化学团聚技术在烧结机头除尘中的试验研究

吕 军，付本全，诸旭东

（1.武钢有限能源环保部；2.宝钢股份中央研究院武汉分院；3.武汉天空蓝环保科技有限公司，湖北武汉 430080）

引言

2019年生态环境部及湖北省生态环境厅等6部门先后印发了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》和《湖北省钢铁行业超低排放改造实施方案》，明确钢铁企业需在2023 年底完成超低排放改造，其中烧结机头烟气颗粒物排放需控制在10 mg/m3以内。武钢有限烧结机头烟气净化系统均采用电除尘组合脱硫脱硝工艺，部分烧结机电除尘器持续运行超过15 年，除尘效率逐年下降，出口粉尘浓度最高达到340 mg/m3。高粉尘含量的烟气进入脱硫脱硝系统后，容易造成烟气分配器、除雾器堵塞，烟囱排口颗粒物超标等一系列问题。化学团聚技术是一种广泛应用于燃煤电厂的低成本、小改造颗粒物排放控制技术，其在烧结机头除尘尚属首次。

1 化学团聚技术原理

细颗粒物化学团聚技术［1］即在除尘装置前雾化喷入团聚剂，利用颗粒与雾滴、颗粒与颗粒间的团聚作用促进细颗粒团聚形成大颗粒。化学团聚除尘技术包含下列技术：细颗粒物润湿技术；絮凝团聚技术；比电阻调节技术［2-3］。

针对部分疏水性颗粒难以湿润的现象，通过在团聚剂中添加表面活性剂和无机盐，可加速细颗粒物进入团聚剂液滴内部，增强润湿性能。

图1 细颗粒物润湿技术示意图

通过在团聚剂中添加高分子化合物和pH 调节剂，可使颗粒物之间以电性中和、吸附架桥的方式团聚在一起，增强团聚效果［4］。

图2 絮凝团聚技术示意图

通过在团聚剂中添加无机盐和活性离子，增强颗粒物的导电性，降低烟气温度，可调节颗粒物比电阻，提高除尘效率。

图3 比电阻调节技术示意图

2 试验与分析过程

2.1 试验过程

试验时，首先将粉状的团聚剂与工业水通过专业的预混设备配置成不同浓度的团聚液。然后将团聚液与压缩空气通过气-液双流体喷枪雾化喷射进入除尘器的入口烟道，微小的液滴与烟气中的细颗粒作用，使烟气中的细颗粒变为大颗粒，在烟温的作用下瞬间蒸干，之后进入原除尘器被容易扑集，提高除尘器的除尘效率。团聚装置示意图如图4所示。

图4 团聚装置示意图

2.2 分析过程

（1）人工测验

选择烧结机正常连续生产的某一天，保证正常的生产设备和环保设备工艺参数不变。采用《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T 16157-1996/XG1-2017）、《固定污染源废气低浓度颗粒物的测定-重量法》（HJ 836-2017）方法，分析团聚设备停运、启运情况下，电除尘出口汇合烟道处粉尘浓度与排放强度，每种状态下连续分析3次，每组测试采样1 m3烟气。

（2）连续监测

在电除尘出口汇合烟道处，安装细颗粒浓度分析仪为西克SP-100型，用通讯电缆将数据输送至团聚除尘控制主机上，得到实时数据。细颗粒浓度分析仪的详细参数见表1所列。

表1 在线颗粒物分析仪主要参数

3 试验结果与讨论

3.1 试验结果

（1）人工测量结果

选择某烧结机正常生产日，环保设施无维修停运，当天电除尘器无放灰。烧结烟气量约160 万m3/h，烧结烟气温度≥130 ℃。当日10：00开始喷入团聚剂2 t/h，同时委托第三方人工监测按人工测验方法进行烟气取样，13：00 三组喷入团聚剂测试结束后，同时停运化学团聚设施。14：00 开始测试不喷团聚剂的试验，17：00三组不喷团聚剂的试验测试完成。

表2 测试结果表明，团聚装置停运时电除尘出口平均粉尘排放浓度为181 mg/m³，团聚装置投运时平均粉尘排放浓度为115 mg/m³，粉尘排放浓度降低了36%，团聚装置对电除尘器有明显的提效作用。

表2 2021年6月15日电除尘器出口汇合烟道（水平段）颗粒物浓度检测结果 单位：mg/m3

（2）在线监测结果分析

为评价团聚技术连续运行的可靠性，在电除尘器出口汇合烟道上安装了西克SP-100 型颗粒物浓度分析仪，安装前由厂家进行校准，保证设备数据的可靠性。2021 年 10 月 11 日～17 日跟踪并记录停运化学团聚期间电除尘器出口颗粒物浓度情况。

在跟踪停运化学团聚期间颗粒物浓度数据，同时做好团聚装置投运准备。2021 年10 月25 日～29日每日白班连续喷入化学团聚剂，根据烟气温度和烟气流量动态调整团聚液的喷入量。跟踪并分析投运化学团聚时电除尘器出口颗粒物浓度情况。

根据测试得出停运和投运团聚装置时的电除尘出口粉尘浓度趋势图（见图5），投运团聚装置后电除尘器出口平均粉尘浓度从249 mg/m3下降到168 mg/m3，下降了33%。

图5 2021年10月电除尘出口粉尘浓度趋势图

3.2 讨论

（1）化学团聚适宜工况温度与烧结烟气温度匹配操作复杂。化学团聚喷入烧结烟气后，因水气化吸热，烧结烟气温度出现明显下降。由于烧结机头烟气为高硫烟气，温度下降容易引起烟气在电除尘器内结露，从而影响电除尘器除尘效率。因此，化学团聚技术的最佳工况温度是烟气温度≥130 ℃。

（2）化学团聚不具备除尘功能，其与电除尘协同才能实现烧结烟气颗粒物显著降低。化学团聚具有增加颗粒粒径，改善颗粒物比电阻功能。电除尘的收尘效率与颗粒物比电阻密切相关，两者协同配合可以实现电除尘捕集效率提升。因此，在采用化学团聚技术前，需要维护好电除尘器设备功能，提高化学团聚强化除尘效果。

4 结语

化学团聚技术在武钢某烧结机试验结果表明：在特定的工况条件下，化学团聚技术能够实现烧结机头电除尘提效，投运化学团聚技术后除尘器出口粉尘浓度较未投运下降33%。电除尘器除尘效率提升将有力支撑后续烟气脱硫脱硝系统的稳定运行，对支撑烧结烟气超低排放具有重要意义。