八鋼燒結機機尾除塵超低排放關鍵技術的應用

臧疆文

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

2019年4月22日生態環境部等發布了《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》，鋼鐵改造標準直接對標火電的超低排放標準，并明確了全國各區域分階段改造時間節點。“意見”要求污染物排放濃度大幅降低，其中燒結機機尾顆粒物排放限值由目前的特別排放限值20mg/m3降低到超低排放限值10mg/m3。

八鋼現有3臺燒結機機尾電除塵器，分別為2006年12月投產的265m2A燒結140m2電除塵器、2008年10月投產的265m2B燒結160m2電除塵器、2011年7月投產的430m3C燒結300m2電除塵器。

隨著國家對煙氣外排標準的逐步提高，為了使八鋼燒結機機尾煙氣排放達到標準要求，決定對3臺機尾電除塵器實施改造。2017年燒結煙氣排放標準執行的特別排放限值為20mg/m3，，基于達標排放日益嚴格及環保標準越來越嚴等方面的考慮，改造設計以10mg/m3的超低排放目標來選擇技術路線，利用冬季八鋼低負荷生產期間進行了改造。

1 燒結機機尾超低排放技術路線的確定

燒結機機尾除塵器的設計、安裝、運行管理等過程，直接影響除塵器排放濃度與穩定運行。

機尾除塵器主要負責收集燒結機機尾密封罩、環冷機受料點、環冷機卸料點、板式給礦機、轉運站、大煙道與小格卸料點等揚塵點粉塵。機尾除塵的主要特點為煙氣溫度高、含塵濃度高、含濕量很低、粉塵磨琢性強、可能含有熾熱或帶火星的粉塵。布袋有可能被高溫粉塵燒損。

相關袋式除塵標準提出：處理含熾熱顆粒物的含塵氣體時，在袋式除塵器前宜設火花捕集器。[1]

針對燒結機機尾除塵煙氣中的熾熱或帶火星的粉塵，布袋可能被燒損。因此，需對布袋除塵器的進口煙氣采取措施，防止布袋被高溫粉塵燒損。通常是在布袋除塵器前增設一臺預處理器（沉降室或阻火器等），如在機尾布袋除塵器應用的阻火器防止布袋燒損技術[2]，，用于除塵預處理的沉降室[3]的技術等。

針對燒結機機尾電除塵器超低排放改造技術路線主要有兩種：將電除塵器改造為純布袋除塵器；將電除塵器改造為電袋復合除塵器。其中，電袋復合除塵器具有效率高、穩定、濾袋阻力低、壽命長、節能等優點而得到大力推廣。電袋復合除塵器的電場區起到預處理器的作用，效果要比預處理器好得多，電場區可以收集80%的粗顆粒粉塵，并且可沉降煙氣中明火顆粒，減少濾袋破損與燒損幾率。

經過考察及對比分析，參考國內燒結廠機尾電除塵改造經驗，從運行穩定可靠、改造成本、運行成本等方面考慮，八鋼燒結電除塵器改造選用電袋復合除塵器。

2 電袋復合除塵器的特點[4][5][6]

電袋復合除塵器是在一個箱體內合理安裝電場區和濾袋區，是一種將靜電除塵和過濾除塵兩種機理的有機結合的除塵器。通常為前面設置電除塵區，后面設置濾袋區，二者為串聯布置。電袋復合除塵器具有靜電除塵和布袋除塵的特點，通過前級電場的預除塵、荷電作用和后級濾袋區過濾除塵的一種高效除塵器，它充分發揮電除塵器和布袋除塵器各自的除塵優勢，以及兩者相結合產生新的性能優點，彌補了電除塵器和布袋除塵器的除塵缺點，該復合型除塵器具有效率高、穩定、濾袋阻力低、壽命長、節能等優點。

電除塵區通過陰極放電、陽極除塵，能收集煙氣中大部分粉塵，除塵效率大于80%以上，同時對未收集下來的微細粉塵電離荷電。后級設置濾袋除塵區，使含塵濃度低并荷電的煙氣通過濾袋過濾而被收集下來。

