李 冬， 劉利生

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 江陰 214400)

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管束除塵器在燒結(jié)脫硫塔的應(yīng)用

李 冬， 劉利生

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 江陰 214400)

介紹了某廠燒結(jié)機頭粉塵排放超標后的治理，鑒于環(huán)保與生產(chǎn)的雙重壓力，嘗試管束除塵器的改造、試用，并取得成功，為冶金企業(yè)環(huán)境治理提供多元選擇。

管束除塵器; 脫硫塔; 粉塵排放

引 言

江陰興澄特種鋼鐵有限公司(簡稱“興澄特鋼”) 第一煉鐵分廠3#燒結(jié)設(shè)備建于2004年12月，設(shè)計能力為年產(chǎn)燒結(jié)礦102萬t，機頭除塵采用雙室三電場靜電除塵器，設(shè)計排放標準<80 mg/m3。煙氣流程為：99 m2燒結(jié)機→160 m2電除塵器→主抽風機→濕法脫硫塔→排入大氣。2015年1月國家推行新環(huán)保法，《鋼鐵、燒結(jié)球團工業(yè)大氣污染物排放標準》中，要求鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機頭除塵顆粒物排放<40 mg/m3，現(xiàn)場實際排放在40～60 mg/m3，達不到新環(huán)保法的要求。企業(yè)面臨著社會責任與環(huán)保壓力的雙重問題，燒結(jié)生產(chǎn)隨時有停產(chǎn)的可能。為盡快達標排放，興澄特鋼公司及分廠相關(guān)技術(shù)人員多次與專業(yè)單位共同研討，并赴周邊同行交流學習，借鑒相關(guān)經(jīng)驗，確定改造方案，在最短時間內(nèi)停產(chǎn)改造，使排放達標。

1 改造方案對比

技術(shù)人員確定了改造的總體方案，宗旨是在現(xiàn)有條件下快速的達標排放，并綜合考慮投資、運營成本等因素；通過與周邊同行共同討論后，整理出幾項具體的解決方案，匯總?cè)绫?所示。

經(jīng)過反復(fù)論證并結(jié)合煉鐵生產(chǎn)經(jīng)營任務(wù)，不可能長時間停產(chǎn)整改，同時兼顧工程建設(shè)工期、改造費用、停產(chǎn)節(jié)點等因素，最終選擇在脫硫塔內(nèi)安裝管束除塵器的方案。

表1 解決方案匯總表

改造方案投資費用/萬元停產(chǎn)時間/天效果/(mg·m-3)電除塵器三電場增加為四電場50015<40電除塵器電場電源改為三相高效電源30010<30脫硫塔后增加濕電除霧除塵13008<20脫硫塔內(nèi)增加管束離心除塵器2254<30

2 管束除塵器相關(guān)介紹

2.1 脫硫塔出口粉塵組成分析

脫硫后凈煙氣中的“粉塵”是指凈煙氣中攜帶的經(jīng)過烘干后的所有固體顆粒物，其總濃度為C(mg/m3)，其來源于三大部分(如C1～C3所示)，實際上對其影響因素有四個：

C1，原煙氣中經(jīng)過脫硫噴淋洗滌后的殘余飛灰；

C2，經(jīng)過除霧器后，煙氣中殘余液滴所含的難溶性固體；

C3，經(jīng)過除霧器后，煙氣中殘余液滴所含的可溶性固體；

C4，除霧器或除塵除霧一體化裝置對殘余飛灰的去除效果，這是一個負值。

因此，C=C1+C2+C3-C4。

2.2 煙塵排放濃度標定

目前國家環(huán)保局對煙塵排放濃度的監(jiān)控采用“在線監(jiān)測法”，并同時采用“稱重法” 進行標定。

所謂稱重法：即在吸收塔出口煙道上對煙氣進行等速取樣，被取出的煙氣通過濾筒，粉塵和霧滴被濾筒收集，然后對濾筒進行烘干，比較取樣前濾筒與烘干后濾筒的重量，獲得取樣煙氣中“煙塵”的含量C(包含了上述的C1，C2和C3)，然后根據(jù)抽取煙氣的體積進行換算，最后得到煙塵濃度C(標)。

