轉(zhuǎn)爐一次煙氣除塵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

杜健敏，柳曉琳，陸 婷，周 萍，張 壘，呂 軍

（1.武漢鋼鐵有限公司能環(huán)部，湖北武漢 430080；2.武漢輕工大學化學與環(huán)境工程學院，湖北武漢 430023）

前言

轉(zhuǎn)爐一次煙氣是指轉(zhuǎn)爐冶煉過程中排出的煙粉塵混合物，主要含CO、CO2、N2、SO2及微量有毒、有害氣體和煙粉塵，正常工況下煙粉塵濃度在30.0～120 mg/m3之間，具有高溫、有毒、易燃易爆和細顆粒物含量高等特點。目前，轉(zhuǎn)爐一次煙氣排放標準仍執(zhí)行《煉鋼工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB 28664-2012）規(guī)定的顆粒物濃度限值要求（≤50 mg/m3）。部分地區(qū)為提高大氣質(zhì)量，要求企業(yè)執(zhí)行強制性地方環(huán)境保護標準，如山東省DB37、河南省DB41等規(guī)定轉(zhuǎn)爐一次煙氣限值20 mg/m3［1-2］。因此，隨著國家和地方對環(huán)保排放標準不斷的提高及鋼鐵企業(yè)超低排放的要求，如何有效控制和減少煉鋼大氣污染物排放量仍是當前亟待解決的問題。通過調(diào)研、總結(jié)能滿足超低排放指標（10 mg/m3）下的轉(zhuǎn)爐一次煙氣除塵技術(shù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，為轉(zhuǎn)爐一次煙氣除塵超低排放提標改造提供技術(shù)借鑒。

1 轉(zhuǎn)爐一次煙氣粉塵特性

研究選取華中某鋼鐵公司250 t 轉(zhuǎn)爐一次煙氣煙囪排口平臺位置檢測點采樣。濾筒內(nèi)粉塵樣品干燥后放到燒杯里制成一定濃度的懸浮液，利用丹東百特BT-2800 動態(tài)圖像粒度分析儀對煙粉塵進行粒徑分布，如圖1 所示。由圖1 可以看出，該轉(zhuǎn)爐一次煙氣經(jīng)過“OG”法除塵后，外排煙氣顆粒物粒徑在5～75 μm 之間，最大粒徑為72.34 μm，最小粒徑為8.83μm，比表面積為0.206 m2/g。

圖1 粒度分布情況

顆粒物采用SEM/EDS 掃描電鏡進行組成成分及微觀形貌分析如圖2 所示。由圖2 可以看出，顆粒物呈大小不均、不規(guī)則片狀多孔結(jié)構(gòu)和針線狀結(jié)構(gòu)，部分顆粒物表面附有細小不規(guī)則物質(zhì)，存在顆粒物團聚現(xiàn)象。結(jié)合對應(yīng)的EDS 能譜分析，顆粒物組成主要元素有Fe、Ca、Si、Al、Mg、Na 等，其中Fe 元素含量高達36.30%。

圖2 轉(zhuǎn)爐一次煙氣細顆粒物SEM-EDS能譜分析圖

2 轉(zhuǎn)爐一次煙氣除塵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 濕式除塵技術(shù)

目前我國轉(zhuǎn)爐煉鋼一次煙氣除塵70%以上采用濕式除塵工藝，其一次煙氣凈化排放顆粒物排放濃度大多在30～120 mg/m3之間波動。濕式除塵技術(shù)原理是基于重力除塵和文氏管除塵。具體流程為：轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的高溫含塵煙氣（1 350～1 600 ℃）先經(jīng)汽化冷卻煙道后降溫至900 ℃左右，然后含塵煙氣依次進入溢流文氏管、重力脫水器、RD 可調(diào)喉口文氏管、90°彎頭脫水器、濕旋脫水器，煙氣經(jīng)上述除塵脫水后，除去煙氣中的粉塵。根據(jù)煤氣中的CO 含量和氧含量確定是否回收煤氣到煤氣柜供使用或排入大氣中。圖3為轉(zhuǎn)爐一次煙氣濕法除塵及煤氣回收系統(tǒng)示意圖。目前，雖然現(xiàn)行改造后的濕式除塵工藝能滿足現(xiàn)行標準《煉鋼工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB 28664-2012）顆粒物排放濃度50 mg/m3的要求，但隨著國家對環(huán)保排放標準不斷的提高，單一的濕法除塵難以滿足當前超低排放的要求，與其它工藝組合串級使用，提高對微細粉塵的捕集效果，是當前濕式除塵最終實現(xiàn)超低排放的發(fā)展方向。

