论炼钢窑炉烟气环境除尘系统综合性能评价

李海锋

摘 要：本文介绍了炼钢窑炉的烟气特性以及目前控制情况，根据现有除尘器运行状况通过案例分析除尘器常见问题，提出烟气过滤装置的选择方案。

关键词：炼钢炉窑;除尘器;过滤装置

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）06-0073-03

1 概述

1.1 炼钢炉窑烟气特征

1.1.1 冶金炉窑

冶金炉窑基本是还原炉，烟气为还原气氛居多;炉窑烟气基本为开放式，无组织排放或移动排放。

1.1.2 炉窑烟气特征

冶金炉窑烟尘多由化学过程产生，烟尘为微细颗粒及气溶胶形态（PM2.5级别的烟尘居多）、粘性强。

1.2 烟气控制

烟气控制应该有两个浓度要进行控制，并要达到超低排放，同时应该节能运行。

（1）控制岗位浓度，≤8mg/Nm3;

（2） 控制烟囱排放浓度，≤10mg/Nm3。

1.3 实际控制状态不容乐观

炉窑烟气实际控制却不尽如人意，除尘系统中的风机运行能耗、岗位浓度的控制及烟囱排放浓度这三种关系是相互牵制，由于除尘系统中都设有风机变频器，系统有了调节功能后，往往为了应付烟囱的监控指标达标，降低变频赫兹，牺牲岗位浓度不达标;有的企业对能耗有考核，到了晚上也会将风机的变频赫兹调下来。造成的结果是直接危害环境、破坏环境[1]。

更深沉的原因主要是几点：（1）提高人们的环保意识，企业建立更严格的明确考核制度;（2）除尘系统设计不合理性、采用落后的技术装备;（3）现新设除尘系统的设计参数选择过于放大，有的除尘技术落后，风机的运行工况点不在设计区间内，造成低效运行。通过案列分析：精炼炉除尘器（图1）。

控制屏幕上显示（图2）：除尘器在运行负荷80%时（设定风机转速600），除尘器入口阻力-1000Pa（烟气管道沿程阻力），设备阻力2700Pa（合格的袋除尘器阻力≯1500Pa）。除尘器的高阻力使得风机不能满负荷处理烟气量。

（1）引起除尘器设备高阻力的因素主要是：除尘器各单元从灰斗进风方式、顶盖过于浅，不能排走的雨水被抽入箱体内，使得粉尘粘结。

（2）滤袋袋口偏小，增加了除尘器结构阻力。

（3）滤袋清灰频繁，是造成排放超标的主要因素。原除尘器为传统分仓室结构，烟气在除尘器内要经过几个90°的小绕弯，其结构阻力逐步增加;另外滤袋尺寸规格为φ130×6000，滤袋口径小，袋口风速高，滤袋自身阻力偏高;上箱体偏矮，箱体内风速过高，局部阻力大。这些因素导致除尘器运行阻力偏高，甚至达到3000Pa左右，严重降低了除尘系统运行负荷。

除尘系统中，袋式除尘器技术水平落后很普片，最明显的特征是：袋式除尘器的设备阻力超高，且严重偏离设计指标，使得除尘系统的运行负荷低下。

设计院在系统设计中，不得不超额增加风机压头和电机功率满足系统运行。所以就是出现降低负荷牺牲岗位浓度、低负荷状态运行的功率效率低也是浪费。除尘器高能耗运行给企业带来的负担直接影响保护环境的目的[2]。

精炼炉抽烟捕集效果差，冒煙严重。这个问题在：不是设计抽风量选择小了，而是除尘器设备阻力超限，使得抽吸能力降低，如图3所示。

2 烟气过滤装置选择

影响除尘系统的运行性能的关键设备—除尘器，除尘器具有高效过滤、低阻力节能、易损件寿命长、维护检修方便等性能才具有先进性。

2.1 烟气净化采用电除尘器技术的局限性

电除尘技术为非接触式过滤装置，针对微细烟尘的捕集过滤效率很难满足现行的排放标准，八十年代还是以两电场居多，为了提高排放效率设置四电场已是非常普片，更有设置六电场也达标。

但电除尘器具有运行阻力易控制且低、能耗低、除尘系统的烟气压力平衡且稳定等优势，只因排放效率难以达标，由此本方案不考虑电除尘技术。

2.2 烟气净化采用袋式除尘技术的可行性

袋除尘器是利用纤维编织物制作的袋状过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物的过滤装置。它能捕集到细小、干燥、非纤维性粉尘。

袋式除尘器的过滤机理是含尘烟气通过过滤材料，尘粒被过滤下来，过滤材料捕集粗粒粉尘主要靠惯性碰撞作用，捕集细粒粉尘主要依靠扩散、静电和筛分作用;滤料的粉尘层能提高过滤精度。随着滤材技术的发展，已不依赖粉尘层也能获得极好的除尘效果。但滤袋+附着在滤袋的粉尘层的压力降却很高，并随着粉尘层的增加，滤袋上的压力降更高，一般≮1200Pa，往往在运行中压降达到1800～2700Pa，超出设计范围。

