V2O5熔化爐煙氣治理設計

陳 亭

1 前言

四川省攀枝花市攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司下屬釩業公司V2O5作業區有2座13 m2的熔化爐。2座熔化爐建成以來一直無煙氣治理設施，生產過程中產生的煙塵（顆粒物主要成分為V2O5）通過煙囪直排，既造成了釩的損失也造成了環境污染。目前煙囪外排煙氣含塵濃度一般維持在200 mg/m3左右。

由于現行《釩工業污染物排放標準》要求熔化爐的煙氣外排含塵濃度須控制在50 mg/m3以內，須增加除塵設施對熔化爐煙氣進行治理，使其達標排放。

2 除塵工藝

2.1 V2O5熔化爐基礎參數

（1）煙氣量：12000 m3/h·座；

（2）煙氣溫度：≤1000 ℃；

（3）煙氣含塵濃度：200 mg/m3；

（4） 煙 氣 主 要 成 份 ：CO2：12% 、O2：6.1% 、N2：81%、CO：0.7%、CH4：0.2%

（5） 煙塵粒度：<200μm：14.5%；≥200 μm：85.5%；

（6）煙塵成份：V2O5

2.2 除塵方式的選擇[1]

除塵方式的選擇一是在工藝上選擇技術可行、且投資經濟的技術方案。二是對于不同的現場，須有針對性的選擇除塵方式。就本工程而言，其現場的特殊性在于，用于布置除塵系統的場地十分緊張，故不能采用設備和管網占地面積大的技術方案。

目前國內類似工藝線的除塵一般采用兩種方式：一是將含塵煙氣通過直接或間接換熱降低溫度后，再經由布袋除塵器過濾收集粉塵，最后通過煙囪集中外排。二是將含塵煙氣通入水膜除塵器降溫除塵后，再通過煙囪集中外排。

第二種除塵方式受粉塵的水溶性影響較大。在本工程中，由于煙氣中的固體顆粒物為水溶性差的V2O5，所以不能采用這種除塵方式。

在第一種除塵方式中，若采用直接空冷（混野風）的方式來降低煙氣溫度，由于混合野風后整個系統的風量增大，主要設備（除塵器、主抽風機等）的選型也將比不混野風時大很多，在類似工程中，這種方式的除塵效果雖然不錯，但一是投資高，二是設備和管網的占地面積大。所以并不適用于本工程。

若采用直接水冷的形式降低煙氣溫度，由于水冷降溫后進入布袋除塵器的煙氣含大量的飽和水，會導致粘袋，不僅影響除塵效果且會降低設備使用壽命，故也不可采用。

因此，本工程決定采用間接換熱降低煙氣溫度，再通過布袋除塵器除塵的除塵方式。

考慮到熔化爐煙氣溫度高，換熱后的冷媒（空氣或者水）直接外排大量的熱能就被浪費了，故本次不采用一般的空冷或水冷換熱器，而采用余熱鍋爐換熱來生產飽和蒸汽，供廠區生產生活使用。

2.3 濾料的選擇[1]

由于煙氣中含有微量硫等酸性氣體，粉塵只能在露點以上的狀態下進行過濾。本次除塵器采用杜邦纖維制造的美塔斯（metamax：與美國杜邦生產的諾梅克斯和日本帝人生產的康耐克斯的統稱）耐高溫覆膜濾料，濾料連續工作溫度≤204℃，瞬時工作溫度≤250℃。

這種濾料制成的濾袋復合一層極薄的微孔材料，取代了原來傳統過濾技術中的一次粉塵層，實現了目前先進的表面過濾技術。由于美塔斯固有的化學和物理特性，表面光滑，粉塵不易粘結在濾袋上，較低的清灰能耗就可以把粉塵清落下來，提高了濾袋的清灰再生功能和清灰效果。

