論煉鋼窯爐煙氣環(huán)境除塵系統(tǒng)綜合性能評(píng)價(jià)

李海鋒

摘 要：本文介紹了煉鋼窯爐的煙氣特性以及目前控制情況，根據(jù)現(xiàn)有除塵器運(yùn)行狀況通過(guò)案例分析除塵器常見問(wèn)題，提出煙氣過(guò)濾裝置的選擇方案。

關(guān)鍵詞：煉鋼爐窯;除塵器;過(guò)濾裝置

中圖分類號(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）06-0073-03

1 概述

1.1 煉鋼爐窯煙氣特征

1.1.1 冶金爐窯

冶金爐窯基本是還原爐，煙氣為還原氣氛居多;爐窯煙氣基本為開放式，無(wú)組織排放或移動(dòng)排放。

1.1.2 爐窯煙氣特征

冶金爐窯煙塵多由化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生，煙塵為微細(xì)顆粒及氣溶膠形態(tài)（PM2.5級(jí)別的煙塵居多）、粘性強(qiáng)。

1.2 煙氣控制

煙氣控制應(yīng)該有兩個(gè)濃度要進(jìn)行控制，并要達(dá)到超低排放，同時(shí)應(yīng)該節(jié)能運(yùn)行。

（1）控制崗位濃度，≤8mg/Nm3;

（2） 控制煙囪排放濃度，≤10mg/Nm3。

1.3 實(shí)際控制狀態(tài)不容樂(lè)觀

爐窯煙氣實(shí)際控制卻不盡如人意，除塵系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗、崗位濃度的控制及煙囪排放濃度這三種關(guān)系是相互牽制，由于除塵系統(tǒng)中都設(shè)有風(fēng)機(jī)變頻器，系統(tǒng)有了調(diào)節(jié)功能后，往往為了應(yīng)付煙囪的監(jiān)控指標(biāo)達(dá)標(biāo)，降低變頻赫茲，犧牲崗位濃度不達(dá)標(biāo);有的企業(yè)對(duì)能耗有考核，到了晚上也會(huì)將風(fēng)機(jī)的變頻赫茲調(diào)下來(lái)。造成的結(jié)果是直接危害環(huán)境、破壞環(huán)境[1]。

更深沉的原因主要是幾點(diǎn)：（1）提高人們的環(huán)保意識(shí)，企業(yè)建立更嚴(yán)格的明確考核制度;（2）除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理性、采用落后的技術(shù)裝備;（3）現(xiàn)新設(shè)除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇過(guò)于放大，有的除塵技術(shù)落后，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)不在設(shè)計(jì)區(qū)間內(nèi)，造成低效運(yùn)行。通過(guò)案列分析：精煉爐除塵器（圖1）。

控制屏幕上顯示（圖2）：除塵器在運(yùn)行負(fù)荷80%時(shí)（設(shè)定風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速600），除塵器入口阻力-1000Pa（煙氣管道沿程阻力），設(shè)備阻力2700Pa（合格的袋除塵器阻力≯1500Pa）。除塵器的高阻力使得風(fēng)機(jī)不能滿負(fù)荷處理煙氣量。

（1）引起除塵器設(shè)備高阻力的因素主要是：除塵器各單元從灰斗進(jìn)風(fēng)方式、頂蓋過(guò)于淺，不能排走的雨水被抽入箱體內(nèi)，使得粉塵粘結(jié)。

（2）濾袋袋口偏小，增加了除塵器結(jié)構(gòu)阻力。

（3）濾袋清灰頻繁，是造成排放超標(biāo)的主要因素。原除塵器為傳統(tǒng)分倉(cāng)室結(jié)構(gòu)，煙氣在除塵器內(nèi)要經(jīng)過(guò)幾個(gè)90°的小繞彎，其結(jié)構(gòu)阻力逐步增加;另外濾袋尺寸規(guī)格為φ130×6000，濾袋口徑小，袋口風(fēng)速高，濾袋自身阻力偏高;上箱體偏矮，箱體內(nèi)風(fēng)速過(guò)高，局部阻力大。這些因素導(dǎo)致除塵器運(yùn)行阻力偏高，甚至達(dá)到3000Pa左右，嚴(yán)重降低了除塵系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷。

