浅谈转炉炼钢一次除尘超低排放新技术发展趋势

王进轩

［宣化冶金环保设备制造（安装）有限责任公司，河北张家口075100］

1 概述

钢铁行业作为我国的一个支柱型产业，对于我国的经济发展起着极其重要的作用。众所周知，我国的钢铁行业不论在产能还是在产量方面均居于世界领先水平[1]。我国的钢铁企业主要集中于京津冀、长三角以及山西、陕西等地区，几乎全国55%的产量均集中在这些区域，而产业的集中不可避免地造成了污染的集中，因此这些地区的环境污染也成为我国的重点控制区域。总体而言，对上述高污染、高能耗的钢铁企业进行污染治理，是目前环保工作不可缺少的重要环节。

鉴于上述情况，我国制定了多项政策，为钢铁行业超低排放改造工作正常、稳定推进保驾护航。2019年4月，中华人民共和国生态环境部等五部委联合印发了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（环大气〔2019〕35 号）[2]，该意见的发布标志着我国钢铁行业超低排放改造已进入实施阶段。同年12月，中华人民共和国生态环境部又印发了《关于做好钢铁企业超低排放评估监测工作的通知》（环办大气函〔2019〕922 号）[3]，该通知为钢铁行业超低排放的监测工作提出了遵循原则、认定标准和监测程序和方法。为帮助各钢铁企业达到超低排放的相关要求，中国环境保护产业协会于2020年1月编制了《钢铁企业超低排放改造技术指南》（中环协〔2020〕4 号）[4]。该指南提供了钢铁行业超低排放改造技术路线的选择、工程设计施工、设施运行管理方面的参考，为超低排放改造全过程提供了依据。由此，钢铁行业超低排放基本形成了一套系统性、专业性的体系。

钢铁企业转炉炼钢生产过程中产生大量的高温、含尘、含一氧化碳（CO）的烟气，而现有除尘技术具有局限性，主要表现如下：①受限于电除尘器的基本原理，无法设计出符合现有排放指标的超大规格除尘器。②排放指标越来越低，现阶段已有的技术难以满足排放要求。③炼钢生产节奏不断加快，增大了除尘运行的不稳定性，除尘系统的规格选型和技术路线突破成为迫切需要。基于此，本文提出了几种不同路线下的应用技术，为炼钢一次除尘超低排放改造提供参考。

2 技术路线

2.1 煤气冷却器前置技术

2.1.1 工作原理

煤气冷却器前置技术是在转炉一次烟气处理过程中，将原本布置在切换站后的煤气冷却器前移至引风机与切换站之间，其工作原理是将通过电除尘器净化后的烟气先经煤气冷却器进行喷淋冷却及除尘，由此可使排散烟气中的含尘量进一步降低，实现烟气的超低排放。

2.1.2 系统构成

煤气冷却器前置技术所需配置与煤冷未前置技术基本相同，由煤气冷却器、冷/热水池、相关水泵、冷却塔、过滤器、相关仪表阀门等组成。由于该技术将煤气冷却器移至切换站前，导致烟气在冷却器中的含水量增大，影响后续设备的运行及烟气排放，因此需要除雾装置使其中的烟气含水量降低。故在该冷却器中加装除雾器，并增加配套的冲洗装置，可实现转炉一次烟气的超低排放。煤气冷却器前置系统工艺流程如图1所示。

图1 煤气冷却器前置系统工艺流程

2.1.3 技术特点

该技术使煤气气流方向与喷水方向反向流动，增加两者的接触表面，降温迅速。不但可以进一步清洗煤气，而且能够解决干法静电除尘器末级电场清灰产生第二次扬尘而导致净煤气含尘量超标的问题。经实际项目运行测试，该技术净化的烟气含尘量不超过10 mg/Nm3。

2.2 后置湿式电除尘器技术

2.2.1 工作原理

湿式电除尘器与干式电除尘器的工作原理基本一致，仅在清灰方式上略有不同。湿式电除尘器是利用喷雾等方式，在极板上形成一层薄薄的水膜，从而达到清灰的效果，并能有效防止粉尘发生二次扬尘。湿式电除尘器采用立式布置方式时，安装位置放于风机后烟囱前，收尘极板型式为多规格六边形蜂窝结构，阴极线垂直于六边形极板中心，收尘极板上部和灰斗下部设置喷淋系统。在进气方面，该电除尘器可采用切线进气方式，也可采用中间进气方式，通过适当的导流装置使烟气均匀分布于各蜂窝中。喷水方式可采用四周喷水、中心喷水、上部喷水等。在冲洗水的作用下，极板上收集的粉尘被水膜包裹，流入灰斗中排放，达标的洁净烟气排至出口。

2.2.2 系统组成

湿式除尘系统的主体构成包括：除尘器本体及钢结构、脱水系统、供水系统、雾化喷射系统、氮气系统、冲洗系统、回水系统、高压电源、污水处理系统、阀门、膨胀节、配套电气系统、仪表控制系统、自动化控制系统等。

