探索適合我國國情的冶金高溫煙氣治理及節能技術
內容提供：東方環境工程設計研究所
引 言1972年在瑞典斯德哥爾摩召開了人類第一次環境大會。至今已有30年，在環境與發展的問題上，人們已逐漸——
懂得了自然規律是不可背離的，
懂得了發展過程是不可以隨意逾越的，
懂得了主觀愿望不能代替客觀的現實。
環境與發展是當今國際社會普遍關注的問題，保護生態環境，實現可持續發展，已經成為全世界緊迫而艱巨的任務，冶金工業亦不能背離可持續發展這一大趨勢。
對于冶金行業環保工作者而言，探索符合我國國情的高溫煙氣治理及節能技術的新路子，是一項迫在眉睫的艱巨任務。
我國冶金高溫煙氣治理與節能技術現狀
主要存在的二大問題：
（一） 高溫煙氣控制水平較低，不能最大限度地控制排放總量，特別是對無組織排放的控制更為嚴重，普遍存在的捕集率較低的問題。
（二） 高溫煙氣治理運行能耗高，用綜合指標功流比考核，功流比高，指標較落后，即實際每獲得104m3/h風量，風機電機功率很大，運行電耗普遍較高。
通過對某廠九十年代新建的一座60t超高功率電爐，除塵系統各項參數的對比，充分說明以上問題。
某廠60t電爐除塵系統改造前后參數比較
按噸鋼產塵量12kg計算。
由此可見，無論是“三同時”項目，還是對老除塵系統進行改造，采用先進高溫煙氣治理與節能技術，均可獲得滿意的環保效果和可觀的經濟效益。
其中三個方面是造成上述情況的重要因素。
1、 沿襲國外的高溫煙氣捕集技術，未能在找出傳統捕集技術有悖高溫煙氣捕集機理的本質問題的基礎上，探索各種在確保生產工藝及操作的前提下既能確保環保要求，又能降低運行能耗的捕集形式。
2、 治襲國外高溫煙氣治理工藝路線，或者是將國外工藝設備拼湊組合成一套工藝系統，其工藝路線仍超越不了國外的工藝路線模式。
3、 對除塵系統的節能研究往往把風機調速與節能相提并論，進入了一個誤區，未認識到煙氣治理工藝技術的進步是節能的主要途徑。
高溫煙氣治理工藝路線的探討
工藝路線的設計決定了系統工藝的設計，設備的設計選型和配置，最終決定了整套高溫煙氣治理技術的優劣。它是一個涉及到設計思想，基礎理論以及污染源的生產工藝、廠房布置等一系列條件，是一個理論與實踐并重的課題，而決非是除塵器、風機、冷卻裝置及管道等的簡單組合。
目前高溫煙氣治理工藝路線主要有三點：
其一，強制冷卻工藝路線——高阻、高溫、小流量
其二，混合工藝路線——高阻、中溫、中流量
其三，短流程工藝路線——低阻、中溫、大流量短流程工藝路線分為一次捕集和二次捕集兩類。
一次捕集——混冷風型短流程工藝
二次捕集——一、二次煙氣溫合短流程工藝
上述三類工藝路線的選擇是決定系統綜合指標優劣的重要條件，然而，往往因沒有認識到重要性而不被重視，經常出現未經計算論證憑感覺否定一種，選擇另一種。其實上述各種工藝線路均有特定的適用條件，它將大大影響環保效果、運行電耗以及一次性投資、維護管理等的重要技經指標。
一般情況下，在能確保一次性將高溫煙氣捕集并達標時（如鐵合金爐），可采用第一類工藝路線，既能保證環保達標，能耗又不高，但由于高溫煙氣采用傳統的強制冷卻方式，且阻力很高，為此只能認為在現階段是較好的方案。當然，如果采用第一類工藝路線，而冷卻技術不過關，不能保證進入除塵器的煙氣溫度低于允許上限值而混入一定空氣降溫，那也是迫不得已。
