現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)除塵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
1 引言
隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的日益嚴(yán)格和人們認(rèn)識(shí)的不斷提高，現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)除塵技術(shù)發(fā)展很快。明確除塵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，掌握除塵工作發(fā)展大方向，對(duì)搞好鋼廠環(huán)境有著重要指導(dǎo)作用和現(xiàn)實(shí)意義。
2 煙塵來(lái)源
現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)體系，可分為采礦、選礦、冶煉和精制等幾大部分。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。眾所周知，鋼鐵企業(yè)以其生產(chǎn)規(guī)模大、資源、能源消耗多等特點(diǎn)，一直被公認(rèn)為是大氣污染物排放量最大的行業(yè)之一。燒結(jié)、焦化、煉鐵和煉鋼生產(chǎn)過(guò)程是大氣污染物的主要來(lái)源，煙氣中含有大量的粉塵、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫及少量硫化氫、焦油物質(zhì)、氧化氮等。例如，一個(gè)年產(chǎn)100萬(wàn)t鋼的企業(yè)，僅在煉鋼、煉鐵、燒結(jié)三個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，每年約產(chǎn)生80億m3煙氣和5~10萬(wàn)t粉塵。煙塵來(lái)源和噸鋼粉塵發(fā)生量見(jiàn)表1。一座年產(chǎn)500~600萬(wàn)噸鋼的聯(lián)合企業(yè)，其各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程至少需集氣處理的含塵氣體量如表2所示。
 圖1 鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的設(shè)備配置 |
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表1 粉塵來(lái)源和發(fā)生量
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表2 各生產(chǎn)過(guò)程處理含塵氣體量
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3 鋼鐵企業(yè)煙塵特點(diǎn)
3.1 點(diǎn)多面廣連續(xù)排放
鋼鐵企業(yè)各單元生產(chǎn)過(guò)程中均有煙粉塵產(chǎn)生，污染源分布極廣。從原料準(zhǔn)備到鋼材出廠幾乎每個(gè)環(huán)節(jié)都有粉塵散發(fā)。
煉焦、燒結(jié)、煉鐵和煉鋼等單元24小時(shí)不間斷生產(chǎn)。塵源點(diǎn)的粉塵連續(xù)排放，除塵措施需要不間斷地正常運(yùn)行。除了必要的定修外，一年之內(nèi)從不停止，作業(yè)率達(dá)到100%。
3.2 含塵氣體排放量大濃度高
從表2可以看出，每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要處理的含塵氣體量都很大，其中煉鐵和煉鋼最大。煙氣量約占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的50%以上。每個(gè)生產(chǎn)車(chē)間和各生產(chǎn)工段產(chǎn)生的煙塵濃度都較高，特別是煉鋼轉(zhuǎn)爐吹煉階段產(chǎn)生的煙塵濃度瞬時(shí)高達(dá)50g/Nm3；轉(zhuǎn)爐兌鐵水過(guò)程中，煙粉塵外溢情況較嚴(yán)重; 另外電爐和轉(zhuǎn)爐一次煙氣溫度特別高。
3.3 粉塵成分復(fù)雜
鋼鐵企業(yè)粉塵成分主要以含鐵粉塵和原料粉塵為主，粉塵密度一般在0.5～2.0t/m3，粉塵比電阻在5×108Ω·cm以上，粉塵粒徑主要在0.2～20μm。各生產(chǎn)過(guò)程的粉塵特點(diǎn)不盡相同，其中以煉焦化學(xué)廠煙塵成分(例如含有SO2，焦油等)最為復(fù)雜，處理也更為困難。
4 除塵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
4.1 干法除塵技術(shù)取代濕法除塵技術(shù)的趨勢(shì)
