转炉一次除尘系统：复合声波团聚高效除尘技术探析

我国是钢材生产大国，钢铁行业也一直是我国污染大户，二氧化硫、氮氧化物、颗粒物排放量在全部工业行业中分别排名第三、第三、第一，钢铁行业的烟气治理现状十分严峻。

近年来，继电力后，钢铁行业已经成为蓝天保卫战主战场，面临着严峻的减排考验。从2018年开始的钢铁行业超低排放改造在2019年将进入攻坚阶段。环保攻坚，既考验定力也考验能力。推进超低排放改造是支撑钢铁工业绿色转型升级的重要手段。

钢铁生产流程依次为炼铁、炼钢、连铸及轧钢环节，钢铁超低排放涉及各个工序。此文重点介绍钢铁转炉的超低排放改造技术方案，后续将会连续推出其他部位解决方案。

1转炉烟气排放简介

转炉，炼钢炉的一种（炼钢的方法，一般可分为转炉炼钢和电炉炼钢两种方法）。一般指可以倾动的圆筒状吹氧炼钢容器。炉体圆筒形，架在一个水平轴架上，可以转动，也用来炼铜。

《工人歌谣·小转炉》：“小转炉，张大嘴，没有胳膊没有腿，嘴里喷金花，低头吐钢水。”转炉按炉衬的耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云石为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）转炉；按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹转炉；按吹炼采用的气体，分为空气转炉和氧气转炉。

下表为转炉炼钢清洁生产评价体系技术要求表，详细数据要求相当严格。

转炉烟气（converter fumeanddust），是指转炉吹炼过程中排出的棕色浓烟，是炉气和烟尘的混合物，主要成分是CO，此外还含有少量的二氧化碳及微量的其他高温气体和烟尘。转炉炼钢产生的烟气初始温度大概在1300℃左右。转炉炉气成分CO86%，CO210%，N23.5%，O20.5%；温度为1400～1600℃。烟尘含量在80～150g/m3范围。所以转炉烟气具有高温、有毒、易燃易爆、含尘量高等特点。

转炉一次烟气是指转炉吹炼过程里直接从烟道取出来的烟气经过一次除尘后出来的烟气，污染比较严重。转炉一次烟气中含有大量煤气，具有易燃、易爆炸的特点。

转炉一次除尘系统目前主要采用两文一塔式的湿法除尘或采用塔文加二文式的半干法除尘，除尘设备投入成本低，运行稳定，除尘效果较好，但随着国家对冶金行业的环保要求提高，已无法满足超低排放指标要求。标准详见表2。

2018年5月生态环境部发布关于征求《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》意见的函，《意见稿》明确提出，新建(含搬迁)钢铁项目要全部达到超低排放水平。烧结机头烟气、球团焙烧烟气在基准含氧量16%条件下，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物小时均值排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米；其他污染源颗粒物、二氧化硫、氮氧化物小时均值排放浓度分别不高于10、50、150毫克/立方米，具体指标限值见附表。其中转炉一次烟气要求颗粒物限值10mg/m3。

为满足新的国家排放标准，亟需一种新型除尘技术解决环保难题。此文将重点介绍“高效声波除尘技术”在转炉一次除尘系统中的应用方案。

2转炉一次除尘技术比较

目前转炉煤气除尘主要分为和湿法除尘。转炉煤气产生后首先进入汽化冷却烟道，煤气温度由1500℃降至900℃，然后再进入煤气除尘系统。

转炉煤气干法除尘技术

转炉煤气干法静电除尘有以下缺点：煤气温度为200℃左右，低于一氧化碳在空气中燃点温度；静电除尘器放电过程产生火花。转炉煤气在静电除尘器中存在爆炸危险，因此在静电除尘器两端装有三级卸爆阀，以保证静电除尘器内压力的释放。干法静电除尘系统对工人的运行操作提出了较高的要求。转炉干法静电除尘器通过机械振打清除积尘板上灰尘。由于振打会引起二次扬尘，静电除尘器出口粉尘浓度只能达到20～30mg/m3。

