經(jīng)濟(jì)型軋線除塵技術(shù)與裝備的探索與研究

張 戈，李雪濤，鄒仲平，李 輝

（1.山東鋼鐵集團(tuán) 有限公司研究院，山東 濟(jì)南 250000；2.山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司檢修事業(yè)部，山東 濟(jì)南 250000；3.山東建筑大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250000；4.山東理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 淄博255000）

1 軋線除塵面臨問題的提出

1.1 軋線除塵目前處于剛剛起步階段

鋼鐵行業(yè)無組織排放具有排放總量大、管理難度大的特點(diǎn)：工序多，無組織排放占比大、攤放源點(diǎn)多、線長、面廣，排放源隱蔽、陣發(fā)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)變化、治理難度大，是鋼企的頑疾[1-4]。軋線生產(chǎn)是鋼企典型無組織排放點(diǎn)，因工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有生產(chǎn)線長、種類繁多、設(shè)備密集、封閉困難、煙粉塵中混有大量水蒸氣、治理難度大，目前已運(yùn)行的軋線除塵裝備投資大、運(yùn)行費(fèi)用，研究經(jīng)濟(jì)型軋線除塵技術(shù)與裝備迫在眉睫。

1.2 軋線無組織排放治理是強(qiáng)制性要求

2019 年 4月 22 日，生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)改委、工信部、財(cái)政部、交通運(yùn)輸部等五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，對(duì)鋼鐵企業(yè)超低排放提出了明確要求。這對(duì)鋼鐵企業(yè)來說，將面臨更加嚴(yán)厲的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)約束和空前巨大的法律風(fēng)險(xiǎn)。鋼企加快各工序無組織排放治理和煙氣超低排放達(dá)標(biāo)是目前和今后一段時(shí)間內(nèi)環(huán)保工作的重中之重。高效冶金粉塵噴霧抑制、小功率吸塵過濾、互聯(lián)網(wǎng)集中智能管控成套裝備技術(shù)的研究與應(yīng)用課題正是順應(yīng)國家環(huán)保要求和各企業(yè)環(huán)保需求應(yīng)運(yùn)而生。鋼鐵行業(yè)是打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的主戰(zhàn)場，做好鋼企無組織排放治理技術(shù)與裝備的開發(fā)應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)、環(huán)保效益。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 軋線粉塵排放特點(diǎn)

(1)鋼坯軋制期間產(chǎn)生大量水蒸氣、脫落氧化鐵粉，雖然部分氧化鐵粉塵被高壓水帶走，但仍有大量超細(xì)的氧化鐵粉塵隨水蒸氣向上擴(kuò)散，形成黃白色蒸汽污染物，主要成分為Fe2O3、FeO、水蒸氣等。

(2)粉塵逸散在車間廠房內(nèi)，不但嚴(yán)重污染車間內(nèi)的工作環(huán)境，影響工人身體健康，同時(shí)對(duì)于車間內(nèi)的部分生產(chǎn)設(shè)備如變壓器、傳感器等電氣元件也造成大范圍的粉塵污染和水氣腐蝕。

(3)生產(chǎn)產(chǎn)生的粉塵相對(duì)于焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼的產(chǎn)塵量很少，但難捕集、濕度大。

