張瑞新^1、5　孫潔^1、2　高言^2、4　于孟晗²　付磊³　郝立強(qiáng)^1、5

（1. 柯美瑞（唐山）環(huán)保科技有限公司；2. 華北理工大學(xué)；3. 北京首鋼股份有限公司 河北 遷安；4. 河鋼唐鋼二鋼軋廠；5.唐山睿澤爾科技有限公司）

摘　要：藍(lán)天，碧水，潔凈的空氣已經(jīng)深入到社會(huì)的每一個(gè)角落，環(huán)境治理刻不容緩。目前，熱軋生產(chǎn)在軋制過(guò)程中，冶金企業(yè)也會(huì)產(chǎn)生大量的氧化鐵粉、油霧、蒸汽、氣體等，由氣體排放造成的污染，非結(jié)構(gòu)化的粗軋機(jī)和精軋機(jī)、回火軋機(jī)煙氣凈化排放標(biāo)準(zhǔn)的收集，不僅是環(huán)境治理所必需的，而且要改善操作人員的工作環(huán)境，保證身體健康所必需的，是企業(yè)始終堅(jiān)持不懈的需要。本文在引進(jìn)和吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)“多級(jí)粉塵分離系統(tǒng)”，應(yīng)用粒度生長(zhǎng)，顆粒團(tuán)聚，攔截技術(shù)，可有效實(shí)現(xiàn)超低排放，煙氣后除塵不僅能使除塵效果達(dá)到超低排放，阻力小，使用壽命長(zhǎng)，且施工成本、運(yùn)行成本和維護(hù)成本低。

關(guān)鍵詞：環(huán)境治理；多級(jí)塵霧分離；粒徑增長(zhǎng)；顆粒凝聚

冶金企業(yè)熱軋生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生大量的氧化鐵粉、油霧、水蒸汽和煙氣等無(wú)組織排放污染環(huán)境，如何將粗軋機(jī)、精軋機(jī)、平整機(jī)煙氣收集凈化達(dá)標(biāo)排放，是需要各個(gè)企業(yè)始終堅(jiān)持不懈的工作。除了遵循國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)外，各地政府部門的要求也不盡相同，但污染源點(diǎn)的除塵升級(jí)改造、提高煙氣捕集率、開(kāi)展精細(xì)化環(huán)境管理，確保污染物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，是各個(gè)企業(yè)亟待解決的難題。

現(xiàn)在許多工業(yè)除塵方式被廣泛應(yīng)用在各生產(chǎn)廠家，其中，袋式除塵器很早就在各工業(yè)部門中應(yīng)用，該設(shè)備主要通過(guò)除塵布袋收集粉塵，它通過(guò)對(duì)含塵氣體進(jìn)行重力沉降、篩濾、慣性力以及熱運(yùn)動(dòng)的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)非粘結(jié)非纖維性的工業(yè)粉塵和揮發(fā)物的捕集，捕獲粉塵微粒可達(dá)到0.1微米。但是，當(dāng)它用于處理含有水蒸氣的氣體時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)結(jié)露問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)凈化效果。靜電除塵主要用來(lái)分離工業(yè)廢氣排放中含有顆粒粉塵和細(xì)微粉塵。能處理高溫、高濕煙氣。它的除塵效率高，處理分量大，運(yùn)行阻力低。但是，這種除塵器設(shè)備效果不是很理想，加上目前國(guó)家工業(yè)廢氣污染排放指標(biāo)上升，其生產(chǎn)工藝已經(jīng)不能滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。濕式除塵器用水作為除塵介質(zhì)，除塵效率高。但是，其能耗高，會(huì)產(chǎn)生廢水，容易造成二次污染；在處理高溫氣體時(shí)，會(huì)形成白煙，不利于擴(kuò)散。

目前，各鋼鐵公司軋機(jī)除塵大多采用塑燒板除塵器的方法，該除塵系統(tǒng)主要由吸塵罩、吸塵管路、塑燒板除塵器、風(fēng)機(jī)、煙囪等幾大部分組成[1]。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程存在塑燒板老化、堵塞問(wèn)題，運(yùn)行阻力大大增加，崗位工況環(huán)境極差，無(wú)奈只能被迫拆除部分塑燒板降阻運(yùn)行。更換新塑燒板，投資費(fèi)用高，不僅增加企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，而且不能徹底改變崗位工況環(huán)境，也很難滿足現(xiàn)在的環(huán)保政策，實(shí)現(xiàn)超低排放的達(dá)標(biāo)排放要求。

