燒結機頭復合電網除塵之前期技術探究

文_丘桂水 寇向上 林海 福建龍凈環保股份有限公司

1 燒結煙氣的產生和特點

1.1 燒結煙氣的產生

燒結過程是以高溫燃燒作為化學條件的一種復雜的物理及化學變化過程。該過程是鋼鐵冶煉中的一個重要環節，先將各種不能直接入爐的煉鐵原料，如粉礦、含鐵粉塵、雜副料等與燃料、溶劑以一定的配比，通過空氣和混合料產生的燃燒反應，使粉料燒結成塊，然后燃燒過程產生的大量煙氣需經過除塵，脫硫、脫硝處理完后才能從煙囪排放出去。

1.2 燒結煙氣的特點

1.2.1 煙氣量波動范圍大

每生產1t的燒結礦大約產生4000～6000m3的煙氣量，滿足燒結正常生產需要保持一定的燒結臺車速度和垂直燒結速度，由于燒結配料的透氣性、含水率、底料粒徑及厚度不均勻等原因，燒結運行負壓需要隨工況變化做適當調整，即煙氣系統阻力變化較大，以致煙氣量波動范圍大。

1.2.2 溫度變化范圍大

燒結機主抽煙道煙氣溫度受工藝操作狀態的變化影響，一般在80～250℃經常性波動。

1.2.3 煙氣攜帶粉塵量較大

一般含塵量為0.5～6g/m3。

1.2.4 煙氣含濕量大

燒結工藝為提高混合料的透氣性，燒結配料需要加適量的水進行混料，水分含量一般在7%～12%。

1.2.5 煙氣成分復雜

受鋼鐵企業使用的燒結原料、燃料、溶劑及燒結工藝差異等影響， 煙氣中除二氧化硫外，含有多種腐蝕性氣體和重金屬污染物等復雜成分。

2 燒結機頭常規除塵工藝

2.1 電除塵器

電除塵器是燒結生產的重大工藝設備之一，不可或缺。目前燒結機頭99%以上均采用電除塵器工藝，用于燒結機機頭煙氣的處理。燒結機煙氣中含有大量的氣態鹽物質和鉀、鈉化合物，這些粉塵具有比電阻高、不易荷電、振打清灰難和二次飛揚大等特點。此外，受飛灰性質、煙氣溫度、流速波動范圍大等因素影響，造成常規機頭電除塵器出口的粉塵排放難以長期穩定控制。

2.2 布袋除塵器

布袋除塵器利用布袋過濾分離煙氣中的粉塵顆粒，一般用于溫度較低工況的粉塵過濾。燒結煙氣中含有未燃盡碳顆粒和氣態碳氫化合物，燒結啟機階段的低溫造成碳氫化合物液化，在電場放電狀態下，易造成粉塵局部燃燒，存在燒袋、破袋風險。同時，燒結煙氣的溫度、濕度和含氧量區間變化大，粉塵性質復雜，因此燒結機頭除塵不宜采用袋式除塵技術。

3 國內大氣環保形勢

從調研情況來看，目前國內燒結機機頭配套電除塵器出口粉塵濃度大多只能控制在50～80mg/m3左右，有的甚至高達200mg/m3。能較穩定地將機頭電除塵器出口粉塵濃度控制在《關于推進實施鋼鐵企業超低排放的意見》（環大氣［2019］35號）要求的50mg/m3以下的并不多。機頭除塵排放不達標的煙氣進入到后端的脫硫脫硝工序，極易惡化環保系統的運行環境，增加系統的處理負擔。同時，易造成系統經常性停機檢修，增加了運行維護費用，減少了生產時間，造成燒結產能下降，嚴重影響企業的正常生產和經濟收益。因此，開發一種新型的電除塵后端粉塵過濾技術勢在必行。

針對燒結機頭除塵器后端細而粘的絮狀粉塵荷電、極板吸附、振打清灰、二次飛揚大等難點，開發一種適應后端電場工況條件下的金屬濾網除塵技術，能有效避免粉塵比電阻高而無法被電場高效捕集的不利影響，從而保證燒結機頭除塵器長期穩定達標排放，有利于后續脫硫、脫硝工藝發揮最佳的工作效率及提高副產品石膏的品質。

4 “電區+濾網區”復合除塵器

4.1 工作原理

復合除塵器主要由進出口喇叭、靜電除塵區、金屬過濾網除塵區和灰斗等部件組成。它是在電除塵器的基礎上，增加金屬網過濾除塵。工作時，煙氣從進口喇叭進入電場區，粉塵首先在電場力的作用下荷電并大部分被收集，少量已荷電但難以被收集的粉塵隨煙氣進入金屬濾網除塵區完成末端煙氣凈化，并經出口喇叭、主抽風機排出至后端脫硫脫硝設備。

4.2 電場區和金屬濾網區的作用

4.2.1 電場區的作用

含塵煙氣經過電場時，在高壓電場的作用下，氣體發生電離，煙氣中的粉塵顆粒與空氣中電離的氣體結合，使粉塵顆粒荷電。粉塵荷電后，在電場力的作用下，向極性相反的電極運動，并沉積在上面。不同大小的荷電粒子在電場中的驅進速度是不同的，而荷電粉塵粒子能否被收集，與粒子到電極之間的距離及電場引力、速度、粒徑和重量等各種復雜因素息息相關。

電場區一般設2～3個電場，分級除塵效率一般可達75%～80%，因此經過電場區除塵后，堆比重0.5t/m3左右的較大顆粒粉塵包括未燃盡的炭顆粒均被捕集，進入后端金屬濾網區的煙氣粉塵濃度一般為100～200mg/Nm3，預計最高300mg/Nm3。

