鋼鐵行業(yè)超低排放形勢下除塵技術(shù)研討

□ 弓 原

為落實(shí)黨中央、國務(wù)院決策部署，2019年4月生態(tài)環(huán)境部會同發(fā)改委、工信部等五部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》（以下簡稱《意見》）[1]。《意見》在原有鋼鐵各工序顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上再次加嚴(yán)，提出了超低排放是指全流程的超低，對各地超低改造也提出了進(jìn)度要求，進(jìn)一步推動了鋼鐵行業(yè)除塵治理技術(shù)的變革。然而，目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)多為高爐-轉(zhuǎn)爐長流程，工序繁多復(fù)雜，要想滿足生產(chǎn)全流程的顆粒物達(dá)標(biāo)排放絕非易事，并且國內(nèi)鋼鐵企業(yè)發(fā)展參差不齊，環(huán)保不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)能仍為數(shù)不少，除塵設(shè)施提標(biāo)改造勢在必行。因此，在當(dāng)前的環(huán)保政策形勢下，尋求在短時間內(nèi)使粉塵顆粒物排放濃度達(dá)到超低排放的限值要求，無疑是鋼鐵企業(yè)首先面對的最緊迫問題。

一、超低排放改造中的顆粒物治理要求

2019年4月《意見》正式出臺掀起了一場鋼鐵環(huán)保風(fēng)暴，宣告我國鋼鐵行業(yè)整體進(jìn)入超低排放改造的大形勢之中。對于顆粒物指標(biāo)，《意見》要求廢氣在有組織排放形式下，燒結(jié)機(jī)機(jī)頭及球團(tuán)焙燒煙氣（包括豎爐、鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯、帶式焙燒機(jī)）、煉焦工序焦?fàn)t煙囪廢氣、其他主要污染源（包括燒結(jié)機(jī)機(jī)尾、裝煤推焦、干法熄焦、熱風(fēng)爐、高爐礦槽及出鐵場、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐二次煙氣等）顆粒物小時均值排放濃度不高于10 mg/m3，每月至少95%以上時段小時均值排放濃度達(dá)標(biāo)；廢氣在無組織形式下，物料輸送落料點(diǎn)，燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵、焦化等工序的物料破碎、篩分、混合等設(shè)備和廢鋼切割處應(yīng)配備除塵設(shè)施。此外，《意見》還指出企業(yè)應(yīng)因廠制宜選擇成熟適用的環(huán)保改造技術(shù)，鼓勵使用覆膜濾料袋式除塵器、濾筒除塵器等先進(jìn)除塵設(shè)施，為除塵治理技術(shù)的選擇指明了方向。

二、除塵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

經(jīng)過對20多家鋼鐵企業(yè)進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，基本上所有鋼鐵企業(yè)均使用高效袋式除塵器或?yàn)V筒除塵器處理含塵廢氣，部分產(chǎn)生含濕廢氣的工序使用濕式電除塵器。企業(yè)認(rèn)為這幾種成熟工藝粉塵廢氣治理效果最佳，與《意見》中提到的除塵技術(shù)相同。此外，依據(jù)《排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范》中載明的廢氣中顆粒物治理可行技術(shù)，除了熱軋機(jī)精軋產(chǎn)生的廢氣外，其余廢氣產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)顆粒物治理均可以采用袋式除塵（覆膜濾料）和濾筒除塵工藝。因此，本文主要對袋式和濾筒2種除塵技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用情況進(jìn)行分析。

袋式除塵器出現(xiàn)的時間較早，早在洋務(wù)運(yùn)動末期便被使用，主要用來過濾干式、粒徑微小的含塵氣體。濾袋由各種濾料纖維（化學(xué)纖維或玻璃纖維）經(jīng)過紡織或針刺而成，利用纖維織物具有的過濾功能來過濾含塵氣體[2]。而濾筒式除塵器出現(xiàn)的時間相對較晚，20世紀(jì)70年代西方國家出現(xiàn)一些使用者，他們認(rèn)為這種除塵器箱體體積相對小，處理效率明顯提升，便于維護(hù)。但是如果需要處理較大風(fēng)量的含塵氣體，會因除塵器容量小導(dǎo)致處理效果不佳，在大型的工業(yè)企業(yè)難以應(yīng)用，所以多年來沒有大量推廣。21世紀(jì)以來，全世界材料科技水平高速發(fā)展，一些外國公司率先對除塵器的結(jié)構(gòu)和濾料進(jìn)行改進(jìn)，使其整體容量增加數(shù)倍，成為過濾面積大于2 000 m2的大型除塵器。

三、除塵技術(shù)對比分析

1.袋式除塵器

（1）袋式除塵器工作原理

含塵氣體從除塵罩進(jìn)入通風(fēng)管道，在到達(dá)出口的過程中，通過引風(fēng)機(jī)引風(fēng)，然后使用纖維性除塵濾袋借助重力、慣性等作用捕集煙粉塵。

（2）影響袋式除塵器性能的主要因素

袋式除塵器的性能主要包括除塵效率、壓力損失和使用壽命。而決定袋式除塵器除塵效率和使用壽命的主要因素包括氣布比、濾料種類、清灰方式的選擇等[2]。

布袋除塵器的濾料材質(zhì)從最開始的常規(guī)纖維發(fā)展到超細(xì)纖維，再到異形截面纖維，然后進(jìn)展到ePTFE膜結(jié)構(gòu)。常規(guī)纖維無法掌控細(xì)微粉塵顆粒物，因此必須改變纖維結(jié)構(gòu)或借助外力，以實(shí)現(xiàn)對粉塵超低排放的控制；超細(xì)纖維異形截面纖維通過更大的比表面積，帶來更大的過濾面積，從而降低氣布比；ePTFE膜可以在膜表面對粉塵顆粒物進(jìn)行攔截。目前，濾袋材質(zhì)選用覆膜濾料是除塵效率較高的選擇。

