李子亮 王宗德 程海龍

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司）

0 引言

邯鋼1#高爐的有效容積為3 200 m3，于2008年4 月開爐。由于高爐距離市區(qū)較近，故對環(huán)保比較重視，采用了完善的除塵工藝。爐前出鐵場和礦槽各配備兩座除塵器，采用干法布袋除塵技術(shù)。爐前每座除塵器的布袋數(shù)量為5 376 條，過濾面積12 660 m2，可處理風(fēng)量86 萬m3/h，礦槽除塵器布袋數(shù)量為2 880 條，過濾面積6 800 m2，處理風(fēng)量45 萬m3/h。隨著近年來京津冀地區(qū)霧霾頻發(fā)，空氣質(zhì)量越來越受到重視，如何實(shí)現(xiàn)超低排放成為鋼鐵企業(yè)面臨的重要課題。邯鋼在2017 年對1#高爐各除塵器煙囪加裝了煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對煙氣排放的實(shí)時監(jiān)測，通過設(shè)備維護(hù)和工藝優(yōu)化等措施，確保了顆粒物長期達(dá)標(biāo)排放。

1 煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)簡介

煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)簡稱CEMS，是利用特定儀器對固定污染源顆粒物濃度和污染物排放總量進(jìn)行連續(xù)自動監(jiān)測的裝置[1]。邯鋼1#高爐CEMS系統(tǒng)主要由粉塵（顆粒物）監(jiān)測系統(tǒng)，煙氣排放參數(shù)（溫度、壓力和流速）測量系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)等組成（如圖1 所示）。粉塵監(jiān)測采用DUSTHUNTER SB30 粉塵儀，可以在各種惡劣環(huán)境下長期連續(xù)監(jiān)測煙氣排放情況。SB30 粉塵儀是基于光散射原理的粉塵測量裝置，利用粉塵顆粒對光散射的特性可實(shí)現(xiàn)高精度的粉塵監(jiān)測。其工作原理是內(nèi)置的激光信號源發(fā)射激光，激光照射到粉塵粒子后被反射，由于反射的信號強(qiáng)度與粉塵濃度成正比，故可通過監(jiān)測粉塵反射的激光信號，按照一定的算法計算出煙道粉塵的濃度[2]。同時，采用同陽TY-TPF 溫壓流一體化檢測儀對煙氣溫度、壓力和流速等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。相關(guān)數(shù)據(jù)傳至除塵值班室電腦，并上傳至環(huán)保部門，可對除塵器煙囪粉塵排放進(jìn)行實(shí)時監(jiān)督。

圖1 1#高爐CEMS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

借助CEMS 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對各種相關(guān)的環(huán)保設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理，從而控制顆粒物的排放。環(huán)?？刂茦?biāo)準(zhǔn)以小時均值確定，分別為礦槽＜10 mg/m3，出鐵場＜15 mg/m3，除塵值班室設(shè)置聲光報警器，當(dāng)顆粒物瞬時值超標(biāo)時可發(fā)出報警。近年來，通過多種措施控制1#高爐的顆粒物數(shù)值，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)達(dá)標(biāo)排放，CEMS 系統(tǒng)投用以來部分顆粒物數(shù)值變化如圖2 所示。

圖2 近年顆粒物數(shù)值變化

2 顆粒物數(shù)值的控制

2.1 CEMS 系統(tǒng)的維護(hù)

SB30 粉塵儀可在風(fēng)雨、雷電、粉塵沖刷等惡劣環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行，維護(hù)成本較低。但由于處在粉塵工作環(huán)境中，光學(xué)鏡頭不可避免存在緩慢污染的情況，若鏡頭表面沾染粉塵而未及時清理，會造成顆粒物測量結(jié)果偏高，因此需要定期使用50%的酒精水溶液對其進(jìn)行清潔處理。

為減少光學(xué)元件被粉塵沾染，需要為其配備吹掃系統(tǒng)。1#高爐CEMS系統(tǒng)采用壓縮空氣進(jìn)行吹掃，使光學(xué)元件所處壓力始終高于煙道內(nèi)壓力，減緩了光學(xué)元件被污染的速度。

在CEMS 系統(tǒng)投入運(yùn)行初期，多次出現(xiàn)除塵風(fēng)機(jī)檢修期間顆粒物偏高的狀況，此時煙囪并未排放煙氣，由于對CEMS 系統(tǒng)缺乏了解，一度以為是系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，經(jīng)維護(hù)人員多次確認(rèn)，系統(tǒng)運(yùn)行無異常。隨著對系統(tǒng)的逐漸了解，已查明原因：停風(fēng)機(jī)后煙囪內(nèi)懸浮的顆粒物或煙囪內(nèi)壁上掉落的粉塵造成了數(shù)值的升高。經(jīng)環(huán)保部門確定，在停風(fēng)機(jī)期間（以煙氣流速為零界定），顆粒物數(shù)值超出控制標(biāo)準(zhǔn)不被認(rèn)定為超標(biāo)排放。