除塵系統(tǒng)中，袋式除塵器技術(shù)水平落后很普片，最明顯的特征是：袋式除塵器的設(shè)備阻力超高，且嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)指標(biāo)，使得除塵系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷低下。

設(shè)計(jì)院在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不得不超額增加風(fēng)機(jī)壓頭和電機(jī)功率滿足系統(tǒng)運(yùn)行。所以就是出現(xiàn)降低負(fù)荷犧牲崗位濃度、低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行的功率效率低也是浪費(fèi)。除塵器高能耗運(yùn)行給企業(yè)帶來(lái)的負(fù)擔(dān)直接影響保護(hù)環(huán)境的目的[2]。

精煉爐抽煙捕集效果差，冒煙嚴(yán)重。這個(gè)問(wèn)題在：不是設(shè)計(jì)抽風(fēng)量選擇小了，而是除塵器設(shè)備阻力超限，使得抽吸能力降低，如圖3所示。

2 煙氣過(guò)濾裝置選擇

影響除塵系統(tǒng)的運(yùn)行性能的關(guān)鍵設(shè)備—除塵器，除塵器具有高效過(guò)濾、低阻力節(jié)能、易損件壽命長(zhǎng)、維護(hù)檢修方便等性能才具有先進(jìn)性。

2.1 煙氣凈化采用電除塵器技術(shù)的局限性

電除塵技術(shù)為非接觸式過(guò)濾裝置，針對(duì)微細(xì)煙塵的捕集過(guò)濾效率很難滿足現(xiàn)行的排放標(biāo)準(zhǔn)，八十年代還是以兩電場(chǎng)居多，為了提高排放效率設(shè)置四電場(chǎng)已是非常普片，更有設(shè)置六電場(chǎng)也達(dá)標(biāo)。

但電除塵器具有運(yùn)行阻力易控制且低、能耗低、除塵系統(tǒng)的煙氣壓力平衡且穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，只因排放效率難以達(dá)標(biāo)，由此本方案不考慮電除塵技術(shù)。

2.2 煙氣凈化采用袋式除塵技術(shù)的可行性

袋除塵器是利用纖維編織物制作的袋狀過(guò)濾元件來(lái)捕集含塵氣體中固體顆粒物的過(guò)濾裝置。它能捕集到細(xì)小、干燥、非纖維性粉塵。

袋式除塵器的過(guò)濾機(jī)理是含塵煙氣通過(guò)過(guò)濾材料，塵粒被過(guò)濾下來(lái)，過(guò)濾材料捕集粗粒粉塵主要靠慣性碰撞作用，捕集細(xì)粒粉塵主要依靠擴(kuò)散、靜電和篩分作用;濾料的粉塵層能提高過(guò)濾精度。隨著濾材技術(shù)的發(fā)展，已不依賴粉塵層也能獲得極好的除塵效果。但濾袋+附著在濾袋的粉塵層的壓力降卻很高，并隨著粉塵層的增加，濾袋上的壓力降更高，一般≮1200Pa，往往在運(yùn)行中壓降達(dá)到1800～2700Pa，超出設(shè)計(jì)范圍。

袋式除塵器因進(jìn)風(fēng)式不同及煙氣組織欠缺，使得濾袋的壓降高;因?yàn)V袋袋口尺寸偏小、箱體內(nèi)部的煙氣行走的擾流設(shè)置、凈氣室分間設(shè)置等傳統(tǒng)方式的設(shè)計(jì)均造成結(jié)構(gòu)阻力增加。

不僅浪費(fèi)能源，更重要的是風(fēng)機(jī)負(fù)荷因設(shè)備阻力超高而不能提起，直接影響塵源點(diǎn)的煙氣控制，捕集率低，嚴(yán)重污染工作環(huán)境。

