燒結混合機濕式除塵系統的應用改造實踐

穆固天，李 強，鄭志強，張德千，任建偉，馬 健

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東日照 276800）

0 引言

2019 年4 月生態環境部印發《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》[1]中明確指出，燒結生產中物料破碎、篩分、混合等設備應設置密封罩，并配備有除塵設施，積極推進超低排放改造。隨著燒結工作者環保意識的提升和環保檢查力度的加大，燒結混合機除塵系統成為區域環境治理的重點研究對象。

因燒結混合機煙氣的獨有特性，常見的重力除塵、布袋除塵、靜電除塵等方法難以實現粉塵的有效捕集。近年來，國內部分燒結廠在一次混合機旁增設濕式除塵器，長時間運行后發現存在除塵管道結垢、污泥處理復雜等缺陷，長期不清理會導致除塵管徑逐漸變小，失去了除塵效果。寶鋼集團于2012 年開展了基于塑燒板除塵器的一次混合機除塵技術實踐，煙塵處理效果良好，但仍存在橫直管道堵塞問題，通過將進風與排灰管道合并設置為豎直管道的技術改造，解決了水平管道堵塞問題[2]。萊鋼集團型鋼對原混料工藝布局進行優化，加強混合機入口密封，從根本上有效的消除揚塵現象[3]。干霧抑塵技術在皮帶機上應用廣泛，應用到混合機筒體內亦能取得良好效果，但對維護保養的要求較高、經常存在噴嘴堵塞問題，已逐漸被棄用。

近年來，隨著環保要求日益嚴格，對于混合機揚塵問題的重視程度逐漸增加，相關除塵領域的技術應用、專利應運而生，包括干法、濕法除塵技術，其中多數方法是對原有技術的改進，可實踐性有待長時間驗證[4-6]。

1 燒結混合機系統及煙塵現狀

1.1 混合機系統

圓筒混合機作為燒結生產系統的主要設備之一，承擔著將鐵礦粉中和料、燃料、熔劑、返礦等經加水混勻、制粒成燒結混合料的作用。目前，國內常見的混合機系統分為一次混合機、二次混合機，為二段混合。為進一步提高混料效果，強化物料混合作用，穩定燒結礦質量，國內外眾多企業的燒結混合機系統在一混前增設強力混合機，也有一些企業采用三段混合技術。

1.2 混合機產塵機理

燒結物料中熔劑（生石灰、白云石、石灰石等）、燃料、除塵灰、高溫返礦等物料水分小，經皮帶運輸至圓筒混合機，皮帶機頭卸料與混合機存在一定落差，干物料在下落過程中產生粉塵的擴散。以生石灰為主的鈣基物料在混合機加水過程中產生消化反應，生成Ca（OH）2小顆粒的同時放熱，產生大量蒸汽，各類粉塵隨蒸汽在混合機中擴散并溢出造成揚塵。在通過混合機加高溫熱水或通蒸汽提高混合料料溫等措施下，揚塵現象會進一步惡化。

對寶鋼、萊鋼、寧鋼等燒結廠的一次混合機排放的粉塵成分進行化學分析，結果如表1 所示[2-3，7]。因煙塵取樣方式、位置不同，成分占比略有差異。其中，煙塵中以生石灰粉、細粒燃料占比較高，CaO 含量占36%～66%，C 含量占12%～30%，含鐵粉塵占4%～15%；從粒徑分布上來看，>30 μm 粒級占50%以上；而且煙氣具有含濕量高、煙塵顆粒濕容量大、粘附性較強等特點。

表1 一次混合機粉塵主要成分占比 %

2 燒結混合機濕法除塵探索應用

日照有限公司有2×500 m2燒結機，設計年產量1117.2 萬噸燒結礦。燒結混料為兩段混合，目前粉塵外溢現象主要體現在一次混合機入口位置。投產初期皮帶和一次混合機機頭位置的干霧抑塵系統應用效果較好，混合機粉塵無外溢現象。但是隨著混合機筒體內干霧抑塵系統長期運行維護不當，導致噴嘴堵塞日益嚴重、溢塵現象明顯，混合機區域地面衛生每班定時清理2～4 次，耗費大量人力物力，且環境較為惡劣，影響廠區容貌。

2.1 濕式除塵系統設備的應用

為解決燒結混合機粉塵外溢帶來的環境問題，綜合成本、物料循環利用等方面考慮，采用混合機濕式除塵系統，并于2021 年3 月開始投用。集塵罩設置在混合機的入口、出口位置，在引風機作用下，含塵氣流經管道進入離心濕式除塵器，管道上方等間隔設置噴嘴，噴水后在管道內形成水流，沉降的粉塵在水流和引風機的作用下流向除塵器。除塵器的工作原理為：含塵氣流在通過一個局部浸沒在水中的靜止葉輪片時會產生水幕，粉塵被截留下來進入水中。通過高速通過葉輪片的氣流形成湍流水幕以及氣流方向的快速改變產生的離心力從而提高了收塵效率。

