)定推進(jìn)保駕護(hù)航。2019年4月生態(tài)環(huán)境部、發(fā)改委、工信部、財政部以及交通運輸部等五部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》(環(huán)大氣[2019]35號)[2]，該意見的發(fā)布標(biāo)志著我國鋼鐵行業(yè)超低排放改造已進(jìn)入了實施階段。同年12月，生態(tài)環(huán)境部又印發(fā)了《關(guān)于做好鋼鐵企業(yè)超低排放評估監(jiān)測工作的通知》(環(huán)辦大氣函[2019]922號)[3]，該通知為鋼鐵行業(yè)超低排放的監(jiān)測工作提出了遵循原則、認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測程序和方法。為幫助各鋼鐵企業(yè)達(dá)到超低排放的相關(guān)要求，2020年1月中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會編制了《鋼鐵企業(yè)超低排放改造技術(shù)指南》(中環(huán)協(xié)[2020]4號)[4]。該指南提供了鋼鐵行業(yè)超低排放改造技術(shù)路線的選擇、工程設(shè)計施工、設(shè)施運行管理方面的參考，為超低排放改造全過程提供了依據(jù)。由此，鋼鐵行業(yè)超低排放基本形成了一套系統(tǒng)性、專業(yè)性的體系。
鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的高溫、含塵、含CO的煙氣，現(xiàn)有除塵技術(shù)局限性主要表現(xiàn)如下：（1）受限于電除塵器的基本原理，無法設(shè)計出符合現(xiàn)有排放指標(biāo)的超大規(guī)格除塵器。（2）排放指標(biāo)越來越低，現(xiàn)階段已有的技術(shù)越來越難以滿足排放要求。（3）煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏起來越快，除塵運行不穩(wěn)定性增大，除塵系統(tǒng)的規(guī)格選型和技術(shù)路線突破成為迫切需要。本文將針對以上問題提出幾種不同路線下的應(yīng)用技術(shù)，供大家在煉鋼一次除塵超低排放改造時參考。
2 技術(shù)路線
2.1 煤氣冷卻器前置技術(shù)
2.1.1工作原理
煤氣冷卻器前置技術(shù)是在轉(zhuǎn)爐一次煙氣處理過程中，將原布置在切換站后的煤氣冷卻器前移至引風(fēng)機(jī)與切換站之間，即將通過電除塵器凈化后的煙氣先經(jīng)煤氣冷卻器進(jìn)行噴淋冷卻及除塵，由此可使排散煙氣中的含塵量進(jìn)一步降低，實現(xiàn)煙氣的超低排放。
2.1.2系統(tǒng)構(gòu)成
煤氣冷卻器前置技術(shù)所需配置與煤冷未前置技術(shù)基本相同，由煤氣冷卻器、冷、熱水池、相關(guān)水泵、冷卻塔、過濾器、相關(guān)儀表閥門等組成。但由于該技術(shù)將煤氣冷卻器前移至切換站前，煙氣在冷卻器中含水量增大，將影響后續(xù)設(shè)備的運行及煙氣排放，因此需要必要的除霧裝置使其中的煙氣含水量降低。故在該冷卻器中加裝除霧器，并增加配套的沖洗裝置，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐一次煙氣的超低排放。煤氣冷卻器前置系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。
圖1 煤氣冷卻器前置系統(tǒng)工藝流程圖
2.1.3技術(shù)特點
該技術(shù)使煤氣氣流方向與噴水方向反向流動，增加相互接觸表面，降溫迅速。不但可以進(jìn)一步清洗煤氣，而且能夠解決干法靜電除塵器末級電場清灰產(chǎn)生第二次揚塵導(dǎo)致的凈煤氣含塵量超標(biāo)的問題。經(jīng)實際項目運行測試，該技術(shù)凈化的煙氣含塵量不超過10mg/Nm3。
2.2后置濕式電除塵器技術(shù)
