轉爐三次云霧除塵技術的應用與發展

易 勇

（河北鋼鐵集團邯鋼分公司三煉鋼廠，河北 邯鄲 056400）

0 前言

目前現有的轉爐一次、二次除塵設備逐漸不能跟上時代的步伐，加上轉爐冶煉期間發生噴濺、天車兌鐵時灑鐵等無組織放散現象時有發生，煉鋼廠廠房頂無組織放散冒煙情況經常被環保檢查通報，環保考核經常發生。

為了滿足環保排放要求，防止廠房粉塵外溢，目前絕大部分鋼廠采用在轉爐廠房房頂安裝頂吸布袋除塵為標志的三次除塵，然而該類型的三次除塵設備，由于除塵風機功率大，消耗大量的電能，對煉鋼廠成本造成不小的負擔，那么除塵效果達標、低能耗的除塵技術就顯得相關重要。

目前有一種轉爐三次云霧除塵技術，其原理根據自由碰撞聚積沉降理論，最細小的粉塵只有當水滴很小（如水霧）或加入化學制劑（如表面活性劑）以減少水的表面張力時才會聚結成團，如果水霧顆粒大于粉塵顆粒，那么粉塵僅僅跟隨水霧顆粒周圍的氣流運動，水霧顆粒與粉塵顆粒接觸很少或者根本沒有接觸，而達不到抑塵降塵的作用；如果水霧顆粒和粉塵顆粒大小接近，粉塵顆粒隨氣流運動時與水霧顆粒碰撞，接觸面粘貼在一起，水霧顆粒與粉塵顆粒直徑越接近，聚結的可能性越大，隨著聚結的粉團變大變重，從而很容易降落，水霧對粉塵的“過濾”作用就形成了。

1 轉爐三次云霧除塵技術的應用

轉爐三次云霧除塵技術包括雙流體超聲波水霧技術，超高壓水霧技術（高壓制粉技術）和云霧粒度控制技術等，其方法是在轉爐爐前門、兌鐵天車、氧槍口、轉爐[1]周圍平臺等揚塵點設置4 個“云霧區”，并配置相應獨立自動控制機構，當粉塵經過云霧區時，與水霧顆粒碰撞聚集，并形成團絮物，隨著團絮物不斷長大，最終在重力作用下自然沉淀降落，從而達到凈化煙氣的目的。

轉爐三次云霧除塵處理對象是未被一次、二次除塵捕捉而直接排入廠房的煙氣，處理分為3 個過濾沉降區：爐前溢煙過濾沉降區，氧槍口溢煙過濾沉降區，狗窩煙氣過濾沉降區，轉爐產生的無組織煙氣通過3 個沉降區后，顆粒物聚積長大并沉降，從而使煙氣得到凈化處理，如圖1 所示。

爐前溢煙過濾沉降區：該區域分為2 個沉降區，Q1 區和Q2 區， Q1 區——混勻和降溫，Q2 區——精細過濾沉降。

該區域主要處理下面2 種情況下產生的煙氣。1）兌鐵水、加廢鋼時排入車間的無組織煙氣。2）轉爐冶煉中期，爐口溢入車間的無組織煙氣。氧槍口溢煙過濾沉降區：對冶煉過程中氧槍口溢出的煙氣過濾和沉降，簡稱Q3 區。該區域主要處理溢出氧槍口的煙氣，煙氣通過3 區，煙塵得到過濾煙氣得到凈化。

狗窩過濾區：該沉降區位于汽化煙道狗窩處，對于煙道平臺密封不嚴所泄漏的煙氣進行過濾沉降處理，簡稱Q4 區，該區域主要處理兩類煙氣。1）出鋼過程溢出的煙氣。2）吹煉過程中煙道、平臺密封不嚴而溢出的煙氣。

圖1 轉爐三次云霧降塵各處理區示意圖

轉爐三次云霧除塵要求有3 點。1）產生顆粒度足夠小的水霧。2）水霧總量滿足粉塵沉降需求。3）粉塵沉降形成“干灰”無水痕。

表1 過濾沉降區物理性

根據現場實際情況，分析計算無組織排放的煙氣的參數，采取不同孔徑的噴嘴，設定不同的工作壓力與流量，通過計算機程序的控制實現云霧區與煙氣量的匹配，從而保證系統的除塵效果。

1.1 轉爐三次云霧除塵采用的特有的技術特點

轉爐三次云霧除塵采用的特有的技術特點如下。1）水霧發生技術。①雙流體超聲波水霧技術。利用蒸汽、水及高頻震蕩下產生的超聲波，三者共同作用產生需要的極細水霧。②超高壓水霧技術（高壓制粉技術）。在高壓狀態下，合適的壓力，特殊的結構產生需要的極細水霧。2）云霧的荷電效應理論。噴霧時一些霧粒自然帶電，其帶電量取決于噴霧方式，霧粒和塵粒帶電提高了捕塵系數。噴霧射流中帶電霧粒相對含量隨噴射壓力增加而增加，無論是負電荷還是正電荷的變化特性是一樣的。根據射流中霧粒數量和體電荷的測量結果計算出了某些電荷的平均值。