2.2.3 技术特点

（1）工艺简单：立式湿电除尘器内部采用的是蜂窝状排列，可以在制造厂内拼接好，到现场直接安装即可，设计结构紧凑，占地面积小。

（2）烟气处理量范围大：无论是烟气还是粉尘污染物，从几千至几百万风量都可以处理。

（3）除尘效率高：立式湿电除尘器由于采用的是蜂窝状阳极管，其在吸收烟气粉尘时接触面积大，除尘率可达95%～99%。

（4）适应领域：立式湿电除尘器既可以处理烟气也可以处理粉尘颗粒物，因此广泛应用于钢铁、电力、建材、玻璃窑炉等行业的粉尘治理。

（5）运行阻力：阻力小于300 Pa，且运行、维修费用低。使用寿命30年以上。

（6）可使转炉一次除尘系统的放散及回收煤气含尘浓度由现有的最高300 mg/Nm3降低至不超过10 mg/Nm3的超低排放要求。

2.3 金属滤袋精除尘技术

2.3.1 工作原理

转炉煤气经切换站放散侧出来后，含尘气体经管道进入除尘器箱体中，在导流板的作用下，含尘气体均匀分布于整个滤室内部，粉尘在随气流上升过程中经过金属滤袋并被拦截在金属滤袋表面，烟气得到净化后放散。

精除尘器利用转炉煤气正常回收期，对金属滤筒采用热氮气连续进行反吹再生作业，堆积在金属滤袋表面的粉饼层在此反向加速度及反向穿透气流的作用下，脱离金属滤袋表面，落入灰斗。

落入灰斗后的粉尘累积到一定量时可由料位计控制，收集的粉尘通过气力输灰的方式运至干法除尘细灰仓。转炉干法除尘系统改造工艺如图2所示。

图2 转炉干法除尘系统改造工艺

2.3.2 系统组成

转炉干法除尘系统包括：除尘器本体钢结构、金属滤料、喷吹系统、加热系统、眼睛阀、气力输送系统、电气控制系统[5]。

2.3.3 金属滤袋技术特点

（1）滤袋为金属材质，具有耐高温、耐腐蚀、强度高等特点。

（2）滤袋的孔隙率较高，达到90%，使设备形成低压降、低能耗。

（3）可实现在线反吹与离线清洗，再生程度高，寿命长。

（4）滤袋具有导电性，可有效避免静电引起的粉尘爆炸。

（5）易于回收，可实现二次利用。

（6）相较于湿式电除尘器，金属滤袋除尘器具有投资费用低、运行费用低、无水处理系统。

（7）不易发生爆炸。排放稳定且满足煤气含尘浓度小于10 mg/Nm3的要求。

2.4 分离式烟气双塔冷却净化技术

2.4.1 工作原理

炼钢过程中产生1400～1600 ℃的高温烟气经过汽化冷却烟道，温度降至850～1000 ℃，再经蒸发冷却器的雾化喷水作用，烟温可降至250 ℃左右。此时，蒸发冷却器内约30%的粗灰进入排灰系统，并定期加入转炉中再次利用。烟气则进入圆式电除尘器进行精除尘[6]。风机采用ID 轴流风机，有利于系统的泄爆。净化后的烟气经过轴流风送入分离式烟气双塔冷却净化装置，即保留传统的煤气降温塔位于切换站后回收侧的基础上，在放散侧增加了煤气喷淋净化洗涤塔，该技术在国内转炉一次除尘工艺系统中已成功应用。转炉一次烟气煤气蒸发冷却除尘及深度净化系统如图3所示。

图3 转炉一次烟气煤气蒸发冷却除尘及深度净化系统

2.4.2 系统组成

典型的分离式烟气双塔冷却净化系统包括汽化冷却烟道、高温非金属补偿器、蒸发冷却环缝洗涤一体化装置、旋转混流发生器喷嘴、可调环缝洗涤器组件、水雾喷枪、金属补偿器、双流体气雾喷嘴、文氏喷射型连接管、风机入口管网连接管、煤气切断阀、煤气放散管、气动旋流分离筒、水雾喷嘴、湿旋脱水器、排污管、自清洗型水封排水器、氮气接口等。

2.4.3 技术特点

（1）喷淋水与烟气逆向流动，即烟气从下向上，水流自上而下，增加水气接触时间，从而使烟尘与水高效渗透[7]。

（2）不同高度位置采用雾化级别不同的喷嘴实现分级喷淋水介入，后端较大颗粒冷却水可以吸收合并前端小颗粒的水滴，并阻止水气流失。

（3）按照烟气流量流速和布气布水状态，设计该装置的结构参数，每级的水量按预先设计并可分别调节。

（4）为了减少水分被气流带走，冷却器尾端设置多级高效脱水装置。

（5）可实现精除尘，分离式烟气双塔冷却净化装置，排放浓度稳定控制在≤10 mg/m3以下。

（6）循环水处理设备投资费和运行成本大幅度降低，水量消耗降低了50%左右，煤气回收量提高15%以上。

3 结语

钢铁行业的超低排放改造在当今减污降碳的大背景下势在必行，且钢铁行业相较于电力行业涉及的范围更广，因此其超低排放改造是一个较大的系统性工程，几乎涵盖了钢铁行业中各个工艺流程，需各流程全面协调配合方可完成目标。钢铁行业的超低排放工艺选择，应从经济性、稳定性、实用性等方面考虑，同时通过建立示范工程、典型案例等形式，以点带面，为各工艺流程提供参考依据，最终实现全过程、系统性的钢铁行业超低排放。