袋式除尘器因进风式不同及烟气组织欠缺，使得滤袋的压降高;因滤袋袋口尺寸偏小、箱体内部的烟气行走的扰流设置、净气室分间设置等传统方式的设计均造成结构阻力增加。

不仅浪费能源，更重要的是风机负荷因设备阻力超高而不能提起，直接影响尘源点的烟气控制，捕集率低，严重污染工作环境。

2.2.1 除尘器的不同进风方式性能比较

（1）灰斗顶部进风。烟气从灰斗顶部进入，高速烟气在灰斗内经过180°的转向从袋底，沿袋身至下而上进行过滤，因过滤气流与清灰气流反向，由此削弱清灰强度，影响清灰效果;因过滤气流与落灰反向，微细粉尘难以沉降，袋区的粉尘浓度增加，增加滤袋阻力。

（2）中箱体处进风。烟气从中箱体处进入，在内设导流板的作用下将入口烟气向上引导及均匀化处理，再低速进入袋区进行过滤。其设备阻力偏低，低于灰斗进风的30%。

2.2.2 滤袋损坏的主要成因

袋式除尘器的滤袋寿命常常不能达到应有的寿命。

主要因素有：（1）滤袋材料选择不符合烟气条件，或制作质量问题;（2）滤袋磨损，提前破损。除尘器没有进行必要的气流组织，或烟气速度太高，含尘气流将滤袋磨损;（3）滤袋破洞。喷吹管加工制造质量差，喷吹口偏斜，喷吹气流将滤袋打破;（4）滤袋被粉尘堵塞。气动停风阀因气源波动，阀门自动关闭，甚至会造成全部自动关闭。箱体内瞬间压力急剧增加，粉尘被强制嵌入滤袋滤布层内不可清除，由于滤袋的孔隙率降低，造成滤袋的压降可达到3000Pa，这种现象叫做滤袋失效，不得不更换。

2.2.3 滤袋失效与更换

除尘器一般在更换滤袋时需要停机（除大事故箱体出现变形或拉裂外），为了保证除尘器能联系运行，一般采用将除尘器分成若干个小单元，并在各除尘单元的进口设置手动阀、出口设置气动提升阀，发现某个除尘单元滤袋破损，立即将该单元的阀门关闭，停在烟气过滤，可以在线更换滤袋。

但带来的问题是：除尘器结构阻力高、滤袋的使用寿命减小。

对照上述滤袋失效的成因，若加强加工质量和提高加工精度，滤袋不会打破;有效进行烟气气流组织，使其降速及均匀化，可避免滤袋磨损;不设若干气动提升阀，不会出现粉尘被嵌入滤袋布层内堵塞滤袋。使滤袋寿命保持在寿命周期范围内，可在主题工艺设备检修内进行滤袋更换。

2.2.4 低阻力直通式袋式除尘器

（1）袋式除尘器采用低阻力结构，其特征是：

1）除尘器运行气流采用直通式方式，烟气从除尘器的烟气室到后级净气室逐级降速，经过两级气流组织，最大限度降低滤袋阻力及结构阻力。

2）除尘器分成2～4个独立除尘单元，每个除尘单元彼此相互独立，并在每一个除尘单元的进出口装有关断挡板门，当关闭除尘单元前后挡板门时，可以将一个除尘单元从运行中退出，实现在线维修。

其中，每个进风口阀门前汇入一个烟气总管、各出风口阀门之后的管道两两合并汇入两个净气管与双吸式风机入口连接。

3）各除尘单元均设有烟气预处理间，对入口烟气进行充分均匀化处理，避免滤袋的长期磨损，同时增加烟尘自然凝并几率，降低微细颗粒数量。

4）净气室为采用大通道室，净高2米以上，净气室顶部采用传统顶盖、侧边设置1.8米高检修门。侧门是用于检修人员非常方便进行巡检，及定期对个别滤袋进行强度试验，并对滤袋的使用状态进行科学预判;顶盖只在更换滤袋使用，避免频繁开启顶盖，大大降低顶盖变形，锁住除尘器的主要漏风源。

5）本体采用全钢架结构，按照原来电除尘器结构布置， 除尘器支承结构是自撑式的，设备的任何水平荷载都不转移到别的设备结构上。钢结构的设计简化现场安装步聚，减少现场焊接量，避免及减少烟气与净气的分界面的焊缝量，有效保证除尘器排放精度。