電袋復合除塵器的技術特點：⑴除塵性能不受粉塵特性等因素影響，可以長期穩定達標排放。電袋復合除塵器的除塵過程由電場區和濾袋區協同完成，出口排放濃度最總由濾袋區掌控，對粉塵成分、比電阻等特性不敏感。因此，適應工況條件更為寬廣，出口排放濃度值可控制在5～10mg/m3以下，并長期穩定運行；⑵電場區起到預處理器作用。電場區可以收集80%的粗顆粒粉塵，并且可沉降煙氣中明火顆粒，減少濾袋破損與燒損幾率；⑶捕集細顆粒物（PM2.5）效率高。電袋復合除塵器的電場區使微細顆粒塵發生電凝并，濾袋表面粉塵的鏈狀塵餅結構，對PM2.5具有良好的捕集效果；⑷運行阻力低。由于電袋復合除塵器在電場區的除塵與荷電作用，進入濾袋區的粉塵量為總量的20%，濾袋單位面積處理的粉塵負荷量減少；荷電粉塵粉餅結構疏松，透氣性好，容易清灰。在相同的工況條件和清灰制度下，與純袋式除塵器相比，電袋復合除塵器運行阻力上升速度更為平緩，平均運行阻力更低；⑸濾袋使用壽命長。袋式除塵器濾袋破損主要由粉塵的沖刷、濾袋之間相互摩擦、磕碰及其他外力所致，電袋復合除塵器進入濾袋區的粉塵濃度較低、粗顆粒粉塵很少，并且清灰頻率降低，從而有效減緩了濾袋的破損，延長了使用壽命；⑹能耗低。除塵器低阻力節省了引風機的電耗，濾袋區清灰周期長節省空壓機的電耗。

3 電袋復合除塵器超低排放關鍵技術

3.1 除塵器結構

電袋復合除塵器通常有分室結構、直通結構兩種型式，分室結構將除塵器內部分成若干個密封袋室，而直通結構不分成獨立的室。分室結構的煙氣經煙氣總管分配到各支管，進入各袋室；直通結構的煙氣自進口喇叭進人、經氣流分布板后，通過一電場后進入濾袋區，一路氣流從濾袋間進入袋區，另一路氣流從濾袋與灰斗之間的空間進入袋區。

分室結構維護檢修方便，當某個室濾袋破損后，把該室進、排風口閥門關閉，即可很方便地更換濾袋或檢修，可以離線清灰，但運行阻力高，結構相對復雜。直通結構結構簡單，結構阻力較小，改造工程量小，但不能離線清灰、不能離線換袋。綜合考慮改造中選用直通式結構。

3.2 凈氣室結構的選擇

凈氣室根據結構組成的不同可以分為頂開蓋式和高箱體式。頂開蓋式凈氣室整個頂板為活動蓋板式，維修條件好，操作工人打開頂蓋就可以在正常的大氣環境條件進行維修工作，不受高溫及有毒有害氣體的影響。但該結構密封性能相對較差，漏風率相對較大，雨水漏進凈氣室會發生糊袋現象；檢修或檢查時開蓋工作量較大。

高箱體式凈氣室僅在側部與頂部各設置1個檢修人孔門，極大減少了開孔數量，從而降低除塵器的漏風率，檢修或檢查時開蓋工作量大大減少。

因此，本次電袋復合除塵器采用高箱體式凈氣室。

3.3 氣流分布

電袋復合除塵器氣流分布均勻性影響電場區效率，這與電除塵技術相同，同時還影響濾袋過濾精度、壓差均勻性和濾袋使用壽命。若氣流分布不均，則濾袋之間的過濾風速發生差異，過濾風速高的濾袋過濾精度下降，將影響整體出口排放濃度。同時濾袋的壓損較大和外圍流速較高，容易引起該區濾袋物理性破損。