1　基于Kimre 的“多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)”治理方案

美國(guó)Kimre公司創(chuàng)建于1973年，位于美國(guó)佛羅里達(dá)州邁阿密。四十多年來(lái)提供具有專利的、高性能的交織型絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，為空氣污染控制及液體分離產(chǎn)品帶來(lái)了重大技術(shù)變革[2]。Kimre復(fù)合式絲網(wǎng)除霧方案利用高效“交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”對(duì)流體分離及空氣污染控制是一次革命[3]，在質(zhì)熱傳遞、除微粒和除霧方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)塔填料、屋脊型除霧器及絲網(wǎng)除霧器，尤其針對(duì)1～5μm粒徑，去除率達(dá)99%。

1.1  高效“交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”組成原理

1.1.1  階梯狀結(jié)構(gòu)

獨(dú)特階梯狀結(jié)構(gòu)使其空隙率高達(dá)94%～97%，同等工況下，不堵塞，壓降要比傳統(tǒng)絲網(wǎng)除霧器減少25%，過(guò)濾效率達(dá)90%，遠(yuǎn)高于普通除霧器，其剖面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1  高效“交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”剖面結(jié)構(gòu)

1.1.2 除塵、除霧原理

采用復(fù)合階梯狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，主要利用了擴(kuò)散、攔截及碰撞原理, 對(duì)微米級(jí)顆粒物進(jìn)行有效的去除[4]，對(duì)1～5μm粒徑的顆粒物攔截效果，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他類型除霧器。如圖2所示。

圖2  高效“交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”絲網(wǎng)除霧器的除塵、除霧原理

1.2  “多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)”

柯美瑞（唐山）環(huán)保科技有限公司在應(yīng)用 Kimre 產(chǎn)品的同時(shí)，結(jié)合該公司的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，自主開(kāi)發(fā)研制的“多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)”，鑒于現(xiàn)場(chǎng)排放物顆粒粒徑分布范圍很大，甚至含有亞微米級(jí)的顆粒物，因此需選用孔徑大小不同的絲網(wǎng)多層基材組合設(shè)計(jì)，在保證攔截效率的基礎(chǔ)上，兼顧避免液泛現(xiàn)象的產(chǎn)生、兼顧該絲網(wǎng)除霧器整體壓力損失，設(shè)計(jì)了以不同孔徑的各種多級(jí)絲網(wǎng)組合，圖3、圖4、圖5，針對(duì)不同風(fēng)量、不同的排放要求的現(xiàn)場(chǎng)工況，分別給出了（4+2+2不同孔徑的多級(jí)絲網(wǎng)組合）、（4+4+2不同孔徑的多級(jí)絲網(wǎng)組合）和（4+6+4不同孔徑的多級(jí)絲網(wǎng)組合），形成“多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)”，應(yīng)用粒徑增長(zhǎng)、顆粒凝聚、攔截技術(shù)，能有效實(shí)現(xiàn)除塵后煙氣超低排放，不僅能使除塵效果達(dá)到超低排放、阻力小、使用壽命長(zhǎng)。

圖3  4+2+2不同孔徑的多級(jí)絲網(wǎng)組合形成“多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)”

該4+2+2不同孔徑的多級(jí)絲網(wǎng)組合，由4層粗糙孔徑+2層精細(xì)孔徑+2層粗糙孔徑的絲網(wǎng)組合在一起，對(duì)風(fēng)量一般，排放要求較高的工況，具體結(jié)構(gòu)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況計(jì)算。

圖4  4+4 +2不同孔徑的多級(jí)絲網(wǎng)組合形成“多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)”

該4+4+2不同孔徑的多級(jí)絲網(wǎng)組合，由4層粗糙孔徑+4層精細(xì)孔徑+2層粗糙孔徑的絲網(wǎng)組合在一起，對(duì)風(fēng)量較大，排放要求較高的工況，具體結(jié)構(gòu)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況計(jì)算。

圖5  4+6+4不同孔徑的多級(jí)絲網(wǎng)組合形成“多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)”

該4+6+4不同孔徑的多級(jí)絲網(wǎng)組合，由4層粗糙孔徑+6層精細(xì)孔徑+4層粗糙孔徑的絲網(wǎng)組合在一起，對(duì)風(fēng)量更大，排放要求更高的工況，具體結(jié)構(gòu)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況計(jì)算。

