袋式除尘技术在冶金行业的应用及发展趋势

毛红英

(成都攀成钢冶金工程技术有限公司，四川成都 610081)

1 引言

随着人们环保意识的日益提高，对各种企业的环境治理越来越关注，冶金行业也不例外。袋式除尘器在我国各行各业已应用了几十年，近十年来环保产业得到迅猛发展，技术上得到了很大进步，理论上也在不断创新，在实践中不断拓宽应用领域和特殊使用场所。冶金行业是袋式除尘设备的第一大用户，袋式除尘器在冶金行业中的应用比例已经占到95%，包括原料、焦化、矿石破碎、筛分、皮带转运、烧结、炼铁、炼钢、轧钢、高炉槽上槽下、出铁场、铁水预处理、转炉二次除尘等等，基本上生产过程中的各道工序的尘源点使用袋式除尘技术都比较成熟、可靠、稳定，除了能高效除尘外，还能够回收利用许多宝贵的资源。

2 除尘器的种类

除尘器的种类很多，一般根据主要除尘机理的不同分为重力、惯性、离心、过滤、洗涤、静电等六大类;根据气体净化程度的不同分为粗净化、中净化、细净化与超净化等四类;根据除尘器的除尘效率和阻力分为高效、中效、粗效和高阻、中阻、低阻等几类。除尘器的选择要根据处理粉尘的不同，主要从除尘效率、处理能力、动力消耗与经济性等几方面综合考虑。

影响除尘器的因素很多，主要考虑如下几点:

(1)含尘气体的种类。包括气体的成分、温度、湿度、密度、粘度、露点、毒性、腐蚀性、爆炸性气体量和其波动范围等物理、化学性质。

(2)粉尘的种类见表1。含有成分、密度、浓度、粒径分布、比电阻、腐蚀性、润湿性、吸水性、粘附性、纤维性和爆炸性等物理、化学性质。

(3)除尘器的效率、压力损失、废气排放标准。

(4)除尘器的投资、运行费用;维护管理情况;安装位置、收集粉尘的处理与利用等。

表1 冶金工业部分粉尘的真密度(g/cm3)

真密度:除掉粉尘中所含气体和液体后的单位体积质量数，与粉尘沉降、输送、净化等特性直接相关。

容积密度:自然状态下单位体积粉尘的质量数。

3 袋式除尘器的应用

3.1 袋式除尘器的特性

钢铁工业粉尘、烟尘排放量大，性质多种多样。粉尘、烟尘治理采用的除尘器有旋风除尘器、湿式除尘器、电除尘器、袋式除尘器。

几种除尘器的主要性能及能耗指标见表2所示。

表2 几种除尘器的主要性能及能耗指标

旋风除尘器是利用离心力从气流中除去尘粒的设备，这种除尘器结构简单，没有运动部件，除尘效率一般可达85%左右，在冶金工业中主要用于连轧精整线的钢管吸灰除尘的一级除尘。

湿式除尘器由于除尘效率较低，需水量大，产生二次水污染，已基本被淘汰。

电除尘效率较高，能达到99%，一般情况下可在350～400℃下工作，阻力约为200～300Pa，运行费用低，且适宜净化大烟气量。但电除尘器一次投资高，钢材消耗多，对制造及安装精度要求高。对净化的比电阻有具体要求，一般在104cm～1011cm;受粉尘理化性质变化影响大，不适用于工艺工况较复杂的除尘。冶金行业粉尘、烟尘种类繁多，比电阻变化大，超出电除尘设备的适用范围，导致其除尘效率不稳定，以致排放浓度常易波动，因此至今应用极少。

袋式除尘器效率高，能达到99% ～99.99%，且运行稳定，不受粉尘比电阻的影响，也不受粉尘种类、浓度大小、粒径大小的限制，能适应工艺工况较复杂的除尘系统。排放浓度在30 mg/Nm3以下甚至可达到5 mg/Nm3，处理风量范围大且灵活，可处理风量1000 m3/h～5×106m3/h以上，占地面积也相对较小，当需维护检修或更换滤袋时，可随时分室进行而不停机，其高效的除尘效果和稳定的运行，可大量回收有用的原料及其它物料。

