现代钢铁企业除尘技术发展趋势

现代钢铁企业除尘技术发展趋势时间：2009年12月4日字体：大中小选自2009全国袋式除尘技术研讨会论文集王永忠1张殿印2(1上海宝钢工程技术有限公司；2中冶集团建筑研究总院)摘要本文介绍了钢铁企业烟尘的来源和特点。提出现代钢铁企业除尘技术的四个发展趋势，即采用干式除尘技术、脉冲喷吹技术、烟尘净化与节能技术。关键词钢铁企业除尘技术发展趋势1引言随着国家对环保要求的日益严格和人们认识的不断提高，现代钢铁企业除尘技术发展很快。明确除尘技术发展趋势，掌握除尘工作发展大方向，对搞好钢厂环境有着重要指导作用和现实意义。2烟尘来源现代钢铁工业生产体系，可分为采矿、选矿、冶炼和精制等几大部分。钢铁联合企业生产工艺流程如图1所示。众所周知，钢铁企业以其生产规模大、资源、能源消耗多等特点，一直被公认为是大气污染物排放量最大的行业之一。烧结、焦化、炼铁和炼钢生产过程是大气污染物的主要来源，烟气中含有大量的粉尘、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫及少量硫化氢、焦油物质、氧化氮等。例如，一个年产100万t钢的企业，仅在炼钢、炼铁、烧结三个生产过程中，每年约产生80亿m3烟气和5~10万t粉尘。烟尘来源和吨钢粉尘发生量见表1。一座年产500~600万吨钢的联合企业，其各个生产过程至少需集气处理的含尘气体量如表2所示。图1钢铁联合企业的设备配置表1粉尘来源和发生量序号粉尘来源发生量/(kg/t)产品123456烧结厂粉尘高炉粉尘转炉尘电炉尘轧钢铁皮渣酸洗油泥20~4010~2015~2510~2010~155~10烧结矿铁钢钢钢材钢材表2各生产过程处理含尘气体量序号场所粉尘性质处理气体量/(m3/h)浓度/(g/m3)温度/℃备注1234567原料烧结焦化石灰炼铁炼钢轧钢铁矿粉.煤粉.石灰粉焦粉.矿粉.烧结粉煤粉.焦粉.焦油石灰.白云石.氧化镁焦粉.矿粉.氧化铁粉.烟尘含铁粉尘.耐火粉尘.矿渣.烟尘氧化铁粉.焊烟(10~15)×105(25~28)×105(30~35)×105(6~10)×105(45~50)×105(45~60)×105(1.0~1.5)×1055~105~205~2010~501~101~101~5常温部分高温部分高温高温部分高温部分高温常温3钢铁企业烟尘特点3.1点多面广连续排放钢铁企业各单元生产过程中均有烟粉尘产生，污染源分布极广。从原料准备到钢材出厂几乎每个环节都有粉尘散发。炼焦、烧结、炼铁和炼钢等单元24小时不间断生产。尘源点的粉尘连续排放，除尘措施需要不间断地正常运行。除了必要的定修外，一年之内从不停止，作业率达到100%。3.2含尘气体排放量大浓度高从表2可以看出，每个生产环节需要处理的含尘气体量都很大，其中炼铁和炼钢最大。烟气量约占整个生产过程的50%以上。每个生产车间和各生产工段产生的烟尘浓度都较高，特别是炼钢转炉吹炼阶段产生的烟尘浓度瞬时高达50g/Nm3；转炉兑铁水过程中，烟粉尘外溢情况较严重;另外电炉和转炉一次烟气温度特别高。3.3粉尘成分复杂钢铁企业粉尘成分主要以含铁粉尘和原料粉尘为主，粉尘密度一般在0.5～2.0t/m3，粉尘比电阻在5×108Ω·cm以上，粉尘粒径主要在0.2～20μm。各生产过程的粉尘特点不尽相同，其中以炼焦化学厂烟尘成分(例如含有SO2，焦油等)最为复杂，处理也更为困难。4除尘技术发展趋势4.1干法除尘技术取代湿法除尘技术的趋势在钢铁企业，由于烟气和粉尘的多样性和复杂性，例如烟气中含有大量水分、焦油物质、高温颗粒、有毒物质、可燃物质等，所以对这些烟尘过去往往采用湿法除尘措施。湿法除尘存在的主要问题是：除尘效率相对较低、不能达到理想的程度；存在复杂的水处理过程或可能造成水二次污染问题。随着国家对环保要求的日益严格和建设节约型社会的需要，在钢铁企业湿法除尘有被干法除尘取代的趋向。（1）炼焦厂装煤车除尘，把湿法文氏管除尘流程改为干法袋式除尘器流程后，节约用电60%，节约用水20t/h及相应的污水处理费用。