2.2 除塵系統(tǒng)的改進(jìn)

為實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)達(dá)標(biāo)排放，需做好日常維護(hù)，保證除塵器放灰系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。對子灰倉、集中灰倉、刮板機(jī)等放灰設(shè)備加強(qiáng)點(diǎn)檢，每天組織好吸排車，確保子灰倉除塵灰排空，防止灰位過高造成粉塵二次飛揚(yáng)，甚至布袋底部的磨損，導(dǎo)致顆粒物數(shù)值大幅上升。

在線監(jiān)測提高了除塵器布袋的質(zhì)量要求，近年陸續(xù)更換的布袋具有耐磨性好、耐高溫、尺寸標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，可利用高爐休風(fēng)停風(fēng)機(jī)的機(jī)會，對破損的布袋進(jìn)行更換。同時為了應(yīng)對顆粒物數(shù)值突然升高，制訂了在線監(jiān)測異常應(yīng)急處置預(yù)案，顆粒物預(yù)警值定為礦槽7 mg/m3，出鐵場10 mg/m3，當(dāng)瞬時值超出預(yù)警值時，組織人員迅速查找和確定出現(xiàn)異常的倉室，停止破損倉室的噴吹，臨時關(guān)閉風(fēng)門，更換破損或脫落的布袋，并且優(yōu)化原料備料和爐前出鐵操作，確保小時均值不超標(biāo)。1#高爐僅2020 年即更換礦槽除塵器布袋1 419 條，出鐵場除塵器布袋6 041 條，使除塵器始終處于良好的工作狀態(tài)，顆粒物數(shù)值長期優(yōu)于環(huán)?？刂茦?biāo)準(zhǔn)。

2.3 生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

2.3.1 爐前出鐵作業(yè)

1#高爐設(shè)有南北兩個對稱布置的矩形出鐵場，共有4 個鐵口：2 個對向鐵口輪流出鐵，2 個鐵口維修。高爐出鐵過程中，出鐵口、撇渣器、鐵溝、渣溝和擺動溜槽等處產(chǎn)生大量的煙塵。為防止煙塵污染環(huán)境，改善爐前操作人員的工作條件，除工藝上進(jìn)行密封外，在以上各處分別設(shè)抽塵點(diǎn)，共設(shè)28 個抽塵點(diǎn)。正常生產(chǎn)時，除塵風(fēng)機(jī)處于滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在除塵風(fēng)量基本一定的情況下，必須控制抽塵總量才能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

出鐵場除塵器可滿足正常出鐵過程中的除塵效果和顆粒物排放，若出鐵過程中突然出現(xiàn)鐵口大噴，會短時間內(nèi)產(chǎn)生大量煙塵，造成顆粒物數(shù)值迅速上升。因此，應(yīng)對爐前開堵口操作加以改進(jìn)，以防止鐵口大噴。首先，做好鐵口維護(hù)，保證鐵口打泥量，維持合適的鐵口深度；其次，開口時機(jī)要把握好，以保證開口見渣鐵，尤其是倒場后新投入鐵口，由于深度淺，可在上次鐵口堵口后，適當(dāng)間隔一段時間，待爐缸渣鐵液面有所上升后再打開[3]。最后，來風(fēng)后應(yīng)立即堵口，減少鐵口噴濺的時間。

