轉(zhuǎn)爐煤氣一次濕法除塵系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)及應(yīng)用
——濕式電除塵器超低排放

任小巖

（普銳特冶金技術(shù)（中國(guó)）有限公司，上海 201108）

社會(huì)的進(jìn)步需要企業(yè)的發(fā)展，企業(yè)的生存需要民生的支持。要“金山銀山，更要綠水青山”，持續(xù)高效的社會(huì)發(fā)展，需要穩(wěn)定改善的民生支持和同先進(jìn)的國(guó)際產(chǎn)業(yè)鏈接軌。國(guó)家為此持續(xù)地采取了逐漸趨嚴(yán)的法規(guī)性環(huán)境保護(hù)措施，重拳打擊污染物高污染、超標(biāo)排訪。高能耗重污染的傳統(tǒng)大戶——鋼鐵企業(yè)成為重要監(jiān)控和治理對(duì)象。許多鋼企要遵規(guī)守法地生存和發(fā)展，就要滿足國(guó)家出臺(tái)的各項(xiàng)環(huán)保規(guī)定。生產(chǎn)過(guò)程中使用的相關(guān)除塵系統(tǒng)就必須進(jìn)行改造或升級(jí)。

1 項(xiàng)目概述

本方案以為鋼廠運(yùn)營(yíng)商提供低成本的除塵解決方案為前提，并兼顧現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行和改造的時(shí)效性，滿足最低排放、短的建設(shè)周期和除塵系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定可靠是創(chuàng)新技術(shù)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)點(diǎn)。以下章節(jié)介紹了現(xiàn)今應(yīng)用的濕式除塵系統(tǒng)升級(jí)改造的解決方案，以及濕式電除塵器技術(shù)特點(diǎn)及最新發(fā)展。

2 工藝描述

濕式電除塵器設(shè)置在轉(zhuǎn)爐一次煙氣濕法除塵系統(tǒng)下游和風(fēng)機(jī)之間，高效凈化后的煙塵通過(guò)風(fēng)機(jī)達(dá)標(biāo)排放，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和生產(chǎn)情況，可在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中并行安裝和單體調(diào)試，整體系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試在轉(zhuǎn)爐檢修期間完成。因此，濕式電除塵器的安裝與調(diào)試不需要額外的轉(zhuǎn)爐停機(jī)時(shí)間。此外，煙氣管道上設(shè)計(jì)的隔離閥門(mén)也可以使?jié)袷诫姵龎m器在轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行在線維護(hù)（圖1）。

干凈的煤氣從濕式電除塵器頂部出去進(jìn)入下游的風(fēng)機(jī)，根據(jù)煤氣品質(zhì)選擇煤氣回收或放散。吸附在收塵極板上的灰塵及水滴，在噴淋沖洗水的作用下沿著陽(yáng)極板向下流動(dòng)，匯到濕式電除塵器的底部。噴淋水在沖洗陽(yáng)極板的同時(shí)，具有清潔煙氣的作用。

圖1 濕電除塵器技術(shù)工藝流程

在轉(zhuǎn)爐煉鋼吹氧結(jié)束時(shí)，根據(jù)實(shí)際工藝和氣體條件的預(yù)定間隔自動(dòng)進(jìn)行沖洗。沖洗將從開(kāi)始依次進(jìn)行，只需幾分鐘便可完成清洗。不需要單獨(dú)供水，沖洗水可以直接使用來(lái)自濕法除塵系統(tǒng)部分的供水，沖洗陽(yáng)極板僅在濕法除塵系統(tǒng)不需要?dú)怏w冷卻的期間進(jìn)行（即轉(zhuǎn)爐處于非吹煉期間）。

3 工作原理

原煙氣流進(jìn)入濕式電除塵器的下部，煤氣通過(guò)水平的兩層氣流分布板，使氣體在橫截面上的流動(dòng)均等。穿過(guò)氣流分布板后，氣體通過(guò)冷卻水霧化加濕區(qū)域，與冷卻水充分接觸，增濕以降低氣體中粉塵的比電阻，可提高電離效率。經(jīng)過(guò)降溫的飽和轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)入電場(chǎng)，電場(chǎng)中密布著許多的蜂窩狀收集電極(陽(yáng)極板)，高壓整流變壓器施加給放電電極負(fù)的電壓，放出電子，在電場(chǎng)力作用下，電子向正極方向運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)中與粉塵微粒和液滴碰撞并粘在其上，這些帶電的微粒和液滴的附聚物通過(guò)電場(chǎng)力被捕集到陽(yáng)極板上。至此，固體顆粒物與氣流完成分離，實(shí)現(xiàn)了“氣固分離”的除塵目的（圖2）。