2.4 除塵工藝

本方案采用1套除塵系統，對2座熔化爐煙氣進行治理。2座熔化爐輪流生產，同時只有1座熔化爐煙氣進入除塵系統。根據熔化爐氣體成分，除塵工藝為：來自熔化爐后煙道內≤1000℃煙氣經余熱鍋爐冷卻至≤200℃，再與野風混合直接冷卻至150℃，經布袋除塵器低速過濾，凈化后的煙氣經風機、消聲器和煙囪高空達標排放。余熱鍋爐換熱后產生的蒸汽由主蒸汽管路外送至界區，供生產使用。其流程圖為：

熔化爐→余熱鍋爐→脈沖布袋除塵器→離心引風機→消聲器→煙囪達標排放。

對進入除塵器前的煙氣溫度進行隨時檢測，當煙氣溫度超過設定值時，打開混風閥，混入冷風，降低溫度，保護除塵器濾袋。[1]

采用PLC對所有除塵設備實現全自動邏輯控制，確保系統運行安全、可靠。

2.5 除塵系統參數計算[1]

2.5.1 系統風量

風機風量的確定：

式中：Vg——煙氣量，m3/h；

Cg——煙氣在tg及tm時的平均比熱的平均值，kcal/m3.℃，查《鋼鐵企業采暖通風設計參考資料》表2-6-11；

tg——煙氣溫度，℃；

Ca——混入野風在tm及ta時的平均比熱的平均值，kcal/m3.℃，查《鋼鐵企業采暖通風設計參考資料》表2-6-11；

tm——混入野風后的煙氣溫度，℃；ta——野風溫度，℃;

Va——混入的野風量，m3/h

各參數值如下：

V tg=12000 m3/h；

ta=31℃(按夏季通風室外計算溫度31℃考慮)；

將以上數據代入公式得混入的野風量：

換熱器前的參數：t=1000℃,L=12000 m3/h(工況流量為63473 m3/h)，含塵濃度200 mg/m3(37.8 mg/m3)；根據現場經驗，本設計取管道內煙氣流速為V≥20 m/s，則管徑為 Φ 內 1050，δ=8，管道材料為內襯耐高溫材料的Q235。

換熱器后，混入野風前的參數：t=200℃,L=12000 m3/h(工況流量為23584 m3/h)，含塵濃度200 mg/m3(0.102 g/m3)；根據現場經驗，本設計取管道內煙氣流速為V≥18 m/s，則管徑為Φ內680，δ=5，管道材料Q235。

混入野風后的參數：t=150℃，L=(5000+12000)=17000 m3/h(工況流量為29880 m3/h)，含塵濃度0.92 g/m3（含成品包裝點）;根據現場經驗，本設計取管道內煙氣流速為V≥18 m/s，則管徑為Φ內760，δ=5，管道材料Q235。

野風管參數：t=31℃，L=5000 m3/h(工況流量為6315 m3/h)，野風中含塵濃度忽略不計;流速為V=～18 m/s,則管徑為 Φ 內 310，δ=4，管道材料 Q235。

除塵器后風管參數：t=150℃,L=1.2×17000 m3/h=20400 m3/h(工況流量為 1.2×29880 m3/h=35856 m3/h)；流速為V=～12 m/s,則管徑為Φ內1000,δ=6,管道材料Q235。

系統工況流量為：29880 m3/h(t=150℃，0.089 MPa)

風機風量為：L=1.2×29880=35856 m3/h(150 ℃時，0.089 MPa)。

2.5.2 系統阻力

爐膛壓力控制范圍-100～+50 Pa,取△P1=100 Pa(1000 ℃時,夏季 0.089 MPa)。

熔化爐至余熱鍋爐間管網阻力(1000℃時,夏季0.089 MPa)。

余熱鍋爐阻力：△P3=350 Pa(1000℃時,夏季0.089 MPa)。

余熱鍋爐后、野風口前管網阻力(200℃時,夏季0.089MPa)：

野風口后、布袋除塵器前的管網阻力(150℃時,夏季0.089 MPa)：

布袋除塵器后管網阻力 (150℃時,夏季0.089 MPa)：

注：除塵器后管網內煙氣流速取12 m/s。

長袋低壓脈沖布袋除塵器阻力(150℃時,夏季0.089 MPa)：

△P7=1800 Pa。

消聲器阻力(150℃時,夏季0.089 MPa)：

△P8=200 Pa。

150℃時,夏季0.089 MPa情況下的阻力:

