燒結(jié)混合機(jī)濕式除塵系統(tǒng)的應(yīng)用改造實(shí)踐

穆固天，李 強(qiáng)，鄭志強(qiáng)，張德千，任建偉，馬 健

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東日照 276800）

0 引言

2019 年4 月生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》[1]中明確指出，燒結(jié)生產(chǎn)中物料破碎、篩分、混合等設(shè)備應(yīng)設(shè)置密封罩，并配備有除塵設(shè)施，積極推進(jìn)超低排放改造。隨著燒結(jié)工作者環(huán)保意識(shí)的提升和環(huán)保檢查力度的加大，燒結(jié)混合機(jī)除塵系統(tǒng)成為區(qū)域環(huán)境治理的重點(diǎn)研究對(duì)象。

因燒結(jié)混合機(jī)煙氣的獨(dú)有特性，常見(jiàn)的重力除塵、布袋除塵、靜電除塵等方法難以實(shí)現(xiàn)粉塵的有效捕集。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分燒結(jié)廠在一次混合機(jī)旁增設(shè)濕式除塵器，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)存在除塵管道結(jié)垢、污泥處理復(fù)雜等缺陷，長(zhǎng)期不清理會(huì)導(dǎo)致除塵管徑逐漸變小，失去了除塵效果。寶鋼集團(tuán)于2012 年開(kāi)展了基于塑燒板除塵器的一次混合機(jī)除塵技術(shù)實(shí)踐，煙塵處理效果良好，但仍存在橫直管道堵塞問(wèn)題，通過(guò)將進(jìn)風(fēng)與排灰管道合并設(shè)置為豎直管道的技術(shù)改造，解決了水平管道堵塞問(wèn)題[2]。萊鋼集團(tuán)型鋼對(duì)原混料工藝布局進(jìn)行優(yōu)化，加強(qiáng)混合機(jī)入口密封，從根本上有效的消除揚(yáng)塵現(xiàn)象[3]。干霧抑塵技術(shù)在皮帶機(jī)上應(yīng)用廣泛，應(yīng)用到混合機(jī)筒體內(nèi)亦能取得良好效果，但對(duì)維護(hù)保養(yǎng)的要求較高、經(jīng)常存在噴嘴堵塞問(wèn)題，已逐漸被棄用。

近年來(lái)，隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格，對(duì)于混合機(jī)揚(yáng)塵問(wèn)題的重視程度逐漸增加，相關(guān)除塵領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用、專利應(yīng)運(yùn)而生，包括干法、濕法除塵技術(shù)，其中多數(shù)方法是對(duì)原有技術(shù)的改進(jìn)，可實(shí)踐性有待長(zhǎng)時(shí)間驗(yàn)證[4-6]。

1 燒結(jié)混合機(jī)系統(tǒng)及煙塵現(xiàn)狀

1.1 混合機(jī)系統(tǒng)

圓筒混合機(jī)作為燒結(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，承擔(dān)著將鐵礦粉中和料、燃料、熔劑、返礦等經(jīng)加水混勻、制粒成燒結(jié)混合料的作用。目前，國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的混合機(jī)系統(tǒng)分為一次混合機(jī)、二次混合機(jī)，為二段混合。為進(jìn)一步提高混料效果，強(qiáng)化物料混合作用，穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外眾多企業(yè)的燒結(jié)混合機(jī)系統(tǒng)在一混前增設(shè)強(qiáng)力混合機(jī)，也有一些企業(yè)采用三段混合技術(shù)。

1.2 混合機(jī)產(chǎn)塵機(jī)理

燒結(jié)物料中熔劑（生石灰、白云石、石灰石等）、燃料、除塵灰、高溫返礦等物料水分小，經(jīng)皮帶運(yùn)輸至圓筒混合機(jī)，皮帶機(jī)頭卸料與混合機(jī)存在一定落差，干物料在下落過(guò)程中產(chǎn)生粉塵的擴(kuò)散。以生石灰為主的鈣基物料在混合機(jī)加水過(guò)程中產(chǎn)生消化反應(yīng)，生成Ca（OH）2小顆粒的同時(shí)放熱，產(chǎn)生大量蒸汽，各類粉塵隨蒸汽在混合機(jī)中擴(kuò)散并溢出造成揚(yáng)塵。在通過(guò)混合機(jī)加高溫?zé)崴蛲ㄕ羝岣呋旌狭狭蠝氐却胧┫?，揚(yáng)塵現(xiàn)象會(huì)進(jìn)一步惡化。