（2）高炉煤气过去均采用湿法除尘技术。20世纪80年代开始在100m3小高炉试验干法除尘，在取得技术突破后逐步推广。目前450m3以下高炉大多采用干法袋式除尘工艺。2002年3000m3大型高炉开始采用干法除尘技术取代传统的双级文氏管除尘技术，其突出优点是总投资节约30%左右、占地节省50%、节水200kg/t铁、节电70%以上，同时还可以减少管理人员，提高环保效益。（3）转炉煤气用干法园式静电除尘器工艺流程代替湿法除尘是干式除尘的重大进展，其最大的优点是干法除尘系统净化后的煤气含尘量在10mg/Nm3以下，不但可直接供用户使用，而且风机使用寿命长、维护工作量少。湿法除尘系统净化后煤气含尘量约80~100mg/Nm3，供用户使用前还必须再设置一套除尘装置；干法除尘系统阻力约6500Pa，湿式除尘系统阻力约20000Pa，因此干法除尘系统耗电约为湿式除尘系统的1/3；干法除尘系统回收的干粉尘，压块后可直接反馈给转炉使用，湿法除尘系统需设置污水及污泥处理设施，回收的湿粉尘要送烧结厂利用，特别是含油尘泥还需设置转底炉等炉子进行专门处理后利用。（4）火焰清理除尘和精轧机除尘，过去一直是采用湿法除尘装置，但近几年来也出现了干法除尘工艺技术。4.2脉冲喷吹技术取代反吹风除尘器的趋势袋式除尘器的发展主要经历了：上世纪60～70年代试制出小型脉冲除尘器，因性能欠佳，到80年代至90年代初的反吹风袋式除尘器占据主导地位。自上世纪80年代末，随着脉冲除尘器技术和制作水平的不断提高，滤袋长度已由4m长袋提高到6m，目前已可达9m。因脉冲除尘器具有喷吹力强，清灰效果好，设备阻力低，同风量情况下占地面积小等优点，而从上世纪90年代开始应用于钢铁企业。发展速度相当之快，其发展趋势将覆盖所有采用干法布袋除尘领域。按清灰方法的不同，袋式除尘器分为五种类型：（1）机械振动类，（2）分室反吹风类，（3）喷嘴反吹类，（4）振动、反吹并用类和（5）脉冲喷吹类，在这五类除尘器中应用最多的是（2）、（5）类，而（1）、（3）、（4）类应用要少得多，根据1998年某钢铁厂正在运行中的袋式除尘器统计，各类除尘器所占比例为（1）：（2）：（3）：（4）：（5）=5：72：1：2：20，从这些比例可以看出，反吹风类除尘器的应用占主导地位。其它型式的袋式除尘器应用范围较窄。但到2000年后，新安装的袋式除尘器几乎全是脉冲袋式除尘器，这是因为脉冲袋式除尘器与分室反吹风袋式除尘器相比有明显的优点，详见表3。表3分室反吹和脉冲喷吹两种袋式除尘器技术对比序号项目分室反吹除尘器脉冲喷吹除尘器备注1清灰强度强度较弱强度较大强力喷吹清灰装置2占地面积除尘器占地较多除尘器占地少3常用过滤风速0.65~0.9m/min1.05~1.3m/min4运行阻力1200~1800Pa1000~1500Pa5排出口浓度<50mg/Nm3<20mg/Nm36换袋寿命和更换2~3年2~3年覆膜滤袋寿命加倍7运行耗能量相对较多相对较少主要从设备运行阻力分析8外设气源情况少量或没有用压缩空气较多脉冲除尘器需单设气源9结构投资结构量较重结构量较轻10配套件价格较便宜较昂贵11漏风对清灰影响忌讳漏风漏风影响较小12维修管理比较容易容易4.3收尘技术发展趋势⑴高效率的烟尘捕集与严格的大气排放标准相呼应，在钢铁企业清洁生产中，国家不但对工艺生产设备提出清洁生产的先进性指标要求，而且将车间操作区卫生标准也由过去的10mg/Nm3提高到8mg/Nm3。这就意味着各污染源的粉尘捕集效率必须大幅度提高，主要尘源的捕集效率由85%~90%提高到96%以上，以体现各生产操作区岗位洁净，车间厂房外无烟尘外溢现象。高效率的烟尘捕集取决于：良好的烟尘捕集罩和较大风量除尘系统设计。⑵烟尘捕集罩烟尘捕集罩形式有多种，有与工艺设备直接相连的捕集罩，与设备脱开式捕集罩、高悬罩、密闭罩和厂房屋顶烟罩及竖＃式气楼烟罩等。影响捕集罩设计的因素有：工艺设备对烟罩认识的局限性，工艺操作和设备维护的制约，厂房设计的限制以及捕集罩本身的结构设计等因素。