炼钢厂转炉除尘装置超低排放控制方法研究

吴方耀，徐 尧

（中钢集团天澄环保科技股份有限公司，武汉 430205）

炼钢厂转炉除尘装置一般是对冶炼过程中出现的粉尘、颗粒物、污染气体等进行采集，并通过内置结构进行覆盖式处理。转炉除尘装置具有良好的过滤效果，部分还可以将收集和处理的粉尘压缩分解，有效地降低空气污染，实现强有力的多维控制。但是，由于炼钢厂转炉日产的冶炼工作量剧增，简单的除尘装置无法实现预期处理目标，极易造成冶炼事故，影响作业安全。虽然传统除尘装置超低排放控制方法[1-2]能够实现预期控制目标，但是其对排放控制区域的划定并不清晰，导致排放控制结果存在一定误差。现阶段应用的除尘装置超低排放控制方法一般为单向结构，效率较低，导致控制效果不佳。因此，本研究设计一种炼钢厂转炉除尘装置超低排放控制方法，然后对其进行验证。

1 方法设计

1.1 确定初始排放控制范围

结合当前炼钢厂的需求及相关标准，确定初始排放控制范围。采用湿法脱硫，计算超低排放控制的覆盖范围。基础排放流化范围的标定一般采用燃烧+干法/半干法处理[3]，在实现粉尘预处理的同时，测定实际排放速度，明确排放控制的覆盖范围[4]，如式（1）所示。

式中：U为覆盖排放控制范围；θ为可控的排放速度；S为单元覆盖范围；T为定向的控制耗时。

根据当前的测定与计算，将得出的覆盖排放控制范围设定为基础的排放控制等效范围[5]。在后续的排放处理过程中，均要依据此范围进行边缘排放测定及标出处理，为排放控制奠定坚实基础。

1.2 设计交叉超低排放控制结构

交叉排放的覆盖控制范围大，针对性强，可以增强烟尘排放控制效果，具有稳定性。结合炼钢厂排放的烟尘特征进行分类控制处理，转炉产生的大气污染物主要包括烟尘、SO2以及重金属。这类烟尘的主要特征与转炉运行存在直接关联，一般粉尘粒径不小于12 μm，占比高达25%，可以利用这一特征，采用交叉处理方式，设计排放控制结构，通过交叉排放控制，分多个阶层设定控制浓度。合理调整各个控制环节的标准及排放控制目标，以强化交叉超低排放控制结构的应用效果。

1.3 构建多阶除尘装置超低排放控制模型

炼钢厂转炉除尘装置通常采用全覆盖，并部署局域覆盖，在排放控制过程中会消耗大量能量，单一的排放控制结构也会造成负担，因此要采用多阶除尘装置超低排放控制模型。结合炼钢厂转炉的粉尘排放特征，在初始模型中设定颗粒物的标准排放浓度，一般为12.5 mg/m3，综合除尘效率需要控制在89.52%～99.90%。流化床烟尘控制的综合除尘效率不低于99.98%。完成基础控制标准的设置后，设计模型的超低排放控制结构，如图1 所示。通过多层级的排放控制结构和多标准的控制排放浓度限制，强化控制效果，增强模型控制能力，为后续除尘工作的执行提供参考。

图1 多阶除尘装置超低排放控制模型结构

1.4 通过关联图谱处理实现排放控制

关联图谱是一种强化超低排放控制的关联性限制技术。转炉的粉尘产生量较大，采用湿法脱硫先分解粉尘中的杂质，再结合低氮燃烧和选择性催化还原（SCR）的超低排放控制环节，进一步消除粉尘中的有害物质和扩散物质，确保排放时的安全与稳定。接下来，将转炉内的操作温度控制在250 ～350 ℃，通过图谱技术观察炉内粉尘量。转炉尾部收集后，粉尘进入除尘装置，将洗涤器布置在除尘设备后侧，下游设置静电除雾。此时，通过关联图谱观察粉尘排放量的变动，同时分多个阶段进行排放控制，避免烟气处理量过大、压损高、成本高等问题，提升整体排放控制质量和效率。粉尘连续监测期间，可以在同时段多维观测，确保图谱观测数据的真实性与可靠性，更好地保证粉尘排放控制效果。

2 方法测试

为了验证炼钢厂转炉除尘装置超低排放控制方法的有效性，进行试验（试验组）。选定某炼钢厂的转炉作为测试对象，以相关研究[1-2]提出的2 种传统除尘装置超低排放控制方法为对照组（对照组1 和对照组2），在实验室中模拟真实的生产环境，引入模拟废气来模拟转炉运行过程产生的废气。一是道路行驶过程的氮氧化物（NOx）排放控制方法，二是燃油系统污染物控制方法。采用本文方法和对照组方法，对转炉除尘装置的关键参数进行调整和优化，以达到超低排放目标。

2.1 测试环境及参数

结合实际测定需求及相关标准，设置炼钢厂转炉除尘装置超低排放控制方法的测试环境。明确转炉粉尘排放范围，计算出超低排放的边缘值，对每个排放极限点位进行统一标定，以便进行后续测定及排放控制。各个边缘点位增设一定数量的监测控制节点，设置转炉排放控制装置，每个节点均独立安装，但是应用时需要关联，以便采集、汇总和整合周期内的数据信息。初始排放控制指标及参数的设定如表1 所示。综合分析转炉的运行状态及除尘装置的覆盖除尘范围，计算初始的灰飞量，如式（2）所示。

表1 转炉除尘装置初始排放控制指标及参数

式中：G为排放初始灰飞量；P为排放的覆盖范围；φ为除尘速度；a为单元除尘频次；ω为堆叠范围。

2.2 结果分析

将本研究设计的超低排放控制周期划分为5 个，在排放初始灰飞量的限制与控制标准之内，计算排放控制后的粉尘浓度差值，如式（3）所示。

式中：Y为粉尘浓度差值；R为覆盖范围；t为控制频次；v为重复控制范围；w为脱硫次数。

测试粉尘超低排放控制效果，如图2 所示。相较2 个对照组，试验组的粉尘浓度差值被控制在5.2 mg/m3以下，说明本文设计的炼钢厂转炉除尘装置超低排放控制方法更加有效，该超低排放控制结构更加灵活，针对性更强。

图2 粉尘超低排放控制效果

3 结语

本文设计了一种炼钢厂转炉除尘装置的超低排放控制方法，并进行试验验证。试验结果表明，该方法能够有效降低转炉除尘装置的粉尘排放浓度，同时具有良好的可操作性，能够在复杂环境下灵活处理粉尘，使其达到烟气超低排放标准，以应对不同情况。在实际应用中，要确定初始排放控制范围，设计交叉超低排放控制结构，构建多阶除尘装置超低排放控制模型，通过关联图谱处理实现排放控制。