杜然 舒剛 文福 周紀(jì)帥 卜萃文

中冶南方工程技術(shù)有限公司

我國(guó)粗鋼年產(chǎn)量已連續(xù)多年位居世界第一，2018年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量突破9 億噸，約占全球總產(chǎn)量的51.3%，并保持著逐年上升的態(tài)勢(shì)，鋼鐵行業(yè)依然是我國(guó)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的支柱之一。但與此同時(shí)，我國(guó)鋼鐵行業(yè)始終沒(méi)有擺脫高污染、高排放的負(fù)面形象。隨著環(huán)境問(wèn)題日益突出，國(guó)家不斷推出相關(guān)政策以減少鋼鐵行業(yè)污染物排放。2019 年4 月，生態(tài)環(huán)境部等五部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》（以下簡(jiǎn)稱《意見(jiàn)》），明確了鋼鐵行業(yè)內(nèi)各種生產(chǎn)工藝的污染物實(shí)現(xiàn)超低排放的具體排放濃度限值，并對(duì)完成超低排放改造任務(wù)提出了時(shí)間要求，即“到2020 年底前，重點(diǎn)區(qū)域鋼鐵企業(yè)超低排放改造取得明顯進(jìn)展，力爭(zhēng)60%左右產(chǎn)能完成改造，有序推進(jìn)其他地區(qū)鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作。到2025 年底前，重點(diǎn)區(qū)域鋼鐵企業(yè)超低排放改造基本完成，全國(guó)力爭(zhēng)80%以上產(chǎn)能完成改造?！庇纱丝梢?jiàn)，鋼鐵企業(yè)既有除塵器超低排放改造任務(wù)迫在眉睫。

1 改造措施

鋼鐵企業(yè)的主要工藝有原料、燒結(jié)、球團(tuán)、煉焦、煉鐵、煉鋼、軋鋼等，在以上工藝生產(chǎn)的煙氣處理中，布袋除塵器因其處理風(fēng)量范圍大、除塵效率高、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)有著非常廣泛的應(yīng)用。因近年來(lái)排放標(biāo)準(zhǔn)的快速提高，鋼鐵企業(yè)內(nèi)現(xiàn)存不少正值生命周期壯年但不滿足《意見(jiàn)》規(guī)定的排放限值的布袋除塵器。本文就當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的長(zhǎng)袋低壓脈沖除塵器的改造方案進(jìn)行分析。

長(zhǎng)袋低壓脈沖布袋除塵器的排放濃度主要與入口煙氣含塵濃度、粉塵特性、濾料材質(zhì)、過(guò)濾風(fēng)速等因素相關(guān)[1]。對(duì)既有除塵器而言，前兩項(xiàng)因素是既定項(xiàng)。

濾料材質(zhì)的選擇與煙氣參數(shù)、粉塵特性密切相關(guān)，濾料由普通濾料升級(jí)為超細(xì)纖維濾料或ePTFE 覆膜濾料等微孔濾料可改善除塵效果與清灰效果。微孔濾料主要提升了煙氣中微細(xì)顆粒物的分級(jí)效率[2]，而實(shí)際生產(chǎn)中粉塵粒徑分布千差萬(wàn)別，故在超低排放改造工程中，升級(jí)濾料材質(zhì)多用作輔助措施。

過(guò)濾風(fēng)速，也稱氣布比，是直接影響排放濃度的一項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，其意義是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積濾袋的煙氣流量，計(jì)算公式為：

式中：v 為過(guò)濾風(fēng)速，m/min；Q 為處理風(fēng)量，m3/h；A 為過(guò)濾面積，m2。

鋼鐵企業(yè)既有布袋除塵器過(guò)濾風(fēng)速普遍達(dá)到1.0～1.2 m/min 以上，顆粒物排放濃度多在30 mg/Nm3以上。根據(jù)同類型布袋除塵器的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，過(guò)濾風(fēng)速取0.8 m/min 以下時(shí)，能滿足10 mg/Nm3的超低排放濃度限值的要求。