圖2濕電除塵的工作原理

4 設(shè)備構(gòu)成

濕式電除塵器主要包括殼體、放電電極（陰極線）、收塵電極（陽(yáng)極板）、高壓供電裝置、絕緣裝置、氣流均布板、卸爆閥門(mén)、沖洗噴淋系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等（圖3）。

圖3 立式濕電除塵器

4.1 殼體

殼體主要包括外殼及支撐結(jié)構(gòu)。外殼的主要作用是密封煙氣，同時(shí)，保持整個(gè)設(shè)備的外觀美觀整潔。立式濕電除塵器本體是個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，由于其體積較大，內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)主要是維持其整體剛度及強(qiáng)度，同時(shí)，支撐著陽(yáng)極板及其他輔助設(shè)施。圓形立式濕電除塵器的外殼為耐壓型設(shè)計(jì)。整個(gè)除塵器設(shè)計(jì)1個(gè)電場(chǎng)，除塵器殼體上設(shè)置檢修入口，用于檢查內(nèi)部件關(guān)鍵部位。

4.2 極線和極板

濕電除塵器設(shè)有垂直布置的蜂窩狀陽(yáng)極管，它們與除塵器外殼一起接地。這些陽(yáng)極板組成了除塵通道，煙氣流過(guò)后實(shí)現(xiàn)了除塵凈化。在通道中間設(shè)置了放電電極作為陰極，由絕緣子來(lái)支撐，除塵通道豎直布置在電除塵器殼體內(nèi)。

陰極系統(tǒng)包括陰極框架，位于陽(yáng)極板中間，極線要有一定張力。極線框架通過(guò)支架、懸吊式框架和套管固定在支承絕緣子上，絕緣子安裝在立式除塵器殼體頂部。絕緣子布置在頂部絕緣子保溫箱室里，懸吊管將懸吊系統(tǒng)的荷載傳遞到除塵器的外殼上。

陽(yáng)極系統(tǒng)主要有192根內(nèi)切圓直徑250毫米、長(zhǎng)度3800毫米的正六邊形管組成的蜂窩管束，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕。獨(dú)特的形狀增大了收塵面積，采用鏡面316L不銹鋼，表面光滑，疏水性好，更易于清除金屬表面積淀的粉塵（圖4）。

圖4 獨(dú)特的蜂窩極管

4.3 高壓供電裝置

高壓電和直流電流由位于立式濕電除塵器頂部的高壓整流器提供，并連接到放電電極系統(tǒng)。高壓整流器由PLC自動(dòng)控制，利用高壓通過(guò)極線進(jìn)行放電，電壓總是盡量保持在最大值和接近于火花放電閃絡(luò)界限，以便能得到最大的電暈電流和更高的除塵效率。考慮立式濕電除塵器內(nèi)的間斷性循環(huán)噴水，該P(yáng)LC控制器是為濕電除塵器的控制而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的。

4.4 絕緣裝置

防止絕緣箱內(nèi)絕緣石英管結(jié)露爬電。對(duì)每一絕緣件均采用電加熱方式，內(nèi)外隔層中間保溫、恒溫控制，有效防止因積灰而產(chǎn)生的爬電擊穿現(xiàn)象，并在每個(gè)絕緣子底部設(shè)置防塵罩，隔絕了粉塵進(jìn)入。

4.5 氣流均布板

氣體從立式濕電的下部進(jìn)入，下部水平設(shè)置的2層氣流分布板保證氣體均勻分布在除塵器里。

4.6 卸爆閥門(mén)

濕電除塵器共設(shè)計(jì)了2個(gè)卸爆閥安裝在除塵器的頂部，卸爆閥的打開(kāi)是通過(guò)彈簧力的變化來(lái)控制，帶自動(dòng)復(fù)位功能。作為安全設(shè)計(jì)，當(dāng)濕電除塵器內(nèi)過(guò)壓時(shí)，通過(guò)在線檢測(cè)壓力傳感器數(shù)據(jù)和爆炸性氣體濃度（達(dá)到爆炸極限）預(yù)警設(shè)定值，提示報(bào)警并自動(dòng)開(kāi)啟閥板泄壓。

4.7 沖洗系統(tǒng)