2.2.1 除塵器的不同進(jìn)風(fēng)方式性能比較

（1）灰斗頂部進(jìn)風(fēng)。煙氣從灰斗頂部進(jìn)入，高速煙氣在灰斗內(nèi)經(jīng)過(guò)180°的轉(zhuǎn)向從袋底，沿袋身至下而上進(jìn)行過(guò)濾，因過(guò)濾氣流與清灰氣流反向，由此削弱清灰強(qiáng)度，影響清灰效果;因過(guò)濾氣流與落灰反向，微細(xì)粉塵難以沉降，袋區(qū)的粉塵濃度增加，增加濾袋阻力。

（2）中箱體處進(jìn)風(fēng)。煙氣從中箱體處進(jìn)入，在內(nèi)設(shè)導(dǎo)流板的作用下將入口煙氣向上引導(dǎo)及均勻化處理，再低速進(jìn)入袋區(qū)進(jìn)行過(guò)濾。其設(shè)備阻力偏低，低于灰斗進(jìn)風(fēng)的30%。

2.2.2 濾袋損壞的主要成因

袋式除塵器的濾袋壽命常常不能達(dá)到應(yīng)有的壽命。

主要因素有：（1）濾袋材料選擇不符合煙氣條件，或制作質(zhì)量問(wèn)題;（2）濾袋磨損，提前破損。除塵器沒有進(jìn)行必要的氣流組織，或煙氣速度太高，含塵氣流將濾袋磨損;（3）濾袋破洞。噴吹管加工制造質(zhì)量差，噴吹口偏斜，噴吹氣流將濾袋打破;（4）濾袋被粉塵堵塞。氣動(dòng)停風(fēng)閥因氣源波動(dòng)，閥門自動(dòng)關(guān)閉，甚至?xí)斐扇孔詣?dòng)關(guān)閉。箱體內(nèi)瞬間壓力急劇增加，粉塵被強(qiáng)制嵌入濾袋濾布層內(nèi)不可清除，由于濾袋的孔隙率降低，造成濾袋的壓降可達(dá)到3000Pa，這種現(xiàn)象叫做濾袋失效，不得不更換。

2.2.3 濾袋失效與更換

除塵器一般在更換濾袋時(shí)需要停機(jī)（除大事故箱體出現(xiàn)變形或拉裂外），為了保證除塵器能聯(lián)系運(yùn)行，一般采用將除塵器分成若干個(gè)小單元，并在各除塵單元的進(jìn)口設(shè)置手動(dòng)閥、出口設(shè)置氣動(dòng)提升閥，發(fā)現(xiàn)某個(gè)除塵單元濾袋破損，立即將該單元的閥門關(guān)閉，停在煙氣過(guò)濾，可以在線更換濾袋。

但帶來(lái)的問(wèn)題是：除塵器結(jié)構(gòu)阻力高、濾袋的使用壽命減小。

對(duì)照上述濾袋失效的成因，若加強(qiáng)加工質(zhì)量和提高加工精度，濾袋不會(huì)打破;有效進(jìn)行煙氣氣流組織，使其降速及均勻化，可避免濾袋磨損;不設(shè)若干氣動(dòng)提升閥，不會(huì)出現(xiàn)粉塵被嵌入濾袋布層內(nèi)堵塞濾袋。使濾袋壽命保持在壽命周期范圍內(nèi)，可在主題工藝設(shè)備檢修內(nèi)進(jìn)行濾袋更換。

2.2.4 低阻力直通式袋式除塵器

（1）袋式除塵器采用低阻力結(jié)構(gòu)，其特征是：

1）除塵器運(yùn)行氣流采用直通式方式，煙氣從除塵器的煙氣室到后級(jí)凈氣室逐級(jí)降速，經(jīng)過(guò)兩級(jí)氣流組織，最大限度降低濾袋阻力及結(jié)構(gòu)阻力。

2）除塵器分成2～4個(gè)獨(dú)立除塵單元，每個(gè)除塵單元彼此相互獨(dú)立，并在每一個(gè)除塵單元的進(jìn)出口裝有關(guān)斷擋板門，當(dāng)關(guān)閉除塵單元前后擋板門時(shí)，可以將一個(gè)除塵單元從運(yùn)行中退出，實(shí)現(xiàn)在線維修。

