鋼鐵行業超低排放形勢下除塵技術研討
不銹鋼網http://www.generalaesthete.com 2020-12-14 15:23:48 冶金經濟與管理
  摘要:近年來黨中央、國務院高度重視鋼鐵超低排放改造,在多次重要會議及政府工作報告中均提出要推動鋼鐵行業超低排放改造,《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》(環大氣[2019]35號)印發后,更是要求各地分階段分區域開展鋼鐵行業超低排放改造。《意見》中的排放限值也被行業專家稱為"史上最嚴標準"。在這種大形勢下,通過梳理文件中對顆粒物排放的指標要求和現階段我國除塵技術的現狀,對比行業內認可度較高的主要除塵工藝的優缺點,探討新要求下的除塵技術路線選擇及升級改造思路,以供相關鋼鐵企業參考,助力打贏藍天保衛戰。
 
  為落實黨中央、國務院決策部署,2019年4月生態環境部會同發改委、工信部等五部委聯合印發了《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》(以下簡稱《意見》)。《意見》在原有鋼鐵各工序顆粒物排放標準的基礎上再次加嚴,提出了超低排放是指全流程的超低,對各地超低改造也提出了進度要求,進一步推動了鋼鐵行業除塵治理技術的變革。然而,目前國內鋼鐵企業多為高爐-轉爐長流程,工序繁多復雜,要想滿足生產全流程的顆粒物達標排放絕非易事,并且國內鋼鐵企業發展參差不齊,環保不達標的產能仍為數不少,除塵設施提標改造勢在必行。因此,在當前的環保政策形勢下,尋求在短時間內使粉塵顆粒物排放濃度達到超低排放的限值要求,無疑是鋼鐵企業首先面對的最緊迫問題。
 
  一、超低排放改造中的顆粒物治理要求
 
  2019年4月《意見》正式出臺掀起了一場鋼鐵環保風暴,宣告我國鋼鐵行業整體進入超低排放改造的大形勢之中。對于顆粒物指標,《意見》要求廢氣在有組織排放形式下,燒結機機頭及球團焙燒煙氣(包括豎爐、鏈篦機-回轉窯、帶式焙燒機)、煉焦工序焦爐煙囪廢氣、其他主要污染源(包括燒結機機尾、裝煤推焦、干法熄焦、熱風爐、高爐礦槽及出鐵場、鐵水預處理、轉爐二次煙氣等)顆粒物小時均值排放濃度不高于10 mg/m3,每月至少95%以上時段小時均值排放濃度達標;廢氣在無組織形式下,物料輸送落料點,燒結、球團、煉鐵、焦化等工序的物料破碎、篩分、混合等設備和廢鋼切割處應配備除塵設施。此外,《意見》還指出企業應因廠制宜選擇成熟適用的環保改造技術,鼓勵使用覆膜濾料袋式除塵器、濾筒除塵器等先進除塵設施,為除塵治理技術的選擇指明了方向。
 
  二、除塵技術應用現狀
 
  經過對20多家鋼鐵企業進行調研發現,基本上所有鋼鐵企業均使用高效袋式除塵器或濾筒除塵器處理含塵廢氣,部分產生含濕廢氣的工序使用濕式電除塵器。企業認為這幾種成熟工藝粉塵廢氣治理效果最佳,與《意見》中提到的除塵技術相同。此外,依據《排污許可證申請與核發技術規范》中載明的廢氣中顆粒物治理可行技術,除了熱軋機精軋產生的廢氣外,其余廢氣產污節點顆粒物治理均可以采用袋式除塵(覆膜濾料)和濾筒除塵工藝。因此,本文主要對袋式和濾筒2種除塵技術的優缺點及應用情況進行分析。
 
  袋式除塵器出現的時間較早,早在洋務運動末期便被使用,主要用來過濾干式、粒徑微小的含塵氣體。濾袋由各種濾料纖維(化學纖維或玻璃纖維)經過紡織或針刺而成,利用纖維織物具有的過濾功能來過濾含塵氣體。而濾筒式除塵器出現的時間相對較晚,20世紀70年代西方國家出現一些使用者,他們認為這種除塵器箱體體積相對小,處理效率明顯提升,便于維護。但是如果需要處理較大風量的含塵氣體,會因除塵器容量小導致處理效果不佳,在大型的工業企業難以應用,所以多年來沒有大量推廣。21世紀以來,全世界材料科技水平高速發展,一些外國公司率先對除塵器的結構和濾料進行改進,使其整體容量增加數倍,成為過濾面積大于2 000 m2的大型除塵器。
 