转炉煤气干法除尘目前由于无法满足要求，一般采用静电除尘/布袋除尘/声波除尘技术进行进一步改造。静电除尘方式有卸爆危险，而布袋除尘由于高温烟气会产生布袋粘滞危险。

OG湿法转炉一次除尘系统

国内外转炉除尘工艺，应用较为普遍的是原始OG法，其最具代表性的是“双文一塔”工艺流程，也是国内外大部分转炉采用的除尘方法。OG法是20世纪60年代初在日本开始应用，系统由汽化冷却系统、除尘系统、煤气回收系统三部分组成。

转炉煤气湿法除尘主要有以下缺点：不论是湿法塔文除尘系统还是湿法二文除尘系统，转炉煤气降温均采用喷淋洗涤降温方式。相对于蒸发冷却降温方式，喷淋洗涤降温方式消耗大量的浊环水，并且需要建立单独的水处理系统，以对浊环水进行处理回收。

目前OG系统除尘很难满足超低排放要求，可在OG系统上采用的进一步除尘方式有湿式电除尘技术或声波除尘技术。

湿式电除尘技术

湿式电除尘器对酸雾、有毒重金属以及PM10，尤其是PM2.5的微细粉尘有良好的脱除效果。但是从设备结构原理分析，主要可能带来的影响有系统的腐蚀、集尘装置的水膜均匀性能否保证稳定、极板结构对除尘效率的影响、湿法脱硫的除雾效果较低导致烟气中浆液含量过高带来的电场参数下降等问题，甚至会造成卸爆危险。

下面着重介绍高效声波除尘技术。

复合团聚高效除尘技术方案

方案原理介绍

利用声波耦合团聚技术和高效旋流除尘技术，使烟气中的细微颗粒发生碰撞团聚，从而使颗粒数目浓度降低、平均粒径增大，变得容易被捕捉，再通过高效除尘器沉降脱除颗粒物，去除大部分颗粒物，最终通过水喷淋进一步去除颗粒物，以达到超低排放的要求。

声波耦合团聚技术是利用高强度声场使气溶胶中微米和亚微米级细颗粒物发生相对运动并进而提高它们的碰撞团聚速率，由于颗粒表面存在着很强的范德华吸引力，一旦颗粒发生了碰撞，它们便迅速粘附而形成较大一级的团聚物，使细颗粒物在很短的时间范围内，粒径分布从小尺寸向大尺寸方向迁移，颗粒数目浓度减少，进而增强后续除尘（除雾）设施的脱除效率，原理见下图：

案例简介

芜湖富鑫钢铁转炉除尘项目

概况：芜湖市富鑫钢铁有限公司#1、2转炉烟气系统采用文氏塔除尘的工艺，其除尘效率不能满足现有国家关于大气污染物的排放标准，因而需要进行除尘改造。

方案：#1、#2转炉烟道上改造文氏洗涤塔和加装声波除尘系统，以及其配套设施等，提高颗粒物的捕捉效率。

在原有除尘器到风机之间水平烟道加装声振耦合团聚装置及高效旋流除尘器。

系统优点：

（1）声波团聚技术具有适应性强，可靠性高；

（2）一次性投资低，运行及维护费用低；

（3）施工周期短，在原有烟道上改造即可，不涉及新增用地；

（4）不产生二次污染等诸多优点，可替代其它除尘方式，达到烟气超低排放的要求,同时声波不会对用户设施产生任何的副作用，对用户运行维护不会增加任何的负担；

（5）声波发生器采用氮气作为驱动介质，在转炉烟气处理时安全可靠；

（6）声波团聚装置及旋流除尘器运行时不产生静电，无尖锐金属残留物产生。

效果：#1炉监测位置及条件：烟囱高62m、生产负荷100%、烟道截面积2m、大气压101.6kPa、烟气温度51℃，监测出烟囱出口颗粒物浓度均值4.3mg/Nm3；

#2炉监测位置及条件烟囱高度65m，生产负荷100%、烟道截面积2m、大气压101.6kPa、烟气温度52℃，监测出烟囱出口颗粒物浓度均值5.6mg/Nm3，完全满足超低排放环保改造要求；经济优点分析：效果好、施工周期短、投资少、不占地、运行成本低。

总结

声波团聚除尘技术具有占地面积小、安装灵活、运行安全稳定、不产生二次污染、维护量小等诸多优点，是转炉一次烟气达标超低排放限值的除尘技术中的首选。

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