為保證極板附著的粉塵及時(shí)清理，立式濕電除塵器電場(chǎng)的頂部設(shè)置清洗噴嘴。沖洗系統(tǒng)可以采用濁環(huán)水或者工業(yè)水。濕電除塵器底部排水可與現(xiàn)有濕法除塵系統(tǒng)排水的處理方式相同。由于每次收集的灰塵量相當(dāng)少，因此，不需要單獨(dú)或額外的水處理。沖洗后的污水通過(guò)水封管道排放至除塵器附近的集中蓄水池，污水由排水泵排到最近的水處理站（圖5）。

圖5 沖洗噴淋裝置

4.8 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)接口畫(huà)面，電氣分為高壓供電裝置和低壓控制系統(tǒng)。高壓供電裝置由高壓變壓器和高壓整流單元組成，安裝在濕電除塵器的頂部，通過(guò)Profibus或串聯(lián)接頭將高壓電源的信號(hào)連接到除塵PLC上。高壓整流單元包括低壓減幅扼流線圈、變壓器、整流器、高壓減幅元件和分壓器，以便于檢測(cè)高壓直流電壓和高壓擊穿電壓值。低壓控制系統(tǒng)是由低壓電器柜及元器件組成，主要包括進(jìn)線熔斷器、接觸器、單項(xiàng)可控硅、交流調(diào)節(jié)器、檢測(cè)儀表（如電壓/電流表）和信號(hào)系統(tǒng)（圖6）。

圖6 濕電除塵系統(tǒng)HMI

5 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

濕電除塵器由于工藝上的特點(diǎn)，采用立式設(shè)計(jì)。專(zhuān)為低排放設(shè)計(jì)，運(yùn)營(yíng)成本做到盡可能地低。氣體分布的截面對(duì)濕電除塵器排放水平有顯著的影響。另外，流場(chǎng)均勻分布可以使壓降更小。因此，在設(shè)計(jì)中運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)方法對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化。

圖7 濕電除塵器流場(chǎng)

圖7顯示了進(jìn)入立式濕電除塵器的氣體入口和出口流場(chǎng)狀態(tài)。由氣流均布板來(lái)分配氣體流量，放電電極顯示在圓柱體的垂直部分，上半部分表示清洗系統(tǒng)的區(qū)域。

氣流均布板的位置和設(shè)計(jì)，都是為了保證由于氣體流量分布的平衡而產(chǎn)生的低壓損失和獲得最低排放水平。得益于垂直設(shè)計(jì)，分離的水和灰塵受重力向下沉落。此外，沖洗水可將積淀在收集電極上灰層清洗下來(lái)。垂直設(shè)計(jì)的另一個(gè)好處就是與橫臥電除塵器相比，極大地減少了占用空間（圖8）。

圖8 CFD建模及優(yōu)化后的氣流對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

日前，由普銳特冶金技術(shù)（中國(guó)）有限公司提供的兩套濕式電除塵器在常州東方潤(rùn)安集團(tuán)有限公司于2020年3月改造完成投用。將濕式電除塵器安裝到現(xiàn)有的濕式除塵系統(tǒng)中，與運(yùn)行中的轉(zhuǎn)爐平行建設(shè)，可以確保最短的改造停機(jī)時(shí)間。主要優(yōu)點(diǎn)是更進(jìn)一步降低了清潔氣體中的含塵量、合理的投資及對(duì)鋼鐵生產(chǎn)造成最小的影響。經(jīng)初步檢測(cè)，凈化后的排放含塵濃度只有5.5mg/m3，遠(yuǎn)低于國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)于《鋼鐵行業(yè)超低排放標(biāo)準(zhǔn)粉塵顆粒物≤10mg/m3》的要求，達(dá)到煙塵凈化超低排放的目標(biāo)（圖9）。

圖9 兩套立式濕電除塵器情況

需要提醒鋼鐵冶金企業(yè)關(guān)注的，超低排放將全面在京津冀及周邊地區(qū)、長(zhǎng)三角地區(qū)、汾渭平原等大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域率先推進(jìn)。2020年年底前，江蘇省鋼鐵行業(yè)將全部實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)、全流程超低排放。濕電除塵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼一次煙氣超低排放的關(guān)鍵、可靠和有效的技術(shù)保障，可助力現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)實(shí)施超低排放改造目標(biāo)，提升其污染治理水平，積極推進(jìn)鋼鐵行業(yè)全面超低達(dá)標(biāo)排放工作卓有成效的開(kāi)展進(jìn)行，助推企業(yè)科技水平進(jìn)步，保障鋼企持續(xù)穩(wěn)固發(fā)展。