轉爐一次煙氣除塵技術應用現狀及展望

杜健敏，柳曉琳，陸 婷，周 萍，張 壘，呂 軍

（1.武漢鋼鐵有限公司能環部，湖北武漢 430080；2.武漢輕工大學化學與環境工程學院，湖北武漢 430023）

前言

轉爐一次煙氣是指轉爐冶煉過程中排出的煙粉塵混合物，主要含CO、CO2、N2、SO2及微量有毒、有害氣體和煙粉塵，正常工況下煙粉塵濃度在30.0～120 mg/m3之間，具有高溫、有毒、易燃易爆和細顆粒物含量高等特點。目前，轉爐一次煙氣排放標準仍執行《煉鋼工業大氣污染物排放標準》（GB 28664-2012）規定的顆粒物濃度限值要求（≤50 mg/m3）。部分地區為提高大氣質量，要求企業執行強制性地方環境保護標準，如山東省DB37、河南省DB41等規定轉爐一次煙氣限值20 mg/m3［1-2］。因此，隨著國家和地方對環保排放標準不斷的提高及鋼鐵企業超低排放的要求，如何有效控制和減少煉鋼大氣污染物排放量仍是當前亟待解決的問題。通過調研、總結能滿足超低排放指標（10 mg/m3）下的轉爐一次煙氣除塵技術技術應用現狀，為轉爐一次煙氣除塵超低排放提標改造提供技術借鑒。

1 轉爐一次煙氣粉塵特性

研究選取華中某鋼鐵公司250 t 轉爐一次煙氣煙囪排口平臺位置檢測點采樣。濾筒內粉塵樣品干燥后放到燒杯里制成一定濃度的懸浮液，利用丹東百特BT-2800 動態圖像粒度分析儀對煙粉塵進行粒徑分布，如圖1 所示。由圖1 可以看出，該轉爐一次煙氣經過“OG”法除塵后，外排煙氣顆粒物粒徑在5～75 μm 之間，最大粒徑為72.34 μm，最小粒徑為8.83μm，比表面積為0.206 m2/g。

圖1 粒度分布情況

顆粒物采用SEM/EDS 掃描電鏡進行組成成分及微觀形貌分析如圖2 所示。由圖2 可以看出，顆粒物呈大小不均、不規則片狀多孔結構和針線狀結構，部分顆粒物表面附有細小不規則物質，存在顆粒物團聚現象。結合對應的EDS 能譜分析，顆粒物組成主要元素有Fe、Ca、Si、Al、Mg、Na 等，其中Fe 元素含量高達36.30%。

圖2 轉爐一次煙氣細顆粒物SEM-EDS能譜分析圖

2 轉爐一次煙氣除塵技術應用現狀

2.1 濕式除塵技術

目前我國轉爐煉鋼一次煙氣除塵70%以上采用濕式除塵工藝，其一次煙氣凈化排放顆粒物排放濃度大多在30～120 mg/m3之間波動。濕式除塵技術原理是基于重力除塵和文氏管除塵。具體流程為：轉爐產生的高溫含塵煙氣（1 350～1 600 ℃）先經汽化冷卻煙道后降溫至900 ℃左右，然后含塵煙氣依次進入溢流文氏管、重力脫水器、RD 可調喉口文氏管、90°彎頭脫水器、濕旋脫水器，煙氣經上述除塵脫水后，除去煙氣中的粉塵。根據煤氣中的CO 含量和氧含量確定是否回收煤氣到煤氣柜供使用或排入大氣中。圖3為轉爐一次煙氣濕法除塵及煤氣回收系統示意圖。目前，雖然現行改造后的濕式除塵工藝能滿足現行標準《煉鋼工業大氣污染物排放標準》（GB 28664-2012）顆粒物排放濃度50 mg/m3的要求，但隨著國家對環保排放標準不斷的提高，單一的濕法除塵難以滿足當前超低排放的要求，與其它工藝組合串級使用，提高對微細粉塵的捕集效果，是當前濕式除塵最終實現超低排放的發展方向。

圖3 轉爐一次煙氣濕法除塵及煤氣回收工藝流程圖

2.2 干式電除塵技術

轉爐一次煙氣干法除塵工藝（簡稱LT法），除塵原理是重力除塵和靜電除塵。具體工藝流程為：轉爐產生的高溫含塵煙氣（1 350～16 00 ℃）先經過汽化冷卻煙道蒸發冷卻降溫至900 ℃時左右，進入蒸發冷卻器噴水霧化進行粗除塵，同時也對煙氣進行了調質處理；除塵灰在重力作用下分離，通過排灰閥排出，最終通過下料系統回轉爐二次利用；粗除塵后的煙氣溫度在180～250 ℃左右送入多電場電除塵器進行精除塵，精除塵合格的煤氣通過切換站送往煤氣柜，不合格的通過煙囪點火放散，其工藝流程如圖4 所示。目前，國內轉爐一次煙氣干式除塵系統煙氣的粉塵排放濃度大多在15 mg/m3以下。干式電除塵技術系統優勢在于除塵效率高，無濁環水處理系統，系統阻力小，能耗低，煤氣回收熱值高；與濕法除塵技術相比，有更大環境效益和經濟效益。國內大型鋼鐵企業，如首鋼京唐、太鋼、柳鋼、包鋼、日照鋼鐵等及歐洲、日本、美國也相繼開始采用該項技術。但干法除塵技術劣勢在于操作難度大，控制精度要求高，其含氧量控制、溫度控制、壓力控制等均會引起氧槍提槍或靜電除塵器泄爆問題，影響生產穩定［3］。通過嚴格的管理和前期經驗的積累，目前轉爐干法除塵技術在各鋼鐵企業穩定運行，被認為一種可靠的除塵凈化工藝。

