轉爐煤氣一次濕法除塵系統的創新技術及應用
——濕式電除塵器超低排放

任小巖

（普銳特冶金技術（中國）有限公司，上海 201108）

社會的進步需要企業的發展，企業的生存需要民生的支持。要“金山銀山，更要綠水青山”，持續高效的社會發展，需要穩定改善的民生支持和同先進的國際產業鏈接軌。國家為此持續地采取了逐漸趨嚴的法規性環境保護措施，重拳打擊污染物高污染、超標排訪。高能耗重污染的傳統大戶——鋼鐵企業成為重要監控和治理對象。許多鋼企要遵規守法地生存和發展，就要滿足國家出臺的各項環保規定。生產過程中使用的相關除塵系統就必須進行改造或升級。

1 項目概述

本方案以為鋼廠運營商提供低成本的除塵解決方案為前提，并兼顧現有系統運行和改造的時效性，滿足最低排放、短的建設周期和除塵系統運行的經濟穩定可靠是創新技術的關鍵驅動點。以下章節介紹了現今應用的濕式除塵系統升級改造的解決方案，以及濕式電除塵器技術特點及最新發展。

2 工藝描述

濕式電除塵器設置在轉爐一次煙氣濕法除塵系統下游和風機之間，高效凈化后的煙塵通過風機達標排放，依據現場和生產情況，可在轉爐煉鋼過程中并行安裝和單體調試，整體系統聯動調試在轉爐檢修期間完成。因此，濕式電除塵器的安裝與調試不需要額外的轉爐停機時間。此外，煙氣管道上設計的隔離閥門也可以使濕式電除塵器在轉爐正常生產過程中進行在線維護（圖1）。

干凈的煤氣從濕式電除塵器頂部出去進入下游的風機，根據煤氣品質選擇煤氣回收或放散。吸附在收塵極板上的灰塵及水滴，在噴淋沖洗水的作用下沿著陽極板向下流動，匯到濕式電除塵器的底部。噴淋水在沖洗陽極板的同時，具有清潔煙氣的作用。

圖1 濕電除塵器技術工藝流程

在轉爐煉鋼吹氧結束時，根據實際工藝和氣體條件的預定間隔自動進行沖洗。沖洗將從開始依次進行，只需幾分鐘便可完成清洗。不需要單獨供水，沖洗水可以直接使用來自濕法除塵系統部分的供水，沖洗陽極板僅在濕法除塵系統不需要氣體冷卻的期間進行（即轉爐處于非吹煉期間）。

3 工作原理

原煙氣流進入濕式電除塵器的下部，煤氣通過水平的兩層氣流分布板，使氣體在橫截面上的流動均等。穿過氣流分布板后，氣體通過冷卻水霧化加濕區域，與冷卻水充分接觸，增濕以降低氣體中粉塵的比電阻，可提高電離效率。經過降溫的飽和轉爐煤氣進入電場，電場中密布著許多的蜂窩狀收集電極(陽極板)，高壓整流變壓器施加給放電電極負的電壓，放出電子，在電場力作用下，電子向正極方向運動，移動中與粉塵微粒和液滴碰撞并粘在其上，這些帶電的微粒和液滴的附聚物通過電場力被捕集到陽極板上。至此，固體顆粒物與氣流完成分離，實現了“氣固分離”的除塵目的（圖2）。

圖2濕電除塵的工作原理

4 設備構成

濕式電除塵器主要包括殼體、放電電極（陰極線）、收塵電極（陽極板）、高壓供電裝置、絕緣裝置、氣流均布板、卸爆閥門、沖洗噴淋系統及控制系統等（圖3）。

圖3 立式濕電除塵器

4.1 殼體

殼體主要包括外殼及支撐結構。外殼的主要作用是密封煙氣，同時，保持整個設備的外觀美觀整潔。立式濕電除塵器本體是個獨立的設備，由于其體積較大，內部支撐結構主要是維持其整體剛度及強度，同時，支撐著陽極板及其他輔助設施。圓形立式濕電除塵器的外殼為耐壓型設計。整個除塵器設計1個電場，除塵器殼體上設置檢修入口，用于檢查內部件關鍵部位。

4.2 極線和極板

濕電除塵器設有垂直布置的蜂窩狀陽極管，它們與除塵器外殼一起接地。這些陽極板組成了除塵通道，煙氣流過后實現了除塵凈化。在通道中間設置了放電電極作為陰極，由絕緣子來支撐，除塵通道豎直布置在電除塵器殼體內。

陰極系統包括陰極框架，位于陽極板中間，極線要有一定張力。極線框架通過支架、懸吊式框架和套管固定在支承絕緣子上，絕緣子安裝在立式除塵器殼體頂部。絕緣子布置在頂部絕緣子保溫箱室里，懸吊管將懸吊系統的荷載傳遞到除塵器的外殼上。

陽極系統主要有192根內切圓直徑250毫米、長度3800毫米的正六邊形管組成的蜂窩管束，結構緊湊，質量輕。獨特的形狀增大了收塵面積，采用鏡面316L不銹鋼，表面光滑，疏水性好，更易于清除金屬表面積淀的粉塵（圖4）。