4.2.2 金屬濾網區的作用

金屬濾網區具有精細過濾除塵的作用，設置在靜電除塵區的后端，根據工程需要可以選擇1～2個過濾區。設置不同過濾精度、不同過濾面積的金屬濾網區，既可作為收塵極，也對煙氣起攔截收塵、再均流的作用。煙氣粉塵經前端電場區荷電收塵后，進入過濾區的大部分粉塵仍是荷電狀態，經過金屬過濾網時，荷電粉塵附著在金屬網上，形成蓬松的粉餅層，透氣性好，設備整體運行阻力低 。通過底部、側部機械振打進行清灰，保持濾網表面粉餅層在一定的厚度范圍內，實現整體壓差的均衡狀態，滿足燒結設備正常生產的負壓均衡需求，從而使整個系統達到后端脫硫脫硝的進口粉塵濃度均值化、減量化要求。

4.3 電網復合除塵器的技術特點

4.3.1 過濾微細粉塵

利用前端多級電場區除塵優勢，煙氣中未被電場區收集的荷電弱、粒徑小的粉塵再由金屬濾網過濾，具有布袋除塵器過濾細粉塵的優勢。

4.3.2 適用于復雜工況

金屬濾網對粉塵具有高效攔截特性，同時可有效忽略因燒結原料、工況變化而引起的煙塵成分變化、粉塵比電阻高、含水率大、溫度變化大等諸多因素帶來的不利影響。

4.3.3 使用壽命更長，阻力更低

金屬濾網耐溫高，能有效避免因設備內部粉塵燃燒而產生的燒袋或破袋的風險，耐磨性能優于布袋，壽命較布袋更長。荷電的粉塵更易在金屬濾網表面凝并，形成絮狀粉餅層，有效增加了粉塵層的透氣性，阻力低。

4.3.4 金屬濾網選型空間大

金屬濾網選型較布袋更有空間，受燒結煙氣的溫度、濕度、含氧量等寬區間變化及粉塵成分的影響較小，壽命影響也較小。

4.3.5 金屬濾網剛性強

金屬濾網相比于濾袋，其剛性更強，透氣性好，有利于荷電粉塵的收集。

5 電網復合除塵器的前期研發

5.1 試驗裝置的選擇

通過前期小型試驗裝置，對比分析不同過濾精度金屬濾網的運行阻力、表面收塵情況及清灰效果等，最終確定了其中綜合性能最佳的金屬網技術參數。

結合燒結機頭實際工況，模擬設計實驗裝置如圖1。裝置進口煙道前端設電加熱器升溫調溫裝置，在進口水平煙道處加入粉塵，模擬粉塵濃度為3g/m3，垂直煙道蒸發加濕裝置。在風機引力的作用下，加熱器加熱的內循環空氣將粉塵和水汽帶入管道內，混合后的煙氣經過電除塵區、金屬網區進行除塵。通過壓力變送器測量金屬網兩側的壓差變化，得出金屬網在不同過濾風速條件下的阻力變化。

圖1 試驗裝置簡圖

5.2 試驗過程及數據分析

本試驗采用不開電場、開單電場和開雙電場除塵的三種試驗條件，對比出口粉塵排放濃度，依次檢測出粉塵濃度分別為78.7mg/m3、16.6mg/m3和10.1mg/m3，檢測數據見表1。單電場運行條件下，無塵工況和含塵工況的煙氣量、壓差和過濾風速隨風機頻率變化情況分別見圖2、圖3。雙電場含塵工況運行條件下，煙氣量、壓差和過濾風速隨風機頻率變化情況見圖4。

表1 三種試驗條件下出口粉塵數據表

圖2 無塵工況條件下參數曲線圖

圖3 單電場含塵工況條件下參數曲線圖

圖4 雙電場含塵工況條件下參數曲線圖圖

通過對比表1數據可以看出，不開電場的情況下，過濾區出口粉塵排放濃度78.7mg/m3，無法滿足排放要求；開啟單電場、雙電場后的過濾區出口粉塵排放濃度分別為16.6mg/m3和10.1mg/m3，達到了預期要求。

如圖2所示，無塵工況條件下，過濾風速0.924m/min時，阻力650Pa，說明該濾網透氣性很好；從曲線上看，隨著過濾風速的增加，阻力增量變化趨勢大于風量的增量變化趨勢。對比分析圖3和圖4可以看出，開啟單電場或雙電場的條件下，當頻率小于25Hz時，過濾風速、壓差隨風機頻率的增加，其增量變化都較小；而當頻率大于25Hz后，隨風機頻率的增加，過濾風速增量趨勢遠小于壓差的增量趨勢。

此外，通過振打金屬網框架，大部分粉塵從金屬網表面散落下來，過濾風速在0.8m/min左右時，振打清灰后的阻力小于700Pa，說明在機械振打力的作用下，粉塵能夠從金屬網上振落，機械振打清灰效果較好。

6 預期的技術前景判斷

通過試驗數據分析，采用“電區+金屬濾網區”復合除塵方式，通過金屬網匹配選型，選擇適宜的過濾速度，可以實現電除塵區末端細而粘且呈絮狀的高比電阻粉塵的高效捕集，實現出口粉塵濃度超低排放。適用于機頭新建或改造項目，特別是場地受限的改造項目和復雜的燒結工況煙氣除塵。通過本試驗，預期該電網復合除塵技術的工業化應用前景廣闊，可以達到降低系統運行能耗，實現技術創效。