鋼鐵廠廢氣處理措施

本文格式為Word版，下載可任意編輯——鋼鐵廠廢氣處理措施1、概述

1.1硅鐵煙氣污染特征

鋼鐵廠的大氣污染源包括硅鐵爐冶煉產(chǎn)生的煙氣、出鐵口產(chǎn)生的煙氣、配料與上料過程產(chǎn)生的粉塵、硅鐵破碎產(chǎn)生的粉塵、硅鐵爐煙氣處理系統(tǒng)收集的粉塵及硅微粉臨時堆存過程中產(chǎn)生的揚塵、原料堆存過程中產(chǎn)生的揚塵。對于硅鐵廠各廢氣源的治理措施工藝相對簡單。

硅鐵生產(chǎn)過程中,由于氧化還原的反應(yīng)作用,除生產(chǎn)出硅鐵產(chǎn)品外,同時伴生有大量煙塵即二氧化硅微粉。二氧化硅煙塵是一種極細粉末顆粒形狀的物質(zhì),具有高5102含量(90%),他是在硅鐵和結(jié)晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的。他的特點在于在高溫產(chǎn)生的510在空氣中氧化被迅速冷卻之后,其內(nèi)部主要含5102,他以非晶體狀態(tài)存在,而且他是由具有比表面為20一25mZ/g的細顆粒組成的。硅微粉是冶煉硅鐵合金時被煙氣帶出爐外的細顆粒,其主要成分是5102,同時含有少量爐料的機械吹出物,主要成分是碳及鐵、鎂、鈣的氧化物。硅微粉呈灰白色和銀白色,5102含量在85%一93%之間,具有優(yōu)越的火山灰性能。

在硅鐵爐氣態(tài)污染無排放的總量方面，我國用于硅鐵生產(chǎn)的電爐有800余座，總裝機容量達到6.8×106KW，硅鐵的年產(chǎn)量達到320萬噸，每生產(chǎn)一噸75%的硅鐵產(chǎn)生的粉塵在200Kg左右，產(chǎn)生的煙氣為5×104Nm3，每年的硅鐵生產(chǎn)產(chǎn)生的粉塵約為80萬噸，煙氣為4×1010Nm3。目前所有的硅鐵爐都有自身的煙氣凈化系統(tǒng)，粉塵的出口濃度在4g/Nm3左右。

我國硅鐵冶煉主要集中余我國內(nèi)蒙和西北等人煙稀少和礦產(chǎn)資源相對豐富的地區(qū)，硅鐵爐生產(chǎn)對這些地區(qū)大氣環(huán)境造成的影響尤為突出。在2023年，專家對西北鐵合金廠兩臺容量分別為5000KVA、12500VKA的75%硅鐵電爐進行了現(xiàn)場測定，測定內(nèi)容包括:煙囪自然排放煙塵狀況、車間內(nèi)空氣含塵濃度以及粉塵物理化學(xué)性質(zhì)等。硅鐵冶煉電爐對環(huán)境的污染相當(dāng)嚴重。

1.2國內(nèi)外硅鐵電爐煙氣凈化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

目前我國硅鐵電爐總數(shù)約為534臺，其中9000－50000kVA電爐僅14臺，其余均為小電爐，設(shè)備總?cè)萘繛?60萬kVA，年設(shè)備生產(chǎn)能力約130萬噸。“八五〞期間全國硅鐵年均產(chǎn)量90萬噸，可以收集硅灰15萬噸左右，但實際僅為2萬噸，

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約占總量的13%。這是由于：其一，裝備落后，國內(nèi)硅鐵電爐大多為1800－6000kVA高煙罩小功率電爐，煙氣無法回收；其二，煙氣濾袋除塵設(shè)備投資大，企業(yè)籌措資金困難；其三，環(huán)保意識不強。

我國擁有6300一25(X)okVA鐵合金電爐約1000多臺,但配置煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)施的僅占少數(shù)。電爐在冶煉過程中,將產(chǎn)生大量的煙塵,每生產(chǎn)h硅鐵將產(chǎn)生250kg硅塵,全年生產(chǎn)各類鐵合金將向大氣中排放約100多萬t粉塵,如不治理將嚴重污染環(huán)境。硅塵中510:含量在90%左右,粒度小于1協(xié)m的占90%,硅粉的比表面積大,細度只有水泥的F50一1/100,即使在常溫下也顯現(xiàn)出較大的火山灰活性,是優(yōu)良的水泥摻和劑,對于提高水泥的強度和加強混凝土的致密性,十分有效。同時,硅粉在耐火材料、石油工業(yè)等方面均有廣泛的用途。

硅鐵電爐煙氣的治理方式主要有濕式除塵、高壓靜電除塵和袋式除塵。濕式除塵只有采用高能耗洗滌器或文丘里除塵器才能達到凈化要求，雖然設(shè)備簡單、投資省，但存在動力消耗大（約為袋式除塵器的3~6倍），水處理系統(tǒng)繁雜，收集的粉塵難以回收利用；高壓靜電除塵技術(shù)需要粉塵的比電阻范圍為1×104~2×1010Ω·cm，而硅鐵粉塵的比電阻超過此范圍，需進行增濕調(diào)質(zhì)處理，由于增濕過程要求控制系統(tǒng)精度高，有一定技術(shù)難度，且投資大；硅鐵電爐煙氣除塵系統(tǒng)采用袋式除塵在目前國內(nèi)外硅鐵行業(yè)已形成共識，國內(nèi)硅鐵生產(chǎn)企業(yè)煙氣達標排放且運行管理較好的都選用袋式除塵器，袋式除塵器的特點是除塵效率高、運行可靠、管理簡單。