對于第二類工藝路線，由于不必要的工藝環節過多，冷卻器低效且阻力又高等等問題，使得整個系統特征為高阻、長流程，所以在消耗功率很大的情況下卻得不到較大的處理風量，一般情況則應盡量避免使用。
當高溫煙塵源面積較大、煙氣發生量變化大、生產工藝動作狀態多時，則應選擇第三類工藝路線，例如，煉鋼電爐僅采用第一類（內排煙）解決了吹氧出鋼、加料等二次的煙氣捕集問題無法確保環保指標。為此，采用第三類混合工藝路線（天車通過式集煙罩、短流程工藝）。如果隨著高溫煙氣的變化而分階段分別采用第一類和第三類工藝路線，只要能滿足環保和節能雙重目標，也是可行的，但這必須是分階段的分別單獨應用，而不是全過程的組合使用。然而，在國內全過程的組合使用十分普遍，既難保證環保要求，又大大提高運行電耗，這方面的例子舉不勝舉。
近期東方環境工程設計研究所針對大中型電爐鐵水熱裝強化冶煉工藝又研制成功內外排混合短流程工藝，即典型的第三類一、二次煙氣混合短流程工藝，較好地解決了長期以來得不到解決的一些問題，取得了可喜的效果。
1、用低溫的二次煙氣混入高溫的一次煙氣，使之進入除塵器的混合煙氣溫度在允許使用溫度下。
2、刪除了一次系統中冷卻器等高阻、維修量大、噪聲大的工藝設備，使一次系統阻力大幅下降；刪除了一次系統中的又一故障因子加壓風機。
3、解決了一次系統普遍存在的易積灰、易堵塞的問題。
4、解決了冷卻器效率波動大，而二次風量又較低，最終導致燒濾袋的問題。
5、大大提高了一、二次系統的匹配性，徹底解決了常見的二次系統風量低于設計風量的問題。
6、大大降低了功流比，在同樣功率配置下，大大提高了系統風量，尤其是二次系統，使得普遍存在的二次系統效果不佳的問題得以解決（輔之合理的捕集裝置）；或者說在保持原工藝的設計風量下，可大大降低運行電耗。
該技術研究開發成功是高溫煙氣治理工藝路線的一大突破，是實現低阻、中溫、大流量的一個范例。
就目前的技術水平而言，第三類工藝路線既能確保很好的環保指標，又可大幅降低電耗，而且適應性強、運行可靠、維護方便。天車通過式治理技術（包括三個要素）作為第三類工藝路線的典型實例，雖然問世僅幾年時間，由于理論上的進步及實踐的成功，已被廣泛認同，并得以迅速推廣。僅2000年1~10月就分別在電爐、AOD爐上采用了15套。該技術既被授予“二000年國家和理點環境保護實用技術（A類）"證書，以及國家五部委頒發的“國家重點新產品”證書。
國際上電視機技術的發展由黑白電視到彩色電視，由普通屏幕到直角平幕到超平，進而又發展到純平……始終在不斷進步。在競爭中取勝無疑靠的是科技進步，而科技進步需要超前的科技意識，是對獲得成果的不斷修正，甚至否定。
在冶金高溫煙氣治理技術方面，如不站在戰略的高度，進一步探索環保指標更優、運行電耗更低、更實用可靠的、更佳的工藝路線及相關技術，那我們將錯失良機，只能是永遠依賴于引進與模仿。
當年東方所的半密閉罩技術也獲得了最佳實用技術證書，并在全國推廣應用了五十多套，但是為了適應冶金技術的進步、環保及節能的需要，東方所在半密閉罩技術的基礎上通過八年的努力，終于研制成功了“天車通過式電爐煙氣治理技術。”又一次榮獲“國家重點環境保護實用技術(A)類”證書。今天，在“天車通過式電爐煙氣治理技術”、“低阻、中溫、大流量”獲得成功的時候，東方人卻又在冷靜地思考探索更佳的高溫煙氣治理及節能技術，主要攻關課題是工藝路線及其相關技術。
