現代鋼鐵企業除塵技術發展趨勢
1 引言
隨著國家對環保要求的日益嚴格和人們認識的不斷提高，現代鋼鐵企業除塵技術發展很快。明確除塵技術發展趨勢，掌握除塵工作發展大方向，對搞好鋼廠環境有著重要指導作用和現實意義。
2 煙塵來源
現代鋼鐵工業生產體系，可分為采礦、選礦、冶煉和精制等幾大部分。鋼鐵聯合企業生產工藝流程如圖1所示。眾所周知，鋼鐵企業以其生產規模大、資源、能源消耗多等特點，一直被公認為是大氣污染物排放量最大的行業之一。燒結、焦化、煉鐵和煉鋼生產過程是大氣污染物的主要來源，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、氧化氮等。例如，一個年產100萬t鋼的企業，僅在煉鋼、煉鐵、燒結三個生產過程中，每年約產生80億m3煙氣和5~10萬t粉塵。煙塵來源和噸鋼粉塵發生量見表1。一座年產500~600萬噸鋼的聯合企業，其各個生產過程至少需集氣處理的含塵氣體量如表2所示。
 圖1 鋼鐵聯合企業的設備配置 |
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表1 粉塵來源和發生量
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表2 各生產過程處理含塵氣體量
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3 鋼鐵企業煙塵特點
3.1 點多面廣連續排放
鋼鐵企業各單元生產過程中均有煙粉塵產生，污染源分布極廣。從原料準備到鋼材出廠幾乎每個環節都有粉塵散發。
煉焦、燒結、煉鐵和煉鋼等單元24小時不間斷生產。塵源點的粉塵連續排放，除塵措施需要不間斷地正常運行。除了必要的定修外，一年之內從不停止，作業率達到100%。
3.2 含塵氣體排放量大濃度高
從表2可以看出，每個生產環節需要處理的含塵氣體量都很大，其中煉鐵和煉鋼最大。煙氣量約占整個生產過程的50%以上。每個生產車間和各生產工段產生的煙塵濃度都較高，特別是煉鋼轉爐吹煉階段產生的煙塵濃度瞬時高達50g/Nm3；轉爐兌鐵水過程中，煙粉塵外溢情況較嚴重; 另外電爐和轉爐一次煙氣溫度特別高。
3.3 粉塵成分復雜
鋼鐵企業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。各生產過程的粉塵特點不盡相同，其中以煉焦化學廠煙塵成分(例如含有SO2，焦油等)最為復雜，處理也更為困難。
4 除塵技術發展趨勢
4.1 干法除塵技術取代濕法除塵技術的趨勢
在鋼鐵企業，由于煙氣和粉塵的多樣性和復雜性，例如煙氣中含有大量水分、焦油物質、高溫顆粒、有毒物質、可燃物質等，所以對這些煙塵過去往往采用濕法除塵措施。
濕法除塵存在的主要問題是：除塵效率相對較低、不能達到理想的程度；存在復雜的水處理過程或可能造成水二次污染問題。
隨著國家對環保要求的日益嚴格和建設節約型社會的需要，在鋼鐵企業濕法除塵有被干法除塵取代的趨向。
（1）煉焦廠裝煤車除塵，把濕法文氏管除塵流程改為干法袋式除塵器流程后，節約用電60%，節約用水20t/h及相應的污水處理費用。
（2）高爐煤氣過去均采用濕法除塵技術。20世紀80年代開始在100m3小高爐試驗干法除塵，在取得技術突破后逐步推廣。目前450m3以下高爐大多采用干法袋式除塵工藝。2002年3000m3大型高爐開始采用干法除塵技術取代傳統的雙級文氏管除塵技術，其突出優點是總投資節約30%左右、占地節省50%、節水200kg/t鐵、節電70%以上，同時還可以減少管理人員，提高環保效益。
（3）轉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展，其最大的優點是干法除塵系統凈化后的煤氣含塵量在10mg/Nm3以下，不但可直接供用戶使用，而且風機使用壽命長、維護工作量少。濕法除塵系統凈化后煤氣含塵量約80~100mg/Nm3，供用戶使用前還必須再設置一套除塵裝置；干法除塵系統阻力約6500Pa，濕式除塵系統阻力約20000Pa，因此干法除塵系統耗電約為濕式除塵系統的1/3；干法除塵系統回收的干粉塵，壓塊后可直接反饋給轉爐使用，濕法除塵系統需設置污水及污泥處理設施，回收的濕粉塵要送燒結廠利用，特別是含油塵泥還需設置轉底爐等爐子進行專門處理后利用。
（4）火焰清理除塵和精軋機除塵，過去一直是采用濕法除塵裝置，但近幾年來也出現了干法除塵工藝技術。
4.2 脈沖噴吹技術取代反吹風除塵器的趨勢
袋式除塵器的發展主要經歷了：上世紀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年代初的反吹風袋式除塵器占據主導地位。自上世紀80年代末，隨著脈沖除塵器技術和制作水平的不斷提高，濾袋長度已由4m長袋提高到6m，目前已可達9m。因脈沖除塵器具有噴吹力強，清灰效果好，設備阻力低，同風量情況下占地面積小等優點，而從上世紀90年代開始應用于鋼鐵企業。發展速度相當之快，其發展趨勢將覆蓋所有采用干法布袋除塵領域。
按清灰方法的不同，袋式除塵器分為五種類型：（1）機械振動類，（2）分室反吹風類，（3）噴嘴反吹類，（4）振動、反吹并用類和（5）脈沖噴吹類，在這五類除塵器中應用最多的是（2）、（5）類，而（1）、（3）、（4）類應用要少得多，根據1998年某鋼鐵廠正在運行中的袋式除塵器統計，各類除塵器所占比例為（1）：（2）：（3）：（4）：（5）=5：72：1：2：20，從這些比例可以看出，反吹風類除塵器的應用占主導地位。其它型式的袋式除塵器應用范圍較窄。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，這是因為脈沖袋式除塵器與分室反吹風袋式除塵器相比有明顯的優點，詳見表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對比
