鋼鐵企業礦焦槽除塵超低排放改造方案分析

杜然 舒剛 文福 周紀帥 卜萃文

中冶南方工程技術有限公司

我國粗鋼年產量已連續多年位居世界第一，2018年我國粗鋼產量突破9 億噸，約占全球總產量的51.3%，并保持著逐年上升的態勢，鋼鐵行業依然是我國經濟產業的支柱之一。但與此同時，我國鋼鐵行業始終沒有擺脫高污染、高排放的負面形象。隨著環境問題日益突出，國家不斷推出相關政策以減少鋼鐵行業污染物排放。2019 年4 月，生態環境部等五部委聯合印發《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》（以下簡稱《意見》），明確了鋼鐵行業內各種生產工藝的污染物實現超低排放的具體排放濃度限值，并對完成超低排放改造任務提出了時間要求，即“到2020 年底前，重點區域鋼鐵企業超低排放改造取得明顯進展，力爭60%左右產能完成改造，有序推進其他地區鋼鐵企業超低排放改造工作。到2025 年底前，重點區域鋼鐵企業超低排放改造基本完成，全國力爭80%以上產能完成改造?！庇纱丝梢?，鋼鐵企業既有除塵器超低排放改造任務迫在眉睫。

1 改造措施

鋼鐵企業的主要工藝有原料、燒結、球團、煉焦、煉鐵、煉鋼、軋鋼等，在以上工藝生產的煙氣處理中，布袋除塵器因其處理風量范圍大、除塵效率高、適用性強等特點有著非常廣泛的應用。因近年來排放標準的快速提高，鋼鐵企業內現存不少正值生命周期壯年但不滿足《意見》規定的排放限值的布袋除塵器。本文就當前應用最廣泛的長袋低壓脈沖除塵器的改造方案進行分析。

長袋低壓脈沖布袋除塵器的排放濃度主要與入口煙氣含塵濃度、粉塵特性、濾料材質、過濾風速等因素相關[1]。對既有除塵器而言，前兩項因素是既定項。

濾料材質的選擇與煙氣參數、粉塵特性密切相關，濾料由普通濾料升級為超細纖維濾料或ePTFE 覆膜濾料等微孔濾料可改善除塵效果與清灰效果。微孔濾料主要提升了煙氣中微細顆粒物的分級效率[2]，而實際生產中粉塵粒徑分布千差萬別，故在超低排放改造工程中，升級濾料材質多用作輔助措施。

過濾風速，也稱氣布比，是直接影響排放濃度的一項技術參數，其意義是單位時間內通過單位面積濾袋的煙氣流量，計算公式為：

式中：v 為過濾風速，m/min；Q 為處理風量，m3/h；A 為過濾面積，m2。

鋼鐵企業既有布袋除塵器過濾風速普遍達到1.0～1.2 m/min 以上，顆粒物排放濃度多在30 mg/Nm3以上。根據同類型布袋除塵器的實際使用經驗，過濾風速取0.8 m/min 以下時，能滿足10 mg/Nm3的超低排放濃度限值的要求。

因此，鋼鐵企業既有布袋除塵器超低排放改造的主要措施是除塵器擴容，即提高除塵器過濾面積，降低過濾風速。

2 改造方案

某鋼鐵企業煉鐵廠3200 m3高爐礦焦槽除塵系統于2006 年投用，采用長袋低壓脈沖除塵器，雙排倉室，布置如圖1，除塵器主要參數見表1。按式（1）計算，v=0.8 m/min 時，A=13542 m2。即需新增過濾面積5142 m2以上，擴容比例達61%。