圖4 獨特的蜂窩極管

4.3 高壓供電裝置

高壓電和直流電流由位于立式濕電除塵器頂部的高壓整流器提供，并連接到放電電極系統。高壓整流器由PLC自動控制，利用高壓通過極線進行放電，電壓總是盡量保持在最大值和接近于火花放電閃絡界限，以便能得到最大的電暈電流和更高的除塵效率。考慮立式濕電除塵器內的間斷性循環噴水，該PLC控制器是為濕電除塵器的控制而專門開發的。

4.4 絕緣裝置

防止絕緣箱內絕緣石英管結露爬電。對每一絕緣件均采用電加熱方式，內外隔層中間保溫、恒溫控制，有效防止因積灰而產生的爬電擊穿現象，并在每個絕緣子底部設置防塵罩，隔絕了粉塵進入。

4.5 氣流均布板

氣體從立式濕電的下部進入，下部水平設置的2層氣流分布板保證氣體均勻分布在除塵器里。

4.6 卸爆閥門

濕電除塵器共設計了2個卸爆閥安裝在除塵器的頂部，卸爆閥的打開是通過彈簧力的變化來控制，帶自動復位功能。作為安全設計，當濕電除塵器內過壓時，通過在線檢測壓力傳感器數據和爆炸性氣體濃度（達到爆炸極限）預警設定值，提示報警并自動開啟閥板泄壓。

4.7 沖洗系統

為保證極板附著的粉塵及時清理，立式濕電除塵器電場的頂部設置清洗噴嘴。沖洗系統可以采用濁環水或者工業水。濕電除塵器底部排水可與現有濕法除塵系統排水的處理方式相同。由于每次收集的灰塵量相當少，因此，不需要單獨或額外的水處理。沖洗后的污水通過水封管道排放至除塵器附近的集中蓄水池，污水由排水泵排到最近的水處理站（圖5）。

圖5 沖洗噴淋裝置

4.8 控制系統

控制系統提供了友好的人機接口畫面，電氣分為高壓供電裝置和低壓控制系統。高壓供電裝置由高壓變壓器和高壓整流單元組成，安裝在濕電除塵器的頂部，通過Profibus或串聯接頭將高壓電源的信號連接到除塵PLC上。高壓整流單元包括低壓減幅扼流線圈、變壓器、整流器、高壓減幅元件和分壓器，以便于檢測高壓直流電壓和高壓擊穿電壓值。低壓控制系統是由低壓電器柜及元器件組成，主要包括進線熔斷器、接觸器、單項可控硅、交流調節器、檢測儀表（如電壓/電流表）和信號系統（圖6）。

圖6 濕電除塵系統HMI

5 創新設計

濕電除塵器由于工藝上的特點，采用立式設計。專為低排放設計，運營成本做到盡可能地低。氣體分布的截面對濕電除塵器排放水平有顯著的影響。另外，流場均勻分布可以使壓降更小。因此，在設計中運用計算流體動力學(CFD)方法對流場進行優化。

圖7 濕電除塵器流場

圖7顯示了進入立式濕電除塵器的氣體入口和出口流場狀態。由氣流均布板來分配氣體流量，放電電極顯示在圓柱體的垂直部分，上半部分表示清洗系統的區域。

氣流均布板的位置和設計，都是為了保證由于氣體流量分布的平衡而產生的低壓損失和獲得最低排放水平。得益于垂直設計，分離的水和灰塵受重力向下沉落。此外，沖洗水可將積淀在收集電極上灰層清洗下來。垂直設計的另一個好處就是與橫臥電除塵器相比，極大地減少了占用空間（圖8）。

圖8 CFD建模及優化后的氣流對比

6 結語

日前，由普銳特冶金技術（中國）有限公司提供的兩套濕式電除塵器在常州東方潤安集團有限公司于2020年3月改造完成投用。將濕式電除塵器安裝到現有的濕式除塵系統中，與運行中的轉爐平行建設，可以確保最短的改造停機時間。主要優點是更進一步降低了清潔氣體中的含塵量、合理的投資及對鋼鐵生產造成最小的影響。經初步檢測，凈化后的排放含塵濃度只有5.5mg/m3，遠低于國家環保標準，優于《鋼鐵行業超低排放標準粉塵顆粒物≤10mg/m3》的要求，達到煙塵凈化超低排放的目標（圖9）。

圖9 兩套立式濕電除塵器情況

需要提醒鋼鐵冶金企業關注的，超低排放將全面在京津冀及周邊地區、長三角地區、汾渭平原等大氣污染防治重點區域率先推進。2020年年底前，江蘇省鋼鐵行業將全部實現高標準、全流程超低排放。濕電除塵技術是實現轉爐煉鋼一次煙氣超低排放的關鍵、可靠和有效的技術保障，可助力現有鋼鐵企業實施超低排放改造目標，提升其污染治理水平，積極推進鋼鐵行業全面超低達標排放工作卓有成效的開展進行，助推企業科技水平進步，保障鋼企持續穩固發展。