2.3 濃度超標分析

(1)脫硫塔入口粉塵濃度偏高(興澄特鋼第一煉鋼分廠實際情況)；

(2)“粉塵”粒徑小，脫硫塔內(nèi)洗滌脫除率低。吸收塔入口粉塵粒徑對其在塔內(nèi)的脫除效果有重要影響，粉塵粒徑越小，其在塔內(nèi)脫除越困難。脫硫工藝采用傳統(tǒng)、成熟工藝，即空塔噴淋脫硫工藝，脫硫漿液通過噴嘴霧化與煙氣進行接觸反應(yīng)，正常噴淋液滴設(shè)計值為2000 μm左右，塔內(nèi)噴淋液滴相互疊加、碰撞過程中會形成較細粒徑(≤15 μm)的細小硫酸鈣、亞硫酸鈣、碳酸鈣漿液顆粒，另外，除塵器過來的粉塵在脫硫塔內(nèi)的脫除率比較低(45%左右)，未洗滌掉的燒結(jié)灰塵粒徑均比較細微。

(3)除霧器對于細微“粉塵”顆粒攔截率低。殘余粉塵及漿液顆粒是目前脫硫行業(yè)普遍采用的波紋板式除霧器難以捕捉和處理的，據(jù)除霧器專業(yè)研究生產(chǎn)廠家——德梅斯特的大量調(diào)查研究，目前在脫硫行業(yè)里對于除霧、除塵效果較好的是屋脊式除霧器。

2.4 管束除塵原理

管束式除塵裝置的使用環(huán)境是含有大量液滴的～50 ℃飽和凈煙氣，特點是霧滴量大，霧滴粒徑分布范圍廣，由漿液液滴、凝結(jié)液滴和粉塵顆粒組成；除塵主要是脫除漿液液滴和粉塵顆粒。細小液滴與顆粒的凝聚：大量的細小液滴與顆粒在高速運動條件下碰撞機率大幅增加，易于凝聚、聚集成為大顆粒，從而實現(xiàn)從氣相的分離；大液滴和液膜的捕悉：除塵器筒壁面的液膜會捕悉、接觸到其表面的細小液滴，尤其是在增速器和分離器葉片表面的過厚液膜，會在高速氣流的作用下發(fā)生“散水”現(xiàn)象，大量的大液滴從葉片表面被拋灑出來，在葉片上部形成了大液滴組成的液滴層，穿過液滴層的細小液滴被捕悉，大液滴變大后跌落回葉片表面，重新變成大液滴，實現(xiàn)對細小霧滴的捕悉，原理模擬圖如圖1所示。

圖1 煙氣經(jīng)管束后的模擬圖

圖2 管束除塵結(jié)構(gòu)三維圖

2.5 結(jié)構(gòu)形式

管束除塵器的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，其組成部件有：

(1)管束筒體

內(nèi)筒壁面光潔，筒體垂直，斷面圓滑，無偏心。

(2)增速器

確保以最小的阻力條件提升氣流的旋轉(zhuǎn)運動速度。

(3)分離器

實現(xiàn)不同粒徑的霧滴在煙氣中的分離。

(4)匯流環(huán)

控制液膜厚度，維持合適的氣流分布狀態(tài)。

(5)導(dǎo)流環(huán)

控制氣流出口狀態(tài)，防止捕悉液滴被二次夾帶。

2.6 液滴的脫除

經(jīng)過加速器加速后的氣流高速旋轉(zhuǎn)向上運動，氣流中的細小霧滴、粉塵顆粒在離心力作用下與氣體分離，向筒體表面方向運動。而高速旋轉(zhuǎn)運動的氣流迫使被截留的液滴在筒體壁面形成一個旋轉(zhuǎn)運動的液膜層。從氣體分離的細小霧滴、微塵顆粒在與液膜層接觸后被捕悉，實現(xiàn)細小霧滴與微塵顆粒從煙氣中的脫除。氣體旋轉(zhuǎn)流速越大，離心分離效果越佳，捕悉液滴量越大，形成的液膜厚度越大，運行阻力越大，越容易發(fā)生二次霧滴的生成；因此采用多級分離器，分別在不同流速下對霧滴進行脫除，保證較低運行阻力下的高效除塵效果。