其中，每個(gè)進(jìn)風(fēng)口閥門前匯入一個(gè)煙氣總管、各出風(fēng)口閥門之后的管道兩兩合并匯入兩個(gè)凈氣管與雙吸式風(fēng)機(jī)入口連接。

3）各除塵單元均設(shè)有煙氣預(yù)處理間，對(duì)入口煙氣進(jìn)行充分均勻化處理，避免濾袋的長(zhǎng)期磨損，同時(shí)增加煙塵自然凝并幾率，降低微細(xì)顆粒數(shù)量。

4）凈氣室為采用大通道室，凈高2米以上，凈氣室頂部采用傳統(tǒng)頂蓋、側(cè)邊設(shè)置1.8米高檢修門。側(cè)門是用于檢修人員非常方便進(jìn)行巡檢，及定期對(duì)個(gè)別濾袋進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，并對(duì)濾袋的使用狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)預(yù)判;頂蓋只在更換濾袋使用，避免頻繁開啟頂蓋，大大降低頂蓋變形，鎖住除塵器的主要漏風(fēng)源。

5）本體采用全鋼架結(jié)構(gòu)，按照原來(lái)電除塵器結(jié)構(gòu)布置， 除塵器支承結(jié)構(gòu)是自撐式的，設(shè)備的任何水平荷載都不轉(zhuǎn)移到別的設(shè)備結(jié)構(gòu)上。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)安裝步聚，減少現(xiàn)場(chǎng)焊接量，避免及減少煙氣與凈氣的分界面的焊縫量，有效保證除塵器排放精度。

6）過(guò)濾煙氣在除塵器內(nèi)被引導(dǎo)自上而下過(guò)濾。

7）濾袋口徑不低于DN160，降低結(jié)構(gòu)阻力。

8）煙氣在除塵器內(nèi)進(jìn)行大循環(huán)，降低沿程阻力。

9）除塵器設(shè)備阻力控制在≤1200Pa下穩(wěn)定可靠運(yùn)行，有效降低除塵運(yùn)行能耗，實(shí)現(xiàn)直通式結(jié)構(gòu)除塵器的運(yùn)行能耗是傳統(tǒng)袋式除塵器的一半。

（2）除塵器內(nèi)部主要構(gòu)件要求。

1）花板與濾袋間距。

花板表面平整光潔，不出現(xiàn)撓曲、凹凸不平等缺陷，其平面度偏差不大于1‰，花板表面除油除銹。

袋孔采用特殊的精加工工藝（激光切割）成形，袋孔中心偏差<±0.5mm，孔徑公差為φ165+0.5，并清理各孔的鋒利邊角和毛刺，以降低對(duì)除塵器濾袋的潛在損害。花板面板密封焊接進(jìn)殼體結(jié)構(gòu)以形成良好的氣密性，花板的平面度花板安裝水平度偏差均小于1‰?；ò寮庸ぞ葍?yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

提供的花板由6mm厚的低碳鋼板制成，底部有加強(qiáng)筋加固。為防止濾袋間相互碰撞和架灰，應(yīng)盡量加大濾袋間距。濾袋安裝完成后供方將派專人進(jìn)入箱體內(nèi)逐個(gè)檢查，確認(rèn)濾袋是否垂直、是否相互接觸或與殼體碰撞。

2）濾袋。

濾袋縫線材質(zhì)不低于濾料材質(zhì)，縫線的質(zhì)量和強(qiáng)度均符合國(guó)外要求，避免濾袋縫合處在運(yùn)行中開裂。濾袋袋身采用熱熔式連接，減少濾袋針眼的存在。在濾袋的縫制過(guò)程中，將以袋籠和花板的樣品對(duì)每一條濾袋逐一檢驗(yàn)，保證每條濾袋與袋籠和花板的配合都符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