2.濾筒除塵器

濾筒除塵器的工作原理：含塵氣體經(jīng)除塵罩進(jìn)入通風(fēng)管道，被外引風(fēng)機(jī)引入箱體，因箱體較管道半徑大得多，導(dǎo)致氣流擴(kuò)張，較重的大顆粒粉塵經(jīng)重力作用沉降，較輕的小顆粒粉塵隨氣流進(jìn)入濾筒，經(jīng)過一系列綜合效應(yīng)被濾芯阻擋進(jìn)而和空氣分離[3]。

3.袋式除塵器和濾筒除塵器優(yōu)缺點(diǎn)比較

袋式除塵器和濾筒除塵器在使用過程中各有優(yōu)缺點(diǎn)，在除塵工藝選擇的時候需根據(jù)企業(yè)自身情況綜合考慮。優(yōu)缺點(diǎn)比較詳見表1。

表1 袋式除塵器和濾筒除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)比較

四、企業(yè)實(shí)際應(yīng)用案例分析

以河北省某鋼鐵集團(tuán)高爐礦槽工藝段除塵工藝改造為例，該企業(yè)原先對高爐礦槽工段產(chǎn)生的廢氣選用袋式除塵器進(jìn)行除塵治理，但在使用過程中發(fā)現(xiàn)由于工況原因會導(dǎo)致糊袋的問題。同時，由于濾袋清灰效果不佳，導(dǎo)致該工段廢氣排放無法穩(wěn)定滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。考慮到達(dá)標(biāo)情況及更換濾袋的資金投入，該企業(yè)決定對此除塵工藝進(jìn)行改造，將袋式除塵器更換為濾筒除塵器。改造前后的參數(shù)及效果對比詳見表2。

表2 除塵器改造前后的參數(shù)及效果對比

根據(jù)改造前后的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，該工段廢氣的顆粒物排放濃度實(shí)現(xiàn)大幅度下降，可以穩(wěn)定達(dá)到10 mg/m3以內(nèi)，滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。與改造前相比，使用濾筒除塵器后，避免了濾袋易磨損破漏的問題，基本上可長期使用不需維修，即使拆換濾筒也極為方便，同時在有限的空間內(nèi)增大了有效過濾面積，壓差較小，除塵效果比較穩(wěn)定。但是更換濾筒除塵器之后，也存在一些不足之處。筆者通過與企業(yè)內(nèi)部員工交流了解到，改造后設(shè)備與之前相比復(fù)雜性加大，需要企業(yè)自身具有很高的設(shè)備調(diào)運(yùn)、安裝及維護(hù)管理水平。另外，濾筒除塵器對干性粉塵種類的選擇性沒有預(yù)想的好，不是對所有的粉塵種類都有很高的除塵效率。如果想將其應(yīng)用到全部工序，仍待進(jìn)行深入研發(fā)?？偟膩碚f，在日趨嚴(yán)峻的環(huán)保形勢下，基于環(huán)保達(dá)標(biāo)考慮，其更換后的效果還是十分顯著的。

五、總結(jié)建議

1.工藝選擇建議

目前，在不考慮濕法除塵的情況下，超低排放形勢下最佳除塵工藝選擇應(yīng)為濾筒除塵器和袋式除塵器。2種除塵器各有優(yōu)缺點(diǎn)，對鋼鐵企業(yè)顆粒物超低排放改造來說，建議企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際并結(jié)合自身需要選擇除塵技術(shù)，在原先采用袋式除塵工藝仍無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的情況下可首先考慮更換采用聚四氟乙烯微孔膜和超細(xì)纖維面層梯度濾料，其次可考慮通過更換濾筒除塵工藝完成超低排放改造，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

2.工程設(shè)計(jì)建議

為了幫助企業(yè)達(dá)到《意見》的相關(guān)要求、提供工程設(shè)計(jì)施工方面的參考，2020年1月中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會印發(fā)了《鋼鐵企業(yè)超低排放改造技術(shù)指南》[4]，其中對高效袋式除塵工藝和濾筒除塵工藝提出了一系列技術(shù)參數(shù)參考值，建議企業(yè)可結(jié)合自身實(shí)際情況在超低排放改造過程中參考使用。以袋式除塵器為例，建議企業(yè)制定合同時要求過濾風(fēng)速按照小于0.8 m/min設(shè)計(jì)，此處過濾風(fēng)速應(yīng)為全過濾風(fēng)速。全過濾風(fēng)速是理論計(jì)算的過濾風(fēng)速，在離線清灰除塵器清灰時，其中1個倉室會關(guān)閉，實(shí)際的過濾風(fēng)速會提升，這也是排放最容易超標(biāo)的時候，因此要求是全過濾風(fēng)速；建議除塵器設(shè)計(jì)有導(dǎo)流板來控制氣流分布，若不選擇導(dǎo)流板，會造成濾袋或?yàn)V筒被氣流沖刷，降低使用壽命。

“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”已經(jīng)進(jìn)入最終攻堅(jiān)階段，鋼鐵行業(yè)作為大氣污染防治的絕對主戰(zhàn)場，超低排放改造勢在必行，鋼鐵企業(yè)須積極應(yīng)對，明確環(huán)境污染治理思路，促進(jìn)環(huán)境質(zhì)量改善和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。