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

（1. 柯美瑞（唐山）環(huán)?？萍加邢薰?， 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：藍天，碧水，潔凈的空氣已經(jīng)深入到社會的每一個角落，環(huán)境治理刻不容緩。目前，熱軋生產(chǎn)在軋制過程中，冶金企業(yè)也會產(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)化的粗軋機和精軋機、回火軋機煙氣凈化排放標(biāo)準的收集，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)始終堅持不懈的需要。 本文在引進和吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)“多級粉塵分離系統(tǒng)”，應(yīng)用粒度生長，顆粒團聚，攔截技術(shù)，可有效實現(xiàn)超低排放，煙氣后除塵不僅能使除塵效果達到超低排放，阻力小，使用壽命長，且施工成本、運行成本和維護成本低。

關(guān)鍵詞：環(huán)境治理；多級塵霧分離；粒徑增長；顆粒凝聚

冶金企業(yè)熱軋生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量的氧化鐵粉、油霧、水蒸汽和煙氣等無組織排放污染環(huán)境，如何將粗軋機、精軋機、平整機煙氣收集凈化達標(biāo)排放，是需要各個企業(yè)始終堅持不懈的工作。除了遵循國家統(tǒng)一標(biāo)準外，各地政府部門的要求也不盡相同，但污染源點的除塵升級改造、提高煙氣捕集率、開展精細化環(huán)境管理，確保污染物穩(wěn)定達標(biāo)排放，是各個企業(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)備主要通過除塵布袋收集粉塵，它通過對含塵氣體進行重力沉降、篩濾、慣性力以及熱運動的作用，實現(xiàn)對非粘結(jié)非纖維性的工業(yè)粉塵和揮發(fā)物的捕集，捕獲粉塵微粒可達到0.1微米。但是，當(dāng)它用于處理含有水蒸氣的氣體時，就會出現(xiàn)結(jié)露問題，無法實現(xiàn)凈化效果。靜電除塵主要用來分離工業(yè)廢氣排放中含有顆粒粉塵和細微粉塵。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。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，會產(chǎn)生廢水，容易造成二次污染；在處理高溫氣體時，會形成白煙，不利于擴散。

目前，各鋼鐵公司軋機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、煙囪等幾大部分組成^[1]。系統(tǒng)運行過程存在塑燒板老化、堵塞問題，運行阻力大大增加，崗位工況環(huán)境極差，無奈只能被迫拆除部分塑燒板降阻運行。更換新塑燒板，投資費用高，不僅增加企業(yè)生產(chǎn)運行成本和勞動強度，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，實現(xiàn)超低排放的達標(biāo)排放要求。

1  基于Kimre 的“多級塵霧分離系統(tǒng)”治理方案

美國Kimre公司創(chuàng)建于1973年，位于美國佛羅里達州邁阿密。四十多年來提供具有專利的、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遠優(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1～5μm粒徑，去除率達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)

獨特階梯狀結(jié)構(gòu)使其空隙率高達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%，過濾效率達90%，遠高于普通除霧器，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)計理念，主要利用了擴散、攔截及碰撞原理, 對微米級顆粒物進行有效的去除^[4]，對1～5μm粒徑的顆粒物攔截效果，遠遠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  “多級塵霧分離系統(tǒng)”

柯美瑞（唐山）環(huán)?？萍加邢薰驹趹?yīng)用 Kimre 產(chǎn)品的同時，結(jié)合該公司的經(jīng)驗技術(shù)，自主開發(fā)研制的“多級塵霧分離系統(tǒng)”，鑒于現(xiàn)場排放物顆粒粒徑分布范圍很大，甚至含有亞微米級的顆粒物，因此需選用孔徑大小不同的絲網(wǎng)多層基材組合設(shè)計，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)計了以不同孔徑的各種多級絲網(wǎng)組合，圖3、圖4、圖5，針對不同風(fēng)量、不同的排放要求的現(xiàn)場工況，分別給出了（4+2+2不同孔徑的多級絲網(wǎng)組合）、（4+4+2不同孔徑的多級絲網(wǎng)組合）和（4+6+4不同孔徑的多級絲網(wǎng)組合），形成“多級塵霧分離系統(tǒng)”，應(yīng)用粒徑增長、顆粒凝聚、攔截技術(shù)，能有效實現(xiàn)除塵后煙氣超低排放，不僅能使除塵效果達到超低排放、阻力小、使用壽命長。

