轉爐區域三次除塵系統的改造

趙 錄

（天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

藍天保衛戰進入攻堅階段，鋼鐵行業成為大氣污染治理的主戰場，近兩年的政府工作報告中均提出推動鋼鐵等行業超低排放改造。2018年6月27日國務院國發〔2018〕22號《打贏藍天保衛戰三年行動計劃的通知》中指出要推動實施鋼鐵等行業超低排放改造，強化工業企業無組織排放管控；2019年4月29日，由生態環境部等五部委聯合發布的《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》正式發布，全面推動全國各省市鋼鐵企業超低排放改造工作的進程。天津天鋼聯合特鋼有限公司將環保工作和綠色發展放在首位，結合企業生產經營現狀和實際管理需要，找準重點，精準施策，積極開展了煉鋼轉爐區域三次除塵系統改造攻關實踐，保證顆粒物達標排放。

1 項目背景

聯合特鋼公司現有頂底復吹轉爐3座，最大出鋼量 120 t，公稱出鋼量100 t，平均冶煉周期 33 min，最大吹氧強度 4.5 m3/mint鋼水。冶煉產生高溫、夾雜、易爆、有毒混合煙氣，大部分經汽化煙道冷卻，溫度由1 450～1 600℃降低為900℃，先進入塔文式煙氣一次除塵系統處理，一部分經過爐周風道進入二次除塵系統處理，還有部分經過爐口、檔火門、氧槍孔等處彌散，加上來自倒灌區域、廢鋼區域的鐵水、廢鋼烘烤產生的煙氣構成三次煙氣。至今，煉鋼廠共配備了8套除塵裝置，小時煙氣處理量為374.1萬m3。盡管如此，仍然存在部分粉塵無組織排放現象。隨著環保形勢的日趨嚴峻和環保政策的日趨嚴格，煉鋼廠針對這部分無組織排放粉塵治理開展了技術攻關，經調研、分析、討論、確認，決定實施煉鋼轉爐區域三次除塵系統改造項目，通過改造，保證顆粒物排放濃度≤10 mg/Nm3。

2 三次除塵建設創新技術改造思路及確定

2.1 現有除塵系統配置情況

為精準施策，聯合特鋼公司煉鋼廠對現有轉爐區域除塵系統配置情況進行了分析，具體情況如下：

（1）一次除塵

2013年，聯合特鋼公司對3座轉爐一次煙氣除塵系統的“二文一塔”OG重陀喉口濕法除塵進行了改造，改為四代OG除塵系統，每臺OG系統設計煙氣量為168 000 m3/h。

（2）二次除塵

聯合特鋼公司轉爐煉鋼區域設置2臺長袋脈沖布袋除塵系統（主要處理轉爐兌鐵水所逸出的煙塵、高位料倉卸料時產生的粉塵、原料轉運過程中的粉塵等），每臺過濾面積25 680 m2，處理煙氣量876 480 m3/h，采用高效覆膜濾料。

（3）其它除塵設施情況

地下料倉除塵、鐵水脫硫站除塵系統和鐵水倒罐除塵系統除塵設施配置情況如表1所示。

2.2 現有布袋除塵器存在的問題

表1 地下料倉、鐵水脫硫和鐵水倒罐除塵設施配置情況

布袋除塵器運行中主要有3大問題：粉塵排放超標、除塵器壓力比正常高、濾袋的使用壽命過短。

2.2.1 粉塵排放超標

濾袋表面的初始層不夠、濾袋破損、濾袋裝配不良是造成粉塵排放超標的基本原因。

2.2.2 阻力過高

除塵器的阻力在除塵器的設計中已經設定，但在除塵器的運行中，會發生除塵器的阻力在短時間急劇增加現象。阻力過大的原因可以分為兩種：除塵器在系統運行后立刻發生；除塵器在工作一段時間后發生。如果是新裝除塵器的設計不當，容易造成第一種現象的發生；造成第二種現象是操作問題和維修方面所致：主要原因是濾袋的清洗不良，濾袋堵塞、進氣分配不勻。