2.2 技術(shù)不足

目前軋線除塵技術(shù)有噴淋降塵、“捕集罩密封，大功率吸塵，塑燒板過濾技術(shù)”等，在實(shí)際使用中暴露出的問題：

(1)除塵效果不佳，個(gè)別企業(yè)一味節(jié)省投資，采用簡單設(shè)施應(yīng)付檢查，使用效果不達(dá)標(biāo)；

(2)密封效果不好，大量煙氣泄露；

(3)投資高、運(yùn)行費(fèi)用高、工序能耗大，除塵過程中消耗了大量能源。

3 經(jīng)濟(jì)型軋線除塵的思路、技術(shù)路線及裝備

3.1 指導(dǎo)思想

走經(jīng)濟(jì)型軋線除塵之路，采用多種技術(shù)有效組合。智能化噴霧抑塵技術(shù)、耐高溫高效無毒聚塵劑應(yīng)用技術(shù)、干霧除塵技術(shù)在粉塵的源頭及時(shí)治理；合理封閉，非標(biāo)設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)、可移動(dòng)捕集罩裝置、水幕墻軟密封裝置、電動(dòng)卷簾裝置，按需要控制封閉空間和密封效果；小風(fēng)量吸塵，減少野風(fēng)混入，提高除塵效率；噴淋、靜電吸附組合式過濾塔高效過濾；結(jié)構(gòu)簡單的末端除塵裝置，將煙塵排放到軋線沖渣溝，不產(chǎn)生新的污染源，做到達(dá)標(biāo)排放。

3.2 軋線除塵技術(shù)路線

依據(jù)軋線產(chǎn)塵特點(diǎn)及粉塵特性，選用對(duì)應(yīng)的聚塵劑，通過噴霧抑塵裝備，在粉塵的源頭噴灑降塵，破壞粉塵的卷吸擴(kuò)散條件；定制適應(yīng)現(xiàn)場工況條件的捕集罩，避免大量野風(fēng)混入，采用小功率風(fēng)機(jī)吸塵；吸入的粉塵流經(jīng)高效過濾塔，再通過末端除塵裝置將過濾后的達(dá)標(biāo)尾氣排入軋線沖渣溝，實(shí)現(xiàn)超低排放。

圖1 技術(shù)路線

3.3 經(jīng)濟(jì)型軋線除塵技術(shù)與裝備

（1）智能化噴霧抑塵裝置。由主機(jī)、控制器、噴霧調(diào)節(jié)裝置、分配器、噴霧噴頭、泡沫噴頭、泡沫發(fā)生器等組成。①主機(jī)，由控制器、藥液泵、水泵、分配器、計(jì)量器等組成。②控制器，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，可與生產(chǎn)線聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行或獨(dú)立操作運(yùn)行，可一機(jī)對(duì)多點(diǎn)進(jìn)行控制或多種方式運(yùn)行。③噴霧調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)液體的霧化狀態(tài)防止出現(xiàn)滴流的現(xiàn)象。

（2）小風(fēng)量系列吸塵裝置。由煙塵收集罩、吸風(fēng)管、風(fēng)機(jī)、除塵箱、排風(fēng)管等裝置組成。①煙塵收集罩：安裝在煙塵生成區(qū)域，將產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行遮擋，防止逸散。②除塵箱：除塵箱與排風(fēng)管和排污管連接，除塵后的氣體由排風(fēng)管排出，除塵后的污水或沉淀的粉塵定期由排污管排出。

（3）定制捕集罩裝置。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際定制，由罩體、支撐架、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等裝置組成。①罩體：根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備情況、環(huán)境特點(diǎn)以及煙塵產(chǎn)生的方式及區(qū)域，在不影響生產(chǎn)工藝、設(shè)備點(diǎn)巡檢、設(shè)備維護(hù)的情況下，設(shè)計(jì)簡單、維護(hù)方便、模塊化的捕集罩裝置。②支撐架：又稱捕集罩框架，用于對(duì)捕集罩進(jìn)行支撐，支撐架根據(jù)實(shí)際需求，可設(shè)計(jì)成移動(dòng)式和固定式兩種。