当然袋式除尘器也有缺点。滤袋耐温能力受滤料材质的限制，目前可用于≤280℃的除尘;550℃及800～1000℃，高温滤料价格昂贵。另外在捕集粘性强或吸湿性强的粉尘、处理露点很高的烟气时，滤袋易被堵塞，需采取保温或加热等防范措施，设备阻损较大，滤袋易损坏，一般滤袋寿命目前只能达到2～4年。

3.2 袋式除尘器的主要类型

袋式除尘器的品种较多，有机械振打式、气流反吹式、复合机理式及脉冲喷吹式。

机械振打式袋式除尘器主要是利用手动、电动或气动的机械装置，使滤袋产生振动清灰。机械振动方式的清灰作用不强，只能允许较低的过滤风速，目前使用越来越少。

气流反吹式袋式除尘器主要利用与过滤气流相反的气流，使滤袋形状变化，粉尘受挠曲力的作用而脱落。该式除尘器允许的过滤风速较低，设备压力损失较大，维护工作量大，特别是耗钢量大，至今已很少使用。

复合机理式袋式除尘器目前发展有电袋复合除尘器，前级为电除尘、后级为袋式除尘，在建材行业有少量应用。

经过多年的实践和改进提高，脉冲喷吹式除尘器是目前清灰能力最强、效果最好，允许高的过滤风速并保持低的压力损失，其结构为单元模块式组合，可灵活布置的除尘设备。在冶金行业得到广泛的应用。

3.3 袋式除尘器的工作原理

袋式除尘器是利用棉、毛、人造纤维等加工的滤料进行过滤的。含尘气体进入滤袋之内，在滤袋内表面将尘粒分离捕集，净化后的空气透过滤袋从排气筒排出。滤料本身的网孔较大，一般为20～50μm，表面起绒的滤料约为5～10μm。因此，新滤袋的除尘效率是不高的，对1μm的尘粒只有40%左右。含尘气体通过滤料时，随着它们深入滤料内部，使纤维间空间逐渐减小，最终形成附着在滤料表面的粉尘层(称初层)。袋式除尘器的过滤作用主要是靠这个初层及以后逐渐堆积起来的粉尘层进行的。这时的滤料只是起着形成初层和支持它的骨架的作用。因此即使网孔较大的滤布只要设计合理，对1μm左右的尘粒也能得到较高的除尘效率。随着粉尘在滤袋上的积聚，滤袋两侧的压差增大，粉尘层内部的空隙变小，空气通过滤料孔眼时的流速增高，这样会把粘附在缝隙间的尘粒带走，使除尘效率下降。另外阻力过大，会使滤袋易于损坏，通风系统风量下降。因此除尘器运行一段时间后要及时进行清灰，清灰时不能破坏初层，以免效率下降。

3.4 袋式除尘器的滤料

滤袋是袋式除尘器最重要的核心部件。滤袋性能参数值决定布袋除尘的性能。滤袋的过滤性能主要从滤料的透气性、分级过滤效率、断裂强度、耐温、耐酸碱等方面考虑。工程上是根据含尘气体或烟气的性质选择滤料。而布袋除尘滤料纤维分天然纤维和化学纤维，早期多用天然纤维，天然纤维的耐酸碱性和纤维固有结构特性直接影响滤料的性能，在使用中有一定的局限性。近年来主要用合成纤维，合成纤维在强度、耐高温及结构上优于天然纤维。纤维耐温性能分为常温、中温、高温和超高温滤料，一般认为耐温低于130℃的为常温或中低温，130～160℃为中常温，160～280℃为高温，280℃以上为超高温滤料。超高温滤料主要有玄武岩、钛棉和陶瓷管纤维，但玄武岩尚未成规模化生产，也无实际应用实例，钛棉和陶瓷管纤维一般作为刚性滤料应用于石油化工业，其耐高温可达1500℃。无论何种滤料，在冶金行业选用布袋除尘器时，滤料应具备以下性能:

除尘效率高，对微细粉尘也有很高的效率;

清灰容易，以保持低的压力损失;

机械强度高，抗拉、耐磨、抗皱折;

耐温性好，抗化学腐蚀、抗水解;

