V2O5熔化炉烟气治理设计

陈 亭

1 前言

四川省攀枝花市攀钢集团攀枝花钢钒有限公司下属钒业公司V2O5作业区有2座13 m2的熔化炉。2座熔化炉建成以来一直无烟气治理设施，生产过程中产生的烟尘（颗粒物主要成分为V2O5）通过烟囱直排，既造成了钒的损失也造成了环境污染。目前烟囱外排烟气含尘浓度一般维持在200 mg/m3左右。

由于现行《钒工业污染物排放标准》要求熔化炉的烟气外排含尘浓度须控制在50 mg/m3以内，须增加除尘设施对熔化炉烟气进行治理，使其达标排放。

2 除尘工艺

2.1 V2O5熔化炉基础参数

（1）烟气量：12000 m3/h·座；

（2）烟气温度：≤1000 ℃；

（3）烟气含尘浓度：200 mg/m3；

（4） 烟 气 主 要 成 份 ：CO2：12% 、O2：6.1% 、N2：81%、CO：0.7%、CH4：0.2%

（5） 烟尘粒度：<200μm：14.5%；≥200 μm：85.5%；

（6）烟尘成份：V2O5

2.2 除尘方式的选择[1]

除尘方式的选择一是在工艺上选择技术可行、且投资经济的技术方案。二是对于不同的现场，须有针对性的选择除尘方式。就本工程而言，其现场的特殊性在于，用于布置除尘系统的场地十分紧张，故不能采用设备和管网占地面积大的技术方案。

目前国内类似工艺线的除尘一般采用两种方式：一是将含尘烟气通过直接或间接换热降低温度后，再经由布袋除尘器过滤收集粉尘，最后通过烟囱集中外排。二是将含尘烟气通入水膜除尘器降温除尘后，再通过烟囱集中外排。

第二种除尘方式受粉尘的水溶性影响较大。在本工程中，由于烟气中的固体颗粒物为水溶性差的V2O5，所以不能采用这种除尘方式。

在第一种除尘方式中，若采用直接空冷（混野风）的方式来降低烟气温度，由于混合野风后整个系统的风量增大，主要设备（除尘器、主抽风机等）的选型也将比不混野风时大很多，在类似工程中，这种方式的除尘效果虽然不错，但一是投资高，二是设备和管网的占地面积大。所以并不适用于本工程。

若采用直接水冷的形式降低烟气温度，由于水冷降温后进入布袋除尘器的烟气含大量的饱和水，会导致粘袋，不仅影响除尘效果且会降低设备使用寿命，故也不可采用。

因此，本工程决定采用间接换热降低烟气温度，再通过布袋除尘器除尘的除尘方式。

考虑到熔化炉烟气温度高，换热后的冷媒（空气或者水）直接外排大量的热能就被浪费了，故本次不采用一般的空冷或水冷换热器，而采用余热锅炉换热来生产饱和蒸汽，供厂区生产生活使用。

2.3 滤料的选择[1]

由于烟气中含有微量硫等酸性气体，粉尘只能在露点以上的状态下进行过滤。本次除尘器采用杜邦纤维制造的美塔斯（metamax：与美国杜邦生产的诺梅克斯和日本帝人生产的康耐克斯的统称）耐高温覆膜滤料，滤料连续工作温度≤204℃，瞬时工作温度≤250℃。

这种滤料制成的滤袋复合一层极薄的微孔材料，取代了原来传统过滤技术中的一次粉尘层，实现了目前先进的表面过滤技术。由于美塔斯固有的化学和物理特性，表面光滑，粉尘不易粘结在滤袋上，较低的清灰能耗就可以把粉尘清落下来，提高了滤袋的清灰再生功能和清灰效果。

