郭樹柏,張小輝,劉珍童，吳 剛，陳 功，張 琦，張 鋒，楊曉艷

(北京首鋼股份有限公司，河北 遷安 064400)

由于新《環(huán)保法》的實施，國家對大氣污染物排放提出了更高的要求，對于將粉塵污染[1]作為環(huán)保重點治理的任務(wù)之一的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)來說，如何進一步降低轉(zhuǎn)爐冶煉時產(chǎn)生顆粒物的排放已經(jīng)成為制約鋼鐵企業(yè)綠色發(fā)展的關(guān)鍵因素。環(huán)保不達標，鋼鐵企業(yè)將面臨著嚴重的罰款、限產(chǎn)，甚至是停產(chǎn)的處罰。

轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵系統(tǒng)主要存在兩種主流技術(shù)，一種是濕法除塵法(OG法)，另一種是干法除塵法(LT法)。目前我國現(xiàn)有的900余座轉(zhuǎn)爐中有約70%采用濕法除塵工藝，其一次煙氣凈化排放顆粒物基本維持在50-100 mg/Nm3，與國家現(xiàn)行的超低排放值10 mg/Nm3的標準存在較大差距。2019年生態(tài)環(huán)保部等五部委聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》對轉(zhuǎn)爐煙氣超低值排放做了進一步明確要求。因此，各大鋼鐵企業(yè)紛紛進行新的轉(zhuǎn)爐一次煙塵超低值排放技術(shù)改造。

本文主要介紹在現(xiàn)有濕法除塵的基礎(chǔ)上進行半干法除塵改造，即在OG系統(tǒng)中的濕旋脫水器與一次除塵風機之間增加濕法電除塵器，對轉(zhuǎn)爐煙氣進行二次精除塵，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煙氣環(huán)保排放，并進行水質(zhì)等方面的分析，防止水污染。

1 煙氣超低值排放技術(shù)改造

河北遷安某鋼鐵公司有3座210噸轉(zhuǎn)爐采用濕法除塵，現(xiàn)有裝備已經(jīng)不能符合國家要求顆粒物排放達到低于10 mg/Nm3的環(huán)保要求，對現(xiàn)有設(shè)備進行技術(shù)升級已經(jīng)迫在眉睫。

1.1 濕法除塵工藝缺點

在轉(zhuǎn)爐濕法除塵系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)爐煉鋼時爐口溢出的1400-1600 ℃含塵高溫煙氣經(jīng)汽化冷卻煙道后降溫至900 ℃左右，然后含塵煙氣依次進入溢流文氏管、重力脫水器、RD可調(diào)喉口文氏管、90°彎頭脫水器、濕旋脫水器后除去煙氣中的粉塵[2]。經(jīng)OG系統(tǒng)凈化后的煤氣由一次風機抽入，經(jīng)三通閥、旋轉(zhuǎn)水封逆止閥后進入煤氣柜儲存供使用，不具備回收條件的煤氣經(jīng)三通閥切換至放散煙囪點火放散排放，符合環(huán)保要求的顆粒物直接排放到大氣中。

如圖1所示為濕法除塵轉(zhuǎn)爐煙氣凈化回收系統(tǒng)示意圖。

與LT法相比，OG 法主要優(yōu)點是能夠?qū)⑥D(zhuǎn)爐煙氣的冷卻、除塵及滅火完美結(jié)合，系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定。但存主要缺點是除塵效率不高，顆粒物平均排放濃度約為10～80 mg/Nm3,一次風機轉(zhuǎn)子集灰嚴重、動平衡失效，轉(zhuǎn)子使用壽命不長，修理及備件費用較大，煤氣潔凈度低，煤氣回收質(zhì)量不高。此外，在除塵過程中需要消耗大量的冷卻水對煙氣進行冷卻，且生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量污水及污泥，處理困難且容易造成水污染，除塵效果不佳造成大氣污染。

1.2 濕法電除塵技術(shù)應(yīng)用

濕法電除塵技術(shù)就是在OG閥除塵的基礎(chǔ)上增加濕法電除塵器系統(tǒng)，及配套的霧化水、沖洗水、斜板沉淀器、煙氣分析、自動控制等系統(tǒng)。轉(zhuǎn)爐冶煉產(chǎn)生的高污染煙塵經(jīng)原有的濕法除塵系統(tǒng)進行一次粗除塵，凈化后的煙塵顆粒物含量可達到50 mg/Nm3左右。此時的煙塵再經(jīng)過濕法電除塵器系統(tǒng)進行二次精除塵，最終實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐一次煙塵排放顆粒物含量可以達到低于10 mg/Nm3的標準，直接通過放散煙囪排放到大氣中，或隨煤氣一起進入煤氣柜。如圖2所示為轉(zhuǎn)爐濕法電除塵技術(shù)工藝系統(tǒng)示意圖。