表1 除塵器主要參數表

圖1 某既有除塵設施

布袋除塵器擴容改造主要有以下幾種方案[3]：串聯除塵箱體、并聯除塵器、加高除塵器、改變濾袋形狀等。本文結合該除塵器實例進行方案比較。

2.1 串聯除塵箱體

在既有除塵器入口前或出口后串聯增加一跨或多跨除塵箱體。通常情況下，除塵器出口后的風管與除塵風機、消聲器、排氣筒等布置較緊湊，入口前的空間更為靈活，因此多在除塵器入口前串聯箱體。該除塵器需擴容61%，在既有除塵器入口前新增5 跨除塵箱體，串聯之后總過濾面積將增加至13650 m2，過濾風速降至0.79 m/min。串聯除塵箱體后的布置如圖2。

圖2 串聯除塵箱體立面布置圖

此方案的主要工程量如下：

1）新建5 跨除塵箱體（含配套的噴吹、卸灰、電控設備），核算既有除塵器相鄰的框架、立柱、基礎等受力情況，必要時采取加固措施。

2）改造除塵器內部的進出風的主風道隔板，確保串聯箱體后各清灰倉室的進、出風均勻。

3）延長2 條切出埋刮板輸灰機的輸送長度，并加大其驅動電機容量。

4）新建輸灰平臺、立柱與基礎，并對除塵器前的集合埋刮板輸灰機、斗式提升機、集中灰倉、風管支架等進行移位改造。

串聯后的除塵器新增占地面積約140 m2，此方案要求既有除塵器入口前或出口后有較大的空置場地，且改造工程量大，建設周期長，對高爐的正常生產影響大。地質易沉降的地區，此方案可能會產生新、舊箱體沉降不一致導致除塵器箱體結構變形等問題。此方案用于擴容比例較小的除塵器改造時，優勢更明顯。

2.2 并聯除塵器

在既有除塵器旁就近新建布袋除塵器，并將其并聯到既有除塵系統。既有除塵器入口前的主風管上增設分流三通，一部分含塵煙氣通過既有除塵器，另一部分含塵煙氣通過新建除塵器，凈化后的煙氣合流進入除塵風機。新建并聯除塵器后的布置如圖3，分流后，既有除塵器處理煙氣量為400000 m3/h，新建除塵器處理煙氣量為250000 m3/h，過濾風速降至0.79 m/min。

圖3 并聯除塵器平面布置圖

此方案的主要工程量如下：

1）新建過濾面積5250 m2以上的除塵器（含配套的噴吹、卸灰、電控設備）。

2）新建2 條切出埋刮輸灰機，延長既有集合埋刮板輸灰機的輸送長度，并加大其驅動電機容量。

3）新建分流、合流除塵風管及支架，新建輸灰平臺、立柱與基礎。

新建除塵器、風管等區域新增占地面積約250 m2，本方案要求既有除塵器周邊有較大的空置場地，且土建新建工程量大，建設周期長。但新建除塵器可在建設完畢后再并入既有除塵系統，對高爐的正常生產影響較小。除塵風管分流改造時應設置風量調節裝置，確保兩臺除塵器處理煙氣量實現合理分配。

2.3 加高除塵器

加高除塵器中箱體，同時改用超長濾袋。此方案是布袋除塵器擴容改造的常用方案。該除塵器改用8～10 m 濾袋，約可增加過濾面積33%～67%。選用10 m濾袋，過濾面積可增加至14000 m2以上，過濾風速降至0.77 m/min。

此方案的主要工程量如下：

1）除塵器中箱體進行加高改造，核算除塵器框架、立柱、基礎等受力情況，并采取加固措施。

2）替換既有除塵器濾袋、籠骨。

3）升級噴吹系統，提高噴吹壓力。

此方案無需新增占地，工程量適中，建設周期適中，對高爐生產影響適中。但濾袋越長，清灰效果越難保證。超長濾袋噴吹后落下的粉塵更容易被二次捕集，導致清灰頻率增加。同時，更大的噴吹量也會加速濾袋的磨損，縮短濾袋壽命，維護難度更大。