在設計時采用CFD技術對機尾電袋復合除塵器進行了流場輔助分析，圖1顯示了A除塵器入口到出口中心截面速度場，通過對模型的模擬結果的分析，除塵器內部煙道氣流速度分布比較合理，在氣流分布板和第一電場的作用下，有效的防止了氣流沖刷布袋，且使進入濾袋區域的煙氣流速比較均勻。

圖1 除塵器入口到出口中心截面速度場

3.4 過濾風速

為了實現超低排放，過濾風速選取非常關鍵。過濾風速的選擇與粉塵性質、含塵濃度、濾料特性、排放濃度、清灰方式和運行阻力等因素有關。過濾風速越高，凈化效率越低，運行阻力越高，但過濾面積越小，設備費用和占地面積越小。因此，過濾風速的選擇要綜合考慮各種因素[7]。綜合考慮以上6個因素并參考國內其他燒結廠機尾電袋與布袋除塵的經驗，本次改造選取的過濾風速為0.85m/min。

3.5 濾袋選擇

濾料是袋式除塵器的核心材料，濾料的性能直接關系到袋式除塵器的過濾效果、使用范圍及經濟性。袋式除塵器一般根據含塵氣體的性質、粉塵的性質及除塵器的清灰方式的不同選擇濾料，機尾煙氣的主要特點是煙氣溫度一般小于130℃、偶爾達到130-150℃，粉塵磨琢性強，采用脈沖噴吹清灰，因而濾料選擇PTFE覆膜亞克力與滌綸復合針刺氈，濾袋規格為φ160×8000（mm），克重大于550g/m2。

3.6 氣流上升速度

氣流上升速度指袋式除塵器過濾時，煙氣在濾袋之問空間內的流動上升速度。氣流上升速度是衡量除塵器結構性能優劣的重要參數，對脈沖袋式除塵器的性能影響較大。實踐證明，在相同處理風量的條件下，氣流上升速度取得大，說明在有效的袋室空間內濾袋與濾袋之間的間距更小，布置更緊湊，除塵器的外形尺寸更小，但其值過大會引起清灰效果差，煙氣在濾袋上負荷分布不均，濾袋磨損大，除塵器的運行阻力也會相應增大；反之取值過小，設備體積大，造價高。氣流上升速度已經成為國內環保從業者在除塵器設計中需要認真考慮的一個重要參數。

上升速度是煙氣量與濾袋空間橫截面的比值，有人就想出了通過改變氣流運動方向而改變橫截面積的值，這就是目前大量應用的“側進氣方式”，相對于下進氣方式而言的，下進氣是煙氣從濾袋的底部向上運動，而側進氣則是煙氣從濾袋的側部進入。

側進氣方式的優點：⑴側進氣方式可以使濾袋做得更長；⑵由于煙氣從濾袋的側面進入,從而使煙氣流動方向與粉塵的沉降方向垂直,相比下進氣的煙氣流動方向與粉塵沉降方向相反而言顯然提高了清灰效果；⑶側進氣方式使濾袋表面的過濾速度和粉塵顆粒分布更均勻；⑷側進氣方式更適合在線清灰方式。許多實例充分說明側進氣方式確實突破了上升速度的限止，采用側進氣方式后，原上升速度的計算方法顯然是不科學的。[8][9]

本次改造采用直通式結構，既有側進氣又有下進氣，氣流上升速度為1.36m/s，按常規數值判斷有點偏高，但從運行參數看，運行效果較好。

3.7 煙氣溫度控制

煙氣溫度一般小于130℃，在電袋除塵器進口管道設置冷風閥，當煙氣溫度大于設定溫度時，中控室有溫度顯示并報警，冷風閥自動瞬間打開，達到降溫目的，保證濾袋不被燒壞。

3.8 清灰方式

脈沖噴吹袋式除塵器將壓縮空氣在短暫的時間內高速吹入濾袋，同時誘導數倍于噴射氣流的空氣，造成袋內較高的壓力峰值和較高的壓力上升速度，使袋壁獲得很高的反向加速度，從而清落粉塵。