在鋼鐵企業(yè)，由于煙氣和粉塵的多樣性和復(fù)雜性，例如煙氣中含有大量水分、焦油物質(zhì)、高溫顆粒、有毒物質(zhì)、可燃物質(zhì)等，所以對(duì)這些煙塵過(guò)去往往采用濕法除塵措施。
濕法除塵存在的主要問(wèn)題是：除塵效率相對(duì)較低、不能達(dá)到理想的程度；存在復(fù)雜的水處理過(guò)程或可能造成水二次污染問(wèn)題。
隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的日益嚴(yán)格和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的需要，在鋼鐵企業(yè)濕法除塵有被干法除塵取代的趨向。
（1）煉焦廠裝煤車(chē)除塵，把濕法文氏管除塵流程改為干法袋式除塵器流程后，節(jié)約用電60%，節(jié)約用水20t/h及相應(yīng)的污水處理費(fèi)用。
（2）高爐煤氣過(guò)去均采用濕法除塵技術(shù)。20世紀(jì)80年代開(kāi)始在100m3小高爐試驗(yàn)干法除塵，在取得技術(shù)突破后逐步推廣。目前450m3以下高爐大多采用干法袋式除塵工藝。2002年3000m3大型高爐開(kāi)始采用干法除塵技術(shù)取代傳統(tǒng)的雙級(jí)文氏管除塵技術(shù)，其突出優(yōu)點(diǎn)是總投資節(jié)約30%左右、占地節(jié)省50%、節(jié)水200kg/t鐵、節(jié)電70%以上，同時(shí)還可以減少管理人員，提高環(huán)保效益。
（3）轉(zhuǎn)爐煤氣用干法園式靜電除塵器工藝流程代替濕法除塵是干式除塵的重大進(jìn)展，其最大的優(yōu)點(diǎn)是干法除塵系統(tǒng)凈化后的煤氣含塵量在10mg/Nm3以下，不但可直接供用戶使用，而且風(fēng)機(jī)使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)工作量少。濕法除塵系統(tǒng)凈化后煤氣含塵量約80~100mg/Nm3，供用戶使用前還必須再設(shè)置一套除塵裝置；干法除塵系統(tǒng)阻力約6500Pa，濕式除塵系統(tǒng)阻力約20000Pa，因此干法除塵系統(tǒng)耗電約為濕式除塵系統(tǒng)的1/3；干法除塵系統(tǒng)回收的干粉塵，壓塊后可直接反饋給轉(zhuǎn)爐使用，濕法除塵系統(tǒng)需設(shè)置污水及污泥處理設(shè)施，回收的濕粉塵要送燒結(jié)廠利用，特別是含油塵泥還需設(shè)置轉(zhuǎn)底爐等爐子進(jìn)行專(zhuān)門(mén)處理后利用。
（4）火焰清理除塵和精軋機(jī)除塵，過(guò)去一直是采用濕法除塵裝置，但近幾年來(lái)也出現(xiàn)了干法除塵工藝技術(shù)。
4.2 脈沖噴吹技術(shù)取代反吹風(fēng)除塵器的趨勢(shì)
袋式除塵器的發(fā)展主要經(jīng)歷了：上世紀(jì)60～70年代試制出小型脈沖除塵器，因性能欠佳，到80年代至90年代初的反吹風(fēng)袋式除塵器占據(jù)主導(dǎo)地位。自上世紀(jì)80年代末，隨著脈沖除塵器技術(shù)和制作水平的不斷提高，濾袋長(zhǎng)度已由4m長(zhǎng)袋提高到6m，目前已可達(dá)9m。因脈沖除塵器具有噴吹力強(qiáng)，清灰效果好，設(shè)備阻力低，同風(fēng)量情況下占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，而從上世紀(jì)90年代開(kāi)始應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)。發(fā)展速度相當(dāng)之快，其發(fā)展趨勢(shì)將覆蓋所有采用干法布袋除塵領(lǐng)域。
按清灰方法的不同，袋式除塵器分為五種類(lèi)型：（1）機(jī)械振動(dòng)類(lèi)，（2）分室反吹風(fēng)類(lèi)，（3）噴嘴反吹類(lèi)，（4）振動(dòng)、反吹并用類(lèi)和（5）脈沖噴吹類(lèi)，在這五類(lèi)除塵器中應(yīng)用最多的是（2）、（5）類(lèi)，而（1）、（3）、（4）類(lèi)應(yīng)用要少得多，根據(jù)1998年某鋼鐵廠正在運(yùn)行中的袋式除塵器統(tǒng)計(jì)，各類(lèi)除塵器所占比例為（1）：（2）：（3）：（4）：（5）=5：72：1：2：20，從這些比例可以看出，反吹風(fēng)類(lèi)除塵器的應(yīng)用占主導(dǎo)地位。其它型式的袋式除塵器應(yīng)用范圍較窄。但到2000年后，新安裝的袋式除塵器幾乎全是脈沖袋式除塵器，這是因?yàn)槊}沖袋式除塵器與分室反吹風(fēng)袋式除塵器相比有明顯的優(yōu)點(diǎn)，詳見(jiàn)表3。
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表3 分室反吹和脈沖噴吹兩種袋式除塵器技術(shù)對(duì)比