2.2.3 濾袋的壽命過短

濾袋的品種使用不當、濾袋的品質、過濾氣速、粉塵負載、粉塵成分、粉塵特性、清洗方法、清洗頻率、系統開機、停機次數以及相關的維護工作都影響到濾袋的壽命。

2.3 確定本次改造項目采用的除塵器

根據以往布袋除塵器運行中經常出現粉塵排放超標（如濾袋破損等導致）、除塵器阻力過高（設計環節、后期操作維護不當等導致）、濾袋的使用壽命過短（濾袋品質不過關）的問題，確定本次所采用的脈沖布袋除塵器相關要求如下：

2.3.1 確定除塵器基本要求

選擇高效覆膜濾料；選擇合適的清灰系統；確保除塵器過濾風速低于0.6 m3；確保除塵器結構合理；實現自動氣力輸灰；能夠實現離線維修。

2.3.2 確定工藝流程

本項目主要針對轉爐加料產生的廢氣和鐵水倒灌產生的廢氣等進行收集處理，共設置6個集氣罩，分別為：轉爐加料跨南側接鐵水區域屋頂罩（2個）、鐵水倒灌除塵罩（1 個）、轉爐加料跨 1#、2#、3#轉爐屋頂罩（3個）。

2.3.2.1 確定工藝流程

工藝流程詳述：各產塵點處產生的廢氣，在引風系統負壓的作用下，被各自的集氣罩收集，經過各支管道匯入總進風管道，然后進入低壓脈沖反吹布袋除塵設施，在布袋的作用下濾去氣流中的粉塵，凈化后的氣體由除塵器出風口排出，經過風機站管道、風機，最后由50 m高排氣筒排入大氣。而被布袋過濾下來的灰塵通過脈沖閥定期循環噴吹落入除塵器灰斗中，下落至倉泵中，倉泵加壓后將物料輸送至目標倉，目標倉安裝倉頂除塵器（不設大氣排氣口）。目標倉可根據需要直接將粉塵再次回收利用，由氣力輸送方式直接輸送到原料場，按比例混配入燒結料送入燒結機綜合利用。本項目生產工藝流程如圖1所示。

除塵系統工藝流程：各吸塵點→除塵閥門→除塵管道→低壓脈沖布袋除塵器→除塵主風機→消聲器→煙囪。

2.3.2.2 確定除塵選項

根據煉鋼廠轉爐區域現場情況，將配置一套過濾面積53 000 m2、處理煙氣量160萬m3/h的低壓脈沖反吹布袋除塵設施，具體要求如表2所示。

圖1 本項目生產工藝流程及產污節點圖

表2 低壓脈沖反吹布袋除塵設施具體參數要求

2.3.2.3 確定除塵系統技術要求

（1）濾袋

選用褶皺濾袋，Ф160×6 500 mm，濾袋為12個褶皺，單條過濾面積為6.07m2，褶皺成型采用自動設備制作，不允許純手工制品。濾袋袋口必須采用防泄漏結構，袋口設雙道整體式氈條卡口，確保濾袋口與除塵器花板密封完整，不掉袋。濾袋縫制采用針線縫紉時，必須對針眼進行涂膠封堵或采用其它有效措施，確保排放濃度≤5 mg/Nm3。

（2）袋籠

與褶皺濾袋配套，縱向筋直徑 Ф3.8 mm，袋籠支撐件為整體成型式或采用阻焊式。阻焊式鋼絲規格：Ф4（中心環）、Ф3（支撐桿）雙絲，袋籠采用全自動焊接生產線生產，焊接完成后必須同時進行酸洗或拋丸除銹，外表噴涂有機硅防腐。

（3）濾袋數量：8 736條。

（4）濾袋材質 ：550 g/m2滌綸超細面層針刺氈覆膜濾料。

（5）除塵器布置：采用雙排布置，離線卸灰，每排7個灰斗，每排14個室，每個除塵器灰斗設置空氣炮及高低料位計。

料位計采用射頻導納式。

脈沖閥：3寸淹沒式，上海袋配或蘇州協昌，672件。

除塵器外形尺寸：約為 48.16×18 m。

除塵器壁板厚度為5 mm，灰斗壁板厚度為6 mm，花板厚度為8～10 mm（保證平整度），支腿最小規格為300×200H型鋼。為了確保除塵器濾袋的使用壽命以及降低除塵器的運行阻力，主風道向各室分風閥氣流速度≤5 m/s，離線閥氣流速度≤8m/s。除塵器進出口氣流速度＜14 m/s。