除塵器的阻力是指其進、出口的壓差。除塵器阻力增高，處理風量隨之下降，煙塵捕集效果變差，阻力過高時，袋式除塵器將陷于癱瘓；除塵器阻力過低，說明清灰可能過度，粉塵排放濃度將增加。因此，將袋式除塵器阻力控制在一定范圍內是保證除塵系統正常運行，并保證煙塵捕集效果的關鍵。[10]

除塵器采用脈沖噴吹清灰，清灰介質為壓縮空氣，壓力為0.2～0.3MPa，采用在線清灰方式，采用壓差(定阻)和定時控制相結合自動清灰方式。

4 主要改造內容及效果

八鋼燒結機機尾電除塵器改為電袋復合除塵器，機尾電袋復合除塵器結構見圖2。

圖2 機尾電袋復合除塵器結構圖

主要改造內容：⑴保留原機尾電除塵器基礎、殼體、進口喇叭、灰斗、平臺、樓梯等；保留第一電場的陽極系統與陰極系統；⑵拆除第二、第三電場的陽極系統與陰極系統，拆除頂蓋，拆除部分保溫層，拆除輸灰螺旋輸送機，拆除出口喇叭；⑶修復第一電場，更換第一電場陽極與陰極系統的振打砧，按標準緊固所有螺栓，檢查調整同性極距離、異性極距離等電除塵器關鍵參數；修復振打裝置，確保第一電場功能達標。⑷在第三電場與風機之間新增袋區，在濾袋區增加花板、濾袋、袋籠、凈氣室、出氣煙箱、清灰系統等；⑸利用原風機基礎、機殼、風門等，更換風機葉輪組件、進風口，更換電機。

改造工程于2017年12月底開始，逐臺燒結機分別停產施工。新疆冬季施工困難，施工在零下30℃的惡劣天氣下進行，C機尾、A機尾、B機尾除塵器分別用43天、31天、25天完成了改造任務，并一次開機成功。3臺除塵器分別于2018年2月9日、3月12日、4月4日投入運行。除塵器運行一年多以來，運行穩定，燒結機機尾出口含塵濃度小于5mg/Nm3。改造后風量增加，現場粉塵大幅減少，現場環境極大改善。未發生濾袋破損及熾熱顆粒燒損濾袋現象，檢修工作量大幅減少。

采用高箱體的優勢明顯：（1）潛在漏風點大幅減少，幾乎沒有明顯漏風點；（2）徹底解決了常規布袋除塵器雨水易進入除塵器內糊袋現象；（3）檢修時檢查箱體內的工作量大幅減少。采用電袋復合除塵器的優勢得到了發揮，噴吹間隔設定在90分鐘，布袋壓差在900Pa以內。

自動化水平得到了極大提升：⑴電場操作引入計算機集中控制（一二次電壓與電流、磁軸瓷套箱梁加熱、陰極振打、陽極振打）；⑵風機、風門調節、卸灰閥、螺旋輸送機、倉振、電動閥、電磁閥等設備集中控制；⑶采用壓差(定阻)和定時控制方式對布袋清灰，清灰程序的執行由主控柜（PLC）自動控制；⑷通過氣動松灰組件解決了灰斗下灰不暢、現場需要人工砸灰斗的難題，采用時間+料位的控制模式實現程序選倉控制，在計算機或現場分別實現一鍵放灰；[11]⑸關鍵參數增加歷史趨勢。

5 結束語

實踐證明，八鋼燒結機機尾電除塵器改為電袋復合除塵器的技術路線與方案選擇是成功的。改造1年多來，除塵器穩定運行，出口含塵濃度小于5mg/Nm3，實現了超低排放目標。改造后達到了預期效果，現場粉塵大幅減少，現場環境極大改善；未發生濾袋破損及熾熱顆粒燒損濾袋現象，檢修工作量大幅減少；高箱體的漏風少與檢查方便的優勢也得到了發揮，布袋壓差低的優勢明顯，自動化水平得到了提升，尤其實現了吸排罐車司機1人就可以在現場一鍵放灰，不需要操作工干預，大幅提高勞動效率。