文_丘桂水 寇向上 林海 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

1 燒結(jié)煙氣的產(chǎn)生和特點

1.1 燒結(jié)煙氣的產(chǎn)生

燒結(jié)過程是以高溫燃燒作為化學(xué)條件的一種復(fù)雜的物理及化學(xué)變化過程。該過程是鋼鐵冶煉中的一個重要環(huán)節(jié)，先將各種不能直接入爐的煉鐵原料，如粉礦、含鐵粉塵、雜副料等與燃料、溶劑以一定的配比，通過空氣和混合料產(chǎn)生的燃燒反應(yīng)，使粉料燒結(jié)成塊，然后燃燒過程產(chǎn)生的大量煙氣需經(jīng)過除塵，脫硫、脫硝處理完后才能從煙囪排放出去。

1.2 燒結(jié)煙氣的特點

1.2.1 煙氣量波動范圍大

每生產(chǎn)1t的燒結(jié)礦大約產(chǎn)生4000～6000m3的煙氣量，滿足燒結(jié)正常生產(chǎn)需要保持一定的燒結(jié)臺車速度和垂直燒結(jié)速度，由于燒結(jié)配料的透氣性、含水率、底料粒徑及厚度不均勻等原因，燒結(jié)運行負(fù)壓需要隨工況變化做適當(dāng)調(diào)整，即煙氣系統(tǒng)阻力變化較大，以致煙氣量波動范圍大。

1.2.2 溫度變化范圍大

燒結(jié)機(jī)主抽煙道煙氣溫度受工藝操作狀態(tài)的變化影響，一般在80～250℃經(jīng)常性波動。

1.2.3 煙氣攜帶粉塵量較大

一般含塵量為0.5～6g/m3。

1.2.4 煙氣含濕量大

燒結(jié)工藝為提高混合料的透氣性，燒結(jié)配料需要加適量的水進(jìn)行混料，水分含量一般在7%～12%。

1.2.5 煙氣成分復(fù)雜

受鋼鐵企業(yè)使用的燒結(jié)原料、燃料、溶劑及燒結(jié)工藝差異等影響， 煙氣中除二氧化硫外，含有多種腐蝕性氣體和重金屬污染物等復(fù)雜成分。

2 燒結(jié)機(jī)頭常規(guī)除塵工藝

2.1 電除塵器

電除塵器是燒結(jié)生產(chǎn)的重大工藝設(shè)備之一，不可或缺。目前燒結(jié)機(jī)頭99%以上均采用電除塵器工藝，用于燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣的處理。燒結(jié)機(jī)煙氣中含有大量的氣態(tài)鹽物質(zhì)和鉀、鈉化合物，這些粉塵具有比電阻高、不易荷電、振打清灰難和二次飛揚大等特點。此外，受飛灰性質(zhì)、煙氣溫度、流速波動范圍大等因素影響，造成常規(guī)機(jī)頭電除塵器出口的粉塵排放難以長期穩(wěn)定控制。

2.2 布袋除塵器

布袋除塵器利用布袋過濾分離煙氣中的粉塵顆粒，一般用于溫度較低工況的粉塵過濾。燒結(jié)煙氣中含有未燃盡碳顆粒和氣態(tài)碳?xì)浠衔?，燒結(jié)啟機(jī)階段的低溫造成碳?xì)浠衔镆夯?，在電場放電狀態(tài)下，易造成粉塵局部燃燒，存在燒袋、破袋風(fēng)險。同時，燒結(jié)煙氣的溫度、濕度和含氧量區(qū)間變化大，粉塵性質(zhì)復(fù)雜，因此燒結(jié)機(jī)頭除塵不宜采用袋式除塵技術(shù)。

3 國內(nèi)大氣環(huán)保形勢

從調(diào)研情況來看，目前國內(nèi)燒結(jié)機(jī)機(jī)頭配套電除塵器出口粉塵濃度大多只能控制在50～80mg/m3左右，有的甚至高達(dá)200mg/m3。能較穩(wěn)定地將機(jī)頭電除塵器出口粉塵濃度控制在《關(guān)于推進(jìn)實施鋼鐵企業(yè)超低排放的意見》（環(huán)大氣［2019］35號）要求的50mg/m3以下的并不多。機(jī)頭除塵排放不達(dá)標(biāo)的煙氣進(jìn)入到后端的脫硫脫硝工序，極易惡化環(huán)保系統(tǒng)的運行環(huán)境，增加系統(tǒng)的處理負(fù)擔(dān)。同時，易造成系統(tǒng)經(jīng)常性停機(jī)檢修，增加了運行維護(hù)費用，減少了生產(chǎn)時間，造成燒結(jié)產(chǎn)能下降，嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)收益。因此，開發(fā)一種新型的電除塵后端粉塵過濾技術(shù)勢在必行。

