論煉鋼窯爐煙氣環境除塵系統綜合性能評價

李海鋒

摘 要：本文介紹了煉鋼窯爐的煙氣特性以及目前控制情況，根據現有除塵器運行狀況通過案例分析除塵器常見問題，提出煙氣過濾裝置的選擇方案。

關鍵詞：煉鋼爐窯;除塵器;過濾裝置

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）06-0073-03

1 概述

1.1 煉鋼爐窯煙氣特征

1.1.1 冶金爐窯

冶金爐窯基本是還原爐，煙氣為還原氣氛居多;爐窯煙氣基本為開放式，無組織排放或移動排放。

1.1.2 爐窯煙氣特征

冶金爐窯煙塵多由化學過程產生，煙塵為微細顆粒及氣溶膠形態（PM2.5級別的煙塵居多）、粘性強。

1.2 煙氣控制

煙氣控制應該有兩個濃度要進行控制，并要達到超低排放，同時應該節能運行。

（1）控制崗位濃度，≤8mg/Nm3;

（2） 控制煙囪排放濃度，≤10mg/Nm3。

1.3 實際控制狀態不容樂觀

爐窯煙氣實際控制卻不盡如人意，除塵系統中的風機運行能耗、崗位濃度的控制及煙囪排放濃度這三種關系是相互牽制，由于除塵系統中都設有風機變頻器，系統有了調節功能后，往往為了應付煙囪的監控指標達標，降低變頻赫茲，犧牲崗位濃度不達標;有的企業對能耗有考核，到了晚上也會將風機的變頻赫茲調下來。造成的結果是直接危害環境、破壞環境[1]。

更深沉的原因主要是幾點：（1）提高人們的環保意識，企業建立更嚴格的明確考核制度;（2）除塵系統設計不合理性、采用落后的技術裝備;（3）現新設除塵系統的設計參數選擇過于放大，有的除塵技術落后，風機的運行工況點不在設計區間內，造成低效運行。通過案列分析：精煉爐除塵器（圖1）。

控制屏幕上顯示（圖2）：除塵器在運行負荷80%時（設定風機轉速600），除塵器入口阻力-1000Pa（煙氣管道沿程阻力），設備阻力2700Pa（合格的袋除塵器阻力≯1500Pa）。除塵器的高阻力使得風機不能滿負荷處理煙氣量。

（1）引起除塵器設備高阻力的因素主要是：除塵器各單元從灰斗進風方式、頂蓋過于淺，不能排走的雨水被抽入箱體內，使得粉塵粘結。

（2）濾袋袋口偏小，增加了除塵器結構阻力。

（3）濾袋清灰頻繁，是造成排放超標的主要因素。原除塵器為傳統分倉室結構，煙氣在除塵器內要經過幾個90°的小繞彎，其結構阻力逐步增加;另外濾袋尺寸規格為φ130×6000，濾袋口徑小，袋口風速高，濾袋自身阻力偏高;上箱體偏矮，箱體內風速過高，局部阻力大。這些因素導致除塵器運行阻力偏高，甚至達到3000Pa左右，嚴重降低了除塵系統運行負荷。

除塵系統中，袋式除塵器技術水平落后很普片，最明顯的特征是：袋式除塵器的設備阻力超高，且嚴重偏離設計指標，使得除塵系統的運行負荷低下。

設計院在系統設計中，不得不超額增加風機壓頭和電機功率滿足系統運行。所以就是出現降低負荷犧牲崗位濃度、低負荷狀態運行的功率效率低也是浪費。除塵器高能耗運行給企業帶來的負擔直接影響保護環境的目的[2]。

精煉爐抽煙捕集效果差，冒煙嚴重。這個問題在：不是設計抽風量選擇小了，而是除塵器設備阻力超限，使得抽吸能力降低，如圖3所示。

2 煙氣過濾裝置選擇

影響除塵系統的運行性能的關鍵設備—除塵器，除塵器具有高效過濾、低阻力節能、易損件壽命長、維護檢修方便等性能才具有先進性。

2.1 煙氣凈化采用電除塵器技術的局限性

電除塵技術為非接觸式過濾裝置，針對微細煙塵的捕集過濾效率很難滿足現行的排放標準，八十年代還是以兩電場居多，為了提高排放效率設置四電場已是非常普片，更有設置六電場也達標。

但電除塵器具有運行阻力易控制且低、能耗低、除塵系統的煙氣壓力平衡且穩定等優勢，只因排放效率難以達標，由此本方案不考慮電除塵技術。

2.2 煙氣凈化采用袋式除塵技術的可行性

袋除塵器是利用纖維編織物制作的袋狀過濾元件來捕集含塵氣體中固體顆粒物的過濾裝置。它能捕集到細小、干燥、非纖維性粉塵。

袋式除塵器的過濾機理是含塵煙氣通過過濾材料，塵粒被過濾下來，過濾材料捕集粗粒粉塵主要靠慣性碰撞作用，捕集細粒粉塵主要依靠擴散、靜電和篩分作用;濾料的粉塵層能提高過濾精度。隨著濾材技術的發展，已不依賴粉塵層也能獲得極好的除塵效果。但濾袋+附著在濾袋的粉塵層的壓力降卻很高，并隨著粉塵層的增加，濾袋上的壓力降更高，一般≮1200Pa，往往在運行中壓降達到1800～2700Pa，超出設計范圍。