2.4 改變濾袋形狀

既有除塵器的濾袋形式多為傳統圓形濾袋，占用同等體積的情況下，異形濾袋可達到更大的體積比表面積。常見的異形濾袋有扁形、橢圓形、菱形、褶皺形等。扁形、橢圓形、菱形濾袋均是通過其橫斷面的幾何特性實現，但較圓形濾袋的比表面積提升有限。褶皺濾袋是在圓形濾袋的基礎上沿圓周向內縫制均勻的褶皺，形成一圈波形褶皺，比表面積較傳統圓形濾袋可提升50%～100%以上，更適用于需要大幅提升過濾面積的情況。

該除塵器以選用φ160×5500 規格的褶皺濾袋為例，單條褶皺濾袋的過濾面積可達5.7 m2以上，替換全部濾袋后總過濾面積可達16300 m2，擴容比例達到94%，過濾風速降至0.66 m/min，可滿足擴容要求并保證了一定的改造余量。

此方案的主要工程量如下：

1）替換既有除塵器濾袋、籠骨。

2）花板孔距根據既有除塵器情況選擇性改造。

改用褶皺濾袋無需對除塵器本體進行結構性改造，且無需新增占地。既有清灰系統、輸灰系統均可正常使用，工程量小，建設周期短，對高爐生產影響小。褶皺濾袋相比傳統圓形濾袋還有以下優點：

1）波形斷面清灰效果好，有效減少噴吹頻率，提高濾袋及噴吹部件的壽命。

2）過濾風速降低，有效減少除塵器的運行阻力，降低除塵風機能耗。

3）提高了灰斗進氣高度，減少含塵煙氣對濾袋的沖刷，改善進氣條件。

但褶皺濾袋與廠區其它除塵器的濾袋不具有互換性，不利于業主統一管理維護。

2.5 方案比選

本文以某鋼鐵企業既有礦焦槽除塵系統為基礎，介紹了布袋除塵器超低排放改造的四種方案，并簡要分析了各種方案的利弊，該除塵器改造工程從建設工程量、建設周期、新增占地、影響生產、投資成本、濾袋互換性等方面進行綜合定性對比如表2。結合該除塵設施的實際環境，其超低排放改造推薦選擇改用褶皺濾袋的方案。

表2 改造方案綜合對比

3 改造效益

推進鋼鐵企業超低排放改造是打贏藍天保衛戰的重要一環，其社會效益、環保效益、經濟效益很顯著。

1）社會效益。該鋼鐵企業廠址位于近市區，周邊緊鄰居住區，企業如期完成超低排放改造任務，減少污染物排放，有利于提高周邊的空氣質量、改善居民生活環境，有利于樹立負責任、有擔當、積極響應國家政策的企業形象。

2）環境效益。超低排放改造前后，該除塵系統顆粒物的排放情況見表3（注：煙氣溫度按25 ℃計算）。

表3 顆粒物排放情況

按高爐系統年作業率97%計算，完成改造后，僅該除塵器每年至少可減少顆粒物排放量約102 t，極大地減少了對大氣的侵害，全行業超低排放改造對環境保護的意義由此可見一斑。

3）經濟效益。隨著超低排放改造技術水平的提高和創新，改造成本逐漸下降，節能降耗的效果逐漸體現。以某鋼新1#高爐出鐵廠與礦槽除塵器超低排放改造工程為例，改用褶皺濾袋后經實測，滿足超低排放要求的同時除塵風機能耗降低了15%以上，節省運行費用十分可觀。

4 結論

1）鋼鐵企業既有布袋除塵器進行超低排放改造的主要措施是提高除塵器過濾面積，降低過濾風速。

2）布袋除塵器的擴容方案多樣，應針對既有除塵器的具體情況，結合業主需求、場地條件、投資成本等因素綜合考量，靈活選擇改造方案。

3）褶皺濾袋應用于布袋除塵器擴容改造時，能短期內顯著提高過濾面積。當要求擴容比例較高時，較其它方案更具優勢。