因此，鋼鐵企業(yè)既有布袋除塵器超低排放改造的主要措施是除塵器擴(kuò)容，即提高除塵器過(guò)濾面積，降低過(guò)濾風(fēng)速。

2 改造方案

某鋼鐵企業(yè)煉鐵廠3200 m3高爐礦焦槽除塵系統(tǒng)于2006 年投用，采用長(zhǎng)袋低壓脈沖除塵器，雙排倉(cāng)室，布置如圖1，除塵器主要參數(shù)見(jiàn)表1。按式（1）計(jì)算，v=0.8 m/min 時(shí)，A=13542 m2。即需新增過(guò)濾面積5142 m2以上，擴(kuò)容比例達(dá)61%。

表1 除塵器主要參數(shù)表

圖1 某既有除塵設(shè)施

布袋除塵器擴(kuò)容改造主要有以下幾種方案[3]：串聯(lián)除塵箱體、并聯(lián)除塵器、加高除塵器、改變?yōu)V袋形狀等。本文結(jié)合該除塵器實(shí)例進(jìn)行方案比較。

2.1 串聯(lián)除塵箱體

在既有除塵器入口前或出口后串聯(lián)增加一跨或多跨除塵箱體。通常情況下，除塵器出口后的風(fēng)管與除塵風(fēng)機(jī)、消聲器、排氣筒等布置較緊湊，入口前的空間更為靈活，因此多在除塵器入口前串聯(lián)箱體。該除塵器需擴(kuò)容61%，在既有除塵器入口前新增5 跨除塵箱體，串聯(lián)之后總過(guò)濾面積將增加至13650 m2，過(guò)濾風(fēng)速降至0.79 m/min。串聯(lián)除塵箱體后的布置如圖2。

圖2 串聯(lián)除塵箱體立面布置圖

此方案的主要工程量如下：

1）新建5 跨除塵箱體（含配套的噴吹、卸灰、電控設(shè)備），核算既有除塵器相鄰的框架、立柱、基礎(chǔ)等受力情況，必要時(shí)采取加固措施。

2）改造除塵器內(nèi)部的進(jìn)出風(fēng)的主風(fēng)道隔板，確保串聯(lián)箱體后各清灰倉(cāng)室的進(jìn)、出風(fēng)均勻。

3）延長(zhǎng)2 條切出埋刮板輸灰機(jī)的輸送長(zhǎng)度，并加大其驅(qū)動(dòng)電機(jī)容量。

4）新建輸灰平臺(tái)、立柱與基礎(chǔ)，并對(duì)除塵器前的集合埋刮板輸灰機(jī)、斗式提升機(jī)、集中灰倉(cāng)、風(fēng)管支架等進(jìn)行移位改造。

串聯(lián)后的除塵器新增占地面積約140 m2，此方案要求既有除塵器入口前或出口后有較大的空置場(chǎng)地，且改造工程量大，建設(shè)周期長(zhǎng)，對(duì)高爐的正常生產(chǎn)影響大。地質(zhì)易沉降的地區(qū)，此方案可能會(huì)產(chǎn)生新、舊箱體沉降不一致導(dǎo)致除塵器箱體結(jié)構(gòu)變形等問(wèn)題。此方案用于擴(kuò)容比例較小的除塵器改造時(shí)，優(yōu)勢(shì)更明顯。

2.2 并聯(lián)除塵器

在既有除塵器旁就近新建布袋除塵器，并將其并聯(lián)到既有除塵系統(tǒng)。既有除塵器入口前的主風(fēng)管上增設(shè)分流三通，一部分含塵煙氣通過(guò)既有除塵器，另一部分含塵煙氣通過(guò)新建除塵器，凈化后的煙氣合流進(jìn)入除塵風(fēng)機(jī)。新建并聯(lián)除塵器后的布置如圖3，分流后，既有除塵器處理煙氣量為400000 m3/h，新建除塵器處理煙氣量為250000 m3/h，過(guò)濾風(fēng)速降至0.79 m/min。