袋式除塵器因進風式不同及煙氣組織欠缺，使得濾袋的壓降高;因濾袋袋口尺寸偏小、箱體內部的煙氣行走的擾流設置、凈氣室分間設置等傳統方式的設計均造成結構阻力增加。

不僅浪費能源，更重要的是風機負荷因設備阻力超高而不能提起，直接影響塵源點的煙氣控制，捕集率低，嚴重污染工作環境。

2.2.1 除塵器的不同進風方式性能比較

（1）灰斗頂部進風。煙氣從灰斗頂部進入，高速煙氣在灰斗內經過180°的轉向從袋底，沿袋身至下而上進行過濾，因過濾氣流與清灰氣流反向，由此削弱清灰強度，影響清灰效果;因過濾氣流與落灰反向，微細粉塵難以沉降，袋區的粉塵濃度增加，增加濾袋阻力。

（2）中箱體處進風。煙氣從中箱體處進入，在內設導流板的作用下將入口煙氣向上引導及均勻化處理，再低速進入袋區進行過濾。其設備阻力偏低，低于灰斗進風的30%。

2.2.2 濾袋損壞的主要成因

袋式除塵器的濾袋壽命常常不能達到應有的壽命。

主要因素有：（1）濾袋材料選擇不符合煙氣條件，或制作質量問題;（2）濾袋磨損，提前破損。除塵器沒有進行必要的氣流組織，或煙氣速度太高，含塵氣流將濾袋磨損;（3）濾袋破洞。噴吹管加工制造質量差，噴吹口偏斜，噴吹氣流將濾袋打破;（4）濾袋被粉塵堵塞。氣動停風閥因氣源波動，閥門自動關閉，甚至會造成全部自動關閉。箱體內瞬間壓力急劇增加，粉塵被強制嵌入濾袋濾布層內不可清除，由于濾袋的孔隙率降低，造成濾袋的壓降可達到3000Pa，這種現象叫做濾袋失效，不得不更換。

2.2.3 濾袋失效與更換

除塵器一般在更換濾袋時需要停機（除大事故箱體出現變形或拉裂外），為了保證除塵器能聯系運行，一般采用將除塵器分成若干個小單元，并在各除塵單元的進口設置手動閥、出口設置氣動提升閥，發現某個除塵單元濾袋破損，立即將該單元的閥門關閉，停在煙氣過濾，可以在線更換濾袋。

但帶來的問題是：除塵器結構阻力高、濾袋的使用壽命減小。

對照上述濾袋失效的成因，若加強加工質量和提高加工精度，濾袋不會打破;有效進行煙氣氣流組織，使其降速及均勻化，可避免濾袋磨損;不設若干氣動提升閥，不會出現粉塵被嵌入濾袋布層內堵塞濾袋。使濾袋壽命保持在壽命周期范圍內，可在主題工藝設備檢修內進行濾袋更換。

2.2.4 低阻力直通式袋式除塵器

（1）袋式除塵器采用低阻力結構，其特征是：

1）除塵器運行氣流采用直通式方式，煙氣從除塵器的煙氣室到后級凈氣室逐級降速，經過兩級氣流組織，最大限度降低濾袋阻力及結構阻力。

2）除塵器分成2～4個獨立除塵單元，每個除塵單元彼此相互獨立，并在每一個除塵單元的進出口裝有關斷擋板門，當關閉除塵單元前后擋板門時，可以將一個除塵單元從運行中退出，實現在線維修。

其中，每個進風口閥門前匯入一個煙氣總管、各出風口閥門之后的管道兩兩合并匯入兩個凈氣管與雙吸式風機入口連接。

3）各除塵單元均設有煙氣預處理間，對入口煙氣進行充分均勻化處理，避免濾袋的長期磨損，同時增加煙塵自然凝并幾率，降低微細顆粒數量。

4）凈氣室為采用大通道室，凈高2米以上，凈氣室頂部采用傳統頂蓋、側邊設置1.8米高檢修門。側門是用于檢修人員非常方便進行巡檢，及定期對個別濾袋進行強度試驗，并對濾袋的使用狀態進行科學預判;頂蓋只在更換濾袋使用，避免頻繁開啟頂蓋，大大降低頂蓋變形，鎖住除塵器的主要漏風源。

5）本體采用全鋼架結構，按照原來電除塵器結構布置， 除塵器支承結構是自撐式的，設備的任何水平荷載都不轉移到別的設備結構上。鋼結構的設計簡化現場安裝步聚，減少現場焊接量，避免及減少煙氣與凈氣的分界面的焊縫量，有效保證除塵器排放精度。

