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)進行分析，得出以下結(jié)論：
（1） 經(jīng)計算，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， 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，氧含量 提 高 了 1.49%； 摻 冷 風(fēng) 30%時氧含量提高了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
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。
在實際應(yīng)用中， 多種材質(zhì)的混合濾料正逐步取代單獨一種纖維的濾料，不同纖維揚長避短、優(yōu)勢互補，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
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、運行阻力低的優(yōu)越性［2］。 1994 年成功研發(fā)出覆膜濾料，實現(xiàn)了除塵濾料的過濾機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，并借鑒國內(nèi)其它先進回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)線窯尾濾料的實際應(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采用不同噴吹間隔時間，從而保證了除塵效果，又降低了氮氣 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，同時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 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?，之前一直通過摻冷風(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間， 實現(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卸灰閥自動運轉(zhuǎn)卸料，到低料位時自動停止卸料，實現(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)定運行后， 回轉(zhuǎn)窯尾氣中實際粉塵濃度小于 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［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.