鋼鐵行業鋼渣處理煙氣凈化的探討

吳偉良

（浙江德創環保科技股份有限公司，浙江 紹興 312000）

引言

近日，山西省印發了《山西省鋼鐵行業超低排放2020年決戰計劃》，河北省發布了《河北省鋼鐵產業鏈集群化發展三年行動計劃》，山東省印發了《鋼鐵工業大氣污染物排放標準》（DB37/990-2019），江蘇徐州出臺了《徐州市2020年五大行業整合整治工作方案》，生態環境部也印發《重污染天氣重點行業應急減排措施制定技術指南（2020年修訂版）》[1]，可見國家及各地對鋼鐵行業的大氣污染治理始終尤為關注，推進著鋼鐵產能的整合，提升著鋼鐵產業的集中化。

目前，國內外大部分鋼鐵企業都是將熱態鋼渣進行各種不同的冷卻處理后進行加工，提取其中的金屬后再加以利用[2]，鋼渣的主要處理方法為熱悶、爐前熱潑、破碎、磁選后，渣粉送燒結配料或作水泥原料外賣[3]，但在鋼渣處理中會產生大量含塵、含水煙氣。

一、基礎設計條件

鋼渣處理的煙氣量需根據產渣量、噴水量等確定，本文煙氣量暫按100000m3/h考慮，含塵濃度按1000mg/Nm3考慮，入口煙氣溫度約為400℃，含水量為30%。

二、煙氣凈化工藝

通過吸風罩、煙道、引風機將各出塵點的待處理煙氣收集；設置暖風器將煙氣溫度從400℃降至100℃，空氣通過鼓風機進入暖風器，經過與熱煙氣換熱后，暖風器出口熱空氣可分兩路，一路接到濕電出口，用于混合加熱凈煙氣以達到消白的目的，另一路可用于現場需要熱源的系統中；通過噴淋塔洗滌，去除部分粉塵且降溫，使煙氣達到飽和，此時煙氣溫度從100℃降至70℃；經過濕電后，粉塵降至10mg/Nm3以下，具體煙氣凈化工藝流程如圖1所示。

三、主要子系統及關鍵設備

暖風器本體阻力≤200Pa，入口煙氣溫度約為400℃，入口空氣溫度約為35℃，出口煙氣溫度約為100℃，出口空氣溫度約為330℃。

暖風器主要由空氣加熱器和鼓風機組成，類似于空氣預熱器。暖風器布置于待處理煙氣與引風機之間，通過降低煙溫，主動改善進入后續噴淋塔及濕電的煙氣條件，實現煙氣余熱利用，暖風器出口熱空氣可分兩路，一路接到濕電出口，用于混合加熱凈煙氣以達到消白的目的，另一路可用于現場需要熱源的系統中。暖風器采用模塊化換熱單元設計，換熱效果好，極其容易安裝和檢修。

噴淋塔入口煙氣量為55500m3/h，入口含塵濃度≤1g/Nm3（干基），入口煙氣溫度約為100℃，出口粉塵濃度＜400mg/Nm3（干基），噴淋塔阻力≤1600Pa。

噴淋塔設置多層噴槍，利用雙流體噴槍噴射霧化冷卻水與煙氣相混合，主要通過水的氣化潛熱將煙氣降溫，同時在噴淋塔內設置高效除霧器及托盤，有效去除大顆粒粉塵，并使煙氣達到飽和狀態。

托盤上方會形成一層持液層，這將擴大氣液間的接觸面積，強化氣液間的傳質效果，同時氣液接觸產生泡沫層，氣相中的粉塵顆粒在通過泡沫層時，在慣性碰撞、截留、布朗擴散等多種除塵機理的綜合作用下被去除，使煙氣得到充分洗滌。經流場模擬，在相同條件下可獲得比空塔更高的脫除率。

濕電入口煙氣量為51000m3/h，入口含塵濃度＜400mg/Nm3（干基），入口煙氣溫度約為70℃，出口粉塵濃度＜10mg/Nm3（干基），濕電阻力≤300Pa。

濕電主要由殼體、陰極系統（放電極）、陽極系統（集塵極）、噴淋系統、熱風吹掃系統等組成。濕電的原理如下：金屬放電極在直流高壓電的作用下，將其周圍煙氣電離，使粉塵顆粒或霧滴粒子表面荷電，荷電粒子在電場力的作用下向集塵極運動，并沉積在集塵極上，捕集下來的水流或沖洗水流從集塵極頂部形成重力自流膜而流淌下來，將集塵極的顆粒帶走。濕式電除塵器主要經歷荷電、收塵和清灰三個過程，進而采用沖洗水沖刷集塵極表面來進行清灰處理[4]。若從投資角度出發，可考慮將噴淋塔與濕電做成一體，濕電布置于噴淋塔塔頂。濕電內煙氣流速按＜2m/s考慮，濕電各系統采用模塊化設計，設置檢修通道，便于安裝及檢修。

四、存在的難點及應對措施

（一）結垢

在部分鋼渣處理冷卻過程中會噴灑水，發生水化反應[5]，使得鋼渣處理煙氣具有一定的黏性、水硬性從而會導致極板、極線結垢。結垢后造成濕電放電不均勻，嚴重影響粉塵的捕集效率。

應對措施：通過設置噴淋塔，采用多層噴淋層、托盤、高效除霧器，不斷地噴淋、洗滌，將部分粉塵脫除；濕電的陰極線、陽極管采用不銹鋼材質，有導電性好、強度高、耐腐蝕性強等優良特性，采用間斷沖洗，預設每小時沖洗1次，每次沖洗3分鐘左右。沖洗頻率和沖洗時間可根據運行情況調節，有效避免極線、極板的腐蝕、結垢。

（二）廢水

鋼渣處理煙氣經過噴淋塔凈化，含塵顆粒降落至廢水，且伴有沉淀物（主要為石灰石、碳酸鎂等）產生。

應對措施：在噴淋塔、濕電附近設置沉淀池，廢水通過排出泵排至沉淀池，沉淀過濾后，通過排污泵外運泥漿，清水池內清水冷卻至室溫通過清水泵去塔回用。

五、結論與展望

目前，鋼渣處理煙氣凈化工藝并不成熟，整體系統能耗均較高，投資較大。本文介紹的鋼渣處理煙氣凈化工藝運維簡單，安全可靠，余熱得到極大利用，能滿足在鋼鐵行業鋼渣處理后的廢氣治理需求。