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轉爐一次除塵系統:復合聲波團聚高效除塵技術探析
2019-05-08 16:57:14
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我國是鋼材生產大國,鋼鐵行業也一直是我國污染大戶,二氧化硫、氮氧化物、顆粒物排放量在全部工業行業中分別排名第三、第三、第一,鋼鐵行業的煙氣治理現狀十分嚴峻。
 
近年來,繼電力后,鋼鐵行業已經成為藍天保衛戰主戰場,面臨著嚴峻的減排考驗。從2018年開始的鋼鐵行業超低排放改造在2019年將進入攻堅階段。環保攻堅,既考驗定力也考驗能力。推進超低排放改造是支撐鋼鐵工業綠色轉型升級的重要手段。
 
鋼鐵生產流程依次為煉鐵、煉鋼、連鑄及軋鋼環節,鋼鐵超低排放涉及各個工序。此文重點介紹鋼鐵轉爐的超低排放改造技術方案,后續將會連續推出其他部位解決方案。
 
1.轉爐煙氣排放簡介
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轉爐,煉鋼爐的一種(煉鋼的方法,一般可分為轉爐煉鋼和電爐煉鋼兩種方法)。一般指可以傾動的圓筒狀吹氧煉鋼容器。爐體圓筒形,架在一個水平軸架上,可以轉動,也用來煉銅。
 
《工人歌謠·小轉爐》:“小轉爐,張大嘴,沒有胳膊沒有腿,嘴里噴金花,低頭吐鋼水。”轉爐按爐襯的耐火材料性質分為堿性(用鎂砂或白云石為內襯)和酸性(用硅質材料為內襯)轉爐;按氣體吹入爐內的部位分為底吹、頂吹和側吹轉爐;按吹煉采用的氣體,分為空氣轉爐和氧氣轉爐。
 
下表為轉爐煉鋼清潔生產評價體系技術要求表,詳細數據要求相當嚴格。
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轉爐煙氣(converter fume and dust),
是指轉爐吹煉過程中排出的棕色濃煙,是爐氣和煙塵的混合物,主要成分是CO,此外還含有少量的二氧化碳及微量的其他高溫氣體和煙塵。轉爐煉鋼產生的煙氣初始溫度大概在1300℃左右。轉爐爐氣成分CO86%,CO210%,N23.5%,O20.5%;溫度為1400~1600℃。煙塵含量在80~150g/m3范圍。所以轉爐煙氣具有高溫、有毒、易燃易爆、含塵量高等特點。
 
轉爐一次煙氣是指轉爐吹煉過程里直接從煙道取出來的煙氣經過一次除塵后出來的煙氣,污染比較嚴重。轉爐一次煙氣中含有大量煤氣,具有易燃、易爆炸的特點。
 
轉爐一次除塵系統目前主要采用兩文一塔式的濕法除塵或采用塔文加二文式的半干法除塵,除塵設備投入成本低,運行穩定,除塵效果較好,但隨著國家對冶金行業的環保要求提高,已無法滿足超低排放指標要求。標準詳見表2。
\2018年5月生態環境部發布關于征求《鋼鐵企業超低排放改造工作方案(征求意見稿)》意見的函,《意見稿》明確提出,新建(含搬遷)鋼鐵項目要全部達到超低排放水平。燒結機頭煙氣、球團焙燒煙氣在基準含氧量16%條件下,顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時均值排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米;其他污染源顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時均值排放濃度分別不高于10、50、150毫克/立方米,具體指標限值見附表。其中轉爐一次煙氣要求顆粒物限值10mg/m3。
 
為滿足新的國家排放標準,亟需一種新型除塵技術解決環保難題。此文將重點介紹“高效聲波除塵技術”在轉爐一次除塵系統中的應用方案。
 
 
 
2.轉爐一次除塵技術比較
 
目前轉爐煤氣除塵主要分為干法除塵和濕法除塵。轉爐煤氣產生后首先進入汽化冷卻煙道,煤氣溫度由1500℃降至900℃,然后再進入煤氣除塵系統。
 
轉爐煤氣干法除塵技術
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轉爐煤氣干法靜電除塵有以下缺點:煤氣溫度為200℃左右,低于一氧化碳在空氣中燃點溫度;靜電除塵器放電過程產生火花。轉爐煤氣在靜電除塵器中存在爆炸危險,因此在靜電除塵器兩端裝有三級卸爆閥,以保證靜電除塵器內壓力的釋放。干法靜電除塵系統對工人的運行操作提出了較高的要求。轉爐干法靜電除塵器通過機械振打清除積塵板上灰塵。由于振打會引起二次揚塵,靜電除塵器出口粉塵濃度只能達到20~30mg/m3。
 
