V2O5熔化爐煙氣治理設(shè)計(jì)

陳 亭

1 前言

四川省攀枝花市攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司下屬釩業(yè)公司V2O5作業(yè)區(qū)有2座13 m2的熔化爐。2座熔化爐建成以來一直無煙氣治理設(shè)施，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙塵（顆粒物主要成分為V2O5）通過煙囪直排，既造成了釩的損失也造成了環(huán)境污染。目前煙囪外排煙氣含塵濃度一般維持在200 mg/m3左右。

由于現(xiàn)行《釩工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求熔化爐的煙氣外排含塵濃度須控制在50 mg/m3以內(nèi)，須增加除塵設(shè)施對(duì)熔化爐煙氣進(jìn)行治理，使其達(dá)標(biāo)排放。

2 除塵工藝

2.1 V2O5熔化爐基礎(chǔ)參數(shù)

（1）煙氣量：12000 m3/h·座；

（2）煙氣溫度：≤1000 ℃；

（3）煙氣含塵濃度：200 mg/m3；

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

（5） 煙塵粒度：<200μm：14.5%；≥200 μm：85.5%；

（6）煙塵成份：V2O5

2.2 除塵方式的選擇[1]

除塵方式的選擇一是在工藝上選擇技術(shù)可行、且投資經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方案。二是對(duì)于不同的現(xiàn)場，須有針對(duì)性的選擇除塵方式。就本工程而言，其現(xiàn)場的特殊性在于，用于布置除塵系統(tǒng)的場地十分緊張，故不能采用設(shè)備和管網(wǎng)占地面積大的技術(shù)方案。

目前國內(nèi)類似工藝線的除塵一般采用兩種方式：一是將含塵煙氣通過直接或間接換熱降低溫度后，再經(jīng)由布袋除塵器過濾收集粉塵，最后通過煙囪集中外排。二是將含塵煙氣通入水膜除塵器降溫除塵后，再通過煙囪集中外排。

第二種除塵方式受粉塵的水溶性影響較大。在本工程中，由于煙氣中的固體顆粒物為水溶性差的V2O5，所以不能采用這種除塵方式。

在第一種除塵方式中，若采用直接空冷（混野風(fēng)）的方式來降低煙氣溫度，由于混合野風(fēng)后整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)量增大，主要設(shè)備（除塵器、主抽風(fēng)機(jī)等）的選型也將比不混野風(fēng)時(shí)大很多，在類似工程中，這種方式的除塵效果雖然不錯(cuò)，但一是投資高，二是設(shè)備和管網(wǎng)的占地面積大。所以并不適用于本工程。

若采用直接水冷的形式降低煙氣溫度，由于水冷降溫后進(jìn)入布袋除塵器的煙氣含大量的飽和水，會(huì)導(dǎo)致粘袋，不僅影響除塵效果且會(huì)降低設(shè)備使用壽命，故也不可采用。

因此，本工程決定采用間接換熱降低煙氣溫度，再通過布袋除塵器除塵的除塵方式。

考慮到熔化爐煙氣溫度高，換熱后的冷媒（空氣或者水）直接外排大量的熱能就被浪費(fèi)了，故本次不采用一般的空冷或水冷換熱器，而采用余熱鍋爐換熱來生產(chǎn)飽和蒸汽，供廠區(qū)生產(chǎn)生活使用。

2.3 濾料的選擇[1]

由于煙氣中含有微量硫等酸性氣體，粉塵只能在露點(diǎn)以上的狀態(tài)下進(jìn)行過濾。本次除塵器采用杜邦纖維制造的美塔斯（metamax：與美國杜邦生產(chǎn)的諾梅克斯和日本帝人生產(chǎn)的康耐克斯的統(tǒng)稱）耐高溫覆膜濾料，濾料連續(xù)工作溫度≤204℃，瞬時(shí)工作溫度≤250℃。

這種濾料制成的濾袋復(fù)合一層極薄的微孔材料，取代了原來傳統(tǒng)過濾技術(shù)中的一次粉塵層，實(shí)現(xiàn)了目前先進(jìn)的表面過濾技術(shù)。由于美塔斯固有的化學(xué)和物理特性，表面光滑，粉塵不易粘結(jié)在濾袋上，較低的清灰能耗就可以把粉塵清落下來，提高了濾袋的清灰再生功能和清灰效果。

2.4 除塵工藝

本方案采用1套除塵系統(tǒng)，對(duì)2座熔化爐煙氣進(jìn)行治理。2座熔化爐輪流生產(chǎn)，同時(shí)只有1座熔化爐煙氣進(jìn)入除塵系統(tǒng)。根據(jù)熔化爐氣體成分，除塵工藝為：來自熔化爐后煙道內(nèi)≤1000℃煙氣經(jīng)余熱鍋爐冷卻至≤200℃，再與野風(fēng)混合直接冷卻至150℃，經(jīng)布袋除塵器低速過濾，凈化后的煙氣經(jīng)風(fēng)機(jī)、消聲器和煙囪高空達(dá)標(biāo)排放。余熱鍋爐換熱后產(chǎn)生的蒸汽由主蒸汽管路外送至界區(qū)，供生產(chǎn)使用。其流程圖為：