濕式除塵系統用水流程如圖1 所示：除塵管道內的水與粉塵形成的污水與風分離后進入一級、二級沉淀池，一級、二級沉淀池的污水流入泥漿池內，通過泥漿泵回用至一次混合機物料加水。另設有清水池，清水池內的水來自于二級沉淀池和補充工業新水，經循環水泵用于除塵管道內的噴淋用水，從而實現水的循環利用。

圖1 濕式除塵系統用水流程

一級、二級沉淀池內污泥沉淀后，如果直接返回燒結配料皮帶，會引起配料水分波動，而直接外排則會造成二次污染。因此，在設計一級、二級沉淀池時底部安裝有攪拌泵和葉片，通過攪拌促使粉塵與水的混合作用，直接用于一次混合機內加水，徹底解決了污泥處理的難題。

泥漿池內的污水水溫20～25 ℃，直接用于一混加水后混合料料溫35～40 ℃。為進一步提高混合料料溫至露點溫度，減輕過濕現象對燒結礦產質量的影響，采取向泥漿池通入低壓蒸汽用于加熱的方式，目前水溫40～45 ℃、混合料55～60 ℃。

2.2 運行后存在問題與分析

（1）除塵管道堵塞。運行近10 個月后，一次混合機入口處逐漸出現粉塵外溢現象，檢修時排查除塵管道，發現管道堵塞嚴重，堵塞點主要位于一次混合機入口、管道彎管位置，其余位置無堵塞。管道內的結垢形貌不一，影響水流、含塵氣體的正常走向，是長期結垢未及時清理導致的后果，最終除塵管道有效直徑變小，除塵效率明顯下降。

（2）管道內循環水量偏小。除塵管道內水流量小是除塵管道堵塞關鍵因素之一。因各集塵口位置距離遠、管道總長度長，水流量小時導致粉塵逐漸在管道內淤積，因粉塵中CaO 含量高而產生CaCO3等結垢，集塵口附近管道位置結垢現象更為嚴重。

2.3 設備改造與維護

針對濕式除塵管道堵塞、除塵效率降低，導致混合機入口位置粉塵出現外溢現象，檢修期間對整個除塵設備系統進行排查，探索解決措施：

（1）管道疏通。檢修時采用高壓水槍進行清理、沖洗除塵管道，排出管道內沉淀的污泥，避免污泥淤積、管道承重增加帶來的安全隱患（圖2）。

圖2 管道堵塞、結垢清理前后對比

（2）除塵管道彎管、除塵罩附近常見堵塞點新增檢修平臺、人孔門，便于日常檢修點檢、管道、噴嘴等位置的清理工作。

（3）增大循環水量、水壓，并在一混入口附近管道位置再增加兩個噴嘴，提高粉塵捕集效率，減輕粉塵在入口管道處的沉積現象，對該位置的管道堵塞有一定抑制作用。

（4）混合機加水方式優化。從產生機理和擴散現象動力學分析，粉塵多為生石灰消化放熱產生蒸汽，蒸汽內附著有各種物料顆粒引起的。通過將混合機加水噴嘴適當后移1.3 m，可以降低粉塵外溢量，從而減輕除塵系統負擔。

（5）針對一級、二級沉淀池內沉淀形成的污泥板結，造成攪拌泵葉片磨損，攪拌效果下降的問題，清理后更換攪拌裝置。改造前，攪拌裝置電機功率0.75 kW、轉速1 r/min，改造后電機功率1 kW、轉速45 r/min，提高攪拌效果，實現污泥全利用。

2.4 下一步設備改造方案

日照有限公司的兩臺燒結機對應4 臺混合機，混合機入口、出口的集塵罩共計8 個，結合一次、二次混合機入口和出口位置所產生的蒸汽、粉塵量存在明顯差異的現狀，計劃在一次混合機出口、二次混合機入口和出口集塵罩后方管道安裝球閥，通過控制球閥開度來調整各除塵支管的除塵風量，進而實現增加一次混合機入口風量、優化除塵風量分配、提高整體除塵效率的目的。

3 結論

（1）燒結混合機除塵是環保要求的必然選擇，而濕式除塵系統的應用具有投資小、運行成本低的優勢。

（2）除塵系統運行中的管道堵塞問題是混合機濕式除塵技術推廣應用過程中需解決的重難點。

（3）日照有限公司燒結混合機濕式除塵系統經長期摸索、改造實踐后，目前已處于除塵效果見好、運維趨向穩定的階段，達到環保排放標準要求，區域環境改善明顯，職工勞動量降低。