針對燒結(jié)機(jī)頭除塵器后端細(xì)而粘的絮狀粉塵荷電、極板吸附、振打清灰、二次飛揚大等難點，開發(fā)一種適應(yīng)后端電場工況條件下的金屬濾網(wǎng)除塵技術(shù)，能有效避免粉塵比電阻高而無法被電場高效捕集的不利影響，從而保證燒結(jié)機(jī)頭除塵器長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，有利于后續(xù)脫硫、脫硝工藝發(fā)揮最佳的工作效率及提高副產(chǎn)品石膏的品質(zhì)。

4 “電區(qū)+濾網(wǎng)區(qū)”復(fù)合除塵器

4.1 工作原理

復(fù)合除塵器主要由進(jìn)出口喇叭、靜電除塵區(qū)、金屬過濾網(wǎng)除塵區(qū)和灰斗等部件組成。它是在電除塵器的基礎(chǔ)上，增加金屬網(wǎng)過濾除塵。工作時，煙氣從進(jìn)口喇叭進(jìn)入電場區(qū)，粉塵首先在電場力的作用下荷電并大部分被收集，少量已荷電但難以被收集的粉塵隨煙氣進(jìn)入金屬濾網(wǎng)除塵區(qū)完成末端煙氣凈化，并經(jīng)出口喇叭、主抽風(fēng)機(jī)排出至后端脫硫脫硝設(shè)備。

4.2 電場區(qū)和金屬濾網(wǎng)區(qū)的作用

4.2.1 電場區(qū)的作用

含塵煙氣經(jīng)過電場時，在高壓電場的作用下，氣體發(fā)生電離，煙氣中的粉塵顆粒與空氣中電離的氣體結(jié)合，使粉塵顆粒荷電。粉塵荷電后，在電場力的作用下，向極性相反的電極運動，并沉積在上面。不同大小的荷電粒子在電場中的驅(qū)進(jìn)速度是不同的，而荷電粉塵粒子能否被收集，與粒子到電極之間的距離及電場引力、速度、粒徑和重量等各種復(fù)雜因素息息相關(guān)。

電場區(qū)一般設(shè)2～3個電場，分級除塵效率一般可達(dá)75%～80%，因此經(jīng)過電場區(qū)除塵后，堆比重0.5t/m3左右的較大顆粒粉塵包括未燃盡的炭顆粒均被捕集，進(jìn)入后端金屬濾網(wǎng)區(qū)的煙氣粉塵濃度一般為100～200mg/Nm3，預(yù)計最高300mg/Nm3。

4.2.2 金屬濾網(wǎng)區(qū)的作用

金屬濾網(wǎng)區(qū)具有精細(xì)過濾除塵的作用，設(shè)置在靜電除塵區(qū)的后端，根據(jù)工程需要可以選擇1～2個過濾區(qū)。設(shè)置不同過濾精度、不同過濾面積的金屬濾網(wǎng)區(qū)，既可作為收塵極，也對煙氣起攔截收塵、再均流的作用。煙氣粉塵經(jīng)前端電場區(qū)荷電收塵后，進(jìn)入過濾區(qū)的大部分粉塵仍是荷電狀態(tài)，經(jīng)過金屬過濾網(wǎng)時，荷電粉塵附著在金屬網(wǎng)上，形成蓬松的粉餅層，透氣性好，設(shè)備整體運行阻力低 。通過底部、側(cè)部機(jī)械振打進(jìn)行清灰，保持濾網(wǎng)表面粉餅層在一定的厚度范圍內(nèi)，實現(xiàn)整體壓差的均衡狀態(tài)，滿足燒結(jié)設(shè)備正常生產(chǎn)的負(fù)壓均衡需求，從而使整個系統(tǒng)達(dá)到后端脫硫脫硝的進(jìn)口粉塵濃度均值化、減量化要求。

4.3 電網(wǎng)復(fù)合除塵器的技術(shù)特點

4.3.1 過濾微細(xì)粉塵

利用前端多級電場區(qū)除塵優(yōu)勢，煙氣中未被電場區(qū)收集的荷電弱、粒徑小的粉塵再由金屬濾網(wǎng)過濾，具有布袋除塵器過濾細(xì)粉塵的優(yōu)勢。

4.3.2 適用于復(fù)雜工況

金屬濾網(wǎng)對粉塵具有高效攔截特性，同時可有效忽略因燒結(jié)原料、工況變化而引起的煙塵成分變化、粉塵比電阻高、含水率大、溫度變化大等諸多因素帶來的不利影響。

4.3.3 使用壽命更長，阻力更低

金屬濾網(wǎng)耐溫高，能有效避免因設(shè)備內(nèi)部粉塵燃燒而產(chǎn)生的燒袋或破袋的風(fēng)險，耐磨性能優(yōu)于布袋，壽命較布袋更長。荷電的粉塵更易在金屬濾網(wǎng)表面凝并，形成絮狀粉餅層，有效增加了粉塵層的透氣性，阻力低。

