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转炉干法除尘超低排放与脱白改造方案探讨

  喷雾蒸发使水分蒸发后,烟气瞬间达到饱和状态,湿度达到最大值,接着用直接喷冷却水将烟气中的水蒸气冷凝进入循环水,水蒸气冷凝水体积瞬间收缩 1240 倍以上,排放烟气温度降低到 35℃以下,再通过烟气全部或部分升温后混合干燥,使排放烟气呈干烟气状态。这种设备主要有以下性能指标:

  1)通过多级直接喷淋洗涤,可以确保排烟粉尘浓度降低到 20mg/m3、10mg/m3甚至5mg/m3以下。

  2)对于二氧化硫、氯离子等酸性物质,有液化、氧化作用,从而轻松去除多种溶解性污染物。

  这种技术和设备已被陆续用于转炉半干法、湿法除尘,烧结、竖炉、锅炉湿法烟气脱硫,烧结机尾除尘,皮带转运站除尘的烟气净化领域。对于转炉干法除尘的超低排放和烟气脱白,经济可行,已经有多个用户在推进中。

  转炉干法除尘的超低排放与脱白改造方案,如图 3 所示。直接喷淋除湿设备可以通过旁路布置方式,结合现场条件和改造目标不同,选择不同方案:

  以一座 210t 转炉的处理原始烟气 130000Nm 3 /h 的干法除尘改造为例,四个改造方案比较见表

  方案 A:最简单易行,在放散杯阀出口与烟囱之间,旁路增加 1 套直接喷淋除湿脱白装置。优点是改造量最少、对整个系统的操作运行几乎没有影响,可以在通常操作条件下,达到 10mg/m 3甚至 5mg/m 3 以下,一年四季均可实现脱白。

  方案 B:在风机出口与切换站之间,增加直接喷淋除湿脱白装置。改造量也少,煤气冷却器可以停止运行,可以同时解决回收煤气除湿干燥、有时温度偏高问题。

  方案 C:在电除尘器出口与风机之间,增加直接喷淋除湿脱白装置。ID 风机负荷会大幅减少,

  由于烟气、煤气温、湿度降低,工况风量减少近 50%,风机节电可达约 50%。

  方案 D:在蒸发冷却器出口与电除尘器入口之间,增加直接喷淋除湿脱白装置。除了解决放散、回收煤气超低排放与脱白干燥、一次风机节电增能问题外,还可以解决电除尘器维修量大、泄爆、节电、节水等问题。

  为了减少直接喷淋系统的水处理负荷,采用方案 D 应在蒸发冷却器之后,直接喷淋除湿脱白装置前,增加低阻旋风、颗粒层除尘,将粗干灰比例提高到 80%以上。由于直接喷淋可以同时实现超低排放和除湿脱白,出口烟气可接入电除尘器入口,电除尘器整体停开备用或只开部分电场,也可以接回风机入口,电除尘器系统整体停开备用,相当于增加了一套并联除尘器,大幅降低了改造项目影响生产的风险。

  对于转炉干法除尘超低排放改造的精除尘、除湿脱白、防泄爆、节能节水、处理废水等几个相关问题探讨如下。

  实现 5mg/Nm 3 以下的排放标准,可以选择干式静电除尘器、过滤式除尘器(陶瓷滤筒、金属滤筒、覆膜布袋除尘器)、湿式静电除尘器、直接喷淋洗涤等设备。从技术发展角度看,采用直接喷淋洗涤比较经济可靠、操作维护简单、实现多种功能;而前三种设备不能除去水蒸气和气态污染物。

  进一步组合,采用直接喷淋洗涤与湿式静电除尘器,则可以实现微克级的近零排放。湿法除尘的最大问题是水处理量大、投资和运行成本高。只要按照半干法的工艺设计,最大限度地实现干收灰,把烟气中的颗粒物 80%以上干收,对于转炉除尘来说,特别是粉尘中的生石灰粉等碱性颗粒物不进入循环水,水处理系统就可大幅简化,投资和运行成本、结垢等问题都能解决。而直接喷淋洗涤除尘只适用精除尘。