6）过滤烟气在除尘器内被引导自上而下过滤。

7）滤袋口径不低于DN160，降低结构阻力。

8）烟气在除尘器内进行大循环，降低沿程阻力。

9）除尘器设备阻力控制在≤1200Pa下稳定可靠运行，有效降低除尘运行能耗，实现直通式结构除尘器的运行能耗是传统袋式除尘器的一半。

（2）除尘器内部主要构件要求。

1）花板与滤袋间距。

花板表面平整光洁，不出现挠曲、凹凸不平等缺陷，其平面度偏差不大于1‰，花板表面除油除锈。

袋孔采用特殊的精加工工艺（激光切割）成形，袋孔中心偏差<±0.5mm，孔径公差为φ165+0.5，并清理各孔的锋利边角和毛刺，以降低对除尘器滤袋的潜在损害。花板面板密封焊接进壳体结构以形成良好的气密性，花板的平面度花板安装水平度偏差均小于1‰。花板加工精度优于国家标准。

提供的花板由6mm厚的低碳钢板制成，底部有加强筋加固。为防止滤袋间相互碰撞和架灰，应尽量加大滤袋间距。滤袋安装完成后供方将派专人进入箱体内逐个检查，确认滤袋是否垂直、是否相互接触或与壳体碰撞。

2）滤袋。

滤袋缝线材质不低于滤料材质，缝线的质量和强度均符合国外要求，避免滤袋缝合处在运行中开裂。滤袋袋身采用热熔式连接，减少滤袋针眼的存在。在滤袋的缝制过程中，将以袋笼和花板的样品对每一条滤袋逐一检验，保证每条滤袋与袋笼和花板的配合都符合规范和设计要求。

滤袋迎尘面采用一定量的超细纤维，增加孔隙率，降低孔径，最大限度拦截微细颗粒烟尘。滤袋直径和长度的偏差将严格控制在国外标准规定的范围内，使袋笼的装入和抽出均顺畅和方便。袋口带有形成密封的弹簧胀圈，并带有加厚翻边;袋口的弹性元件采用优质钢材制作。袋口尺寸严格控制，保证与花板的袋口严密配合。袋口中心线与花板平面的垂直度偏差应小于1‰。

3）袋笼。

袋笼断面为14边形，以20#钢冷拔丝制作，采用14根φ4mm的竖筋，水平环绕筋线之间的间距是200mm。袋笼的制作采用专用设备、国外工艺，所有的筋线都采用点焊连接，焊接电流和时间都严格控制，保证焊接点牢固，不出现虚焊、脱焊、漏焊现象，表面光滑无毛刺，避免滤袋的损伤。焊接完成后进行浸油防腐处理，并立即放入塑料袋中。

袋笼顶部设有保护圈，支撑整个袋笼并保护滤袋的袋口不被踏壞。袋笼的底部设有底碗，保护滤袋的底部不被喷吹气流损伤。

袋笼上端保护圈的焊接依靠模具进行，严格保证与各条竖筋的垂直度。安装后袋笼垂直度的偏差不超过1‰。

4）上箱体及气流引出装置。

为了保证喷吹管与花板的袋孔能够严格对中，以保证清灰效果和保护滤袋;滤袋口崁入式密封安装于花板孔内。由此，上箱体与喷吹装置均为袋式除尘器的精加工件，上箱体与喷吹装置需要专用工装磨具组装。上箱体和喷吹装置加工及组装后整体出厂。

为减少漏风和阻力，上箱体采取全通式净气小室的结构，顶部设防水坡。小室的高度为2000mm。滤袋安装及更换在小室内进行。

净化后的气体从所有袋口流出直接沿净气室低速从出风口排除。每一除尘单元的烟气出口挡风阀安装在净气小室的尾部。

净气小室断面选择极低的平均风速、大通道结构、快开式侧门及顶盖式换袋门的设置，目的是：①强化管理，维护人员很方便定期巡检、定期抽样袋鉴定性能，实现提前预判，精确确定滤袋更换时间，保证烟囱始终保持达标排放状态;②降低漏风，顶盖门只有在更换滤袋时开启，使用率极低，减少门盖变形，减少漏风;③强化滤袋清灰效果，使清灰二次气流补气阻损低。

5）灰斗及输灰。

除尘器灰斗夹角≮65°，为防止灰斗内部搭桥，在每个灰斗上设置气动空气炮，保证排灰顺畅。

除尘器输灰采用气力仓泵输灰方式，故障率低，自动化控制水平高，保持区域环境无二次污染。

6）除尘器管理。

除尘器采用自动化控制运行和管理，超限报警要及时处理。

着重观察清灰气源压力、观察除尘器设备阻力。

着重观察烟尘排放浓度。定期进入箱体内进行巡检滤袋，定时抽出几条滤袋进行强度和压差检测，来判断更换滤袋周期和时间，实现有效科学管理。

参考文献

[1] 刘国华.湿式电除尘器在转炉湿法除尘系统改造中的应用[J].钢铁技术，2017（1）：38-40.

[2] 薛海，李峰，王永刚，等.转炉一次烟气湿式净化与回收系统升级改造[J].重型机械，2018（04）：30-34.