圖2 轉(zhuǎn)爐濕法電除塵技術(shù)工藝系統(tǒng)示意圖

濕法電除塵技術(shù)主要設(shè)備構(gòu)成除原有OG法設(shè)備外，主要包括：圓筒型濕法臥式電除塵器、霧化水及沖洗水系統(tǒng)、高效斜板沉淀器、提升泵及螺旋輸泥機、沉淀水池等設(shè)備設(shè)施。

濕法電除塵器的工作原理是利用靜電沉積原理使經(jīng)過粗除塵后的粉塵荷電后吸附在電場內(nèi)部的陰、陽極上，在氣流分布板及每個電場前增加一定數(shù)量的霧化水噴嘴，連續(xù)向陰、陽極上的粉塵進行噴水作業(yè)，含塵的濁環(huán)水從電除塵器底部排水槽流出，經(jīng)處理后的上清液自流至循環(huán)供水泵站吸水池循環(huán)使用；塵泥被送至原有的轉(zhuǎn)爐高架溜槽；最終進入濕法除塵的泥處理工藝統(tǒng)一處理。改造前后OG系統(tǒng)主要運行參數(shù)變化情況如表1所示。

表1 OG系統(tǒng)主要運行參數(shù)變化情況

采用濕法電除塵技術(shù)改造后，原有一次除塵風機煙氣處理能力得到提高。煙氣經(jīng)過二次凈化后對一次除塵風機設(shè)備動平衡的不利影響極大降低，風機設(shè)備一個檢修周期完成冶煉爐數(shù)從1200爐左右提升到3000爐以上，降低了因風機轉(zhuǎn)子動不平衡而突然跳機的概率，降低了設(shè)備修理費和備件費，設(shè)備運行設(shè)備運行安全可靠。濕法電除塵技術(shù)改造具有除塵效果好、投資少、建造周期短和原有設(shè)備重復(fù)利用率高等優(yōu)點[3]，可以在很短的時間內(nèi)將原有設(shè)備進行改造并很快投產(chǎn)、達產(chǎn)，經(jīng)濟效益和社會效益明顯。

2 環(huán)境污染分析

轉(zhuǎn)爐濕法電除塵技術(shù)升級改造的環(huán)境污染分析對象主要是新增霧化水、沖洗水系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水及塵泥，以及實施改造后的顆粒物排放等環(huán)境污染因子是否產(chǎn)生新的水污染、大氣污染。

2.1 水處理設(shè)施及水平衡分析

濕法電除塵技術(shù)新增水處理設(shè)施主要包括：斜板沉淀器、加藥裝置、泥漿池、泥漿提升泵、循環(huán)供水泵站等。

濕法電除塵器水系統(tǒng)工藝流程如圖3所示。

圖3 濕法電除塵器水系統(tǒng)工藝流程圖

濕法電除塵技術(shù)改造后新增用水為公司管網(wǎng)提供的凈環(huán)水及除鹽水，公司管網(wǎng)水系統(tǒng)以總供水量為2 m3/h(其中除鹽水、凈環(huán)水各1 m3/h)的速度對濁環(huán)水池(容積為350 m3)供水，在循環(huán)供水泵的作用下，為濕法電除塵器提供總量300 m3/h的霧化水和沖洗水，總排水量為300 m3/h的含塵濁環(huán)水經(jīng)濕法電除塵器下部的污水溜槽流至斜板沉淀器，斜板沉淀器中總水量為298 m3/h的上清液流至濁環(huán)水池循環(huán)利用，含塵泥漿在螺旋輸泥機作用下進入泥漿池，在泥漿提升泵作用下，將泥漿送至轉(zhuǎn)爐煤氣濁環(huán)水處理溜槽，其中帶走水量為2 m3/h，進入原有的泥處理工藝做環(huán)保處理。濕法電除塵器系統(tǒng)水量平衡表如表2所示。

表2 水量平衡表 單位：m3/h

由上表可以計算出生產(chǎn)水的重復(fù)利用率為99.3%，據(jù)有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國鋼鐵企業(yè)水重復(fù)利用率從2006年的95.35%升至2017年的97.79%，節(jié)水總體成效顯著，而“十三五”規(guī)劃要求鋼鐵行業(yè)水重復(fù)利用率要提高到98%以上[4]，此項目水的重復(fù)利用率明顯高于同行業(yè)，且該項目并無新增的外排廢水產(chǎn)生。