圖4 轉爐一次煙氣干法除塵及煤氣回收系統示意圖

2.3 組合式協同除塵技術

轉爐一次煙氣組合式協同除塵技術是在原有濕式或干式除塵技術上串聯其他除塵技術，以強化提高煙粉塵的捕集效率，最終實現顆粒物滿足超低排放指標要求。2018 年底，國家生態環境部正式發布了《國家先進污染防治技術目錄（大氣污染防治領域）》推薦了轉爐煤氣干法電除塵及煤氣回收成套技術，即將轉爐出爐煤氣經冷卻降溫并調質后，采用圓筒形防爆電除塵器除塵后顆粒物濃度可達超低排放標準；采用濕法洗滌除塵串聯濕式電除塵器除塵，出口顆粒物濃度低于20 mg/m3，但不能穩定達到10 mg/m3。馬鋼結合國內濕法改造的基礎上，采用OG 系統+濕式徑流式電除塵器+兩級90°彎頭脫水器串聯工藝技術實現了穩定達到超低排放的目標［4］；河北遷安某鋼鐵公司在OG濕法除塵系統基礎上增加濕法電除塵器系統及配套裝置，使煙氣中顆粒物含量低于10 mg/m3的超低排放標準［5］。除上述技術外，當前國內的幾種超低排放組合工藝還有OG 法+聲波團聚除塵技術、LT 法+袋式除塵技術和LT法+“煤冷前移”除塵技術等。

2.3.1 OG法+聲波團聚除塵技術

聲波團聚技術是近年來發展迅速的一種新型微細顆粒、氣溶膠去除技術。除塵原理是基于聲學原理，利用高強度聲場作用加劇促使微細顆粒、氣溶膠細顆粒物團聚凝并效應，從而大幅減少微細顆?；驓馊苣z顆粒數量，達到良好的除塵效果［6-7］。聲波團聚除塵技術目前在燃煤電廠、火災煙霧等領域有廣泛的研究應用［8-9］?；诼暡▓F聚用于轉爐一次煙氣鋼鐵企業有：寶鋼湛江鋼鐵1#350 t 轉爐，總體除塵效率達到80%以上；寶鋼梅山鋼鐵2#、3#轉爐聲波除塵，設計顆粒物出口濃度低于20 mg/m3及澳森鋼鐵、唐山瑞豐鋼鐵等轉爐等應用，顆粒物濃度顆粒物濃度低于10 mg/m3［10］。聲波團聚除塵技術除塵具有效率高，能耗低，占地面積小，流程簡單，投資運行費用低；缺點在于該工藝裝置產生廢水，有二次污染，同時，團聚室設計不當，存在積灰、堵塞難題，增大排氣壓力。

2.3.2 LT法+“煤冷前移”除塵技術

該技術是將LT 除塵系統中的煤氣冷卻器移至切換站之前，轉爐一次煙氣無論是否滿足煤氣回收條件，都必須經過“煤氣冷卻器”冷卻、噴水除塵凈化后再經切換站進行回收和放散過程，其工藝流程如圖5 所示。LT 法組合“煤冷前移”除塵技術優勢在于進一步降低LT法粉塵排放濃度，確保出口顆粒物濃度在10 mg/m3以內，但煤冷前移后，阻力增大，能耗增多，“白煙羽”問題突出，且一旦煤氣冷卻器出現問題，面臨停產檢修問題，影響生產連續性［11］。

圖5 轉爐一次煙氣LT法+“煤冷前移”除塵工藝示意圖

2.3.3 LT法+布袋除塵技術

該技術是將結合電袋復合除塵器的優點，將干式電除塵凈化后的轉爐一次煙氣再經過布袋除塵器對剩余的細粉塵進行二級精除塵，確保煙氣排放含塵量達到超低排放指標。該技術不但能有效捕集PM 2.5 級別的超細粉塵，可有效保證粉塵排放濃度低于10 mg/m3，甚至5 mg/m3以下，還延長布袋壽命，具有很好的經濟效益和社會效益。

綜上，對轉爐一次煙氣組合式協同除塵技術的優缺點歸納如表1所示。

表1 轉爐一次煙氣組合式超低排放除塵技術對比

3 結論

（1）隨著我國鋼鐵行業超低排放的不斷深入推進，面對越來越嚴格的排放標準，單一除塵設備的除塵能力的局限性越來越明顯。組合式協同除塵技術能顯著強化除塵效果，進一步提高微細顆粒、氣溶膠的捕集效率，是目前轉爐一次煙氣實施超低排放一種穩定可靠的技術方案。

（2）現有技術條件下，對于現有轉爐一次煙氣OG 法除塵工藝，組合濕式電除塵器+脫白或者組合聲波團聚+脫白的路線比較合適；對于現有轉爐一次煙氣LT法除塵工藝，實施“煤冷前移”或組合布袋除塵的路線比較合適。

（3）實施過程中需要綜合考慮一次投資、運行、維護、檢修等費用，并結合鋼企自身特點，選擇合適的技術路線。當然，隨著除塵新技術出現和應用，未來可以根據煙氣排放特性和顆粒物的特點，研發新進技術的集成耦合，發揮耦合協同效應，使超低排放更經濟環保。