2.4 除尘工艺

本方案采用1套除尘系统，对2座熔化炉烟气进行治理。2座熔化炉轮流生产，同时只有1座熔化炉烟气进入除尘系统。根据熔化炉气体成分，除尘工艺为：来自熔化炉后烟道内≤1000℃烟气经余热锅炉冷却至≤200℃，再与野风混合直接冷却至150℃，经布袋除尘器低速过滤，净化后的烟气经风机、消声器和烟囱高空达标排放。余热锅炉换热后产生的蒸汽由主蒸汽管路外送至界区，供生产使用。其流程图为：

熔化炉→余热锅炉→脉冲布袋除尘器→离心引风机→消声器→烟囱达标排放。

对进入除尘器前的烟气温度进行随时检测，当烟气温度超过设定值时，打开混风阀，混入冷风，降低温度，保护除尘器滤袋。[1]

采用PLC对所有除尘设备实现全自动逻辑控制，确保系统运行安全、可靠。

2.5 除尘系统参数计算[1]

2.5.1 系统风量

风机风量的确定：

式中：Vg——烟气量，m3/h；

Cg——烟气在tg及tm时的平均比热的平均值，kcal/m3.℃，查《钢铁企业采暖通风设计参考资料》表2-6-11；

tg——烟气温度，℃；

Ca——混入野风在tm及ta时的平均比热的平均值，kcal/m3.℃，查《钢铁企业采暖通风设计参考资料》表2-6-11；

tm——混入野风后的烟气温度，℃；ta——野风温度，℃;

Va——混入的野风量，m3/h

各参数值如下：

V tg=12000 m3/h；

ta=31℃(按夏季通风室外计算温度31℃考虑)；

将以上数据代入公式得混入的野风量：

换热器前的参数：t=1000℃,L=12000 m3/h(工况流量为63473 m3/h)，含尘浓度200 mg/m3(37.8 mg/m3)；根据现场经验，本设计取管道内烟气流速为V≥20 m/s，则管径为 Φ 内 1050，δ=8，管道材料为内衬耐高温材料的Q235。

换热器后，混入野风前的参数：t=200℃,L=12000 m3/h(工况流量为23584 m3/h)，含尘浓度200 mg/m3(0.102 g/m3)；根据现场经验，本设计取管道内烟气流速为V≥18 m/s，则管径为Φ内680，δ=5，管道材料Q235。

混入野风后的参数：t=150℃，L=(5000+12000)=17000 m3/h(工况流量为29880 m3/h)，含尘浓度0.92 g/m3（含成品包装点）;根据现场经验，本设计取管道内烟气流速为V≥18 m/s，则管径为Φ内760，δ=5，管道材料Q235。

野风管参数：t=31℃，L=5000 m3/h(工况流量为6315 m3/h)，野风中含尘浓度忽略不计;流速为V=～18 m/s,则管径为 Φ 内 310，δ=4，管道材料 Q235。

除尘器后风管参数：t=150℃,L=1.2×17000 m3/h=20400 m3/h(工况流量为 1.2×29880 m3/h=35856 m3/h)；流速为V=～12 m/s,则管径为Φ内1000,δ=6,管道材料Q235。

系统工况流量为：29880 m3/h(t=150℃，0.089 MPa)

风机风量为：L=1.2×29880=35856 m3/h(150 ℃时，0.089 MPa)。

2.5.2 系统阻力

炉膛压力控制范围-100～+50 Pa,取△P1=100 Pa(1000 ℃时,夏季 0.089 MPa)。

熔化炉至余热锅炉间管网阻力(1000℃时,夏季0.089 MPa)。

余热锅炉阻力：△P3=350 Pa(1000℃时,夏季0.089 MPa)。

余热锅炉后、野风口前管网阻力(200℃时,夏季0.089MPa)：

野风口后、布袋除尘器前的管网阻力(150℃时,夏季0.089 MPa)：

布袋除尘器后管网阻力 (150℃时,夏季0.089 MPa)：

注：除尘器后管网内烟气流速取12 m/s。

长袋低压脉冲布袋除尘器阻力(150℃时,夏季0.089 MPa)：

△P7=1800 Pa。

消声器阻力(150℃时,夏季0.089 MPa)：

△P8=200 Pa。

150℃时,夏季0.089 MPa情况下的阻力:

系统阻力：△P=3326 Pa。

要克服150℃时,0.089 MPa情况下3326 Pa的阻力,需要在150℃时,0.089 MPa情况下的最小全压为3326 Pa,折算到200℃时,0.1013 MPa情况下的最小全压:

3326=H×0.089(273+200)/0.1013(273+150)

则：H=3374 Pa

风机全压：H=1.2×△P

=1.2×3326

=3991 Pa(150 ℃,0.089 MPa时)。

综合计算，除尘系统主风机的工况点为：35856 m3/h，工况温度：150 ℃，全压：3991 Pa。2.6 主要设备组成

（1）离心风机：Y9-26№12.3D，1台[2]

L=35856 m3/h，全压：3991 Pa（150 ℃，攀枝花当地大气压）；

（2） 余热锅炉系统：L=12000 m3/h，T进=1000℃、T出=200℃，额定蒸汽产量：5 t/h，额定蒸汽压力：1.0 MPa；

（3）长袋低压布袋除尘器：CDY-4，1台[2]

L=35856 m3/h，F=1224 m2,F净=918 m2,V净=0.65 m/min,P=1800 Pa

3 系统优势

（1）采用余热回收技术，充分利用烟气的余热，节能环保。

利用高温烟气的余热产蒸汽可供厂区生产生活之用，节约了能源，且解决了换热后的冷媒（水或空气）的处理问题，有利于环保。

（2）采用覆膜滤料，降低日常维护工作量。

根据实际运行情况，普通滤料每年就需更换一次，采用覆膜滤料后，滤料至少能正常使用两年，减少了工人的维护工作量，同时也避免了因停机换袋造成的损失。

4 经济分析和社会效益

4.1 投资

钒业公司V2O5熔化烟气治理工程投资：380万元（不含设备增值税）。

4.2 年经济效益

4.2.1 余热回收产蒸汽量及收益

该除尘系统的余热锅炉每天产低压蒸汽量：25 t，则每年（按330天计）产蒸汽量：8250 t。根据目前厂区生产低压蒸汽的成本，每吨价格为85元，则每年节约成本为：70.125万元。

4.2.2 粉尘回收量及收益

除尘系统每天回收V2O5干粉：21.6 kg，则每年（按330天计）回收量：7.128 t。根据目前市场上的销售情况，每吨销售价格为7.3万元，则每年销售收益为：52.03万元。

经济效益合计：122.155万元。

4.3 年成本开支

（1） 电力消耗：145.53 万 kW·h/年，电价：0.52元/kW·h，全年电费：75.68万元。

（2）水耗：11880 m3/年，水价：1.7 元/m3，则全年水费：2.02万元。

（3）压缩空气耗量：190万 m3/年，压空单价：0.12元/m3，全年压缩空气费：22.8万元。

（4）修理费（3%）：11.4万元

（5）折旧（8%）：30.4万元

（6）合计：142.3万元

4.4 年实际运行成本

142.3 －122.155=20.145万元

可以看出，年实际运行成本与类似项目进行比较，处于较低水平。

4.5 社会效益

钒业公司V2O5熔化烟气治理工程完成后，可降低外排烟尘浓度，改善厂区景观、岗位工人劳动环境及周边居民的生活环境，将取得很好的社会效益。

5 结语

钒业公司V2O5熔化烟气治理工程的除尘系统，综合国内除尘现状，根据实际情况，选择了余热锅炉搭配负压式除尘系统，并采用了覆膜滤料的收尘技术，具有运行成本低、占地小和粉尘回收率高的特点。

[参 考 文 献]

[1]郭丰年，龙步云，徐连达等.钢铁企业采暖通风设计手册[M].北京：冶金工业出版社.1996.300-308，366-398,502-506，535-540.

[2]陆耀庆，陈涛等.供暖通风设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社.1987.975-989.