圖3 轉(zhuǎn)爐一次煙氣濕法除塵及煤氣回收工藝流程圖

2.2 干式電除塵技術(shù)

轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵工藝（簡稱LT法），除塵原理是重力除塵和靜電除塵。具體工藝流程為：轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的高溫含塵煙氣（1 350～16 00 ℃）先經(jīng)過汽化冷卻煙道蒸發(fā)冷卻降溫至900 ℃時左右，進入蒸發(fā)冷卻器噴水霧化進行粗除塵，同時也對煙氣進行了調(diào)質(zhì)處理；除塵灰在重力作用下分離，通過排灰閥排出，最終通過下料系統(tǒng)回轉(zhuǎn)爐二次利用；粗除塵后的煙氣溫度在180～250 ℃左右送入多電場電除塵器進行精除塵，精除塵合格的煤氣通過切換站送往煤氣柜，不合格的通過煙囪點火放散，其工藝流程如圖4 所示。目前，國內(nèi)轉(zhuǎn)爐一次煙氣干式除塵系統(tǒng)煙氣的粉塵排放濃度大多在15 mg/m3以下。干式電除塵技術(shù)系統(tǒng)優(yōu)勢在于除塵效率高，無濁環(huán)水處理系統(tǒng)，系統(tǒng)阻力小，能耗低，煤氣回收熱值高；與濕法除塵技術(shù)相比，有更大環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)，如首鋼京唐、太鋼、柳鋼、包鋼、日照鋼鐵等及歐洲、日本、美國也相繼開始采用該項技術(shù)。但干法除塵技術(shù)劣勢在于操作難度大，控制精度要求高，其含氧量控制、溫度控制、壓力控制等均會引起氧槍提槍或靜電除塵器泄爆問題，影響生產(chǎn)穩(wěn)定［3］。通過嚴格的管理和前期經(jīng)驗的積累，目前轉(zhuǎn)爐干法除塵技術(shù)在各鋼鐵企業(yè)穩(wěn)定運行，被認為一種可靠的除塵凈化工藝。

圖4 轉(zhuǎn)爐一次煙氣干法除塵及煤氣回收系統(tǒng)示意圖

2.3 組合式協(xié)同除塵技術(shù)

轉(zhuǎn)爐一次煙氣組合式協(xié)同除塵技術(shù)是在原有濕式或干式除塵技術(shù)上串聯(lián)其他除塵技術(shù)，以強化提高煙粉塵的捕集效率，最終實現(xiàn)顆粒物滿足超低排放指標要求。2018 年底，國家生態(tài)環(huán)境部正式發(fā)布了《國家先進污染防治技術(shù)目錄（大氣污染防治領(lǐng)域）》推薦了轉(zhuǎn)爐煤氣干法電除塵及煤氣回收成套技術(shù)，即將轉(zhuǎn)爐出爐煤氣經(jīng)冷卻降溫并調(diào)質(zhì)后，采用圓筒形防爆電除塵器除塵后顆粒物濃度可達超低排放標準；采用濕法洗滌除塵串聯(lián)濕式電除塵器除塵，出口顆粒物濃度低于20 mg/m3，但不能穩(wěn)定達到10 mg/m3。馬鋼結(jié)合國內(nèi)濕法改造的基礎(chǔ)上，采用OG 系統(tǒng)+濕式徑流式電除塵器+兩級90°彎頭脫水器串聯(lián)工藝技術(shù)實現(xiàn)了穩(wěn)定達到超低排放的目標［4］；河北遷安某鋼鐵公司在OG濕法除塵系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加濕法電除塵器系統(tǒng)及配套裝置，使煙氣中顆粒物含量低于10 mg/m3的超低排放標準［5］。除上述技術(shù)外，當前國內(nèi)的幾種超低排放組合工藝還有OG 法+聲波團聚除塵技術(shù)、LT 法+袋式除塵技術(shù)和LT法+“煤冷前移”除塵技術(shù)等。

