淺談轉爐煉鋼一次除塵超低排放新技術發展趨勢

王進軒

［宣化冶金環保設備制造（安裝）有限責任公司，河北張家口075100］

1 概述

鋼鐵行業作為我國的一個支柱型產業，對于我國的經濟發展起著極其重要的作用。眾所周知，我國的鋼鐵行業不論在產能還是在產量方面均居于世界領先水平[1]。我國的鋼鐵企業主要集中于京津冀、長三角以及山西、陜西等地區，幾乎全國55%的產量均集中在這些區域，而產業的集中不可避免地造成了污染的集中，因此這些地區的環境污染也成為我國的重點控制區域。總體而言，對上述高污染、高能耗的鋼鐵企業進行污染治理，是目前環保工作不可缺少的重要環節。

鑒于上述情況，我國制定了多項政策，為鋼鐵行業超低排放改造工作正常、穩定推進保駕護航。2019年4月，中華人民共和國生態環境部等五部委聯合印發了《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》（環大氣〔2019〕35 號）[2]，該意見的發布標志著我國鋼鐵行業超低排放改造已進入實施階段。同年12月，中華人民共和國生態環境部又印發了《關于做好鋼鐵企業超低排放評估監測工作的通知》（環辦大氣函〔2019〕922 號）[3]，該通知為鋼鐵行業超低排放的監測工作提出了遵循原則、認定標準和監測程序和方法。為幫助各鋼鐵企業達到超低排放的相關要求，中國環境保護產業協會于2020年1月編制了《鋼鐵企業超低排放改造技術指南》（中環協〔2020〕4 號）[4]。該指南提供了鋼鐵行業超低排放改造技術路線的選擇、工程設計施工、設施運行管理方面的參考，為超低排放改造全過程提供了依據。由此，鋼鐵行業超低排放基本形成了一套系統性、專業性的體系。

鋼鐵企業轉爐煉鋼生產過程中產生大量的高溫、含塵、含一氧化碳（CO）的煙氣，而現有除塵技術具有局限性，主要表現如下：①受限于電除塵器的基本原理，無法設計出符合現有排放指標的超大規格除塵器。②排放指標越來越低，現階段已有的技術難以滿足排放要求。③煉鋼生產節奏不斷加快，增大了除塵運行的不穩定性，除塵系統的規格選型和技術路線突破成為迫切需要。基于此，本文提出了幾種不同路線下的應用技術，為煉鋼一次除塵超低排放改造提供參考。

2 技術路線

2.1 煤氣冷卻器前置技術

2.1.1 工作原理

煤氣冷卻器前置技術是在轉爐一次煙氣處理過程中，將原本布置在切換站后的煤氣冷卻器前移至引風機與切換站之間，其工作原理是將通過電除塵器凈化后的煙氣先經煤氣冷卻器進行噴淋冷卻及除塵，由此可使排散煙氣中的含塵量進一步降低，實現煙氣的超低排放。

2.1.2 系統構成

煤氣冷卻器前置技術所需配置與煤冷未前置技術基本相同，由煤氣冷卻器、冷/熱水池、相關水泵、冷卻塔、過濾器、相關儀表閥門等組成。由于該技術將煤氣冷卻器移至切換站前，導致煙氣在冷卻器中的含水量增大，影響后續設備的運行及煙氣排放，因此需要除霧裝置使其中的煙氣含水量降低。故在該冷卻器中加裝除霧器，并增加配套的沖洗裝置，可實現轉爐一次煙氣的超低排放。煤氣冷卻器前置系統工藝流程如圖1所示。

圖1 煤氣冷卻器前置系統工藝流程

2.1.3 技術特點

該技術使煤氣氣流方向與噴水方向反向流動，增加兩者的接觸表面，降溫迅速。不但可以進一步清洗煤氣，而且能夠解決干法靜電除塵器末級電場清灰產生第二次揚塵而導致凈煤氣含塵量超標的問題。經實際項目運行測試，該技術凈化的煙氣含塵量不超過10 mg/Nm3。

2.2 后置濕式電除塵器技術

2.2.1 工作原理

濕式電除塵器與干式電除塵器的工作原理基本一致，僅在清灰方式上略有不同。濕式電除塵器是利用噴霧等方式，在極板上形成一層薄薄的水膜，從而達到清灰的效果，并能有效防止粉塵發生二次揚塵。濕式電除塵器采用立式布置方式時，安裝位置放于風機后煙囪前，收塵極板型式為多規格六邊形蜂窩結構，陰極線垂直于六邊形極板中心，收塵極板上部和灰斗下部設置噴淋系統。在進氣方面，該電除塵器可采用切線進氣方式，也可采用中間進氣方式，通過適當的導流裝置使煙氣均勻分布于各蜂窩中。噴水方式可采用四周噴水、中心噴水、上部噴水等。在沖洗水的作用下，極板上收集的粉塵被水膜包裹，流入灰斗中排放，達標的潔凈煙氣排至出口。

2.2.2 系統組成

濕式除塵系統的主體構成包括：除塵器本體及鋼結構、脫水系統、供水系統、霧化噴射系統、氮氣系統、沖洗系統、回水系統、高壓電源、污水處理系統、閥門、膨脹節、配套電氣系統、儀表控制系統、自動化控制系統等。