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4.3 收塵技術發展趨勢
⑴ 高效率的煙塵捕集
與嚴格的大氣排放標準相呼應，在鋼鐵企業清潔生產中，國家不但對工藝生產設備提出清潔生產的先進性指標要求，而且將車間操作區衛生標準也由過去的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，以體現各生產操作區崗位潔凈，車間廠房外無煙塵外溢現象。高效率的煙塵捕集取決于：良好的煙塵捕集罩和較大風量除塵系統設計。
⑵ 煙塵捕集罩
煙塵捕集罩形式有多種，有與工藝設備直接相連的捕集罩，與設備脫開式捕集罩、高懸罩、密閉罩和廠房屋頂煙罩及豎＃式氣樓煙罩等。
影響捕集罩設計的因素有：工藝設備對煙罩認識的局限性，工藝操作和設備維護的制約，廠房設計的限制以及捕集罩本身的結構設計等因素。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問題，而且要熟悉各種生產工藝和污染物性質，合理設計并顧及到罩口風速與污染源的氣流方向及車間橫向氣流干擾等因素，同時捕集罩的結構設計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、集中至除塵設備凈化后排放。
⑶ 大風量除塵
過去，由于人們對環保重視的力度不夠，許多工程因環保費用投入偏少和設計的局限性，導致粉塵超標排放現象嚴重，結果不得不停產進行整頓改造，既增加了重復建設投資，又浪費了市場機遇，同時也阻礙了企業自身的發展，造成的損失遠超過合理的環保投資。
所謂大風量除塵，就是要提高煙粉塵的捕集效果。對那種因過于計較環保投資而造成除塵效果差的除塵設計而言，大風量除塵，就是要通過計算，采用一個合理有效的煙塵捕集風量，該風量能克服車間橫向氣流干擾，并將96%以上的煙塵捕集入罩。
4.4 煙塵凈化技術與高效節能運行趨勢
我國大氣環境中工業污染占70%，隨著經濟迅猛發展的同時，國家對環境保護提出了更高的要求，目前正在為鋼廠修訂更為嚴格的粉塵排放標準，征求稿意見將其定位在20mg/Nm3。這表明：實現粉塵排放限值20mg/Nm3，只是時間問題。表4為部分國家和地區鋼鐵企業大氣污染物排放限值。
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表4 鋼鐵企業大氣污染物－粉塵排放限值
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為遵守循環經濟和建設節約型社會的原則，作為重要環保設備的除塵器必須低阻力運行、高效率凈化。因此必須采取一系列的技術措施，提高煙塵凈化效率的同時，使系統高效節能運行。
⑴ 控制過濾風速
對大中型規模的脈沖除塵器而言，過濾風速不宜過高，現代鋼鐵企業環保要求袋式除塵器過濾風速一般不宜超過1.2m/min。雖然除塵器過濾面積可能增大，但由此給除塵系統帶來四大好處：除塵效率提高，濾袋使用壽命延長，設備運行阻力降低，風機節能效果明顯。另外因除塵器過濾風速的降低，同時又將引發除塵器清灰方式由離線清灰方式向在線清灰方式變革，這樣除塵器過濾面積（相對離線型除塵器）又可相應減少，抵消了因過濾風速降低帶來的除塵器投資增加。所以適當降低除塵器過濾風速優勢明顯。
⑵ 選擇優良濾料
根據粉塵性質和特點，合理選用濾料品種，濾料單重應在500g/m2以上，一般剛投入使用的新濾料的除塵效率相對來說是較低的，隨著積聚在濾料上的粉塵增多，除塵效率將逐步上升，見圖2。圖2表明粉塵層對提高除塵效率有著重要意義。
 圖2 濾料在不同狀態下的分級除塵效率 1—清潔濾料；2—振動清灰后的濾料； 3—積塵的濾料 |
如果要繼續提高除塵器過濾效率，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濾精度，即使對0.2~0.5μm的超細粉塵，其過濾效率也在99.5%以上。國內濾料覆膜技術已經成熟，濾料覆膜投資增加約20~25元/m2。
⑶ 優化除塵器結構設計
除塵器阻力包括了除塵器結構阻力和濾袋阻力，濾袋阻力可以通過控制過濾風速和選用復合濾料來實現。結構阻力主要與設備本體設計及通過的風速有關，若將風速降低到14~16 m/s以下，則可比原結構阻力降低約20%~40%，降阻效果非常明顯。有試驗裝置和技術力量的單位正在通過模擬試驗和微機計算來降低設備的結構阻力。
⑷ 風機變速運行
鋼鐵生產過程雖然是連續的，但在連續生產過程中工況是變化的，例如電爐煉鋼持續時間為裝料5~10%，金屬熔化65~80%，吹氧10~15%，出鋼5~10%，在每一工況產生的煙氣量是不一樣的，要求處理的風量也不一樣。所以除塵系統要采用風機變速運行以節約能源。風機變速有變頻調速、液力耦合器調速、內反饋調速等，應根據工藝生產狀況通過技術經濟比較，選用合理的調速方式達到節能降耗的目的。
5 結語
現代鋼鐵企業除塵技術發展趨勢也像其它經濟工作一樣，必須遵循建設循環經濟和節約型社會的原則，積極開發和采用先進除塵技術，做到提高效率、節約能源，創造美好環境，為企業的可持續發展做出努力。
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