王福有1，李金蓮2，康云忠1，李向通1
（1. 鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007；
2. 鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）
摘要： 針對鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司石灰回轉(zhuǎn)窯窯尾粉塵未達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的問題，采取了優(yōu)化除塵器濾料、濾袋結(jié)構(gòu)、布袋噴吹制度，優(yōu)化風(fēng)煤配比和治理除塵器漏風(fēng)率等措施后，回轉(zhuǎn)窯窯尾粉塵濃度降至 6 mg/m3，氧含量控制在 10%以下，達(dá)到了超低排放的目標(biāo)。
關(guān)鍵詞： 石灰回轉(zhuǎn)窯；粉塵濃度；氧含量；超低排放
近年來， 國內(nèi)各地日益嚴(yán)重的灰霾天氣引起社會各界的關(guān)注， 其主要原因之一是工業(yè)廢氣中粉塵排放濃度高。2018 年 5 月，生態(tài)環(huán)境部研究起草 了 《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案 （征 求意見稿）》， 要求冶金石灰回轉(zhuǎn)窯粉塵排放濃度小于 10 mg/m3。 煉鋼工業(yè)大氣污染物排 放標(biāo)準(zhǔn)（GB28864-2012）中要求，石 灰 窯、白 云 石 窯 尾 氣中的氧含量小于 8%。 鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司原來執(zhí) 行企業(yè)內(nèi)控的排放濃度（≤20 mg/m3），實(shí)際達(dá)到 10 mg/m3左右，尾氣中氧含量為 13%~15%， 未達(dá)到超低排放的標(biāo)準(zhǔn)要求。
本文分析了鞍鋼股份有限公司石灰回轉(zhuǎn)窯窯尾排放情況， 提出降低窯尾廢氣中粉塵和氧含量的具體措施，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
1 影響回轉(zhuǎn)窯粉塵超低排放的原因分析
1.1 尾氣中粉塵濃度高
尾氣中粉塵濃度高是由于粉塵未被布袋有效過濾掉而進(jìn)入尾氣中造成的。 分析原因如下。
（1） 除塵器濾料的選擇不合理。 濾料不符合窯尾煙氣工況要求， 耐高溫和耐堿度不足導(dǎo)致布袋損壞。
（2） 濾袋的結(jié)構(gòu)不合理。 袋口處與花板接觸不嚴(yán)密，袋底受氣流沖刷嚴(yán)重，使該部位壽命與袋身不同步。
（3） 布袋噴吹制度不合理。 除塵器運(yùn)行過程中，噴吹制度對排放濃度起到關(guān)鍵作用。 噴吹壓力大，超過了布袋的破裂強(qiáng)度，造成布袋局部吹漏；噴吹壓力不足，清灰力度不能作用到布袋底部，導(dǎo)致布袋表面塵餅不能剝落，形成局部積灰。 由于鲅魚圈石灰回轉(zhuǎn)窯噴吹壓力和噴吹時(shí)間未能滿足清灰要求，噴吹管的噴吹孔徑變形造成氣流變形，結(jié)果損壞布袋，影響布袋壽命及除塵效果。
（4） 灰倉堵料比較嚴(yán)重， 除塵灰積灰過多掩埋了布袋，布袋長時(shí)間浸在除塵灰里最終損壞。
1.2 尾氣中氧含量高
（1） 測試設(shè)備及測試位置
采用便攜式煙氣分析儀測定窯尾不同位置煙氣中的氧含量，測試設(shè)備規(guī)格及參數(shù)見表 1。 測試部位為兩條回轉(zhuǎn)窯（2#、3#回轉(zhuǎn)窯）除塵器前、后部位。 除塵器前的部位為摻冷風(fēng)閥后的測試孔，除塵器后的部位為煙囪的測試孔。
（2） 測試結(jié)果及分析測試結(jié)果見表2。 3#窯未摻冷風(fēng)，計(jì)算其除塵器漏風(fēng)系數(shù)及漏風(fēng)率如下：
除塵器前空氣過剩系數(shù)：
α1=21/（21-13.43）=2.77 （1）
除塵器后空氣過剩系數(shù)：
α2=21/（21-14.6）=3.28 （2）