熔化爐→余熱鍋爐→脈沖布袋除塵器→離心引風(fēng)機(jī)→消聲器→煙囪達(dá)標(biāo)排放。

對(duì)進(jìn)入除塵器前的煙氣溫度進(jìn)行隨時(shí)檢測，當(dāng)煙氣溫度超過設(shè)定值時(shí)，打開混風(fēng)閥，混入冷風(fēng)，降低溫度，保護(hù)除塵器濾袋。[1]

采用PLC對(duì)所有除塵設(shè)備實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)邏輯控制，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠。

2.5 除塵系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算[1]

2.5.1 系統(tǒng)風(fēng)量

風(fēng)機(jī)風(fēng)量的確定：

式中：Vg——煙氣量，m3/h；

Cg——煙氣在tg及tm時(shí)的平均比熱的平均值，kcal/m3.℃，查《鋼鐵企業(yè)采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)參考資料》表2-6-11；

tg——煙氣溫度，℃；

Ca——混入野風(fēng)在tm及ta時(shí)的平均比熱的平均值，kcal/m3.℃，查《鋼鐵企業(yè)采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)參考資料》表2-6-11；

tm——混入野風(fēng)后的煙氣溫度，℃；ta——野風(fēng)溫度，℃;

Va——混入的野風(fēng)量，m3/h

各參數(shù)值如下：

V tg=12000 m3/h；

ta=31℃(按夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度31℃考慮)；

將以上數(shù)據(jù)代入公式得混入的野風(fēng)量：

換熱器前的參數(shù)：t=1000℃,L=12000 m3/h(工況流量為63473 m3/h)，含塵濃度200 mg/m3(37.8 mg/m3)；根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)取管道內(nèi)煙氣流速為V≥20 m/s，則管徑為 Φ 內(nèi) 1050，δ=8，管道材料為內(nèi)襯耐高溫材料的Q235。

換熱器后，混入野風(fēng)前的參數(shù)：t=200℃,L=12000 m3/h(工況流量為23584 m3/h)，含塵濃度200 mg/m3(0.102 g/m3)；根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)取管道內(nèi)煙氣流速為V≥18 m/s，則管徑為Φ內(nèi)680，δ=5，管道材料Q235。

混入野風(fēng)后的參數(shù)：t=150℃，L=(5000+12000)=17000 m3/h(工況流量為29880 m3/h)，含塵濃度0.92 g/m3（含成品包裝點(diǎn)）;根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)取管道內(nèi)煙氣流速為V≥18 m/s，則管徑為Φ內(nèi)760，δ=5，管道材料Q235。

野風(fēng)管參數(shù)：t=31℃，L=5000 m3/h(工況流量為6315 m3/h)，野風(fēng)中含塵濃度忽略不計(jì);流速為V=～18 m/s,則管徑為 Φ 內(nèi) 310，δ=4，管道材料 Q235。

除塵器后風(fēng)管參數(shù)：t=150℃,L=1.2×17000 m3/h=20400 m3/h(工況流量為 1.2×29880 m3/h=35856 m3/h)；流速為V=～12 m/s,則管徑為Φ內(nèi)1000,δ=6,管道材料Q235。

系統(tǒng)工況流量為：29880 m3/h(t=150℃，0.089 MPa)

風(fēng)機(jī)風(fēng)量為：L=1.2×29880=35856 m3/h(150 ℃時(shí)，0.089 MPa)。

2.5.2 系統(tǒng)阻力

爐膛壓力控制范圍-100～+50 Pa,取△P1=100 Pa(1000 ℃時(shí),夏季 0.089 MPa)。

熔化爐至余熱鍋爐間管網(wǎng)阻力(1000℃時(shí),夏季0.089 MPa)。

余熱鍋爐阻力：△P3=350 Pa(1000℃時(shí),夏季0.089 MPa)。

余熱鍋爐后、野風(fēng)口前管網(wǎng)阻力(200℃時(shí),夏季0.089MPa)：

野風(fēng)口后、布袋除塵器前的管網(wǎng)阻力(150℃時(shí),夏季0.089 MPa)：

布袋除塵器后管網(wǎng)阻力 (150℃時(shí),夏季0.089 MPa)：

注：除塵器后管網(wǎng)內(nèi)煙氣流速取12 m/s。

長袋低壓脈沖布袋除塵器阻力(150℃時(shí),夏季0.089 MPa)：

△P7=1800 Pa。

消聲器阻力(150℃時(shí),夏季0.089 MPa)：

△P8=200 Pa。

150℃時(shí),夏季0.089 MPa情況下的阻力:

系統(tǒng)阻力：△P=3326 Pa。

要克服150℃時(shí),0.089 MPa情況下3326 Pa的阻力,需要在150℃時(shí),0.089 MPa情況下的最小全壓為3326 Pa,折算到200℃時(shí),0.1013 MPa情況下的最小全壓:

3326=H×0.089(273+200)/0.1013(273+150)

則：H=3374 Pa

風(fēng)機(jī)全壓：H=1.2×△P

=1.2×3326

=3991 Pa(150 ℃,0.089 MPa時(shí))。

綜合計(jì)算，除塵系統(tǒng)主風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)為：35856 m3/h，工況溫度：150 ℃，全壓：3991 Pa。2.6 主要設(shè)備組成

（1）離心風(fēng)機(jī)：Y9-26№12.3D，1臺(tái)[2]

L=35856 m3/h，全壓：3991 Pa（150 ℃，攀枝花當(dāng)?shù)卮髿鈮海?/p>

（2） 余熱鍋爐系統(tǒng)：L=12000 m3/h，T進(jìn)=1000℃、T出=200℃，額定蒸汽產(chǎn)量：5 t/h，額定蒸汽壓力：1.0 MPa；

（3）長袋低壓布袋除塵器：CDY-4，1臺(tái)[2]

L=35856 m3/h，F(xiàn)=1224 m2,F凈=918 m2,V凈=0.65 m/min,P=1800 Pa

3 系統(tǒng)優(yōu)勢

（1）采用余熱回收技術(shù)，充分利用煙氣的余熱，節(jié)能環(huán)保。

利用高溫?zé)煔獾挠酂岙a(chǎn)蒸汽可供廠區(qū)生產(chǎn)生活之用，節(jié)約了能源，且解決了換熱后的冷媒（水或空氣）的處理問題，有利于環(huán)保。

（2）采用覆膜濾料，降低日常維護(hù)工作量。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，普通濾料每年就需更換一次，采用覆膜濾料后，濾料至少能正常使用兩年，減少了工人的維護(hù)工作量，同時(shí)也避免了因停機(jī)換袋造成的損失。

4 經(jīng)濟(jì)分析和社會(huì)效益

4.1 投資

釩業(yè)公司V2O5熔化煙氣治理工程投資：380萬元（不含設(shè)備增值稅）。

4.2 年經(jīng)濟(jì)效益

4.2.1 余熱回收產(chǎn)蒸汽量及收益

該除塵系統(tǒng)的余熱鍋爐每天產(chǎn)低壓蒸汽量：25 t，則每年（按330天計(jì)）產(chǎn)蒸汽量：8250 t。根據(jù)目前廠區(qū)生產(chǎn)低壓蒸汽的成本，每噸價(jià)格為85元，則每年節(jié)約成本為：70.125萬元。

4.2.2 粉塵回收量及收益

除塵系統(tǒng)每天回收V2O5干粉：21.6 kg，則每年（按330天計(jì)）回收量：7.128 t。根據(jù)目前市場上的銷售情況，每噸銷售價(jià)格為7.3萬元，則每年銷售收益為：52.03萬元。

經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)：122.155萬元。

4.3 年成本開支

（1） 電力消耗：145.53 萬 kW·h/年，電價(jià)：0.52元/kW·h，全年電費(fèi)：75.68萬元。

（2）水耗：11880 m3/年，水價(jià)：1.7 元/m3，則全年水費(fèi)：2.02萬元。

（3）壓縮空氣耗量：190萬 m3/年，壓空單價(jià)：0.12元/m3，全年壓縮空氣費(fèi)：22.8萬元。

（4）修理費(fèi)（3%）：11.4萬元

（5）折舊（8%）：30.4萬元

（6）合計(jì)：142.3萬元

4.4 年實(shí)際運(yùn)行成本

142.3 －122.155=20.145萬元

可以看出，年實(shí)際運(yùn)行成本與類似項(xiàng)目進(jìn)行比較，處于較低水平。

4.5 社會(huì)效益

釩業(yè)公司V2O5熔化煙氣治理工程完成后，可降低外排煙塵濃度，改善廠區(qū)景觀、崗位工人勞動(dòng)環(huán)境及周邊居民的生活環(huán)境，將取得很好的社會(huì)效益。

5 結(jié)語

釩業(yè)公司V2O5熔化煙氣治理工程的除塵系統(tǒng)，綜合國內(nèi)除塵現(xiàn)狀，根據(jù)實(shí)際情況，選擇了余熱鍋爐搭配負(fù)壓式除塵系統(tǒng)，并采用了覆膜濾料的收塵技術(shù)，具有運(yùn)行成本低、占地小和粉塵回收率高的特點(diǎn)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]郭豐年，龍步云，徐連達(dá)等.鋼鐵企業(yè)采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社.1996.300-308，366-398,502-506，535-540.

[2]陸耀慶，陳濤等.供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.1987.975-989.