探索的工藝路線（A）——超低阻工藝路線
超低阻工藝路線特征——超低阻、中溫、大流量
* 超低阻——通過捕集凈化一體化、除塵器改進及系統優化，將系統阻力降到最低。
* 中 溫——改進除塵設備的允許使用溫度，并使系統溫度趨近于允許溫度。
* 大流量——捕集凈化一體化加之允許溫度的提高，使流量大而不多余。
* 超低阻工藝路線是“天車通過式”、“低阻、中溫、大流量”的進步，與“天車通過式”、“低阻、中溫、大流量”比較，系統阻力更小，溫度有所提高，風量有所下降，運行電耗將更低，其實用性、適應性很強。
探索的工藝路線（B）——強化冷卻、低阻、小流量工藝路線
特征——煙氣強化冷卻、低阻、小流量
* 高溫——即進入系統的煙氣溫度高
* 強化冷卻——設計效率高、能耗低、不用水的大規格冷卻器強化冷卻，或者采用噴霧冷卻技術，它不同于現階段效率較低、能耗較高的強制冷卻。
* 小流量——在實施強化冷卻及提高工藝設備允許使用溫度的條件下，只要保證捕集效果，最大限度地減少處理風量。
以上二類工藝路線有其特定的適用范圍：
工藝路線（A）：適用性強，應用于高溫煙氣源面積大、發生量大而波動、生產工藝動態的情況。
工藝路線（B）：適用性受到生產設備的限制。適用于一次性捕集高溫煙氣即能達到環保指標。
對于類似煉鋼電爐的設備，如果將二類工藝路線相結合，分階段的分別使用
其一，通電時用（B）路線，出鋼加料時用（A ）路線，有望將電耗進一步下降，關鍵是能否達到環保效果的最佳化。
工藝技術發展趨勢
在高溫煙氣治理技術上的慣性思維，使人墨守成規，禁錮于傳統技術，束縛于國外模式。
回眸審視國內多年來高溫煙氣治理的科技進步，幾乎看不到什么優秀的成果。諸如天車通過式捕集和內外排混合短流程工藝技術成果可謂鳳毛麟角。
今后科研攻關的選題應緊緊圍繞“環保高指標、節能降耗和實用可靠”三個相互統一的目標。這也是高溫煙氣治理技術發展的趨勢。具體目標有：
* 超短流程化。終究會通過科技進步，既實現長流程到短流程再到超短流程的轉變，又實現從大流量到小流量的轉變。
* 三個一體化——即廠房與除塵設備一體化、生產工藝設備與除塵設備一體化、煙氣捕集裝置與凈化設備一體化。三個一體化其實也是超短流程的工藝路線的體現，而不是簡單的布局規劃。將大大提高環保效果和降低運行電耗。這一方面國內外已有過探索。例如，屋頂除塵器、天車通過式捕集罩……等，最終獲得成功將是必然的。而且，可以開拓的領域也十分廣闊，如LF爐、鐵水倒罐站、混鐵爐等，東方所正在作研究開發。
* 高溫煙氣冷卻器的高效、低阻化。這是實現“低阻、小流量”的必要條件。
* 煙氣治理與余熱利用相結合。例如，利用電爐煙氣余熱預熱廢鋼，八十年代作過不少探索，均未獲成功，九十年代，引進國外先進的電爐煉鋼技術已取得了可喜的成績，而對于大量現有電爐特別是大中型電爐，如何通過技術改造實現技術這一目標是必然趨勢。
* 除塵設施管理的專業化和無人化
在發達國家除塵設施的專業化管理是現代化鋼鐵企業的普通模式，已廣泛為采用，而在我國由于思想觀念、企業管理模式、人力資源、環保法規以及一系列因素的制約，致使除塵設施的專業化管理遲遲未開先河。
專業化管理的優點
* 有利于實現長期“環保達標”
* 有利于減少運行管理及維修費用