2.7 管束除塵器優(yōu)勢

運行阻力低，不增加額外的運行成本；只需利用原有吸收塔或直排煙囪空間進行改造，不改變吸收塔外部結(jié)構(gòu)；改造安裝工期短。

3 改造安裝

由于停產(chǎn)改造時間緊、任務(wù)重，為保證改造安裝工作順利進行，最大程度縮短燒結(jié)停機時間，根據(jù)工程特點，按如下工序順序進行：

(1)相關(guān)商務(wù)合同確認、人員組織、操作培訓(xùn)等。

(2)施工準備：確定模塊、人孔門、矩形管完成情況，發(fā)貨至現(xiàn)場，停機前測量標注好隔板下部支撐梁在塔壁上的位置；確定下部支撐梁方管截取長度，矩形管第一次地面除銹(此項工作在系統(tǒng)停機前完成)。

(3)管式除塵器在工廠車間預(yù)制成12個模塊，并進行預(yù)組裝，記錄預(yù)組裝尺寸和相互標記，每個模塊設(shè)置起吊吊耳(且需做出重心平衡點)；現(xiàn)場采用模塊化吊裝。

(4)管式除塵位置新增加的人孔門在工廠制作成組裝件，且與門框組裝成整體，整體吊裝，提前焊接在吸收塔上。

(5)停機后，利用除霧器沖洗梁處的人孔門作為人員、管式除塵模塊下部支撐梁的出入口，在原沖洗梁上方小梁上搭設(shè)平臺。本小梁距離模塊下部約1 m，無需再搭設(shè)腳手架。搭設(shè)平臺的目的有：1)焊接下部支撐梁；2)保障施工人員的安全；3)保護模塊下部的除霧器、防腐層不被高溫的焊渣和飛濺損壞。4)防止異物掉落到下方，給完工后清塔造成不便和增加工作量。

(6)工作面清理，對吸收塔安裝除霧器位置的吸收塔內(nèi)壁進行清理。

(7)下部支撐梁安裝，考慮到時間緊迫、施工間隙狹窄互相干涉，采取白天吊裝固定，夜間焊接施工。

(8)下部支撐梁方管的除銹，應(yīng)該分兩次。第一次安排在準備材料階段，在地面用鋼絲刷手工除銹或者噴砂除銹，除銹完畢后吊入塔內(nèi)安裝焊接，以減少焊接后的除銹工作量，縮短防腐等待時間。第二次除銹，在焊接完成后，如發(fā)現(xiàn)有表面二次浮銹，應(yīng)用鋼絲刷手工除銹干凈。

(9)模塊與塔壁之間的封堵，模塊之間縫隙糊縫，防止煙氣壁流短路。

(10)除霧器下部支撐梁防腐、新增人孔門附近防腐、除霧器沖洗梁損壞的防腐修復(fù)。

(11)工作面清理， 沖洗梁搭設(shè)的平臺盡可能嚴密，并采用可靠的臨時存放容器，確保無異物掉落。焊接結(jié)束、打磨清理完成后將所有遺留物如焊條、手套、小工具隨時清理完畢。

經(jīng)過縝密的安排和精心組織，該項改造96 h完成施工與保養(yǎng)。工程安裝示意圖如圖3所示。通過改造后連續(xù)10天跟蹤粉塵排放數(shù)據(jù)并進行比對，均小于30 mg/m3，達到設(shè)計技術(shù)要求，也符合環(huán)保標準要求。

圖3 管束導(dǎo)流板外形及安裝位置圖

4 結(jié)束語

該項改造工程設(shè)計合理，整個項目施工管理較嚴密，工期按預(yù)定時間完成；經(jīng)測試后其排放效果較好，達到新環(huán)保法的標準要求，值得同類企業(yè)的借鑒和參考。

2016-09-19

李 冬(1983—)，男，工程師。電話：15961685209

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