對(duì)寶鋼、萊鋼、寧鋼等燒結(jié)廠的一次混合機(jī)排放的粉塵成分進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果如表1 所示[2-3，7]。因煙塵取樣方式、位置不同，成分占比略有差異。其中，煙塵中以生石灰粉、細(xì)粒燃料占比較高，CaO 含量占36%～66%，C 含量占12%～30%，含鐵粉塵占4%～15%；從粒徑分布上來(lái)看，>30 μm 粒級(jí)占50%以上；而且煙氣具有含濕量高、煙塵顆粒濕容量大、粘附性較強(qiáng)等特點(diǎn)。

表1 一次混合機(jī)粉塵主要成分占比 %

2 燒結(jié)混合機(jī)濕法除塵探索應(yīng)用

日照有限公司有2×500 m2燒結(jié)機(jī)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量1117.2 萬(wàn)噸燒結(jié)礦。燒結(jié)混料為兩段混合，目前粉塵外溢現(xiàn)象主要體現(xiàn)在一次混合機(jī)入口位置。投產(chǎn)初期皮帶和一次混合機(jī)機(jī)頭位置的干霧抑塵系統(tǒng)應(yīng)用效果較好，混合機(jī)粉塵無(wú)外溢現(xiàn)象。但是隨著混合機(jī)筒體內(nèi)干霧抑塵系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)，導(dǎo)致噴嘴堵塞日益嚴(yán)重、溢塵現(xiàn)象明顯，混合機(jī)區(qū)域地面衛(wèi)生每班定時(shí)清理2～4 次，耗費(fèi)大量人力物力，且環(huán)境較為惡劣，影響廠區(qū)容貌。

2.1 濕式除塵系統(tǒng)設(shè)備的應(yīng)用

為解決燒結(jié)混合機(jī)粉塵外溢帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，綜合成本、物料循環(huán)利用等方面考慮，采用混合機(jī)濕式除塵系統(tǒng)，并于2021 年3 月開(kāi)始投用。集塵罩設(shè)置在混合機(jī)的入口、出口位置，在引風(fēng)機(jī)作用下，含塵氣流經(jīng)管道進(jìn)入離心濕式除塵器，管道上方等間隔設(shè)置噴嘴，噴水后在管道內(nèi)形成水流，沉降的粉塵在水流和引風(fēng)機(jī)的作用下流向除塵器。除塵器的工作原理為：含塵氣流在通過(guò)一個(gè)局部浸沒(méi)在水中的靜止葉輪片時(shí)會(huì)產(chǎn)生水幕，粉塵被截留下來(lái)進(jìn)入水中。通過(guò)高速通過(guò)葉輪片的氣流形成湍流水幕以及氣流方向的快速改變產(chǎn)生的離心力從而提高了收塵效率。

濕式除塵系統(tǒng)用水流程如圖1 所示：除塵管道內(nèi)的水與粉塵形成的污水與風(fēng)分離后進(jìn)入一級(jí)、二級(jí)沉淀池，一級(jí)、二級(jí)沉淀池的污水流入泥漿池內(nèi)，通過(guò)泥漿泵回用至一次混合機(jī)物料加水。另設(shè)有清水池，清水池內(nèi)的水來(lái)自于二級(jí)沉淀池和補(bǔ)充工業(yè)新水，經(jīng)循環(huán)水泵用于除塵管道內(nèi)的噴淋用水，從而實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用。

圖1 濕式除塵系統(tǒng)用水流程

一級(jí)、二級(jí)沉淀池內(nèi)污泥沉淀后，如果直接返回?zé)Y(jié)配料皮帶，會(huì)引起配料水分波動(dòng)，而直接外排則會(huì)造成二次污染。因此，在設(shè)計(jì)一級(jí)、二級(jí)沉淀池時(shí)底部安裝有攪拌泵和葉片，通過(guò)攪拌促使粉塵與水的混合作用，直接用于一次混合機(jī)內(nèi)加水，徹底解決了污泥處理的難題。

泥漿池內(nèi)的污水水溫20～25 ℃，直接用于一混加水后混合料料溫35～40 ℃。為進(jìn)一步提高混合料料溫至露點(diǎn)溫度，減輕過(guò)濕現(xiàn)象對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響，采取向泥漿池通入低壓蒸汽用于加熱的方式，目前水溫40～45 ℃、混合料55～60 ℃。