  转炉干法除尘设计排放约 150℃的高温干烟气,一年大部分时间排放烟气是看不到的,这是干法的主要优点之一。但到了冬季,气温降低时,由于烟气湿度大,烟气中的水蒸气就凝结成白雾。唐山、邯郸多个地方要求必须解决此问题,有些没要求烟气脱白的地方,比如山东、邢台,企业主动要做烟气脱白处理,目的是将企业打造成旅游景点。

  脱白是为了解决视觉污染,而除湿才是根源。经验表明:对于饱和湿烟气只需将烟气温度降低到 40℃以下,夏季就无白;降低到30℃以下,基本上一年四季无白;而再升温或混风,将烟气相对湿度降低到 60%以下,可以确保一年四季无白。降低到 40℃以下,用煤气冷却器的循环水就可以实现;降低到 30℃以下,需要采用热泵制冷水,可以极限回收余热。

  除湿脱白还有其他好处:一是彻底解决了煤气管道的腐蚀问题,管道不需要定期更换;二是相当于增加了煤气柜的有效容积,解决了煤气拒收问题;三是彻底解决了烟气经干法除尘后,在夏季有时存在煤气温度超标而被拒收的问题。

  存在泄爆隐患是转炉干法除尘的一大隐患和设计缺陷。转炉干法除尘国产化过程中,我国供应商和用户配合,在防泄爆方面取得了长足的进步,通过强化工艺操作和采取防泄爆措施,大部分用户已经控制了频繁泄爆问题。

  按照方案 D,在电除尘器入口增加直接喷淋除湿脱白装置改造后,将煤气温度瞬间降低到 35℃以下,避开了爆炸温度范围,消除粉尘带来的明火,烟气、煤气可以选择不走电除尘器或停开电除尘器,也就没有电弧明火,这样就消除了两个导致爆炸的根源性因素,可以防泄爆,也可以缓解对炼钢工艺操作的复杂要求。

  转炉干法除尘系统一次风机电耗低是其显著优点之一。通过采用方案 D 增加直接喷淋除湿脱白装置,可以进一步节电。以 210t 转炉干法除尘为例,电除尘供电、一次风机、煤气冷却器循环泵等供电功率合计超过 2500kW,停开电除尘器、一次风机功率减半,预计可以节电 30%以上。

  节电的更大潜力在于二次、三次除尘。由于改造后一次风机负荷大幅降低,工况风量减少近 50%,就解决了吹炼期间转炉炉口溢出二次烟气,对于兑铁、加废钢等过程产生的碱性烟气,以从源头直接喷雾除尘为主,还可以在二次、三次布袋除尘器入口,增加旁路布置的直接喷淋洗涤除尘系统,二次烟气也可以减少大约 50%,效益更大。

  转炉干法除尘系统的蒸发冷却器设计都采用蒸汽雾化,主要原因是电除尘器要求烟气加湿调比电阻。采用方案 D 改造后,烟气不走或不开干式电除尘器,蒸发冷却器就可以不用蒸汽,改用氮气或高压雾化,就可以减少雾化蒸汽消耗。比如对于 210t 转炉干法除尘系统,可以节省 9t/h雾化蒸汽。

  转炉汽化烟道出口的烟气温度为 700-1000℃,在转炉干法除尘系统设计中,采用喷工业净水蒸发冷却的方法冷却到 280℃,不仅余热全部浪费,而且还消耗饱和蒸汽与工业水。

  这部分余热最好的处理方法是用余热锅炉、换热器冷却并回收余热,也可以选择用于处理各种难处理的废水,比如焦化废水、城市污水处理厂污泥、脱硫废水、膜处理浓盐水、高浓度化工有机废水、医疗废水等。

  因为采用直接喷淋洗涤除湿脱白装置,阻隔了烟气中污染成分的转移,可以使转炉干法除尘系统增加废水处理功能,通过烟气除湿回收的冷凝水水质接近自来水水质,可以作为工业新水、锅炉补水用,具有显著的经济和社会效益。

  2)在保留现有工艺流程的情况下,增加旁路布置的直接喷淋除湿脱白设备,解决间隙性尾烟超标排放与脱白,同时消除干法的设计缺陷,有利于提高转炉作业率、提高产量。

  3)旁路布置的直接喷淋除湿脱白改造投资少、停炉时间少、改造风险小,具有节电等经济效益,便于采用投融资方式升级改造。