圖3 并聯(lián)除塵器平面布置圖

此方案的主要工程量如下：

1）新建過(guò)濾面積5250 m2以上的除塵器（含配套的噴吹、卸灰、電控設(shè)備）。

2）新建2 條切出埋刮輸灰機(jī)，延長(zhǎng)既有集合埋刮板輸灰機(jī)的輸送長(zhǎng)度，并加大其驅(qū)動(dòng)電機(jī)容量。

3）新建分流、合流除塵風(fēng)管及支架，新建輸灰平臺(tái)、立柱與基礎(chǔ)。

新建除塵器、風(fēng)管等區(qū)域新增占地面積約250 m2，本方案要求既有除塵器周邊有較大的空置場(chǎng)地，且土建新建工程量大，建設(shè)周期長(zhǎng)。但新建除塵器可在建設(shè)完畢后再并入既有除塵系統(tǒng)，對(duì)高爐的正常生產(chǎn)影響較小。除塵風(fēng)管分流改造時(shí)應(yīng)設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置，確保兩臺(tái)除塵器處理煙氣量實(shí)現(xiàn)合理分配。

2.3 加高除塵器

加高除塵器中箱體，同時(shí)改用超長(zhǎng)濾袋。此方案是布袋除塵器擴(kuò)容改造的常用方案。該除塵器改用8～10 m 濾袋，約可增加過(guò)濾面積33%～67%。選用10 m濾袋，過(guò)濾面積可增加至14000 m2以上，過(guò)濾風(fēng)速降至0.77 m/min。

此方案的主要工程量如下：

1）除塵器中箱體進(jìn)行加高改造，核算除塵器框架、立柱、基礎(chǔ)等受力情況，并采取加固措施。

2）替換既有除塵器濾袋、籠骨。

3）升級(jí)噴吹系統(tǒng)，提高噴吹壓力。

此方案無(wú)需新增占地，工程量適中，建設(shè)周期適中，對(duì)高爐生產(chǎn)影響適中。但濾袋越長(zhǎng)，清灰效果越難保證。超長(zhǎng)濾袋噴吹后落下的粉塵更容易被二次捕集，導(dǎo)致清灰頻率增加。同時(shí)，更大的噴吹量也會(huì)加速濾袋的磨損，縮短濾袋壽命，維護(hù)難度更大。

2.4 改變?yōu)V袋形狀

既有除塵器的濾袋形式多為傳統(tǒng)圓形濾袋，占用同等體積的情況下，異形濾袋可達(dá)到更大的體積比表面積。常見(jiàn)的異形濾袋有扁形、橢圓形、菱形、褶皺形等。扁形、橢圓形、菱形濾袋均是通過(guò)其橫斷面的幾何特性實(shí)現(xiàn)，但較圓形濾袋的比表面積提升有限。褶皺濾袋是在圓形濾袋的基礎(chǔ)上沿圓周向內(nèi)縫制均勻的褶皺，形成一圈波形褶皺，比表面積較傳統(tǒng)圓形濾袋可提升50%～100%以上，更適用于需要大幅提升過(guò)濾面積的情況。

該除塵器以選用φ160×5500 規(guī)格的褶皺濾袋為例，單條褶皺濾袋的過(guò)濾面積可達(dá)5.7 m2以上，替換全部濾袋后總過(guò)濾面積可達(dá)16300 m2，擴(kuò)容比例達(dá)到94%，過(guò)濾風(fēng)速降至0.66 m/min，可滿足擴(kuò)容要求并保證了一定的改造余量。