6）過濾煙氣在除塵器內被引導自上而下過濾。

7）濾袋口徑不低于DN160，降低結構阻力。

8）煙氣在除塵器內進行大循環，降低沿程阻力。

9）除塵器設備阻力控制在≤1200Pa下穩定可靠運行，有效降低除塵運行能耗，實現直通式結構除塵器的運行能耗是傳統袋式除塵器的一半。

（2）除塵器內部主要構件要求。

1）花板與濾袋間距。

花板表面平整光潔，不出現撓曲、凹凸不平等缺陷，其平面度偏差不大于1‰，花板表面除油除銹。

袋孔采用特殊的精加工工藝（激光切割）成形，袋孔中心偏差<±0.5mm，孔徑公差為φ165+0.5，并清理各孔的鋒利邊角和毛刺，以降低對除塵器濾袋的潛在損害。花板面板密封焊接進殼體結構以形成良好的氣密性，花板的平面度花板安裝水平度偏差均小于1‰。花板加工精度優于國家標準。

提供的花板由6mm厚的低碳鋼板制成，底部有加強筋加固。為防止濾袋間相互碰撞和架灰，應盡量加大濾袋間距。濾袋安裝完成后供方將派專人進入箱體內逐個檢查，確認濾袋是否垂直、是否相互接觸或與殼體碰撞。

2）濾袋。

濾袋縫線材質不低于濾料材質，縫線的質量和強度均符合國外要求，避免濾袋縫合處在運行中開裂。濾袋袋身采用熱熔式連接，減少濾袋針眼的存在。在濾袋的縫制過程中，將以袋籠和花板的樣品對每一條濾袋逐一檢驗，保證每條濾袋與袋籠和花板的配合都符合規范和設計要求。

濾袋迎塵面采用一定量的超細纖維，增加孔隙率，降低孔徑，最大限度攔截微細顆粒煙塵。濾袋直徑和長度的偏差將嚴格控制在國外標準規定的范圍內，使袋籠的裝入和抽出均順暢和方便。袋口帶有形成密封的彈簧脹圈，并帶有加厚翻邊;袋口的彈性元件采用優質鋼材制作。袋口尺寸嚴格控制，保證與花板的袋口嚴密配合。袋口中心線與花板平面的垂直度偏差應小于1‰。

3）袋籠。

袋籠斷面為14邊形，以20#鋼冷拔絲制作，采用14根φ4mm的豎筋，水平環繞筋線之間的間距是200mm。袋籠的制作采用專用設備、國外工藝，所有的筋線都采用點焊連接，焊接電流和時間都嚴格控制，保證焊接點牢固，不出現虛焊、脫焊、漏焊現象，表面光滑無毛刺，避免濾袋的損傷。焊接完成后進行浸油防腐處理，并立即放入塑料袋中。

袋籠頂部設有保護圈，支撐整個袋籠并保護濾袋的袋口不被踏壞。袋籠的底部設有底碗，保護濾袋的底部不被噴吹氣流損傷。

袋籠上端保護圈的焊接依靠模具進行，嚴格保證與各條豎筋的垂直度。安裝后袋籠垂直度的偏差不超過1‰。

4）上箱體及氣流引出裝置。

為了保證噴吹管與花板的袋孔能夠嚴格對中，以保證清灰效果和保護濾袋;濾袋口崁入式密封安裝于花板孔內。由此，上箱體與噴吹裝置均為袋式除塵器的精加工件，上箱體與噴吹裝置需要專用工裝磨具組裝。上箱體和噴吹裝置加工及組裝后整體出廠。

為減少漏風和阻力，上箱體采取全通式凈氣小室的結構，頂部設防水坡。小室的高度為2000mm。濾袋安裝及更換在小室內進行。

凈化后的氣體從所有袋口流出直接沿凈氣室低速從出風口排除。每一除塵單元的煙氣出口擋風閥安裝在凈氣小室的尾部。

凈氣小室斷面選擇極低的平均風速、大通道結構、快開式側門及頂蓋式換袋門的設置，目的是：①強化管理，維護人員很方便定期巡檢、定期抽樣袋鑒定性能，實現提前預判，精確確定濾袋更換時間，保證煙囪始終保持達標排放狀態;②降低漏風，頂蓋門只有在更換濾袋時開啟，使用率極低，減少門蓋變形，減少漏風;③強化濾袋清灰效果，使清灰二次氣流補氣阻損低。

5）灰斗及輸灰。

除塵器灰斗夾角≮65°，為防止灰斗內部搭橋，在每個灰斗上設置氣動空氣炮，保證排灰順暢。

除塵器輸灰采用氣力倉泵輸灰方式，故障率低，自動化控制水平高，保持區域環境無二次污染。

6）除塵器管理。

除塵器采用自動化控制運行和管理，超限報警要及時處理。

著重觀察清灰氣源壓力、觀察除塵器設備阻力。

著重觀察煙塵排放濃度。定期進入箱體內進行巡檢濾袋，定時抽出幾條濾袋進行強度和壓差檢測，來判斷更換濾袋周期和時間，實現有效科學管理。

參考文獻

[1] 劉國華.濕式電除塵器在轉爐濕法除塵系統改造中的應用[J].鋼鐵技術，2017（1）：38-40.

[2] 薛海，李峰，王永剛，等.轉爐一次煙氣濕式凈化與回收系統升級改造[J].重型機械，2018（04）：30-34.