尺寸稳定性好，使用过程中变形小;

成本低，使用寿命长。

3.5 袋式除尘器的电控技术

袋式除尘器的电控技术近几年有了快速发展，已经可以实现在控制室依靠上位机(工业控制计算机)对袋式除尘器的运行进行全面的自动控制和监控，可对各项控制参数、检测参数进行修改和设定。下位机可通过可编程序控制器PLC对除尘器的清灰、卸输灰系统实现控制和完成对被监测对象实现温度、压差压力、粒位排放浓度等的检测以及超限报警、故障诊断并将信号输送至上位机。

工业控制计算机也设有通讯接口，可实现远程显示、控制和报警等功能。

4 袋式除尘器在冶金工业的典型应用

4.1 钛冶炼炉炉顶除尘

钛冶炼厂冶炼炉经过烧结、干燥工艺处理的原料，在运输转运过程中，有部分会解散成为粉状。进炉原料使用皮带运输机，卸、受料时，由于物料的下落及物料携带气流冲入受料点，形成局部增压，增压程度随落料高度、溜槽与水平面所形成的角度的增大而加大。在整个运输过程中，由于皮带托辊引起的跳动及物料与空气的相对运动而扬起粉尘，当运输粉尘状物料时更为严重。由于上述物料、工况等原因，造成车间内粉尘四溢，给生产操作带来了很大的影响。

根据国外对钢铁工业排放的灰尘量进行分析，物料运输占30.9%，炼钢占25.3%，炼焦占16.7%，烧结占12.9%，其它占14.2%。

《钢铁工业大气污染物排放新标准》(DB13/1461-2011)对有组织及无组织粉尘污染物排放提出了更严格的法规要求。

有组织排放控制要求见表3。

表3 颗粒排放限制

无组织排放控制要求见表4。

表4 颗粒物企业边界无组织排放限制

《镁钛工业污染物排放标准》(GB25468-2010)中新建企业大气污染物排放浓度见表5。

表5 新建企业大气污染物排放浓度限制 单位:mg/m3

各生产单元在装卸、加工、贮存、输送物料时扬尘点，产生大气污染物的生产工序点必须设立局部气体收集系统和集中袋式除尘装置。整个除尘系统选用气箱脉冲布袋除尘器，其滤料按粉尘性质采用易清灰涤纶针刺毡，滤袋之间自由空间内气体向上流动的“袋间速度”小于400 m/min，较低的滤袋底部平面的袋间速度小于粉尘颗粒和凝集成的尘块末端沉降速度，可靠地保障其落入灰斗，减少了对滤袋的磨损。该除尘系统的除尘率达到99.9%，并且对钛粉的回收和利用也起到了较好的效果。

4.2 烧结除尘

烧结工艺在配料、混料、烧结、冷却、整粒及贮运等工序中，粉尘污染遍布各个工序，面广量大，折合每吨烧结矿约产生30～50 kg粉尘。烧结机(包括球团)排放的高温烟气中含有一定量的SO2、NO等有害气体，粉尘中含有少量 Ca、Na、K、Zn等金属氧化物，烧结机头烟尘由大密闭罩捕集，目前大多采用静电除尘。但随着环保标准《轧钢工业大气污染物排放标准》(GB28664-2012)的提高和滤袋技术的进步，采用袋式除尘器具有更大的优势，尤其是在除尘、脱硫、脱硝一体化的综合治理项目中。我国已开发烧结烟气多组分污染物一体化处理技术，在多项烧结工程中成功应用。如宝钢股份495 m2烧结机“增设干法脱硫设施改造项目”，采用低压回转脉冲袋式除尘器，在入口粉尘浓度高达数百g/Nm3条件下，经末端袋式除尘器处理后，实测出口粉尘排放浓度≤12 mg/Nm3。

4.3 转炉二次除尘

转炉在兑换铁水、加废钢、出钢、排渣及转炉吹炼等过程中产生大量的二次烟气。二次烟气分布在炉体四周，特点是分散、动态、不同步、与工艺操作密切相关，捕集难度较大。二次烟尘量约为0.35～0.4 kg/t钢，以攀成钢公司80t转炉为例，烟尘成分:FeO、Fe2O3占40% ～60%;含石墨粉粉径分布:≤10μm占57%，10～20μm占30%，≥20μm占12%。