此方案的主要工程量如下：

1）替換既有除塵器濾袋、籠骨。

2）花板孔距根據(jù)既有除塵器情況選擇性改造。

改用褶皺濾袋無(wú)需對(duì)除塵器本體進(jìn)行結(jié)構(gòu)性改造，且無(wú)需新增占地。既有清灰系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)均可正常使用，工程量小，建設(shè)周期短，對(duì)高爐生產(chǎn)影響小。褶皺濾袋相比傳統(tǒng)圓形濾袋還有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）波形斷面清灰效果好，有效減少噴吹頻率，提高濾袋及噴吹部件的壽命。

2）過(guò)濾風(fēng)速降低，有效減少除塵器的運(yùn)行阻力，降低除塵風(fēng)機(jī)能耗。

3）提高了灰斗進(jìn)氣高度，減少含塵煙氣對(duì)濾袋的沖刷，改善進(jìn)氣條件。

但褶皺濾袋與廠區(qū)其它除塵器的濾袋不具有互換性，不利于業(yè)主統(tǒng)一管理維護(hù)。

2.5 方案比選

本文以某鋼鐵企業(yè)既有礦焦槽除塵系統(tǒng)為基礎(chǔ)，介紹了布袋除塵器超低排放改造的四種方案，并簡(jiǎn)要分析了各種方案的利弊，該除塵器改造工程從建設(shè)工程量、建設(shè)周期、新增占地、影響生產(chǎn)、投資成本、濾袋互換性等方面進(jìn)行綜合定性對(duì)比如表2。結(jié)合該除塵設(shè)施的實(shí)際環(huán)境，其超低排放改造推薦選擇改用褶皺濾袋的方案。

表2 改造方案綜合對(duì)比

3 改造效益

推進(jìn)鋼鐵企業(yè)超低排放改造是打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要一環(huán)，其社會(huì)效益、環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益很顯著。

1）社會(huì)效益。該鋼鐵企業(yè)廠址位于近市區(qū)，周邊緊鄰居住區(qū)，企業(yè)如期完成超低排放改造任務(wù)，減少污染物排放，有利于提高周邊的空氣質(zhì)量、改善居民生活環(huán)境，有利于樹(shù)立負(fù)責(zé)任、有擔(dān)當(dāng)、積極響應(yīng)國(guó)家政策的企業(yè)形象。

2）環(huán)境效益。超低排放改造前后，該除塵系統(tǒng)顆粒物的排放情況見(jiàn)表3（注：煙氣溫度按25 ℃計(jì)算）。

表3 顆粒物排放情況

按高爐系統(tǒng)年作業(yè)率97%計(jì)算，完成改造后，僅該除塵器每年至少可減少顆粒物排放量約102 t，極大地減少了對(duì)大氣的侵害，全行業(yè)超低排放改造對(duì)環(huán)境保護(hù)的意義由此可見(jiàn)一斑。

3）經(jīng)濟(jì)效益。隨著超低排放改造技術(shù)水平的提高和創(chuàng)新，改造成本逐漸下降，節(jié)能降耗的效果逐漸體現(xiàn)。以某鋼新1#高爐出鐵廠與礦槽除塵器超低排放改造工程為例，改用褶皺濾袋后經(jīng)實(shí)測(cè)，滿足超低排放要求的同時(shí)除塵風(fēng)機(jī)能耗降低了15%以上，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用十分可觀。

4 結(jié)論

1）鋼鐵企業(yè)既有布袋除塵器進(jìn)行超低排放改造的主要措施是提高除塵器過(guò)濾面積，降低過(guò)濾風(fēng)速。

2）布袋除塵器的擴(kuò)容方案多樣，應(yīng)針對(duì)既有除塵器的具體情況，結(jié)合業(yè)主需求、場(chǎng)地條件、投資成本等因素綜合考量，靈活選擇改造方案。

3）褶皺濾袋應(yīng)用于布袋除塵器擴(kuò)容改造時(shí)，能短期內(nèi)顯著提高過(guò)濾面積。當(dāng)要求擴(kuò)容比例較高時(shí)，較其它方案更具優(yōu)勢(shì)。