化學團聚技術在燒結機頭除塵中的試驗研究

呂 軍，付本全，諸旭東

（1.武鋼有限能源環保部；2.寶鋼股份中央研究院武漢分院；3.武漢天空藍環保科技有限公司，湖北武漢 430080）

引言

2019年生態環境部及湖北省生態環境廳等6部門先后印發了《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》和《湖北省鋼鐵行業超低排放改造實施方案》，明確鋼鐵企業需在2023 年底完成超低排放改造，其中燒結機頭煙氣顆粒物排放需控制在10 mg/m3以內。武鋼有限燒結機頭煙氣凈化系統均采用電除塵組合脫硫脫硝工藝，部分燒結機電除塵器持續運行超過15 年，除塵效率逐年下降，出口粉塵濃度最高達到340 mg/m3。高粉塵含量的煙氣進入脫硫脫硝系統后，容易造成煙氣分配器、除霧器堵塞，煙囪排口顆粒物超標等一系列問題。化學團聚技術是一種廣泛應用于燃煤電廠的低成本、小改造顆粒物排放控制技術，其在燒結機頭除塵尚屬首次。

1 化學團聚技術原理

細顆粒物化學團聚技術［1］即在除塵裝置前霧化噴入團聚劑，利用顆粒與霧滴、顆粒與顆粒間的團聚作用促進細顆粒團聚形成大顆粒。化學團聚除塵技術包含下列技術：細顆粒物潤濕技術；絮凝團聚技術；比電阻調節技術［2-3］。

針對部分疏水性顆粒難以濕潤的現象，通過在團聚劑中添加表面活性劑和無機鹽，可加速細顆粒物進入團聚劑液滴內部，增強潤濕性能。

圖1 細顆粒物潤濕技術示意圖

通過在團聚劑中添加高分子化合物和pH 調節劑，可使顆粒物之間以電性中和、吸附架橋的方式團聚在一起，增強團聚效果［4］。

圖2 絮凝團聚技術示意圖

通過在團聚劑中添加無機鹽和活性離子，增強顆粒物的導電性，降低煙氣溫度，可調節顆粒物比電阻，提高除塵效率。

圖3 比電阻調節技術示意圖

2 試驗與分析過程

2.1 試驗過程

試驗時，首先將粉狀的團聚劑與工業水通過專業的預混設備配置成不同濃度的團聚液。然后將團聚液與壓縮空氣通過氣-液雙流體噴槍霧化噴射進入除塵器的入口煙道，微小的液滴與煙氣中的細顆粒作用，使煙氣中的細顆粒變為大顆粒，在煙溫的作用下瞬間蒸干，之后進入原除塵器被容易撲集，提高除塵器的除塵效率。團聚裝置示意圖如圖4所示。

圖4 團聚裝置示意圖

2.2 分析過程

（1）人工測驗

選擇燒結機正常連續生產的某一天，保證正常的生產設備和環保設備工藝參數不變。采用《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》（GB/T 16157-1996/XG1-2017）、《固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定-重量法》（HJ 836-2017）方法，分析團聚設備停運、啟運情況下，電除塵出口匯合煙道處粉塵濃度與排放強度，每種狀態下連續分析3次，每組測試采樣1 m3煙氣。

（2）連續監測

在電除塵出口匯合煙道處，安裝細顆粒濃度分析儀為西克SP-100型，用通訊電纜將數據輸送至團聚除塵控制主機上，得到實時數據。細顆粒濃度分析儀的詳細參數見表1所列。

表1 在線顆粒物分析儀主要參數

3 試驗結果與討論

3.1 試驗結果

（1）人工測量結果

選擇某燒結機正常生產日，環保設施無維修停運，當天電除塵器無放灰。燒結煙氣量約160 萬m3/h，燒結煙氣溫度≥130 ℃。當日10：00開始噴入團聚劑2 t/h，同時委托第三方人工監測按人工測驗方法進行煙氣取樣，13：00 三組噴入團聚劑測試結束后，同時停運化學團聚設施。14：00 開始測試不噴團聚劑的試驗，17：00三組不噴團聚劑的試驗測試完成。

表2 測試結果表明，團聚裝置停運時電除塵出口平均粉塵排放濃度為181 mg/m3，團聚裝置投運時平均粉塵排放濃度為115 mg/m3，粉塵排放濃度降低了36%，團聚裝置對電除塵器有明顯的提效作用。

表2 2021年6月15日電除塵器出口匯合煙道（水平段）顆粒物濃度檢測結果 單位：mg/m3

（2）在線監測結果分析

為評價團聚技術連續運行的可靠性，在電除塵器出口匯合煙道上安裝了西克SP-100 型顆粒物濃度分析儀，安裝前由廠家進行校準，保證設備數據的可靠性。2021 年 10 月 11 日～17 日跟蹤并記錄停運化學團聚期間電除塵器出口顆粒物濃度情況。

在跟蹤停運化學團聚期間顆粒物濃度數據，同時做好團聚裝置投運準備。2021 年10 月25 日～29日每日白班連續噴入化學團聚劑，根據煙氣溫度和煙氣流量動態調整團聚液的噴入量。跟蹤并分析投運化學團聚時電除塵器出口顆粒物濃度情況。

根據測試得出停運和投運團聚裝置時的電除塵出口粉塵濃度趨勢圖（見圖5），投運團聚裝置后電除塵器出口平均粉塵濃度從249 mg/m3下降到168 mg/m3，下降了33%。

圖5 2021年10月電除塵出口粉塵濃度趨勢圖

3.2 討論

（1）化學團聚適宜工況溫度與燒結煙氣溫度匹配操作復雜。化學團聚噴入燒結煙氣后，因水氣化吸熱，燒結煙氣溫度出現明顯下降。由于燒結機頭煙氣為高硫煙氣，溫度下降容易引起煙氣在電除塵器內結露，從而影響電除塵器除塵效率。因此，化學團聚技術的最佳工況溫度是煙氣溫度≥130 ℃。

（2）化學團聚不具備除塵功能，其與電除塵協同才能實現燒結煙氣顆粒物顯著降低。化學團聚具有增加顆粒粒徑，改善顆粒物比電阻功能。電除塵的收塵效率與顆粒物比電阻密切相關，兩者協同配合可以實現電除塵捕集效率提升。因此，在采用化學團聚技術前，需要維護好電除塵器設備功能，提高化學團聚強化除塵效果。

4 結語

化學團聚技術在武鋼某燒結機試驗結果表明：在特定的工況條件下，化學團聚技術能夠實現燒結機頭電除塵提效，投運化學團聚技術后除塵器出口粉塵濃度較未投運下降33%。電除塵器除塵效率提升將有力支撐后續煙氣脫硫脫硝系統的穩定運行，對支撐燒結煙氣超低排放具有重要意義。