（4）系列噴淋、靜電除塵過濾塔。由緩沖罐、噴淋箱、團(tuán)聚反應(yīng)箱、出口緩沖罐、除塵罐等裝置組成。①緩沖罐：與噴淋箱連接，將風(fēng)機(jī)送入的高壓、高速粉塵氣流進(jìn)行降速、降壓后，送入噴淋箱。②噴淋箱：噴淋箱內(nèi)設(shè)計(jì)有噴淋系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)入箱體內(nèi)煙塵氣流噴灑夠?qū)怏w內(nèi)的顆粒進(jìn)行濕潤、團(tuán)聚、絮凝的藥劑。③團(tuán)聚反應(yīng)箱：連接在噴淋箱后，箱內(nèi)設(shè)計(jì)有擾流板，煙塵氣體通過擾流板后，在團(tuán)聚反應(yīng)箱內(nèi)形成紊亂氣流，氣體內(nèi)的顆粒物相互碰撞幾率增加，在藥劑的作用下進(jìn)行團(tuán)聚，絮凝。④除塵罐：除塵罐為離心式或靜電式設(shè)計(jì)。

（5）末端除塵裝置。分為豎式設(shè)計(jì)和臥式設(shè)計(jì)。①豎式末端除塵裝置由吸收罐、沉淀罐、抑塵環(huán)、閘板、濾網(wǎng)等裝置組成。a.吸收罐：管道出口深入吸收罐內(nèi)，罐內(nèi)裝有一定量的水，罐的兩端設(shè)計(jì)有通風(fēng)口，通風(fēng)口處安裝有濾網(wǎng)，與抑塵劑結(jié)合的煙氣氣體進(jìn)入收集罐內(nèi)，煙氣內(nèi)的粉塵進(jìn)在水中沉淀，空氣由通風(fēng)口排出。b.沉淀罐：吸收罐出口與沉淀罐入口相連，粉塵進(jìn)入沉淀罐內(nèi)，收集粉塵時(shí)，收集罐內(nèi)的閘板將收集罐的出口封閉，循環(huán)泵將沉淀罐內(nèi)的循環(huán)水泵入吸收罐內(nèi)，沉淀罐出口的閘板打開，粉塵在重力作用下從罐內(nèi)墜出。②臥式末端除塵裝置由管狀密封罩、排風(fēng)管、抑塵艙、粉塵探測器等裝置組成。a.管狀密封罩：安裝抑塵艙、排風(fēng)管、粉塵探測器等裝置，對(duì)設(shè)備內(nèi)的煙塵氣體進(jìn)行二次防護(hù)，防止煙塵逸散。b.粉塵探測器：安裝在抑塵艙出口管路上，對(duì)抑塵后的氣體進(jìn)行檢測，當(dāng)氣體中的粉塵達(dá)標(biāo)后，關(guān)閉抑塵艙之間的閥門，打開排風(fēng)管閥門，將氣體排出，如果粉塵未達(dá)標(biāo)，則關(guān)閉排風(fēng)管閥門，打開抑塵艙之間的閥門，煙氣由下一級(jí)抑塵艙進(jìn)行抑塵，直至分成含量達(dá)標(biāo)。

（6） 耐高溫聚塵劑。聚塵劑是由多種高分子聚合物合成的高效濃縮液，具有良好的潤濕、團(tuán)聚、滲透性能，能夠高效吸附捕集粉塵，減少工業(yè)粉塵排放。目前粉塵抑制大多用于礦山、煤場、土建施工等[5，6]。國產(chǎn)全新一代聚塵劑，粉塵捕集率高，耐溫性能更強(qiáng)，更適合鋼鐵行業(yè)高溫工作環(huán)境。產(chǎn)品價(jià)格低于國外進(jìn)口產(chǎn)品。

（7）“顆粒匯”凈化技術(shù)裝置。該裝置基于成熟的靜電吸附原理，把常規(guī)凈化設(shè)備一維流動(dòng)變?yōu)槿S流動(dòng)，采取電磁流體場和濃度梯度場及重力場的交匯、庫侖力和不平衡撞擊力等多場力的聯(lián)合作用，由此相對(duì)于各種顆粒散發(fā)的污染源，形成一個(gè)“顆粒匯”，從而某些情況下可在沒有風(fēng)機(jī)系統(tǒng)前提下，實(shí)現(xiàn)顆粒凈化。顆粒匯技術(shù)在氣溶膠凝聚方向有著顯著的優(yōu)勢，能夠更好地把有害物質(zhì)和病菌從空氣中分離?！邦w粒匯”凈化裝置包含設(shè)備導(dǎo)軌及電控系統(tǒng)。