爐前盡量減少重疊出鐵，以保證除塵效果和顆粒物排放達(dá)標(biāo)。在休風(fēng)過程中，為了保證爐缸渣鐵出凈，防止風(fēng)口灌渣，兩邊鐵口必須同時出鐵，且鐵口多在噴濺狀態(tài)，往往會造成兩座除塵器的顆粒物數(shù)值偏高。在保證風(fēng)口無灌渣危險后，爐內(nèi)可通過適當(dāng)多減風(fēng)，防止鐵口大噴。從1#高爐多次休風(fēng)實(shí)踐來看，通過控制減風(fēng)節(jié)奏來抑制鐵口噴濺以控制顆粒物數(shù)值是可行的，近年來在休風(fēng)過程中均未出現(xiàn)顆粒物超標(biāo)的情況。以近期一次休風(fēng)為例，可明顯觀察到休風(fēng)過程中的顆粒物數(shù)值變化，如圖3 所示。2021 年1 月3 日，高爐休風(fēng)，4：04 兩側(cè)鐵口開始重疊出鐵，此時顆粒物數(shù)值略有上升，但整體不高。4：35 左右，3#鐵口（位于2#出鐵場）來風(fēng)，顆粒物數(shù)值迅速上升，分鐘平均值最高升至7.5 mg/m3，高爐少量減風(fēng)，減少3# 鐵口噴濺，數(shù)值下降明顯。1# 鐵口于4 ：57 來風(fēng)，兩側(cè)鐵口開始大噴，兩座除塵器的顆粒物數(shù)值均出現(xiàn)明顯抬頭情況，爐內(nèi)開始大量減風(fēng)，通過控制減風(fēng)速度來減少鐵口噴濺和抑制顆粒物數(shù)值升高。5：38 高爐完成休風(fēng)，鐵口堵口。整個過程中顆粒物數(shù)值出現(xiàn)多次升高，通過對數(shù)值的實(shí)時監(jiān)測，調(diào)整減風(fēng)節(jié)奏，未出現(xiàn)超標(biāo)排放情況。

圖3 休風(fēng)時出鐵場顆粒物數(shù)值變化

2.3.2 礦槽作業(yè)

高爐礦槽作業(yè)在對礦石和焦炭等原燃料進(jìn)行篩分、稱量和運(yùn)輸?shù)倪^程，原燃料在摩擦、碰撞和跌落過程會產(chǎn)生大量粉塵，在產(chǎn)生粉塵的部位設(shè)置密封罩，并進(jìn)行抽風(fēng)除塵[4]，槽下和槽上除塵系統(tǒng)有兩套獨(dú)立的除塵器，槽上除塵抽塵點(diǎn)14 個，槽下除塵抽塵點(diǎn)42 個，共計56 個抽塵點(diǎn)[5]。不同于爐前出鐵場，礦槽區(qū)域抽塵總量難以控制，所以對礦槽除塵器顆粒物的控制主要是優(yōu)化礦槽區(qū)域的生產(chǎn)節(jié)奏，為更換布袋爭取時間，確保布袋的過濾效果。

對于槽上系統(tǒng)來說，原燃料在皮帶運(yùn)輸和裝入料倉的過程中產(chǎn)生的煙塵是最大的污染源。由于槽上并非連續(xù)作業(yè)，料倉補(bǔ)充一次原燃料可保證高爐數(shù)小時正常生產(chǎn)，這就為除塵器更換布袋提供了時間。除塵值班室在發(fā)現(xiàn)槽上除塵器顆粒物突然升高時，可在料倉料位允許的情況下，臨時關(guān)閉除塵風(fēng)機(jī)風(fēng)門，由除塵作業(yè)人員檢查問題倉室，更換破損布袋，整個過程不會影響高爐的正常生產(chǎn)。

與槽上系統(tǒng)不同，槽下是連續(xù)作業(yè)，原燃料備料、排料幾乎是不間斷進(jìn)行的。為了給更換布袋多留出時間，高爐通常采用壓料處理，即集中往爐內(nèi)多上幾批料，增加高爐料面高度，待礦槽集中倉補(bǔ)滿原料后，槽下立即停止備料和排料，除塵風(fēng)機(jī)風(fēng)門關(guān)閉，開始更換布袋。一般可留出30 min，如果更換布袋數(shù)量所需時間長，在爐況允許的情況下高爐可多次壓料，除塵人員分段多次作業(yè)。

通過優(yōu)化礦槽生產(chǎn)節(jié)奏，更換破損布袋，多年來礦槽兩座除塵器運(yùn)行良好，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)達(dá)標(biāo)排放。

3 結(jié)論

CEMS 系統(tǒng)的應(yīng)用使邯鋼1#高爐實(shí)現(xiàn)了對煙氣排放的實(shí)時監(jiān)測，促進(jìn)了設(shè)備的改進(jìn)和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，并提升了職工的環(huán)保意識，同時環(huán)境監(jiān)管部門可對煙氣排放進(jìn)行監(jiān)督，對實(shí)現(xiàn)超低排放具有重要意義。在CEMS 系統(tǒng)的參考和監(jiān)督作用下，通過多種舉措，實(shí)現(xiàn)了1#高爐顆粒物排放長期優(yōu)于環(huán)?？刂茦?biāo)準(zhǔn)，在京津冀地區(qū)霧霾頻發(fā)，環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻的大背景下，對減少大氣污染、提升空氣質(zhì)量起到了重要的作用。