* 有利于降低運行電耗
* 有利于提高除塵設施的使用壽命
* 有利于為進一步提高除塵設施裝置水平，最終提高環保效果、降低運行費、減少總投入。
* 大大減少環保問題對企業各級分管領導的干擾，分散領導精力。
石家莊鋼鐵公司，在國內率先委托東方環境工程設計研究所對電爐及高爐出鐵場除塵設施進行專業化管理。這一創舉將大大推進我國冶金行業除塵設施的專業化管理進程。
有關技術政策、標準規范的探討
現行的一些技術政策、標準規范在一定程度上制約，甚至誤導了技術的進步，需要重新探討：
* 關于“由分散治理到集中治理”
對于污水治理由分散到集中的過渡顯然正確的，但是對于高溫煙氣（包括常溫）治理卻需要客觀的論證。根據二種類型的能量消耗分析比較，可以結論，一般情況下，只要若干個污染源相互間距離不是特別近，就不應該采用集中處理的辦法。
集中處理消耗的能量相當于采用氣力輸送的方式搬運粉塵所消耗的能量，而且又是料氣比非常小，效率非常低的一種氣力輸送。為此，國內常見把各污染源捕集的煙氣分別通過100～200米，甚至更遠的距離，然后集中到一座除塵器凈化的工藝流程是不可取的，除非受到設備布置條件的限制。然而，根據經驗，一般不存在這方面的困難。
* 關于煙氣治理設施的環保考核
國家及行業有關污染的考核標準、技術政策，對高溫煙氣治理的技術進步起著的導向作用。這方面還存在一些缺陷，有待修正。
國家標準（GB4911-85和GB9078-1996）中只規定了排放濃度，強調了有組織排放的考核，而忽略了無組織排放的考核，即使有組織排放部分，亦會造成“稀釋排放”即可達標的混淆概念。
有關冶金行業政策中對煉鋼電爐提出的噸鋼收塵量考核規定，一定程度解決了無組織排放的稀釋排放的問題，但對于不同捕集形式存在片面性。例如，目前很多單位強調噸鋼收塵量，認為越高越好。實際上，采用內排煙形式時，高噸鋼收塵量往往將相當的碳粉、石灰粉……等吸入系統。我們治理的目的不是要增加收塵量，而是最大限度減少細粉塵對大氣的排放污染。所以，應該以控制無組織和有組織排放的總量為目的進行考核。對于無組織排放，捕集率最能說明問題，但又難以定量考核，這方面建議研究制定一些更加合理、并切合實際的規定。
隨著總量控制的逐步實施，企業必然會努力減少排放總量，上述問題也將隨之解決。
* 有關除塵器技術性能的標準。例如，凈化效率、漏風率等這些標準對于除塵器單體設備來說，起到了一定規范性能及制造質量等作用。目前，在對治理污染的設施進行環保驗收時往往強調除塵器凈化效率并不合理，因為處理煙氣的含塵濃度以及粉塵顆粒分散度都將直接影響凈化效率，靜止的考核凈化效率是片面的。
結束語
毋庸置疑，伴隨世界冶金技術迅速發展，必然會出現與之相適應的高溫煙氣治理技術，其特征為“環保高指標、節能降耗、投資省和實用可靠”。然而，問題關鍵是在“優與劣”、“早與晚”、“中與洋”的結果上，這將取決于國人自己。因為，即我國加入WTO后，國外“先進”技術的引進也有一個過程，更何況國外的技術不盡完全適合我國國情。我們深信，適合國情的高溫煙氣治理技術只能依靠我們自己的努力，國內高溫煙氣治理的市場，將由我們國人領銜，走出國門，在國際市場上占據“半壁江山”亦非夢想。
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