（8）PFV濾筒過濾技術(shù)。采用PFV濾筒技術(shù)進(jìn)行除塵，具有以下優(yōu)點(diǎn)：體積小，高度低，安全系數(shù)高；過濾效率高，可達(dá)到國家新排放標(biāo)準(zhǔn)（10mg/Nm3）；降流式設(shè)計(jì)無二次揚(yáng)塵，清灰效率高，系統(tǒng)阻力低；較傳統(tǒng)布袋，控制點(diǎn)位更少，能耗減少。

4 軋材生產(chǎn)線經(jīng)濟(jì)型煙粉塵治理案例

4.1 現(xiàn)狀描述

某鋼廠大型H型鋼生產(chǎn)線，軋機(jī)設(shè)計(jì)為緊湊式串列形式，采用往復(fù)式軋制工藝，軋機(jī)之間連接緊湊，軋機(jī)空間設(shè)計(jì)緊密。工作時(shí)，軋件經(jīng)過粗、精軋機(jī)時(shí)，軋機(jī)前后產(chǎn)生大量氧化鐵皮、鐵屑粉塵，含量達(dá)到2g/m3以上，是生產(chǎn)線中粉塵污染最嚴(yán)重的區(qū)域。

4.2 粉塵抑制方案

采用“雙介質(zhì)”粉塵抑制方案。通過噴灑抑塵劑可加快粉塵中的顆粒物在除塵罩中除塵場內(nèi)的降塵速度，采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的粉塵抑制劑作為聚塵劑，粉塵捕集率高，耐溫性能更強(qiáng)，更適合鋼鐵行業(yè)高溫工作環(huán)境。

4.3 實(shí)施方案制定

現(xiàn)場軋機(jī)設(shè)備尺寸較大，周圍剩余空間較小，軋機(jī)機(jī)架內(nèi)部設(shè)備較多，空間狹小，因此在增加除塵裝置時(shí)，應(yīng)從裝置運(yùn)行穩(wěn)定性、操作便捷性、現(xiàn)場生產(chǎn)方便性等方面進(jìn)行考慮。除塵裝置設(shè)計(jì)方案：

除塵裝置由移動(dòng)吸塵罩、側(cè)翻轉(zhuǎn)遮塵罩、頂部翻轉(zhuǎn)遮塵罩等裝置組成。移動(dòng)吸塵罩是由移動(dòng)小車和吸塵罩組成，移動(dòng)小車根據(jù)現(xiàn)場需要設(shè)計(jì)成“L”型，安裝在軋機(jī)入口和出口兩側(cè)，在軋機(jī)前后兩側(cè)及軋機(jī)頂部安裝可旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的遮塵罩，與軋機(jī)出入口兩側(cè)的吸塵罩組成一個(gè)封閉的空間，使軋機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生的煙塵封閉在吸收系統(tǒng)內(nèi)，最終被吸入處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

圖2 除塵裝置設(shè)計(jì)圖

4.4 方案優(yōu)點(diǎn)

（1）模塊化設(shè)計(jì)，安裝方便。能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

（2）設(shè)備高度集約化，占地空間小、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。

（3）設(shè)備投資少、運(yùn)維費(fèi)用低、操作簡單。

（4）根據(jù)產(chǎn)線情況進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，滿足現(xiàn)場維修需求等特點(diǎn)。

5 結(jié)束語

經(jīng)過前期的設(shè)計(jì)選型與方案論證，無組織超低排放污染源抑塵技術(shù)、小功率吸塵技術(shù)、高效過濾技術(shù)、末端處理技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)管控技術(shù)有機(jī)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)軋線超低排放要求。應(yīng)用在鋼企無組織排放治理工作中，可使很多污染源在小投入、低成本運(yùn)行地基礎(chǔ)上達(dá)到超低排放。