轉爐煤氣干法除塵目前由于無法滿足要求,一般采用靜電除塵/布袋除塵/聲波除塵技術進行進一步改造。靜電除塵方式有卸爆危險,而布袋除塵由于高溫煙氣會產生布袋粘滯危險。
 
 OG濕法轉爐一次除塵系統
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國內外轉爐除塵工藝,應用較為普遍的是原始OG法,其最具代表性的是“雙文一塔”工藝流程,也是國內外大部分轉爐采用的除塵方法。OG法是20世紀60年代初在日本開始應用,系統由汽化冷卻系統、除塵系統、煤氣回收系統三部分組成。
轉爐煤氣濕法除塵主要有以下缺點:不論是濕法塔文除塵系統還是濕法二文除塵系統,轉爐煤氣降溫均采用噴淋洗滌降溫方式。相對于蒸發冷卻降溫方式,噴淋洗滌降溫方式消耗大量的濁環水,并且需要建立單獨的水處理系統,以對濁環水進行處理回收。
 
目前OG系統除塵很難滿足超低排放要求,可在OG系統上采用的進一步除塵方式有濕式電除塵技術或聲波除塵技術。
 
濕式電除塵技術
濕式電除塵器對酸霧、有毒重金屬以及PM10,尤其是PM2.5的微細粉塵有良好的脫除效果。但是從設備結構原理分析,主要可能帶來的影響有系統的腐蝕、集塵裝置的水膜均勻性能否保證穩定、極板結構對除塵效率的影響、濕法脫硫的除霧效果較低導致煙氣中漿液含量過高帶來的電場參數下降等問題,甚至會造成卸爆危險。
 
下面著重介紹高效聲波除塵技術。
復合團聚高效除塵技術方案
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方案原理介紹
利用聲波耦合團聚技術和高效旋流除塵技術,使煙氣中的細微顆粒發生碰撞團聚,從而使顆粒數目濃度降低、平均粒徑增大,變得容易被捕捉,再通過高效除塵器沉降脫除顆粒物,去除大部分顆粒物,最終通過水噴淋進一步去除顆粒物,以達到超低排放的要求。
聲波耦合團聚技術是利用高強度聲場使氣溶膠中微米和亞微米級細顆粒物發生相對運動并進而提高它們的碰撞團聚速率,由于顆粒表面存在著很強的范德華吸引力,一旦顆粒發生了碰撞,它們便迅速粘附而形成較大一級的團聚物,使細顆粒物在很短的時間范圍內,粒徑分布從小尺寸向大尺寸方向遷移,顆粒數目濃度減少,進而增強后續除塵(除霧)設施的脫除效率,原理見下圖:
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案例簡介
蕪湖富鑫鋼鐵轉爐除塵項目
概況:蕪湖市富鑫鋼鐵有限公司#1、2轉爐煙氣系統采用文氏塔除塵的工藝,其除塵效率不能滿足現有國家關于大氣污染物的排放標準,因而需要進行除塵改造。
方案: #1、#2轉爐煙道上改造文氏洗滌塔和加裝聲波除塵系統,以及其配套設施等,提高顆粒物的捕捉效率 。
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在原有除塵器到風機之間水平煙道加裝聲振耦合團聚裝置及高效旋流除塵器。
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系統優點:
(1)聲波團聚技術具有適應性強,可靠性高;
(2)一次性投資低,運行及維護費用低;
(3)施工周期短,在原有煙道上改造即可,不涉及新增用地;
(4)不產生二次污染等諸多優點,可替代其它除塵方式,達到煙氣超低排放的要求,同時聲波不會對用戶設施產生任何的副作用,對用戶運行維護不會增加任何的負擔;
(5)聲波發生器采用氮氣作為驅動介質,在轉爐煙氣處理時安全可靠;
(6)聲波團聚裝置及旋流除塵器運行時不產生靜電,無尖銳金屬殘留物產生。
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效果:#1爐監測位置及條件:煙囪高62m、生產負荷100%、煙道截面積2m、大氣壓101.6kPa、煙氣溫度51℃,監測出煙囪出口顆粒物濃度均值4.3mg/Nm3;
#2爐監測位置及條件煙囪高度65m,生產負荷100%、煙道截面積2m、大氣壓101.6kPa、煙氣溫度52℃,監測出煙囪出口顆粒物濃度均值5.6mg/Nm3,完全滿足超低排放環保改造要求;經濟優點分析:效果好、施工周期短、投資少、不占地、運行成本低。
 
 
總結
聲波團聚除塵技術具有占地面積小、安裝靈活、運行安全穩定、不產生二次污染、維護量小等諸多優點,是轉爐一次煙氣達標超低排放限值的除塵技術中的首選。
 
 
 
 
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