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4.3 收塵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
⑴ 高效率的煙塵捕集
與嚴(yán)格的大氣排放標(biāo)準(zhǔn)相呼應(yīng)，在鋼鐵企業(yè)清潔生產(chǎn)中，國(guó)家不但對(duì)工藝生產(chǎn)設(shè)備提出清潔生產(chǎn)的先進(jìn)性指標(biāo)要求，而且將車(chē)間操作區(qū)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)也由過(guò)去的10mg/Nm3提高到8mg/Nm3。這就意味著各污染源的粉塵捕集效率必須大幅度提高，主要塵源的捕集效率由85%~90%提高到96%以上，以體現(xiàn)各生產(chǎn)操作區(qū)崗位潔凈，車(chē)間廠房外無(wú)煙塵外溢現(xiàn)象。高效率的煙塵捕集取決于：良好的煙塵捕集罩和較大風(fēng)量除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
⑵ 煙塵捕集罩
煙塵捕集罩形式有多種，有與工藝設(shè)備直接相連的捕集罩，與設(shè)備脫開(kāi)式捕集罩、高懸罩、密閉罩和廠房屋頂煙罩及豎＃式氣樓煙罩等。
影響捕集罩設(shè)計(jì)的因素有：工藝設(shè)備對(duì)煙罩認(rèn)識(shí)的局限性，工藝操作和設(shè)備維護(hù)的制約，廠房設(shè)計(jì)的限制以及捕集罩本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等因素。高效率煙塵捕集罩不但需工藝的良好配合并處理好上述幾個(gè)問(wèn)題，而且要熟悉各種生產(chǎn)工藝和污染物性質(zhì)，合理設(shè)計(jì)并顧及到罩口風(fēng)速與污染源的氣流方向及車(chē)間橫向氣流干擾等因素，同時(shí)捕集罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要留有足夠的空間停留煙氣，最終將96%以上的污染物捕集到吸塵罩內(nèi)、集中至除塵設(shè)備凈化后排放。
⑶ 大風(fēng)量除塵
過(guò)去，由于人們對(duì)環(huán)保重視的力度不夠，許多工程因環(huán)保費(fèi)用投入偏少和設(shè)計(jì)的局限性，導(dǎo)致粉塵超標(biāo)排放現(xiàn)象嚴(yán)重，結(jié)果不得不停產(chǎn)進(jìn)行整頓改造，既增加了重復(fù)建設(shè)投資，又浪費(fèi)了市場(chǎng)機(jī)遇，同時(shí)也阻礙了企業(yè)自身的發(fā)展，造成的損失遠(yuǎn)超過(guò)合理的環(huán)保投資。
所謂大風(fēng)量除塵，就是要提高煙粉塵的捕集效果。對(duì)那種因過(guò)于計(jì)較環(huán)保投資而造成除塵效果差的除塵設(shè)計(jì)而言，大風(fēng)量除塵，就是要通過(guò)計(jì)算，采用一個(gè)合理有效的煙塵捕集風(fēng)量，該風(fēng)量能克服車(chē)間橫向氣流干擾，并將96%以上的煙塵捕集入罩。
4.4 煙塵凈化技術(shù)與高效節(jié)能運(yùn)行趨勢(shì)
我國(guó)大氣環(huán)境中工業(yè)污染占70%，隨著經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的同時(shí)，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求，目前正在為鋼廠修訂更為嚴(yán)格的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)，征求稿意見(jiàn)將其定位在20mg/Nm3。這表明：實(shí)現(xiàn)粉塵排放限值20mg/Nm3，只是時(shí)間問(wèn)題。表4為部分國(guó)家和地區(qū)鋼鐵企業(yè)大氣污染物排放限值。
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表4 鋼鐵企業(yè)大氣污染物－粉塵排放限值
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為遵守循環(huán)經(jīng)濟(jì)和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的原則，作為重要環(huán)保設(shè)備的除塵器必須低阻力運(yùn)行、高效率凈化。因此必須采取一系列的技術(shù)措施，提高煙塵凈化效率的同時(shí)，使系統(tǒng)高效節(jié)能運(yùn)行。
⑴ 控制過(guò)濾風(fēng)速