除塵器灰斗的傾斜角度不得小于60度。灰斗插板閥下預留高度為3 000。

除塵器供配套進出口織物補償器，共計2臺。

除塵器設置配套6 m3壓縮空氣儲氣罐，并配套減壓閥1套。

（6）電控系統設置要求

閥分室設置端子箱，端子箱以后的接線及其控制由工廠設計負責。包括除塵器本體鋼結構、濾袋、袋籠、噴吹系統等全套設備。

（7）除塵卸灰系統設置

除塵器設置提升閥每室1個共計28個；除塵器每個灰斗設置空氣炮1個；6 m3壓縮空氣灌1個，設置在除塵器安裝平臺上。

2.3.2.4 確定除塵風機

（1）電源條件

風機房高壓電源電壓等級：10 kV±5%，50±0.5Hz三相三線。低壓電源電壓等級：（380/220 V±10）%，（50±0.5）Hz三相四線。PLC 信號：4～20 mA。

（2）水力條件

水壓：0.25～0.3 MPa；水溫：2～35 ℃；水質：生產凈水，懸浮物≤40 mg/L；pH 值 7～8.5，硬度 6DIN。

（3）氣體介質條件

氮氣壓力：0.8 MPa；流量：200 m3/h。

（4）風機設計參數

風機設計參數如表3所示。

（5）風機連鎖參數

表3風機設計參數

軸承溫度≥90℃報警，軸承溫度≥110℃報警停車；

軸振動值≥7.1 mm/s報警，軸振動值≥11 mm/s停車。

（6）電機連鎖參數

軸瓦溫度≥75℃報警，軸瓦溫度≥85℃報警停車；

軸振動值≥8.0 mm/s報警，軸振動值≥9.0 mm/s停車。

（7）風機特性曲線及能力要求

設計點效率不低于83%，風機全壓升不低于5 500 Pa，流量不低于1 600 000 m3/h。風機特性曲線要求平坦，喘振點遠離工作點。

（8）材質及制造要求

葉輪材質：15Mn；葉輪軸材質：42CrMo鍛件；機殼材質：16Mn；軸承箱材質：HT250；軸承：SKF或FAG(帶銅保持架)；進出風口：16Mn；葉輪材質：高強度合金鋼，焊后再進行整體除應力。

2.3.2.5 除塵氣力輸灰系統

轉爐三次除塵氣力輸送系統包括從除塵器灰斗下料口開始，到燒結配料倉進料口為止的氣力輸送系統設備、控制系統、管道及其它附件。通過壓縮空氣，將除塵灰直接輸送到燒結配料系統。

氣力除灰系統PLC主機采用西門子系列，放在各除塵器現場，PLC柜防護等級IP54。

氣力輸灰系統通過PLC直接控制和協調各閥門的執行機構或控制儀表正常工作，并帶有觸摸屏來顯示各設備的運行工況，對各用氣點上的氣源壓力進行監控。

綜上所述，確定設施改造后的主要性能參數為：

聯合特鋼公司在煉鋼廠轉爐區域增建一套三次除塵系統，即過濾面積53 000 m2、處理煙氣量160萬m3/h的低壓脈沖反吹布袋除塵器，采用褶皺滌綸超細面層針刺氈覆膜濾料，風機功率3 400 kW，煙囪直徑6.5 m，高50 m，出口顆粒物排放濃度＜10 mg/Nm3。建成后的轉爐三次除塵系統如圖2所示。

圖2 煉鋼廠轉爐三次除塵

3結論

鋼鐵行業的廢氣具有排放量大、污染因子多、污染面廣、無組織排放多等特點，從近幾年新發布的鋼鐵行業為相關環境保護法律法規和污染物排放標準來看，鋼鐵行業環境保護工作，特別是大氣污染防治工作提速、提效工作十分緊迫。天津天鋼聯合特鋼有限公司煉鋼廠轉爐區域三次除塵系統項目自2018年12月開工建設，于2019年4月份建成投入試運行，項目的投入，將顆粒物排放濃度控制在10 mg/Nm3之內，減少了轉爐區域粉塵無組織排放，保證了污染物的達標排放，提高了職工工作環境質量，也改善了周邊環境空氣質量，對社會、企業及職工十分有益。