  三、除塵技術對比分析
 
  1.袋式除塵器
 
  (1)袋式除塵器工作原理
 
  含塵氣體從除塵罩進入通風管道,在到達出口的過程中,通過引風機引風,然后使用纖維性除塵濾袋借助重力、慣性等作用捕集煙粉塵。
 
  (2)影響袋式除塵器性能的主要因素
 
  袋式除塵器的性能主要包括除塵效率、壓力損失和使用壽命。而決定袋式除塵器除塵效率和使用壽命的主要因素包括氣布比、濾料種類、清灰方式的選擇等。
 
  布袋除塵器的濾料材質從最開始的常規纖維發展到超細纖維,再到異形截面纖維,然后進展到ePTFE膜結構。常規纖維無法掌控細微粉塵顆粒物,因此必須改變纖維結構或借助外力,以實現對粉塵超低排放的控制;超細纖維異形截面纖維通過更大的比表面積,帶來更大的過濾面積,從而降低氣布比;ePTFE膜可以在膜表面對粉塵顆粒物進行攔截。目前,濾袋材質選用覆膜濾料是除塵效率較高的選擇。
 
  2.濾筒除塵器
 
  濾筒除塵器的工作原理:含塵氣體經除塵罩進入通風管道,被外引風機引入箱體,因箱體較管道半徑大得多,導致氣流擴張,較重的大顆粒粉塵經重力作用沉降,較輕的小顆粒粉塵隨氣流進入濾筒,經過一系列綜合效應被濾芯阻擋進而和空氣分離。
 
  3.袋式除塵器和濾筒除塵器優缺點比較
 
  袋式除塵器和濾筒除塵器在使用過程中各有優缺點,在除塵工藝選擇的時候需根據企業自身情況綜合考慮。優缺點比較詳見表1。
 
  四、企業實際應用案例分析
 
  以河北省某鋼鐵集團高爐礦槽工藝段除塵工藝改造為例,該企業原先對高爐礦槽工段產生的廢氣選用袋式除塵器進行除塵治理,但在使用過程中發現由于工況原因會導致糊袋的問題。同時,由于濾袋清灰效果不佳,導致該工段廢氣排放無法穩定滿足超低排放標準的要求。考慮到達標情況及更換濾袋的資金投入,該企業決定對此除塵工藝進行改造,將袋式除塵器更換為濾筒除塵器。改造前后的參數及效果對比詳見表2。
 
  根據改造前后的在線監測數據顯示,該工段廢氣的顆粒物排放濃度實現大幅度下降,可以穩定達到10 mg/m3以內,滿足超低排放標準要求。與改造前相比,使用濾筒除塵器后,避免了濾袋易磨損破漏的問題,基本上可長期使用不需維修,即使拆換濾筒也極為方便,同時在有限的空間內增大了有效過濾面積,壓差較小,除塵效果比較穩定。但是更換濾筒除塵器之后,也存在一些不足之處。
 
  筆者通過與企業內部員工交流了解到,改造后設備與之前相比復雜性加大,需要企業自身具有很高的設備調運、安裝及維護管理水平。另外,濾筒除塵器對干性粉塵種類的選擇性沒有預想的好,不是對所有的粉塵種類都有很高的除塵效率。如果想將其應用到全部工序,仍待進行深入研發。總的來說,在日趨嚴峻的環保形勢下,基于環保達標考慮,其更換后的效果還是十分顯著的。
 
  五、總結建議
 
  1.工藝選擇建議
 
  目前,在不考慮濕法除塵的情況下,超低排放形勢下最佳除塵工藝選擇應為濾筒除塵器和袋式除塵器。2種除塵器各有優缺點,對鋼鐵企業顆粒物超低排放改造來說,建議企業可以根據實際并結合自身需要選擇除塵技術,在原先采用袋式除塵工藝仍無法穩定達標排放的情況下可首先考慮更換采用聚四氟乙烯微孔膜和超細纖維面層梯度濾料,其次可考慮通過更換濾筒除塵工藝完成超低排放改造,實現達標排放。
 
  2.工程設計建議
 
  為了幫助企業達到《意見》的相關要求、提供工程設計施工方面的參考,2020年1月中國環境保護產業協會印發了《鋼鐵企業超低排放改造技術指南》,其中對高效袋式除塵工藝和濾筒除塵工藝提出了一系列技術參數參考值,建議企業可結合自身實際情況在超低排放改造過程中參考使用。以袋式除塵器為例,建議企業制定合同時要求過濾風速按照小于0.8 m/min設計,此處過濾風速應為全過濾風速。全過濾風速是理論計算的過濾風速,在離線清灰除塵器清灰時,其中1個倉室會關閉,實際的過濾風速會提升,這也是排放最容易超標的時候,因此要求是全過濾風速;建議除塵器設計有導流板來控制氣流分布,若不選擇導流板,會造成濾袋或濾筒被氣流沖刷,降低使用壽命。
 
  “藍天保衛戰”已經進入最終攻堅階段,鋼鐵行業作為大氣污染防治的絕對主戰場,超低排放改造勢在必行,鋼鐵企業須積極應對,明確環境污染治理思路,促進環境質量改善和產業轉型升級。
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