2.2 運(yùn)行后存在問(wèn)題與分析

（1）除塵管道堵塞。運(yùn)行近10 個(gè)月后，一次混合機(jī)入口處逐漸出現(xiàn)粉塵外溢現(xiàn)象，檢修時(shí)排查除塵管道，發(fā)現(xiàn)管道堵塞嚴(yán)重，堵塞點(diǎn)主要位于一次混合機(jī)入口、管道彎管位置，其余位置無(wú)堵塞。管道內(nèi)的結(jié)垢形貌不一，影響水流、含塵氣體的正常走向，是長(zhǎng)期結(jié)垢未及時(shí)清理導(dǎo)致的后果，最終除塵管道有效直徑變小，除塵效率明顯下降。

（2）管道內(nèi)循環(huán)水量偏小。除塵管道內(nèi)水流量小是除塵管道堵塞關(guān)鍵因素之一。因各集塵口位置距離遠(yuǎn)、管道總長(zhǎng)度長(zhǎng)，水流量小時(shí)導(dǎo)致粉塵逐漸在管道內(nèi)淤積，因粉塵中CaO 含量高而產(chǎn)生CaCO3等結(jié)垢，集塵口附近管道位置結(jié)垢現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

2.3 設(shè)備改造與維護(hù)

針對(duì)濕式除塵管道堵塞、除塵效率降低，導(dǎo)致混合機(jī)入口位置粉塵出現(xiàn)外溢現(xiàn)象，檢修期間對(duì)整個(gè)除塵設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行排查，探索解決措施：

（1）管道疏通。檢修時(shí)采用高壓水槍進(jìn)行清理、沖洗除塵管道，排出管道內(nèi)沉淀的污泥，避免污泥淤積、管道承重增加帶來(lái)的安全隱患（圖2）。

圖2 管道堵塞、結(jié)垢清理前后對(duì)比

（2）除塵管道彎管、除塵罩附近常見(jiàn)堵塞點(diǎn)新增檢修平臺(tái)、人孔門，便于日常檢修點(diǎn)檢、管道、噴嘴等位置的清理工作。

（3）增大循環(huán)水量、水壓，并在一混入口附近管道位置再增加兩個(gè)噴嘴，提高粉塵捕集效率，減輕粉塵在入口管道處的沉積現(xiàn)象，對(duì)該位置的管道堵塞有一定抑制作用。

（4）混合機(jī)加水方式優(yōu)化。從產(chǎn)生機(jī)理和擴(kuò)散現(xiàn)象動(dòng)力學(xué)分析，粉塵多為生石灰消化放熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽內(nèi)附著有各種物料顆粒引起的。通過(guò)將混合機(jī)加水噴嘴適當(dāng)后移1.3 m，可以降低粉塵外溢量，從而減輕除塵系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。

（5）針對(duì)一級(jí)、二級(jí)沉淀池內(nèi)沉淀形成的污泥板結(jié)，造成攪拌泵葉片磨損，攪拌效果下降的問(wèn)題，清理后更換攪拌裝置。改造前，攪拌裝置電機(jī)功率0.75 kW、轉(zhuǎn)速1 r/min，改造后電機(jī)功率1 kW、轉(zhuǎn)速45 r/min，提高攪拌效果，實(shí)現(xiàn)污泥全利用。

2.4 下一步設(shè)備改造方案

日照有限公司的兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)對(duì)應(yīng)4 臺(tái)混合機(jī)，混合機(jī)入口、出口的集塵罩共計(jì)8 個(gè)，結(jié)合一次、二次混合機(jī)入口和出口位置所產(chǎn)生的蒸汽、粉塵量存在明顯差異的現(xiàn)狀，計(jì)劃在一次混合機(jī)出口、二次混合機(jī)入口和出口集塵罩后方管道安裝球閥，通過(guò)控制球閥開(kāi)度來(lái)調(diào)整各除塵支管的除塵風(fēng)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增加一次混合機(jī)入口風(fēng)量、優(yōu)化除塵風(fēng)量分配、提高整體除塵效率的目的。

3 結(jié)論

（1）燒結(jié)混合機(jī)除塵是環(huán)保要求的必然選擇，而濕式除塵系統(tǒng)的應(yīng)用具有投資小、運(yùn)行成本低的優(yōu)勢(shì)。

（2）除塵系統(tǒng)運(yùn)行中的管道堵塞問(wèn)題是混合機(jī)濕式除塵技術(shù)推廣應(yīng)用過(guò)程中需解決的重難點(diǎn)。

（3）日照有限公司燒結(jié)混合機(jī)濕式除塵系統(tǒng)經(jīng)長(zhǎng)期摸索、改造實(shí)踐后，目前已處于除塵效果見(jiàn)好、運(yùn)維趨向穩(wěn)定的階段，達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求，區(qū)域環(huán)境改善明顯，職工勞動(dòng)量降低。