2.2.3 技術特點

（1）工藝簡單：立式濕電除塵器內部采用的是蜂窩狀排列，可以在制造廠內拼接好，到現場直接安裝即可，設計結構緊湊，占地面積小。

（2）煙氣處理量范圍大：無論是煙氣還是粉塵污染物，從幾千至幾百萬風量都可以處理。

（3）除塵效率高：立式濕電除塵器由于采用的是蜂窩狀陽極管，其在吸收煙氣粉塵時接觸面積大，除塵率可達95%～99%。

（4）適應領域：立式濕電除塵器既可以處理煙氣也可以處理粉塵顆粒物，因此廣泛應用于鋼鐵、電力、建材、玻璃窯爐等行業的粉塵治理。

（5）運行阻力：阻力小于300 Pa，且運行、維修費用低。使用壽命30年以上。

（6）可使轉爐一次除塵系統的放散及回收煤氣含塵濃度由現有的最高300 mg/Nm3降低至不超過10 mg/Nm3的超低排放要求。

2.3 金屬濾袋精除塵技術

2.3.1 工作原理

轉爐煤氣經切換站放散側出來后，含塵氣體經管道進入除塵器箱體中，在導流板的作用下，含塵氣體均勻分布于整個濾室內部，粉塵在隨氣流上升過程中經過金屬濾袋并被攔截在金屬濾袋表面，煙氣得到凈化后放散。

精除塵器利用轉爐煤氣正常回收期，對金屬濾筒采用熱氮氣連續進行反吹再生作業，堆積在金屬濾袋表面的粉餅層在此反向加速度及反向穿透氣流的作用下，脫離金屬濾袋表面，落入灰斗。

落入灰斗后的粉塵累積到一定量時可由料位計控制，收集的粉塵通過氣力輸灰的方式運至干法除塵細灰倉。轉爐干法除塵系統改造工藝如圖2所示。

圖2 轉爐干法除塵系統改造工藝

2.3.2 系統組成

轉爐干法除塵系統包括：除塵器本體鋼結構、金屬濾料、噴吹系統、加熱系統、眼睛閥、氣力輸送系統、電氣控制系統[5]。

2.3.3 金屬濾袋技術特點

（1）濾袋為金屬材質，具有耐高溫、耐腐蝕、強度高等特點。

（2）濾袋的孔隙率較高，達到90%，使設備形成低壓降、低能耗。

（3）可實現在線反吹與離線清洗，再生程度高，壽命長。

（4）濾袋具有導電性，可有效避免靜電引起的粉塵爆炸。

（5）易于回收，可實現二次利用。

（6）相較于濕式電除塵器，金屬濾袋除塵器具有投資費用低、運行費用低、無水處理系統。

（7）不易發生爆炸。排放穩定且滿足煤氣含塵濃度小于10 mg/Nm3的要求。

2.4 分離式煙氣雙塔冷卻凈化技術

2.4.1 工作原理

煉鋼過程中產生1400～1600 ℃的高溫煙氣經過汽化冷卻煙道，溫度降至850～1000 ℃，再經蒸發冷卻器的霧化噴水作用，煙溫可降至250 ℃左右。此時，蒸發冷卻器內約30%的粗灰進入排灰系統，并定期加入轉爐中再次利用。煙氣則進入圓式電除塵器進行精除塵[6]。風機采用ID 軸流風機，有利于系統的泄爆。凈化后的煙氣經過軸流風送入分離式煙氣雙塔冷卻凈化裝置，即保留傳統的煤氣降溫塔位于切換站后回收側的基礎上，在放散側增加了煤氣噴淋凈化洗滌塔，該技術在國內轉爐一次除塵工藝系統中已成功應用。轉爐一次煙氣煤氣蒸發冷卻除塵及深度凈化系統如圖3所示。

圖3 轉爐一次煙氣煤氣蒸發冷卻除塵及深度凈化系統

2.4.2 系統組成

典型的分離式煙氣雙塔冷卻凈化系統包括汽化冷卻煙道、高溫非金屬補償器、蒸發冷卻環縫洗滌一體化裝置、旋轉混流發生器噴嘴、可調環縫洗滌器組件、水霧噴槍、金屬補償器、雙流體氣霧噴嘴、文氏噴射型連接管、風機入口管網連接管、煤氣切斷閥、煤氣放散管、氣動旋流分離筒、水霧噴嘴、濕旋脫水器、排污管、自清洗型水封排水器、氮氣接口等。

2.4.3 技術特點

（1）噴淋水與煙氣逆向流動，即煙氣從下向上，水流自上而下，增加水氣接觸時間，從而使煙塵與水高效滲透[7]。

（2）不同高度位置采用霧化級別不同的噴嘴實現分級噴淋水介入，后端較大顆粒冷卻水可以吸收合并前端小顆粒的水滴，并阻止水氣流失。

（3）按照煙氣流量流速和布氣布水狀態，設計該裝置的結構參數，每級的水量按預先設計并可分別調節。

（4）為了減少水分被氣流帶走，冷卻器尾端設置多級高效脫水裝置。

（5）可實現精除塵，分離式煙氣雙塔冷卻凈化裝置，排放濃度穩定控制在≤10 mg/m3以下。

（6）循環水處理設備投資費和運行成本大幅度降低，水量消耗降低了50%左右，煤氣回收量提高15%以上。

3 結語

鋼鐵行業的超低排放改造在當今減污降碳的大背景下勢在必行，且鋼鐵行業相較于電力行業涉及的范圍更廣，因此其超低排放改造是一個較大的系統性工程，幾乎涵蓋了鋼鐵行業中各個工藝流程，需各流程全面協調配合方可完成目標。鋼鐵行業的超低排放工藝選擇，應從經濟性、穩定性、實用性等方面考慮，同時通過建立示范工程、典型案例等形式，以點帶面，為各工藝流程提供參考依據，最終實現全過程、系統性的鋼鐵行業超低排放。