漏風(fēng)系數(shù)：
△α=α2-α1=3.28-2.77=0.51 （3）
漏風(fēng)率：
δ=△α×90%/α1=0.51×90%/2.77=16.57% （4）
式（1）~（2）中的 21 為空氣中氧含量。
對以上測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：
（1） 經(jīng)計(jì)算，3#窯除塵器在未摻冷風(fēng)狀態(tài)下，漏風(fēng)率為 16.57%，與除塵器設(shè)計(jì)漏風(fēng)率的標(biāo)準(zhǔn)要求（5%）還有較大優(yōu)化空間。
（2） 2#和 3#窯未摻冷風(fēng)時(shí)， 廢氣中氧含量分別為 13.87%和 13.43%，平均氧含量為 13.65%，說明除塵器前系統(tǒng)及燃燒配風(fēng)帶入較多冷風(fēng)。
（3） 通過 2#窯測試可知，摻冷風(fēng) 50%時(shí)，氧含量 提 高 了 1.49%； 摻 冷 風(fēng) 30%時(shí)氧含量提高了0.88%,因此可通過降低廢氣溫度，減少摻冷風(fēng)量，從而控制氧含量。
尾氣中氧含量高意味著過多的冷空氣進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)， 增大了風(fēng)量， 這包括工藝因素和非工藝因素。 工藝因素包括風(fēng)煤配比不合理帶入過多的氧氣和為保護(hù)布袋開啟摻冷風(fēng)閥摻入的氧氣。 非工藝因素主要是由于除塵器、預(yù)熱器、窯頭和窯尾部位漏風(fēng)造成的。
2 降低尾氣中實(shí)際粉塵濃度采取的措施
2.1 選用合適的除塵濾料
2.1.1 特種化纖濾料的性能特點(diǎn)
鲅魚圈回轉(zhuǎn)窯除塵器使用的是化纖濾料。 常用的窯尾耐高溫濾料主要有諾梅克斯、 特氟綸、P84 等［1］，化纖濾料種類及使用溫度見表 3。
在實(shí)際應(yīng)用中， 多種材質(zhì)的混合濾料正逐步取代單獨(dú)一種纖維的濾料，不同纖維揚(yáng)長避短、優(yōu)勢互補(bǔ)，從而降低成本、提高除塵效率。
2.1.2 除塵濾料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
國內(nèi)初期使用的濾料為紡織品濾料，1978 年研發(fā)成功了針刺氈濾料， 實(shí)現(xiàn)了除塵濾料結(jié)構(gòu)從二維向三維的突破， 適用于脈沖噴吹類高氣布比的袋式除塵器，具有過濾效率高、運(yùn)行阻力低的優(yōu)越性［2］。 1994 年成功研發(fā)出覆膜濾料，實(shí)現(xiàn)了除塵濾料的過濾機(jī)理從體過濾向面過濾的轉(zhuǎn)化， 后期我國又研制出高密面層針刺氈濾料［3］。
結(jié)合以上特種化纖濾料的性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并借鑒國內(nèi)其它先進(jìn)回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)線窯尾濾料的實(shí)際應(yīng)用情況，選擇了一種諾梅克斯覆膜針刺氈濾料，該覆膜濾料的耐高溫、耐堿性、抗折性及阻力均優(yōu)于常規(guī)濾料。 在實(shí)際應(yīng)用中該種布袋使用周期達(dá)到一年以上，能夠滿足實(shí)際排放濃度的標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.2 優(yōu)化濾袋結(jié)構(gòu)
在正確選擇材質(zhì)的前提下，優(yōu)化濾袋的結(jié)構(gòu)，改善袋頭和袋底的加工工藝。 對袋頭處砸繩處理后，花板處的積灰現(xiàn)象消失；將袋身底部 200 mm長度做成雙層結(jié)構(gòu)，并采用“十字型”縫制增加其牢固性，使袋底與袋身使用壽命達(dá)到同步效果。
2.3 優(yōu)化噴吹制度
根據(jù)以上分析，將噴吹氣體壓力調(diào)整為 0.25~0.35 MPa。 根據(jù)煅燒不同物料所產(chǎn)生的粉塵量不同， 在焙燒煉鋼石灰與輕燒白云石時(shí)采用不同噴吹間隔時(shí)間，從而保證了除塵效果，又降低了氮?dú)?消耗。