对烟气捕集采用将转炉操作平台以上的炉体四周全封闭，在炉前设对开式防烟门和门形排烟罩，上沿悬挂棒形活动帘，捕集兑铁烟尘。在炉后操作平台下设挡烟导流罩，将出钢排渣烟尘导向炉后排烟罩。

基于烟气含尘浓度较低，粒径细小，该项目采用负压反吹袋式除尘器，脉冲清灰方式，结构紧凑清灰更有效，经实际应用效果良好，排放浓度≤30 mg/Nm3。

4.4 炼钢电炉除尘

炼钢电炉在加料、冶炼和出钢的全过程中散发大量烟尘，据估计烟尘量约为12～16 kg/t钢。电炉炼钢工艺及其污染源具有以下特点:电炉冶炼一般分为熔化期、氧化期和还原期。在熔化期、氧化期产生赤褐色浓烟，在还原期产生黑烟或白烟，在氧化期产生的烟尘量最大，烟气温度和含尘浓度最高。现炼钢电炉向大容量、高功率、强吹氧、炉外精炼方向发展，冶炼强度显著提高，冶炼周期大大缩短，烟尘污染更加集中而浓烈。超高功率冶炼的电弧噪声高达115dB，是一种新的污染源，当废钢中混有含氯化工废料时，还会产生微量二恶英有毒气体。精炼炉也称钢包炉(或LF炉)是炉外还原二次精炼设备，在电弧加热保温吹氩搅拌，加造渣材料脱硫等调整成分与温度的过程产生烟尘污染。

以攀成钢公司炼钢厂90 t电炉为例，电炉排烟方式采用有炉盖罩、屋顶罩捕集方式。LF炉排烟采用炉盖直排管捕集方式，在装料工况时，炉盖转开，在废钢和铁水倾倒瞬间产生蘑菇状烟柱直冲屋顶，在出钢时，炉体处于动态倾倒状态，此时采用炉体本身密闭罩捕集烟尘，同时，密闭罩还可以辅助炉内排烟，隔挡电弧光，消减电弧噪声。由于炼钢电炉产生的粉尘几乎100%的都在5～10μm以下，且粘性较大，故采用涤纶针刺毡或覆膜涤纶针刺毡的低压长袋脉冲除尘器，90 t电炉采用除尘器除尘风量～550000 m3/h，排放浓度为20～50 mg/Nm3。

近年来，一种意大利进口的超高功率电炉炉侧连续性进料并从进料口排烟的形式出现在我国部分钢厂内。由于连续性的进料代替炉顶加料，不仅使炉顶阵发性的大烟量变为连续性的小烟量，同时烟气量也降低，再加上是通过进料密封输送带兼作排烟管，既使废钢料加温，又对内排烟降温，节能效果明显，很快得到推广。但其排烟仍采用传统方式，内排加屋顶罩，采用低压长袋脉冲除尘器。

4.5 轧机除尘

现代轧钢生产工艺包括热轧、冷轧、钢管轧制等。污染源具有以下特点，热轧轧板板坯温度高，通板速度快，在轧辊处需喷淋含油合成乳化液进行润滑和冷却，产生大量氧化铁粉尘、水蒸汽和油雾。轧制速度越高，产生量越大。冷轧连轧机污染源以水蒸汽和油雾为主，氧化铁粉尘较少。钢管轧制时需插入芯棒，在芯棒表面涂一层由矿物油、石墨等配置的润滑剂，在轧制过程中，部分润滑剂燃烧蒸发，生成大量黑烟，烟气中含有纯炭、氧化铁粉、油雾以及多种不完全燃烧碳化物，排气气体温度在150℃ ～300℃，氧化铁粉尘粒径分布≤5μm占60%，＞7μm占15%。含尘浓度0.3 ～0.6 g/Nm3，最大 3.0 g/Nm3。粉尘含水率3% ～5%，粉尘含油率3% ～4%。烟气中含细粒氧化铁粉尘以及水蒸汽和油雾，水蒸汽和油雾易冷凝，粉尘为湿粘状，曾采用湿式静电除尘方式处理，因其效率低，后改用塑烧板除尘器。