系統阻力：△P=3326 Pa。

要克服150℃時,0.089 MPa情況下3326 Pa的阻力,需要在150℃時,0.089 MPa情況下的最小全壓為3326 Pa,折算到200℃時,0.1013 MPa情況下的最小全壓:

3326=H×0.089(273+200)/0.1013(273+150)

則：H=3374 Pa

風機全壓：H=1.2×△P

=1.2×3326

=3991 Pa(150 ℃,0.089 MPa時)。

綜合計算，除塵系統主風機的工況點為：35856 m3/h，工況溫度：150 ℃，全壓：3991 Pa。2.6 主要設備組成

（1）離心風機：Y9-26№12.3D，1臺[2]

L=35856 m3/h，全壓：3991 Pa（150 ℃，攀枝花當地大氣壓）；

（2） 余熱鍋爐系統：L=12000 m3/h，T進=1000℃、T出=200℃，額定蒸汽產量：5 t/h，額定蒸汽壓力：1.0 MPa；

（3）長袋低壓布袋除塵器：CDY-4，1臺[2]

L=35856 m3/h，F=1224 m2,F凈=918 m2,V凈=0.65 m/min,P=1800 Pa

3 系統優勢

（1）采用余熱回收技術，充分利用煙氣的余熱，節能環保。

利用高溫煙氣的余熱產蒸汽可供廠區生產生活之用，節約了能源，且解決了換熱后的冷媒（水或空氣）的處理問題，有利于環保。

（2）采用覆膜濾料，降低日常維護工作量。

根據實際運行情況，普通濾料每年就需更換一次，采用覆膜濾料后，濾料至少能正常使用兩年，減少了工人的維護工作量，同時也避免了因停機換袋造成的損失。

4 經濟分析和社會效益

4.1 投資

釩業公司V2O5熔化煙氣治理工程投資：380萬元（不含設備增值稅）。

4.2 年經濟效益

4.2.1 余熱回收產蒸汽量及收益

該除塵系統的余熱鍋爐每天產低壓蒸汽量：25 t，則每年（按330天計）產蒸汽量：8250 t。根據目前廠區生產低壓蒸汽的成本，每噸價格為85元，則每年節約成本為：70.125萬元。

4.2.2 粉塵回收量及收益

除塵系統每天回收V2O5干粉：21.6 kg，則每年（按330天計）回收量：7.128 t。根據目前市場上的銷售情況，每噸銷售價格為7.3萬元，則每年銷售收益為：52.03萬元。

經濟效益合計：122.155萬元。

4.3 年成本開支

（1） 電力消耗：145.53 萬 kW·h/年，電價：0.52元/kW·h，全年電費：75.68萬元。

（2）水耗：11880 m3/年，水價：1.7 元/m3，則全年水費：2.02萬元。

（3）壓縮空氣耗量：190萬 m3/年，壓空單價：0.12元/m3，全年壓縮空氣費：22.8萬元。

（4）修理費（3%）：11.4萬元

（5）折舊（8%）：30.4萬元

（6）合計：142.3萬元

4.4 年實際運行成本

142.3 －122.155=20.145萬元

可以看出，年實際運行成本與類似項目進行比較，處于較低水平。

4.5 社會效益

釩業公司V2O5熔化煙氣治理工程完成后，可降低外排煙塵濃度，改善廠區景觀、崗位工人勞動環境及周邊居民的生活環境，將取得很好的社會效益。

5 結語

釩業公司V2O5熔化煙氣治理工程的除塵系統，綜合國內除塵現狀，根據實際情況，選擇了余熱鍋爐搭配負壓式除塵系統，并采用了覆膜濾料的收塵技術，具有運行成本低、占地小和粉塵回收率高的特點。

[參 考 文 獻]

[1]郭豐年，龍步云，徐連達等.鋼鐵企業采暖通風設計手冊[M].北京：冶金工業出版社.1996.300-308，366-398,502-506，535-540.

[2]陸耀慶，陳濤等.供暖通風設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社.1987.975-989.