4.3.4 金屬濾網(wǎng)選型空間大

金屬濾網(wǎng)選型較布袋更有空間，受燒結(jié)煙氣的溫度、濕度、含氧量等寬區(qū)間變化及粉塵成分的影響較小，壽命影響也較小。

4.3.5 金屬濾網(wǎng)剛性強

金屬濾網(wǎng)相比于濾袋，其剛性更強，透氣性好，有利于荷電粉塵的收集。

5 電網(wǎng)復(fù)合除塵器的前期研發(fā)

5.1 試驗裝置的選擇

通過前期小型試驗裝置，對比分析不同過濾精度金屬濾網(wǎng)的運行阻力、表面收塵情況及清灰效果等，最終確定了其中綜合性能最佳的金屬網(wǎng)技術(shù)參數(shù)。

結(jié)合燒結(jié)機(jī)頭實際工況，模擬設(shè)計實驗裝置如圖1。裝置進(jìn)口煙道前端設(shè)電加熱器升溫調(diào)溫裝置，在進(jìn)口水平煙道處加入粉塵，模擬粉塵濃度為3g/m3，垂直煙道蒸發(fā)加濕裝置。在風(fēng)機(jī)引力的作用下，加熱器加熱的內(nèi)循環(huán)空氣將粉塵和水汽帶入管道內(nèi)，混合后的煙氣經(jīng)過電除塵區(qū)、金屬網(wǎng)區(qū)進(jìn)行除塵。通過壓力變送器測量金屬網(wǎng)兩側(cè)的壓差變化，得出金屬網(wǎng)在不同過濾風(fēng)速條件下的阻力變化。

圖1 試驗裝置簡圖

5.2 試驗過程及數(shù)據(jù)分析

本試驗采用不開電場、開單電場和開雙電場除塵的三種試驗條件，對比出口粉塵排放濃度，依次檢測出粉塵濃度分別為78.7mg/m3、16.6mg/m3和10.1mg/m3，檢測數(shù)據(jù)見表1。單電場運行條件下，無塵工況和含塵工況的煙氣量、壓差和過濾風(fēng)速隨風(fēng)機(jī)頻率變化情況分別見圖2、圖3。雙電場含塵工況運行條件下，煙氣量、壓差和過濾風(fēng)速隨風(fēng)機(jī)頻率變化情況見圖4。

表1 三種試驗條件下出口粉塵數(shù)據(jù)表

圖2 無塵工況條件下參數(shù)曲線圖

圖3 單電場含塵工況條件下參數(shù)曲線圖

圖4 雙電場含塵工況條件下參數(shù)曲線圖圖

通過對比表1數(shù)據(jù)可以看出，不開電場的情況下，過濾區(qū)出口粉塵排放濃度78.7mg/m3，無法滿足排放要求；開啟單電場、雙電場后的過濾區(qū)出口粉塵排放濃度分別為16.6mg/m3和10.1mg/m3，達(dá)到了預(yù)期要求。

如圖2所示，無塵工況條件下，過濾風(fēng)速0.924m/min時，阻力650Pa，說明該濾網(wǎng)透氣性很好；從曲線上看，隨著過濾風(fēng)速的增加，阻力增量變化趨勢大于風(fēng)量的增量變化趨勢。對比分析圖3和圖4可以看出，開啟單電場或雙電場的條件下，當(dāng)頻率小于25Hz時，過濾風(fēng)速、壓差隨風(fēng)機(jī)頻率的增加，其增量變化都較??；而當(dāng)頻率大于25Hz后，隨風(fēng)機(jī)頻率的增加，過濾風(fēng)速增量趨勢遠(yuǎn)小于壓差的增量趨勢。

此外，通過振打金屬網(wǎng)框架，大部分粉塵從金屬網(wǎng)表面散落下來，過濾風(fēng)速在0.8m/min左右時，振打清灰后的阻力小于700Pa，說明在機(jī)械振打力的作用下，粉塵能夠從金屬網(wǎng)上振落，機(jī)械振打清灰效果較好。

6 預(yù)期的技術(shù)前景判斷

通過試驗數(shù)據(jù)分析，采用“電區(qū)+金屬濾網(wǎng)區(qū)”復(fù)合除塵方式，通過金屬網(wǎng)匹配選型，選擇適宜的過濾速度，可以實現(xiàn)電除塵區(qū)末端細(xì)而粘且呈絮狀的高比電阻粉塵的高效捕集，實現(xiàn)出口粉塵濃度超低排放。適用于機(jī)頭新建或改造項目，特別是場地受限的改造項目和復(fù)雜的燒結(jié)工況煙氣除塵。通過本試驗，預(yù)期該電網(wǎng)復(fù)合除塵技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用前景廣闊，可以達(dá)到降低系統(tǒng)運行能耗，實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)效。