濕式電除塵器與干式電除塵器的原理基本相同，僅在清灰方式上略有不同，濕式電除塵器是利用噴霧等方式，在極板上形成一層薄薄的水膜，從而達(dá)到清灰的效果，并能有效防止粉塵發(fā)生二次揚塵。濕式電除塵器采用立式布置方式時，安裝位置放于風(fēng)機(jī)后煙囪前，收塵極板型式為多規(guī)格六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，陰極線垂直于六邊形極板中心，收塵極板上部和灰斗下部設(shè)置有噴淋系統(tǒng)。該電除塵器可采用切線進(jìn)氣方式，也可采用中間進(jìn)氣方式。適當(dāng)?shù)膶?dǎo)流裝置使煙氣能均勻分布于各蜂窩中。噴水方式可采用四周噴水、中心噴水、上部噴水等。在沖洗水的作用下，極板上收集的粉塵被水膜包裹，流入灰斗中排放，達(dá)標(biāo)的潔凈煙氣排至出口。
2.2.2系統(tǒng)組成
濕式除塵系統(tǒng)的主體構(gòu)成包括：除塵器本體及鋼結(jié)構(gòu)、脫水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、霧化噴射系統(tǒng)、氮氣系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、高壓電源、污水處理系統(tǒng)、閥門、膨脹節(jié)、以及配套電氣系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)等。
2.2.3技術(shù)特點
1）工藝簡單：立式濕電除塵器內(nèi)部采用的是蜂窩狀排列，可以在制造廠內(nèi)拼接好，直接到現(xiàn)場安裝即可，設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。
2）煙氣處理量范圍大：無論是煙氣還是粉塵污染物，從幾千至幾百萬風(fēng)量都可以處理。
3）除塵效率高：立式濕電除塵器由于采用的是蜂窩狀陽極管，其在吸收煙氣粉塵時界面積大，除塵率可達(dá)95%-99%。
4）適應(yīng)領(lǐng)域：立式濕電除塵器既可以處理煙氣也可以處理粉塵顆粒物，所以能廣泛應(yīng)用于鋼鐵、電力、建材、玻璃窯爐等行業(yè)的粉塵治理。
5）運行阻力：阻力小于300Pa，且運行、維修費用低；使用壽命30年以上。
6）可使轉(zhuǎn)爐一次除塵系統(tǒng)的放散及回收煤氣含塵濃度由現(xiàn)有的最高200mg/Nm3降低至≤10mg/Nm3的超低排放要求
2.3金屬濾袋精除塵技術(shù)
2.3.1工作原理
轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)切換站放散側(cè)出來后，含塵氣體經(jīng)管道進(jìn)入除塵器箱體中，在導(dǎo)流板的作用下，含塵氣體均勻地分布于整個濾室內(nèi)部，粉塵在隨氣流上升過程中經(jīng)過金屬濾袋并被攔截在金屬濾袋表面，煙氣得到凈化后放散。
精除塵器利用轉(zhuǎn)爐煤氣正?；厥掌冢瑢饘贋V筒采用熱氮氣連續(xù)進(jìn)行反吹再生作業(yè)，堆積在金屬濾袋表面的粉餅層在此反向加速度及反向穿透氣流的作用下，脫離金屬濾袋表面，落入灰斗。
落入灰斗后的粉塵累積到一定量時可由料位計控制，收集的粉塵通過氣力輸灰的方式運至干法除塵細(xì)灰倉。
圖2 轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)改造工藝圖
2.3.2系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)包括：除塵器本體鋼結(jié)構(gòu)、金屬濾料、噴吹系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、眼睛閥、氣力輸送系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。[5]
2.3.3金屬濾袋技術(shù)特點
1）濾袋為金屬材質(zhì)，故濾袋具有耐高溫、耐腐蝕、強度高等特點。
2）濾袋的孔隙率較高，達(dá)到90%，使設(shè)備形成低壓降、低能耗。
3）可實現(xiàn)在線反吹與離線清洗，再生程度高，壽命長。
4）濾袋具有導(dǎo)電性，可有效避免靜電引起的粉塵爆炸。
5）易于回收，可實現(xiàn)二次利用。
6）相較于濕式電除塵器，金屬濾袋除塵器具有投資費用低、運行費用低、無水處理系統(tǒng)。
7）不易發(fā)生爆炸、排放穩(wěn)定且滿足<10mg/Nm3。
2.4分離式煙氣雙塔冷卻凈化技術(shù)
2.4.1工作原理