從表1 中不難看出，帶電霧粒數隨噴射壓力的增加而急劇增加。霧粒和塵粒的相互作用力，由電荷的符號、值、霧粒與塵粒的粒度及它們之間的距離決定。顯然，霧粒和塵粒的電荷越多，凝結的效果和降塵效率越顯著[2]。

轉爐三次除塵增加輔助功能，具備以下3 種要求。1）增加兌鐵光電信號，安裝在爐前二次除塵煙道上方，通過在爐前護板開孔安裝在護板外側，當轉爐兌鐵時，鐵水包擋住光電信號后，給出爐口溢煙噴霧除塵啟動信號。2）針對轉爐大噴、兌鐵時天車灑鐵時煙塵大量非組織排放應急大流量大壓力噴霧除塵方案，增加應急“大噴按鈕”，一旦突發煙塵大量非組織排放時，按下“大噴按鈕”按鈕，4 個噴霧除塵區所有水泵全部啟動、所有噴霧閥門全部開啟，同時該狀態工作壓力、噴霧流量明顯大于正常運行時，便于進行短時間滿負荷應急除塵。點“大噴結束”按鈕后，系統各水泵、閥門、工作壓力和流量等又會恢復到“大噴”前狀態。在現場有意識地通過天車灑鐵制造“大噴”除塵實驗，即使突發煙塵大量非組織排放該方法也非常有效。3）為了實時掌握對轉爐三次云霧除塵能源消耗，在水、蒸汽官道上加裝了流量計，瞬時流量和累計流量都做入電腦操作畫面，同時在總電源出加裝了電量表，增加了歷史曲線，便于隨時計算能源消耗。工藝主畫面通過編程實現動態模擬顯示整個生產過程，并實時顯示了各模擬量的數值，能夠實現對云霧區監視和控制選擇。以便于操作者能及時準確地掌握狀況。同時監測控制系統實現數據的實時采集、工藝畫面顯示、參數設定、報警功能、歷史曲線、報表打印及系統維護[3]。

轉爐三次云霧除塵投用要求達到的效果，具體有7 點。1）除塵效率達到90%以上（除塵效率檢測引入第三方檢測機構）。 2）實施后無煙塵逸出“云霧區”。3）實施后肉眼觀測廠房無煙塵逸出。4）實施后“云霧區”周圍無水跡，對設備、環境無影響。5）實施后對職工職業健康無危害。6）實施后符合河北省《鋼鐵工業大氣污染物排放標準》DB13/2169—2015 之4.2 條規定“顆粒物無組織排放濃度限值，無組織排放源，有廠房生產車間8 mg/m3”的標準。7）正常運行能耗成本低于0.2 元/噸鋼。

2 轉爐三次云霧除塵技術應用效果

2.1 除塵應用效果

某鋼廠三次云霧除塵設備投入運行后，經過環境監測中心監測，監測點位顆粒物最高濃度為2.483 mg/m3，符合《鋼鐵工業大氣污染物排放標準》（DB13/2169—2015）企業大氣污染物無組織濃度排放 “顆粒物無組織排放濃度限值，無組織排放源，有廠房生產車間8 mg/m3”的標準[4]。并且與傳統頂吸布袋除塵相比，轉爐廠房內環境污染得到了明顯改變；運行后對設備和職工健康沒有影響。

2.2 運行能耗效果

三次云霧除塵設備投入運行后，經過一段時間統計用水量、蒸汽使用量、電表抄數、轉爐冶煉鋼產量，計算得出軟水消耗為0.02 元/噸鋼，蒸汽消耗為0.08 元/噸鋼，電耗為0.0048 元/噸鋼，總的能耗為0.15 元/噸鋼，低于要求的0.2元/噸鋼。

3 轉爐三次云霧除塵技術的發展

三次云霧除塵技術采用短流程就地沉降除塵，屬于投資少，見效快的“短平快”項目，經過實施后效果能夠滿足目前環保要求，可以運用于無組織排放的廠房、皮帶通廊、大中包翻包區域、廢鋼間區域等。

4 結語

三次云霧除塵技術能耗是頂吸布袋除塵的1/16，合理應用該技術，使廠房內的冒煙情況得到基本改善，轉爐廠房頂煙塵無組織放散情況基本杜絕。該技術與其他除塵技術相比，具有較大的經濟和技術優勢。