濾袋迎塵面采用一定量的超細(xì)纖維，增加孔隙率，降低孔徑，最大限度攔截微細(xì)顆粒煙塵。濾袋直徑和長(zhǎng)度的偏差將嚴(yán)格控制在國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，使袋籠的裝入和抽出均順暢和方便。袋口帶有形成密封的彈簧脹圈，并帶有加厚翻邊;袋口的彈性元件采用優(yōu)質(zhì)鋼材制作。袋口尺寸嚴(yán)格控制，保證與花板的袋口嚴(yán)密配合。袋口中心線與花板平面的垂直度偏差應(yīng)小于1‰。

3）袋籠。

袋籠斷面為14邊形，以20#鋼冷拔絲制作，采用14根φ4mm的豎筋，水平環(huán)繞筋線之間的間距是200mm。袋籠的制作采用專用設(shè)備、國(guó)外工藝，所有的筋線都采用點(diǎn)焊連接，焊接電流和時(shí)間都嚴(yán)格控制，保證焊接點(diǎn)牢固，不出現(xiàn)虛焊、脫焊、漏焊現(xiàn)象，表面光滑無(wú)毛刺，避免濾袋的損傷。焊接完成后進(jìn)行浸油防腐處理，并立即放入塑料袋中。

袋籠頂部設(shè)有保護(hù)圈，支撐整個(gè)袋籠并保護(hù)濾袋的袋口不被踏壞。袋籠的底部設(shè)有底碗，保護(hù)濾袋的底部不被噴吹氣流損傷。

袋籠上端保護(hù)圈的焊接依靠模具進(jìn)行，嚴(yán)格保證與各條豎筋的垂直度。安裝后袋籠垂直度的偏差不超過(guò)1‰。

4）上箱體及氣流引出裝置。

為了保證噴吹管與花板的袋孔能夠嚴(yán)格對(duì)中，以保證清灰效果和保護(hù)濾袋;濾袋口崁入式密封安裝于花板孔內(nèi)。由此，上箱體與噴吹裝置均為袋式除塵器的精加工件，上箱體與噴吹裝置需要專用工裝磨具組裝。上箱體和噴吹裝置加工及組裝后整體出廠。

為減少漏風(fēng)和阻力，上箱體采取全通式凈氣小室的結(jié)構(gòu)，頂部設(shè)防水坡。小室的高度為2000mm。濾袋安裝及更換在小室內(nèi)進(jìn)行。

凈化后的氣體從所有袋口流出直接沿凈氣室低速?gòu)某鲲L(fēng)口排除。每一除塵單元的煙氣出口擋風(fēng)閥安裝在凈氣小室的尾部。

凈氣小室斷面選擇極低的平均風(fēng)速、大通道結(jié)構(gòu)、快開式側(cè)門及頂蓋式換袋門的設(shè)置，目的是：①?gòu)?qiáng)化管理，維護(hù)人員很方便定期巡檢、定期抽樣袋鑒定性能，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)判，精確確定濾袋更換時(shí)間，保證煙囪始終保持達(dá)標(biāo)排放狀態(tài);②降低漏風(fēng)，頂蓋門只有在更換濾袋時(shí)開啟，使用率極低，減少門蓋變形，減少漏風(fēng);③強(qiáng)化濾袋清灰效果，使清灰二次氣流補(bǔ)氣阻損低。

5）灰斗及輸灰。

除塵器灰斗夾角≮65°，為防止灰斗內(nèi)部搭橋，在每個(gè)灰斗上設(shè)置氣動(dòng)空氣炮，保證排灰順暢。

除塵器輸灰采用氣力倉(cāng)泵輸灰方式，故障率低，自動(dòng)化控制水平高，保持區(qū)域環(huán)境無(wú)二次污染。

6）除塵器管理。

除塵器采用自動(dòng)化控制運(yùn)行和管理，超限報(bào)警要及時(shí)處理。

著重觀察清灰氣源壓力、觀察除塵器設(shè)備阻力。

著重觀察煙塵排放濃度。定期進(jìn)入箱體內(nèi)進(jìn)行巡檢濾袋，定時(shí)抽出幾條濾袋進(jìn)行強(qiáng)度和壓差檢測(cè)，來(lái)判斷更換濾袋周期和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)有效科學(xué)管理。

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