煉鋼過程中產(chǎn)生1400～1600℃的高溫?zé)煔饨?jīng)過汽化冷卻煙道，溫度降至850～1000℃，再經(jīng)蒸發(fā)冷卻器的霧化噴水作用，煙溫可降至250℃左右。此時，蒸發(fā)冷卻器內(nèi)約30%的粗灰進(jìn)入排灰系統(tǒng)，并將定期加入轉(zhuǎn)爐中再次利用。煙氣則進(jìn)入圓式電除塵器進(jìn)行精除塵[6]。風(fēng)機(jī)采用ID軸流風(fēng)機(jī)，有利于系統(tǒng)的泄爆。凈化后的煙氣經(jīng)過軸流風(fēng)送入分離式煙氣雙塔冷卻凈化裝置，即保留傳統(tǒng)的煤氣降溫塔位于切換站后回收側(cè)的基礎(chǔ)上，在放散側(cè)增加了煤氣噴淋凈化洗滌塔，該技術(shù)在國內(nèi)轉(zhuǎn)爐一次除塵工藝系統(tǒng)中已成功應(yīng)用。
圖3 轉(zhuǎn)爐一次煙氣煤氣蒸發(fā)冷卻除塵及深度凈化系統(tǒng)示意圖
2.4.2系統(tǒng)組成
典型的分離式煙氣雙塔冷卻凈化系統(tǒng)包括汽化冷卻煙道、高溫非金屬補償器、蒸發(fā)冷卻環(huán)縫洗滌一體化裝置、旋轉(zhuǎn)混流發(fā)生器噴嘴、可調(diào)環(huán)縫洗滌器組件、水霧噴槍、金屬補償器、雙流體氣霧噴嘴、文氏噴射型連接管、風(fēng)機(jī)入口管網(wǎng)連接管、煤氣切斷閥、煤氣放散管、氣動旋流分離筒、水霧噴嘴、濕旋脫水器、排污管、自清洗型水封排水器、及氮氣接口等。
2.4.3技術(shù)特點
1）噴淋水與煙氣逆向流動，即煙氣從下向上，水流至上而下，增加水氣接觸時間，從而使煙塵與水高效滲透[7]。
2）不同高度位置采用霧化級別不同的噴嘴實現(xiàn)分級噴淋水介入，后端較大顆粒冷卻水可以吸收合并前端小顆粒的水滴，并阻止水氣流失。
3）按照煙氣流量流速和布?xì)獠妓疇顟B(tài)，設(shè)計該裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)每級的水量按預(yù)先設(shè)計并可分別調(diào)節(jié)。
4）為了減少水分被氣流帶走，冷卻器尾端設(shè)置多級高效脫水裝置。
5）可實現(xiàn)精除塵，分離式煙氣雙塔冷卻凈化裝置，排放濃度穩(wěn)定控制在≤10mg/m3以下。
6）循環(huán)水處理設(shè)備投資費和運行成本大幅度降低，水量消耗降低了50%左右，煤氣回收量提高15%以上。
2.5前置煙氣蒸發(fā)冷卻器技術(shù)
在原荒煤氣管道上靜電除塵器入口前增加二級蒸發(fā)冷卻器。二級蒸發(fā)冷卻器結(jié)構(gòu)類似于原蒸發(fā)冷卻器。在二級蒸發(fā)冷卻器入口管道上設(shè)置噴淋系統(tǒng)，通過噴淋系統(tǒng)將霧化后的冷卻水噴入二級蒸發(fā)冷卻器中直接蒸發(fā)冷卻煙氣。
在二級蒸發(fā)冷卻器下部設(shè)置香蕉彎，香蕉彎設(shè)有腹部鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，香蕉彎腹部鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)設(shè)有正常排灰口和備用卸灰口。在香蕉彎腹部鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的正常排灰口設(shè)有插板閥、雙層翻板閥、二級鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、斗提機(jī)等輸送設(shè)備將粉塵輸送至現(xiàn)有細(xì)灰倉。在香蕉彎備用卸灰口設(shè)有氣動插板閥和緊急灰斗。
3 結(jié)語
鋼鐵行業(yè)的超低排放改造在現(xiàn)今減污降碳的大背景下勢在必行，鋼鐵行業(yè)相較于電力行業(yè)涉及的范圍更廣，因此是一個較大的系統(tǒng)性工程。改造工程涉及的內(nèi)涵非常豐富，幾乎涵蓋了鋼鐵行業(yè)中各個工藝流程，需各流程全面協(xié)調(diào)配合才能完成。鋼鐵行業(yè)的超低排放工藝選擇，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、實用性等方面考慮，同時以建立示范工程、典型案例等形式，以點帶面，為各工藝流程提供參考依據(jù)。最終實現(xiàn)全過程、系統(tǒng)性的鋼鐵行業(yè)超低排放。
參考文獻(xiàn)
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