高效率烟尘捕集罩不但需工艺的良好配合并处理好上述几个问题，而且要熟悉各种生产工艺和污染物性质，合理设计并顾及到罩口风速与污染源的气流方向及车间横向气流干扰等因素，同时捕集罩的结构设计要留有足够的空间停留烟气，最终将96%以上的污染物捕集到吸尘罩内、集中至除尘设备净化后排放。⑶大风量除尘过去，由于人们对环保重视的力度不够，许多工程因环保费用投入偏少和设计的局限性，导致粉尘超标排放现象严重，结果不得不停产进行整顿改造，既增加了重复建设投资，又浪费了市场机遇，同时也阻碍了企业自身的发展，造成的损失远超过合理的环保投资。所谓大风量除尘，就是要提高烟粉尘的捕集效果。对那种因过于计较环保投资而造成除尘效果差的除尘设计而言，大风量除尘，就是要通过计算，采用一个合理有效的烟尘捕集风量，该风量能克服车间横向气流干扰，并将96%以上的烟尘捕集入罩。4.4烟尘净化技术与高效节能运行趋势我国大气环境中工业污染占70%，随着经济迅猛发展的同时，国家对环境保护提出了更高的要求，目前正在为钢厂修订更为严格的粉尘排放标准，征求稿意见将其定位在20mg/Nm3。这表明：实现粉尘排放限值20mg/Nm3，只是时间问题。表4为部分国家和地区钢铁企业大气污染物排放限值。表4钢铁企业大气污染物－粉尘排放限值。序号国家或地区名称和内容排放限值/(mg/Nm3)备注1欧盟钢厂202日本采用高炉的钢铁企业(有焦炉)50~70采用高炉的钢铁企业(无焦炉)20~40电炉炼钢与轧钢20~403中国北京高炉A区：禁排；B区：302007年执行转炉一次烟气除尘A区：禁排；B区：50转炉车间二次烟气除尘A区：禁排；B区：30电炉A区：禁排；B区：20连铸和轧钢除尘A区：禁排；B区：104上海宝钢宝钢分公司转炉一次烟气内控标准100目前正在重新修订宝钢分公司转炉二次烟气内控标准35不锈钢公司转炉一次烟气实测<302004年上海市环境检测中心实测数据不锈钢公司电炉和转炉二次烟气实测<20特殊钢分公司60吨电炉烟气实测<20浦钢搬迁罗泾工程内控标准20为遵守循环经济和建设节约型社会的原则，作为重要环保设备的除尘器必须低阻力运行、高效率净化。因此必须采取一系列的技术措施，提高烟尘净化效率的同时，使系统高效节能运行。⑴控制过滤风速对大中型规模的脉冲除尘器而言，过滤风速不宜过高，现代钢铁企业环保要求袋式除尘器过滤风速一般不宜超过1.2m/min。虽然除尘器过滤面积可能增大，但由此给除尘系统带来四大好处：除尘效率提高，滤袋使用寿命延长，设备运行阻力降低，风机节能效果明显。另外因除尘器过滤风速的降低，同时又将引发除尘器清灰方式由离线清灰方式向在线清灰方式变革，这样除尘器过滤面积（相对离线型除尘器）又可相应减少，抵消了因过滤风速降低带来的除尘器投资增加。所以适当降低除尘器过滤风速优势明显。⑵选择优良滤料根据粉尘性质和特点，合理选用滤料品种，滤料单重应在500g/m2以上，一般刚投入使用的新滤料的除尘效率相对来说是较低的，随着积聚在滤料上的粉尘增多，除尘效率将逐步上升，见图2。图2表明粉尘层对提高除尘效率有着重要意义。图2滤料在不同状态下的分级除尘效率1—清洁滤料；2—振动清灰后的滤料；3—积尘的滤料如果要继续提高除尘器过滤效率，那么采用具有人造粉尘层作用的覆膜滤料就能获得理想的效果。滤料覆膜指在滤料表面覆盖一层多孔薄膜，利用覆膜滤料可以提高滤料的过滤精度，即使对0.2~0.5μm的超细粉尘，其过滤效率也在99.5%以上。国内滤料覆膜技术已经成熟，滤料覆膜投资增加约20~25元/m2。⑶优化除尘器结构设计除尘器阻力包括了除尘器结构阻力和滤袋阻力，滤袋阻力可以通过控制过滤风速和选用复合滤料来实现。结构阻力主要与设备本体设计及通过的风速有关，若将风速降低到14~16m/s以下，则可比原结构阻力降低约20%~40%，降阻效果非常明显。有试验装置和技术力量的单位正在通过模拟试验和微机计算来降低设备的结构阻力。⑷风机变速运行钢铁生产过程虽然是连续