煉鋼廠轉爐除塵裝置超低排放控制方法研究

吳方耀，徐 堯

（中鋼集團天澄環保科技股份有限公司，武漢 430205）

煉鋼廠轉爐除塵裝置一般是對冶煉過程中出現的粉塵、顆粒物、污染氣體等進行采集，并通過內置結構進行覆蓋式處理。轉爐除塵裝置具有良好的過濾效果，部分還可以將收集和處理的粉塵壓縮分解，有效地降低空氣污染，實現強有力的多維控制。但是，由于煉鋼廠轉爐日產的冶煉工作量劇增，簡單的除塵裝置無法實現預期處理目標，極易造成冶煉事故，影響作業安全。雖然傳統除塵裝置超低排放控制方法[1-2]能夠實現預期控制目標，但是其對排放控制區域的劃定并不清晰，導致排放控制結果存在一定誤差。現階段應用的除塵裝置超低排放控制方法一般為單向結構，效率較低，導致控制效果不佳。因此，本研究設計一種煉鋼廠轉爐除塵裝置超低排放控制方法，然后對其進行驗證。

1 方法設計

1.1 確定初始排放控制范圍

結合當前煉鋼廠的需求及相關標準，確定初始排放控制范圍。采用濕法脫硫，計算超低排放控制的覆蓋范圍。基礎排放流化范圍的標定一般采用燃燒+干法/半干法處理[3]，在實現粉塵預處理的同時，測定實際排放速度，明確排放控制的覆蓋范圍[4]，如式（1）所示。

式中：U為覆蓋排放控制范圍；θ為可控的排放速度；S為單元覆蓋范圍；T為定向的控制耗時。

根據當前的測定與計算，將得出的覆蓋排放控制范圍設定為基礎的排放控制等效范圍[5]。在后續的排放處理過程中，均要依據此范圍進行邊緣排放測定及標出處理，為排放控制奠定堅實基礎。

1.2 設計交叉超低排放控制結構

交叉排放的覆蓋控制范圍大，針對性強，可以增強煙塵排放控制效果，具有穩定性。結合煉鋼廠排放的煙塵特征進行分類控制處理，轉爐產生的大氣污染物主要包括煙塵、SO2以及重金屬。這類煙塵的主要特征與轉爐運行存在直接關聯，一般粉塵粒徑不小于12 μm，占比高達25%，可以利用這一特征，采用交叉處理方式，設計排放控制結構，通過交叉排放控制，分多個階層設定控制濃度。合理調整各個控制環節的標準及排放控制目標，以強化交叉超低排放控制結構的應用效果。

1.3 構建多階除塵裝置超低排放控制模型

煉鋼廠轉爐除塵裝置通常采用全覆蓋，并部署局域覆蓋，在排放控制過程中會消耗大量能量，單一的排放控制結構也會造成負擔，因此要采用多階除塵裝置超低排放控制模型。結合煉鋼廠轉爐的粉塵排放特征，在初始模型中設定顆粒物的標準排放濃度，一般為12.5 mg/m3，綜合除塵效率需要控制在89.52%～99.90%。流化床煙塵控制的綜合除塵效率不低于99.98%。完成基礎控制標準的設置后，設計模型的超低排放控制結構，如圖1 所示。通過多層級的排放控制結構和多標準的控制排放濃度限制，強化控制效果，增強模型控制能力，為后續除塵工作的執行提供參考。

圖1 多階除塵裝置超低排放控制模型結構

1.4 通過關聯圖譜處理實現排放控制

關聯圖譜是一種強化超低排放控制的關聯性限制技術。轉爐的粉塵產生量較大，采用濕法脫硫先分解粉塵中的雜質，再結合低氮燃燒和選擇性催化還原（SCR）的超低排放控制環節，進一步消除粉塵中的有害物質和擴散物質，確保排放時的安全與穩定。接下來，將轉爐內的操作溫度控制在250 ～350 ℃，通過圖譜技術觀察爐內粉塵量。轉爐尾部收集后，粉塵進入除塵裝置，將洗滌器布置在除塵設備后側，下游設置靜電除霧。此時，通過關聯圖譜觀察粉塵排放量的變動，同時分多個階段進行排放控制，避免煙氣處理量過大、壓損高、成本高等問題，提升整體排放控制質量和效率。粉塵連續監測期間，可以在同時段多維觀測，確保圖譜觀測數據的真實性與可靠性，更好地保證粉塵排放控制效果。

2 方法測試

為了驗證煉鋼廠轉爐除塵裝置超低排放控制方法的有效性，進行試驗（試驗組）。選定某煉鋼廠的轉爐作為測試對象，以相關研究[1-2]提出的2 種傳統除塵裝置超低排放控制方法為對照組（對照組1 和對照組2），在實驗室中模擬真實的生產環境，引入模擬廢氣來模擬轉爐運行過程產生的廢氣。一是道路行駛過程的氮氧化物（NOx）排放控制方法，二是燃油系統污染物控制方法。采用本文方法和對照組方法，對轉爐除塵裝置的關鍵參數進行調整和優化，以達到超低排放目標。

2.1 測試環境及參數

結合實際測定需求及相關標準，設置煉鋼廠轉爐除塵裝置超低排放控制方法的測試環境。明確轉爐粉塵排放范圍，計算出超低排放的邊緣值，對每個排放極限點位進行統一標定，以便進行后續測定及排放控制。各個邊緣點位增設一定數量的監測控制節點，設置轉爐排放控制裝置，每個節點均獨立安裝，但是應用時需要關聯，以便采集、匯總和整合周期內的數據信息。初始排放控制指標及參數的設定如表1 所示。綜合分析轉爐的運行狀態及除塵裝置的覆蓋除塵范圍，計算初始的灰飛量，如式（2）所示。

表1 轉爐除塵裝置初始排放控制指標及參數

式中：G為排放初始灰飛量；P為排放的覆蓋范圍；φ為除塵速度；a為單元除塵頻次；ω為堆疊范圍。

2.2 結果分析

將本研究設計的超低排放控制周期劃分為5 個，在排放初始灰飛量的限制與控制標準之內，計算排放控制后的粉塵濃度差值，如式（3）所示。

式中：Y為粉塵濃度差值；R為覆蓋范圍；t為控制頻次；v為重復控制范圍；w為脫硫次數。

測試粉塵超低排放控制效果，如圖2 所示。相較2 個對照組，試驗組的粉塵濃度差值被控制在5.2 mg/m3以下，說明本文設計的煉鋼廠轉爐除塵裝置超低排放控制方法更加有效，該超低排放控制結構更加靈活，針對性更強。

圖2 粉塵超低排放控制效果

3 結語

本文設計了一種煉鋼廠轉爐除塵裝置的超低排放控制方法，并進行試驗驗證。試驗結果表明，該方法能夠有效降低轉爐除塵裝置的粉塵排放濃度，同時具有良好的可操作性，能夠在復雜環境下靈活處理粉塵，使其達到煙氣超低排放標準，以應對不同情況。在實際應用中，要確定初始排放控制范圍，設計交叉超低排放控制結構，構建多階除塵裝置超低排放控制模型，通過關聯圖譜處理實現排放控制。