以山东墨龙¢180连轧机组为例，年产30万吨/年，设计排烟量为280000 m3/h，进口气体温度40℃ ～50℃。选用塑烧板除尘器型号:2HD1500-448/9，设备总阻力1200～2000 Pa，过滤面积 4838.4 m2，过滤风速1.15 m/min。烟气排放浓度≤15 mg/Nm3，符合《轧钢工业大气污染物排放标准》(GB28664-2012)排放要求。

图1 塑烧板除尘器干法除尘工艺流程

塑烧板呈波浪形，除尘器中的塑烧板为刚性滤料，能过滤含水量较大的含尘气体，采用压缩空气经喷吹管脉冲喷吹清灰，除尘效率较高，排放浓度通常低于10 mg/m3，对微细尘粒也有较好的除尘效果，其压力损失稳定，粉尘不深入塑烧板内部，而且由于表面的氟树脂不易被粉尘附着，因而清灰容易。对于吸湿性粉尘或湿度较高的含尘气体，有着优于一般袋式除尘器的适应性。使用寿命比较长，一般在三年以上，另外更换塑烧板方便，操作条件也比较好。但塑烧板价格贵，自身压力损失高，过滤风速为1 m/min，压力损失为500～600 Pa。

4.6 钢管吹吸灰除尘

连轧厂精整线钢管生产过程中，在钢管内部会有较多的氧化铁粉尘或细小铁屑。曾经常用的方式是在钢管两端分别采用吹吸灰方式，即在钢管成品一端用风机对准钢管口径进行吹扫，另一端设置一台除尘设备进行吸灰。但效果较差，甚至造成车间内粉尘二次污染。

在新建的精整线中，采用旋风除尘和布袋除尘联合的方式，在钢管尾端对钢管内部进行吹灰。流程图如下:

被吸钢管——吹吸灰管——一级旋风除尘——二 级布袋 除尘——风 机——消 声器——排囱

该系统除尘效率较高，排放浓度通常低于20 mg/m3。不仅符合当前排放浓度≤50 mg/m3的标准要求，也符合2015年即将实施的排放浓度≤20 mg/m3的标准要求。

5 除尘技术的发展趋势

随着袋式除尘器滤料等配套件生产技术的不断成熟和完善，尤其是过滤材料和清灰方式的革命性进步，使得袋式除尘器的技术性能取得了质的飞跃。国内已有一大批的袋式除尘器专业生产厂家，在袋式除尘器的机理研究、结构形式、清灰技术、控制以及滤料和滤袋等方面均取得可喜的进步，但是，我国的袋式除尘器技术，尤其是设计技术距德国和日本等发达国家的水平还有一定距离。

我国目前的大型袋式除尘器设计理论基本上处于经验阶段，技术创新能力还不是很强。相比一些发达国家先进的计算机模拟技术，我国的设计能力还比较落后，目前运行的许多袋式除尘器都存在气流分布不均匀、滤袋使用寿命过短等问题。

袋式除尘器的设计是一个复杂的系统过程，在工程实践当中会有各种各样的难题，因此在袋式除尘器设计时，应尽可能全面地考虑各种因素:如安装场地，处理风量，烟气的浓度、温度，粉尘的湿度等多种因素对设备整体及滤袋的影响。

随着国家标准对环保质量要求的不断提高，袋式除尘技术面临着更广阔的应用空间。最近几年新兴的垃圾焚烧产业，由于垃圾焚烧后会产生可能致癌的二恶英和重金属等严重危害人类健康的有害粉尘，国家环保局将袋式除尘器作为垃圾焚烧炉的配套设备，并强制使用。随着国家环保标准的日益严格，许多行业人士认为袋式除尘器将会逐渐成为烟气治理产业的主导产品。

另外，表面覆膜技术和高性能滤料的研究将在很大程度上提高其除尘性能，进一步扩大袋式除尘技术的使用范围，而配备着耐高温、防腐蚀、滤料允许绝对湿度＞15%的袋式除尘器将是今后除尘设备的重点发展方向。

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