為了保證濕法電除塵器霧化、沖洗噴嘴正常功能，保證除塵效果，濁環(huán)水質(zhì)按表3中進口水質(zhì)要求進行控制，并采取定期取樣化驗、加藥調(diào)整水質(zhì)。水系統(tǒng)每日藥劑投加量為：絮凝劑75 kg，水質(zhì)穩(wěn)定劑25 kg。顆粒在加入絮凝劑時,它會離子化,并與離子表面形成價鍵。為了克服離子間的排斥力,絮凝劑會由于攪拌及布朗運動而使得離子間產(chǎn)生碰撞，當粒子逐漸接近時,氫鍵及范德華力促使粒子形成更大的顆粒。碰撞一旦開始,粒子便經(jīng)由不同的物理化學作用而開始凝結(jié),較大顆粒粒子從水中分離而沉降[5]。濕法電除塵器進口水質(zhì)要求及取樣化驗情況如表3所示。

表3 濕法電除塵器進口水質(zhì)要求及取樣化驗情況

通過水質(zhì)化驗結(jié)果，保持現(xiàn)有加藥標準，能夠滿足系統(tǒng)水質(zhì)標準。如發(fā)現(xiàn)水質(zhì)要求不滿足工藝要求時，對其進行化驗分析，對加藥量進行動態(tài)調(diào)整。

在生產(chǎn)實踐中,絮凝劑通過在加藥裝置中按3‰～5‰比例添加液體進行溶解,充分溶解后用化工泵送至濃密機進料筒,用于凝集顆粒懸浮物,將微細粒變成大顆粒絮團、降低顆粒比表面積加速沉降。

2.2 顆粒物排放分析

轉(zhuǎn)爐冶煉過程中排放的廢氣中除了含有CO、CO2、N2等氣體外，同時含有大量的工業(yè)粉塵，含塵濃度可達150-300 g/Nm3，噸鋼可產(chǎn)生10-30 kg工業(yè)粉塵，具有含塵濃度高、粒度細、污染嚴重等特點。如表4 所示某鋼廠轉(zhuǎn)爐煙氣顆粒物主要成分含量表。

表4 某鋼廠轉(zhuǎn)爐煙氣顆粒物主要成分含量表

以上有害污染物未經(jīng)處理合格直接排放到大氣中，會造成鋼鐵廠周邊空氣中PM2.5含量居高不下，對當?shù)鼐用裆眢w健康和大氣環(huán)境質(zhì)量造成嚴重負面影響。

通過濕法電除塵技術(shù)改造后，轉(zhuǎn)爐冶煉產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過原OG系統(tǒng)進行粗除塵，使顆粒物含量達到小于80 mg/Nm3的標準，然后進入濕法電除塵器進行二次精除塵，使煙氣中顆粒物含量低于10 mg/Nm3的國家超低排放標準，直接排放到大氣中，而不會對大氣環(huán)境造成污染。如表5所示，顆粒物排放符合國家標準要求。

表5 改前造后轉(zhuǎn)爐煙氣顆粒物排放對比表

濕法電除塵器收集到的塵泥經(jīng)斜板沉淀器處理后，通過渣漿泵送至原有泥處理工藝進行處理再利用，不會產(chǎn)生工序污染。與LT法除塵相比，濕泥處理更加便捷、有效，有利于避免二次揚塵對環(huán)境的污染，工序環(huán)保效果明顯。此外，濕法電除塵器采用水流沖洗，沒有振打裝置，不會產(chǎn)生二次揚塵污染，實現(xiàn)全工藝流程環(huán)保生產(chǎn)。由于改造前采用OG法除塵的轉(zhuǎn)爐冶煉產(chǎn)生的外排氣體符合國家標準，進行濕法電除塵技術(shù)改造后不增加新的氣體污染，本文就不對其進行氣體排放環(huán)境分析。

3 結(jié)論

轉(zhuǎn)爐濕法電除塵煙氣超低值排放技術(shù)具有除塵效果好、投資少、建造周期短和原有設(shè)備重復(fù)利用率高等優(yōu)點，改造后的轉(zhuǎn)爐一次除塵效果滿足國家環(huán)保要求，具有良好的社會效益。在經(jīng)濟效益方面，改造后設(shè)備檢修周期延長2.5倍，減少風機轉(zhuǎn)子更換頻次，延長風機轉(zhuǎn)子壽命周期，設(shè)備運行穩(wěn)定，提高煤氣回收質(zhì)量，平均每年節(jié)約各項費用約500余萬元。同時，為鋼鐵冶金行業(yè)濕法除塵煙氣排放技術(shù)升級改造提供了范本和技術(shù)經(jīng)驗。