對(duì)大中型規(guī)模的脈沖除塵器而言，過(guò)濾風(fēng)速不宜過(guò)高，現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)環(huán)保要求袋式除塵器過(guò)濾風(fēng)速一般不宜超過(guò)1.2m/min。雖然除塵器過(guò)濾面積可能增大，但由此給除塵系統(tǒng)帶來(lái)四大好處：除塵效率提高，濾袋使用壽命延長(zhǎng)，設(shè)備運(yùn)行阻力降低，風(fēng)機(jī)節(jié)能效果明顯。另外因除塵器過(guò)濾風(fēng)速的降低，同時(shí)又將引發(fā)除塵器清灰方式由離線清灰方式向在線清灰方式變革，這樣除塵器過(guò)濾面積（相對(duì)離線型除塵器）又可相應(yīng)減少，抵消了因過(guò)濾風(fēng)速降低帶來(lái)的除塵器投資增加。所以適當(dāng)降低除塵器過(guò)濾風(fēng)速優(yōu)勢(shì)明顯。
⑵ 選擇優(yōu)良濾料
根據(jù)粉塵性質(zhì)和特點(diǎn)，合理選用濾料品種，濾料單重應(yīng)在500g/m2以上，一般剛投入使用的新濾料的除塵效率相對(duì)來(lái)說(shuō)是較低的，隨著積聚在濾料上的粉塵增多，除塵效率將逐步上升，見(jiàn)圖2。圖2表明粉塵層對(duì)提高除塵效率有著重要意義。
 圖2 濾料在不同狀態(tài)下的分級(jí)除塵效率 1—清潔濾料；2—振動(dòng)清灰后的濾料； 3—積塵的濾料 |
如果要繼續(xù)提高除塵器過(guò)濾效率，那么采用具有人造粉塵層作用的覆膜濾料就能獲得理想的效果。濾料覆膜指在濾料表面覆蓋一層多孔薄膜，利用覆膜濾料可以提高濾料的過(guò)濾精度，即使對(duì)0.2~0.5μm的超細(xì)粉塵，其過(guò)濾效率也在99.5%以上。國(guó)內(nèi)濾料覆膜技術(shù)已經(jīng)成熟，濾料覆膜投資增加約20~25元/m2。
⑶ 優(yōu)化除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
除塵器阻力包括了除塵器結(jié)構(gòu)阻力和濾袋阻力，濾袋阻力可以通過(guò)控制過(guò)濾風(fēng)速和選用復(fù)合濾料來(lái)實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)阻力主要與設(shè)備本體設(shè)計(jì)及通過(guò)的風(fēng)速有關(guān)，若將風(fēng)速降低到14~16 m/s以下，則可比原結(jié)構(gòu)阻力降低約20%~40%，降阻效果非常明顯。有試驗(yàn)裝置和技術(shù)力量的單位正在通過(guò)模擬試驗(yàn)和微機(jī)計(jì)算來(lái)降低設(shè)備的結(jié)構(gòu)阻力。
⑷ 風(fēng)機(jī)變速運(yùn)行
鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程雖然是連續(xù)的，但在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中工況是變化的，例如電爐煉鋼持續(xù)時(shí)間為裝料5~10%，金屬熔化65~80%，吹氧10~15%，出鋼5~10%，在每一工況產(chǎn)生的煙氣量是不一樣的，要求處理的風(fēng)量也不一樣。所以除塵系統(tǒng)要采用風(fēng)機(jī)變速運(yùn)行以節(jié)約能源。風(fēng)機(jī)變速有變頻調(diào)速、液力耦合器調(diào)速、內(nèi)反饋調(diào)速等，應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)狀況通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選用合理的調(diào)速方式達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
5 結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)除塵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)也像其它經(jīng)濟(jì)工作一樣，必須遵循建設(shè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)約型社會(huì)的原則，積極開(kāi)發(fā)和采用先進(jìn)除塵技術(shù)，做到提高效率、節(jié)約能源，創(chuàng)造美好環(huán)境，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出努力。
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