此外，為提高布袋壽命，檢查上線應(yīng)用的噴吹管，嚴(yán)禁使用變形或損壞的噴吹管。
2.4 提高卸灰系統(tǒng)的穩(wěn)定性
給灰倉新增高、低料位計(jì)，同時(shí)輔以對灰倉的日常檢查以防止灰倉堵料造成布袋損壞。
3 降低尾氣中氧含量采取的措施及效果
3.1 精確風(fēng)煤配比
回轉(zhuǎn)窯所用焦?fàn)t煤氣成分及熱值見表 4。
根據(jù)表 5 計(jì)算理論空氣量如下：
V=0.0238（CO+H2）+0.0952CH4+0.0476（m+n/4）CmHn-0.0476O2
=0.0238×（5.59+56.15）+0.0952×24.59+0.0476×[（2+1）×1.95+（2+1.5）×0.69+
（3+1.5）×0.42+（3+2） ×0.24]-0.0476 ×0.58=4.33（m3/m3）
計(jì) 算 得 出 ，1 m3焦?fàn)t煤氣完全燃燒需要4.33 m3空氣。 取空氣過剩系數(shù) 1.1，得出合理的風(fēng)煤配比為 4.8， 將原來 5.5 的風(fēng)煤配比降至 4.8，減少因燃燒配風(fēng)帶入的氧氣量。
3.2 降低預(yù)熱器出口溫度
為保證入布袋溫度可控， 不因高溫?zé)煔鉄龎牟即耙恢蓖ㄟ^摻冷風(fēng)閥控制溫度，這無形中增加了尾氣中的氧含量。 為解決此問題，通過調(diào)整推桿行程和間隔時(shí)間， 實(shí)現(xiàn)窯尾熱煙氣與物料的充分熱交換， 摻冷風(fēng)閥開度由原有的 45%左右降至 15%左右，大大減少了該處摻進(jìn)的氧氣。
3.3 降低除塵器漏風(fēng)
除塵器倉室蓋板和下部卸灰閥檢查孔是造成除塵器漏風(fēng)的主要部位。 更新除塵器全部蓋板密封條，解決了蓋板漏風(fēng)問題。 除塵器灰倉高料位時(shí)卸灰閥自動運(yùn)轉(zhuǎn)卸料，到低料位時(shí)自動停止卸料，實(shí)現(xiàn)“料封”目標(biāo)，徹底解決了灰倉漏風(fēng)問題。
3.4 治理其它漏風(fēng)部位
給預(yù)熱器各觀察孔增加密封墊， 定期更換窯頭、窯尾處的密封魚鱗片，盡可能減少冷風(fēng)摻入。
采取上述措施后， 窯尾廢氣中實(shí)際顆粒物濃 度 從 10 mg/m3 左 右 降 低 到 6 mg/m3， 氧 含 量 從13%~15%降低到 10%以下，符合國家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯超低排放的目標(biāo)。
4 結(jié)論
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司通過選擇合適的除塵器濾料、改進(jìn)濾袋的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化布袋噴吹制度及確保卸灰系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行后， 回轉(zhuǎn)窯尾氣中實(shí)際粉塵濃度小于 6 mg/m3。 精細(xì)調(diào)整風(fēng)煤配比、降低除塵器漏風(fēng)、治理窯頭和窯尾等處漏風(fēng)后，將尾氣中的氧含量控制在 10%以下。 實(shí)現(xiàn)了石灰回轉(zhuǎn)窯尾氣的超低排放目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
［1］ 王曉青.活性石灰套筒窯廢氣除塵設(shè)計(jì)［C］∥ 2007 中國鋼鐵年會論文集. 成都：中國金屬學(xué)會，2007.
［2］ 陶暉. 論我國袋式除塵器濾料技術(shù)的發(fā)展 ［J］. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（7）: 30-33.
［3］ 陶暉. 用于大氣污染控制的袋式除塵和非織造濾料 ［J］. 產(chǎn)業(yè)用紡織品， 2005（1）:32-36.