2.3.1 OG法+聲波團聚除塵技術(shù)

聲波團聚技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的一種新型微細顆粒、氣溶膠去除技術(shù)。除塵原理是基于聲學原理，利用高強度聲場作用加劇促使微細顆粒、氣溶膠細顆粒物團聚凝并效應(yīng)，從而大幅減少微細顆?；驓馊苣z顆粒數(shù)量，達到良好的除塵效果［6-7］。聲波團聚除塵技術(shù)目前在燃煤電廠、火災(zāi)煙霧等領(lǐng)域有廣泛的研究應(yīng)用［8-9］。基于聲波團聚用于轉(zhuǎn)爐一次煙氣鋼鐵企業(yè)有：寶鋼湛江鋼鐵1#350 t 轉(zhuǎn)爐，總體除塵效率達到80%以上；寶鋼梅山鋼鐵2#、3#轉(zhuǎn)爐聲波除塵，設(shè)計顆粒物出口濃度低于20 mg/m3及澳森鋼鐵、唐山瑞豐鋼鐵等轉(zhuǎn)爐等應(yīng)用，顆粒物濃度顆粒物濃度低于10 mg/m3［10］。聲波團聚除塵技術(shù)除塵具有效率高，能耗低，占地面積小，流程簡單，投資運行費用低；缺點在于該工藝裝置產(chǎn)生廢水，有二次污染，同時，團聚室設(shè)計不當，存在積灰、堵塞難題，增大排氣壓力。

2.3.2 LT法+“煤冷前移”除塵技術(shù)

該技術(shù)是將LT 除塵系統(tǒng)中的煤氣冷卻器移至切換站之前，轉(zhuǎn)爐一次煙氣無論是否滿足煤氣回收條件，都必須經(jīng)過“煤氣冷卻器”冷卻、噴水除塵凈化后再經(jīng)切換站進行回收和放散過程，其工藝流程如圖5 所示。LT 法組合“煤冷前移”除塵技術(shù)優(yōu)勢在于進一步降低LT法粉塵排放濃度，確保出口顆粒物濃度在10 mg/m3以內(nèi)，但煤冷前移后，阻力增大，能耗增多，“白煙羽”問題突出，且一旦煤氣冷卻器出現(xiàn)問題，面臨停產(chǎn)檢修問題，影響生產(chǎn)連續(xù)性［11］。

圖5 轉(zhuǎn)爐一次煙氣LT法+“煤冷前移”除塵工藝示意圖

2.3.3 LT法+布袋除塵技術(shù)

該技術(shù)是將結(jié)合電袋復合除塵器的優(yōu)點，將干式電除塵凈化后的轉(zhuǎn)爐一次煙氣再經(jīng)過布袋除塵器對剩余的細粉塵進行二級精除塵，確保煙氣排放含塵量達到超低排放指標。該技術(shù)不但能有效捕集PM 2.5 級別的超細粉塵，可有效保證粉塵排放濃度低于10 mg/m3，甚至5 mg/m3以下，還延長布袋壽命，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

綜上，對轉(zhuǎn)爐一次煙氣組合式協(xié)同除塵技術(shù)的優(yōu)缺點歸納如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)爐一次煙氣組合式超低排放除塵技術(shù)對比

3 結(jié)論

（1）隨著我國鋼鐵行業(yè)超低排放的不斷深入推進，面對越來越嚴格的排放標準，單一除塵設(shè)備的除塵能力的局限性越來越明顯。組合式協(xié)同除塵技術(shù)能顯著強化除塵效果，進一步提高微細顆粒、氣溶膠的捕集效率，是目前轉(zhuǎn)爐一次煙氣實施超低排放一種穩(wěn)定可靠的技術(shù)方案。

（2）現(xiàn)有技術(shù)條件下，對于現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐一次煙氣OG 法除塵工藝，組合濕式電除塵器+脫白或者組合聲波團聚+脫白的路線比較合適；對于現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐一次煙氣LT法除塵工藝，實施“煤冷前移”或組合布袋除塵的路線比較合適。

（3）實施過程中需要綜合考慮一次投資、運行、維護、檢修等費用，并結(jié)合鋼企自身特點，選擇合適的技術(shù)路線。當然，隨著除塵新技術(shù)出現(xiàn)和應(yīng)用，未來可以根據(jù)煙氣排放特性和顆粒物的特點，研發(fā)新進技術(shù)的集成耦合，發(fā)揮耦合協(xié)同效應(yīng)，使超低排放更經(jīng)濟環(huán)保。