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

該4+2+2不同孔徑的多級絲網(wǎng)組合，由4層粗糙孔徑+2層精細孔徑+2層粗糙孔徑的絲網(wǎng)組合在一起，對風(fēng)量一般，排放要求較高的工況，具體結(jié)構(gòu)依據(jù)現(xiàn)場工況計算。

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

該4+4+2不同孔徑的多級絲網(wǎng)組合，由4層粗糙孔徑+4層精細孔徑+2層粗糙孔徑的絲網(wǎng)組合在一起，對風(fēng)量較大，排放要求較高的工況，具體結(jié)構(gòu)依據(jù)現(xiàn)場工況計算。

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

該4+6+4不同孔徑的多級絲網(wǎng)組合，由4層粗糙孔徑+6層精細孔徑+4層粗糙孔徑的絲網(wǎng)組合在一起，對風(fēng)量更大，排放要求更高的工況，具體結(jié)構(gòu)依據(jù)現(xiàn)場工況計算。

同時，具有建設(shè)成本少、運行費用和維護費用低，與塑燒板除塵器對比見表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95%以上。

表1：KIMRE多級塵霧分離系統(tǒng)與塑燒板除塵器對比

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

除塵系統(tǒng)參數(shù)見表2。

表2：除塵系統(tǒng)參數(shù)

風(fēng)機技術(shù)參數(shù)見表3。

表3：風(fēng)機技術(shù)參數(shù)

1.4 研究方案

目標(biāo)為使除塵煙氣達到排放指標(biāo)≤10mg/m³，滿足環(huán)保達標(biāo)排放要求。根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)查情況，為了滿足現(xiàn)階段的環(huán)保要求以及將來更嚴格環(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)過現(xiàn)場調(diào)研中發(fā)現(xiàn)的問題和缺陷主要對以下兩個方面進行改造和維修優(yōu)化：

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

⑵嚴格計算各產(chǎn)塵點的風(fēng)量，優(yōu)化設(shè)計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實現(xiàn)10mg/m³的超低排放標(biāo)準方案

系統(tǒng)實現(xiàn)性能保證的前提條件

* 該設(shè)備的運行溫度小于70℃

* 設(shè)備入口的顆粒物濃度≤1000mg/m³

* 設(shè)備運行期間，確保水系統(tǒng)的壓力和正常運行

* 電源保證380V，140kW

* 新水補給流量：12-16t/h，壓力：0.6MPa

* 濁水排放量：6-8t/h

    實現(xiàn)10mg/m³的超低排放的主要設(shè)備見表4。

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

2   KIMRE多級塵霧分離系統(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)測有限公司（第三方檢測機構(gòu)）對KIMRE多級塵霧分離系統(tǒng)在熱軋應(yīng)用效果進行檢測，該裝置安裝在唐山建龍?zhí)厥怃撚邢薰疽卉?、二軋廠。由檢測報告顯示一軋、二軋軋機除塵廢氣排放口顆粒物濃度均未超出10mg/m³（見表5）攔截效果非常顯著。

表5：軋機除塵廢氣排放口顆粒物濃度檢測數(shù)據(jù)

2020年5月份委托寧夏兩家監(jiān)測公司（第三方檢測機構(gòu)）對KIMRE多級塵霧分離系統(tǒng)在熱軋應(yīng)用效果進行檢測，該裝置安裝在寧夏申銀鋼鐵有限公司棒材廠。由檢測報告顯示軋機除塵器入口和廢氣排放口顆粒物濃度（見表6）攔截效率達到了98.8%。

表6：軋機除塵廢氣排放口顆粒物濃度檢測數(shù)據(jù)

3  結(jié)論

經(jīng)過熱軋廠煙氣收集凈化現(xiàn)場在用的檢驗結(jié)果，驗證了該方案的可行性，并且運行成本非常低，后續(xù)維護量非常小。使用該系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的塑燒板除塵器，同時配備高效水噴淋裝置，徹底改變熱軋生產(chǎn)車間的勞動環(huán)境。

參考文獻

[1]  劉奕琳.新型復(fù)合式除霧器的設(shè)計與優(yōu)化研究[D].華中科技大學(xué),2017.

[2]  王文燕.提高折流板除霧器對細霧滴脫除性能研究[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.