同時(shí)，具有建設(shè)成本少、運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用低，與塑燒板除塵器對(duì)比見(jiàn)表1。該方案中，整體攔截裝置由特殊的金字塔型立體結(jié)構(gòu)單元組成，根據(jù)顆粒物粒徑大小，組成若干粒徑范圍的除霧器組合，常規(guī)攔截2μm以上粒徑范圍的顆粒物，效率高達(dá)95%以上。

表1：KIMRE多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)與塑燒板除塵器對(duì)比

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

除塵系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2：除塵系統(tǒng)參數(shù)

風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3：風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

1.4 研究方案

目標(biāo)為使除塵煙氣達(dá)到排放指標(biāo)≤10mg/m³，滿足環(huán)保達(dá)標(biāo)排放要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查情況，為了滿足現(xiàn)階段的環(huán)保要求以及將來(lái)更嚴(yán)格環(huán)保指標(biāo)要求，經(jīng)分析和研究提出以下整體改造思路和方案。

1.4.1  方案改造思路

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和缺陷主要對(duì)以下兩個(gè)方面進(jìn)行改造和維修優(yōu)化：

⑴將原有塑燒板除塵器改造成新建“多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)”，以達(dá)到降低系統(tǒng)阻力、降低運(yùn)行和維護(hù)成本、滿足環(huán)保指標(biāo)要求；

⑵嚴(yán)格計(jì)算各產(chǎn)塵點(diǎn)的風(fēng)量，優(yōu)化設(shè)計(jì)或改造吸塵罩及部分吸塵管路的結(jié)構(gòu)和布局，改善吸塵效果和降低系統(tǒng)阻力。

1.4.2實(shí)現(xiàn)10mg/m³的超低排放標(biāo)準(zhǔn)方案

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)性能保證的前提條件

* 該設(shè)備的運(yùn)行溫度小于70℃

* 設(shè)備入口的顆粒物濃度≤1000mg/m³

* 設(shè)備運(yùn)行期間，確保水系統(tǒng)的壓力和正常運(yùn)行

* 電源保證380V，140kW

* 新水補(bǔ)給流量：12-16t/h，壓力：0.6MPa

* 濁水排放量：6-8t/h

實(shí)現(xiàn)10mg/m³的超低排放的主要設(shè)備見(jiàn)表4。

表4：柯美瑞多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)（10mg/m³方案）主要產(chǎn)品規(guī)格

2　KIMRE多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)在熱軋應(yīng)用效果

2018年11月份委托唐山永正環(huán)境監(jiān)測(cè)有限公司（第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)）對(duì)KIMRE多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)在熱軋應(yīng)用效果進(jìn)行檢測(cè)，該裝置安裝在唐山建龍?zhí)厥怃撚邢薰疽卉垺⒍垙S。由檢測(cè)報(bào)告顯示一軋、二軋軋機(jī)除塵廢氣排放口顆粒物濃度均未超出10mg/m³（見(jiàn)表5）攔截效果非常顯著。

表5：軋機(jī)除塵廢氣排放口顆粒物濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)

2020年5月份委托寧夏兩家監(jiān)測(cè)公司（第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)）對(duì)KIMRE多級(jí)塵霧分離系統(tǒng)在熱軋應(yīng)用效果進(jìn)行檢測(cè)，該裝置安裝在寧夏申銀鋼鐵有限公司棒材廠。由檢測(cè)報(bào)告顯示軋機(jī)除塵器入口和廢氣排放口顆粒物濃度（見(jiàn)表6）攔截效率達(dá)到了98.8%。

表6：軋機(jī)除塵廢氣排放口顆粒物濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)

3　結(jié)論

經(jīng)過(guò)熱軋廠煙氣收集凈化現(xiàn)場(chǎng)在用的檢驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了該方案的可行性，并且運(yùn)行成本非常低，后續(xù)維護(hù)量非常小。使用該系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的塑燒板除塵器，同時(shí)配備高效水噴淋裝置，徹底改變熱軋生產(chǎn)車間的勞動(dòng)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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[2]  王文燕.提高折流板除霧器對(duì)細(xì)霧滴脫除性能研究[D].東南大學(xué),2018.

[3]  劉鵬飛.金屬絲網(wǎng)濾清器阻力特性預(yù)測(cè)方法研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2013.

[4]  王力騰,張麗麗,蔡晶等.一種高效離心式除霧器的數(shù)值模擬研究[C].2017,環(huán)境工程2017增刊2下冊(cè).

（來(lái)源：冶金行業(yè)超低排放與碳達(dá)峰、碳中和技術(shù)交流會(huì)）