國外，半封閉式礦熱電爐的煙塵治理主要采用干法袋式除塵器，按是否回收能源分為熱能回收型和非熱能回收型兩種。采用熱能回收型干清白化設(shè)施必需對爐氣燃燒的過?？諝饬繃栏窨刂?，一般要做到使半封閉罩出口的廢氣溫度控制在700-900℃左右，然后進人余熱鍋爐，余熱鍋爐出口廢氣溫度小于250℃。凈化設(shè)備采用吸入型袋式除塵器和壓入型袋式除塵器均可。由于原料還原劑冶煉操作和生產(chǎn)管理等原因限制了熱能回收型凈化工藝流程的推廣應(yīng)用。所以國內(nèi)外當(dāng)前處理半封閉式礦熱電爐廢氣，絕大數(shù)是采用非熱能回收型干法凈化設(shè)施。

1.3設(shè)計思路

廢氣凈化的思路就是把污染物質(zhì)收集起來，輸送到凈化設(shè)備中將其分開出來或轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)，凈化后的氣體排入大氣。一個完整的廢氣凈化系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括五個部分：廢棄收集裝置、輸送管道、凈化設(shè)備、風(fēng)機、排氣筒。相應(yīng)地，廢氣

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凈化系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容也就是對上述五個部分的設(shè)計。

廢棄收集裝置的設(shè)計：廢棄收集裝置俗稱吸氣罩。其設(shè)計主要包括罩子的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、安裝位置等。有組織的排放源一般狀況下不存在吸氣罩的設(shè)計。

管道設(shè)計：主要包括管徑大小、管道壓力損失、及管道布置。

凈化設(shè)備設(shè)計：為待處理的污染物選擇設(shè)計凈化裝置，將污染物從氣流中分開出來或轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)。

風(fēng)機選擇：根據(jù)整個系統(tǒng)的阻力降（包括吸氣罩、管道、凈化裝置的壓力損失）及要處理的廢氣量，選擇相應(yīng)的風(fēng)機。

排氣筒設(shè)計：主要包括排氣筒的結(jié)構(gòu)尺寸、高度、出口徑等。本此設(shè)計主要針對的是管道、凈化設(shè)備以及風(fēng)機的設(shè)計。

廢氣凈化裝置的設(shè)計分三個階段：基礎(chǔ)資料調(diào)查、設(shè)計技術(shù)、施工圖設(shè)計?；A(chǔ)資料的調(diào)查主要包括生產(chǎn)工藝調(diào)查、污染源調(diào)查、背景資料調(diào)查、技術(shù)經(jīng)濟資料調(diào)查。

技術(shù)設(shè)計要求根據(jù)調(diào)查把握的資料，確定污染源的排放參數(shù)，確定廢氣凈化方案，凈化設(shè)備的設(shè)計計算，管道、風(fēng)機的設(shè)計選型，整個凈化系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟分析，設(shè)計圖繪制，工程概算。

施工圖設(shè)計一般包括工藝流程簡圖（3號）、系統(tǒng)平面圖（1號）、系統(tǒng)立面圖（1號）、除塵裝置三視圖（2號）、換熱裝置圖、部分零部件圖）

2、硅鐵冶煉原理及煙塵特性分析

2.1硅鐵冶煉原理

硅鐵是用帶埋弧電極的電弧爐生產(chǎn)的?；旌衔餇t料主要由硅石、鐵屑和作為還原劑的焦炭組成。反應(yīng)產(chǎn)物為硅鐵、一氧化碳、其他各種揮發(fā)物質(zhì)、水蒸氣和一氧化硅氣體。

硅鐵合金生產(chǎn)工藝是采用礦熱爐法，即在電爐中用碳作還原劑生產(chǎn)鐵合金的方法。電爐冶煉鐵合金是以電作為能源，通過電極和爐料之間放電產(chǎn)生熱弧，使電能在弧光中轉(zhuǎn)化為熱能，熱能借助輻射和電弧的直接作用產(chǎn)生1900~3000℃的高溫，在熔融狀態(tài)下，金屬和礦石發(fā)生氧化還原反應(yīng)，直至出鐵。冶煉時從爐口加人混合好的原料，電極深而穩(wěn)的插入爐料中，依靠電弧和電流通過爐料而產(chǎn)生的電阻熱進行加熱，通過出鐵口定時出鐵放渣，隨著爐料下沉從爐料口不斷加人

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新的爐料。生產(chǎn)是連續(xù)進行的。

SiO2是一種難還原的氧化物，而且其還原過程比較繁雜。用碳質(zhì)還原劑還原二氧化硅時，中間產(chǎn)物碳化硅和一氧化硅的生成與分解在SiO2還原的整個過程中起著重要作用。其化學(xué)反應(yīng)過程如下：

（1）SiC的生成區(qū)：SiC的生成溫度范圍為1000-2100K，在此區(qū)域內(nèi)Si也能同時生成，此區(qū)內(nèi)的主要反應(yīng)是SiO的分解和吸附并生成SiC。1800K以前為爐料預(yù)熱和SiC的生成區(qū)，SiO從爐內(nèi)高溫區(qū)上升到低溫區(qū)后與碳作用生成SiC，其反應(yīng)式為：

SiO+2C=SiC(s)+CO(g)3SiO+CO=2SiO2+SiC

2SiO=Si+SiO2

SiO通過上層爐料按不同反應(yīng)變成SiC、Si、和SiO2，并沉積于爐料中。隨著爐料的下沉和溫度的升高，碳還原SiO2生成SiC的熱力學(xué)條件成熟：

SiO2+2C=SiC+2CO

（2）SiC分解區(qū)：即Si和SiO的生成區(qū)，此區(qū)內(nèi)的主要反應(yīng)為：

2SiO2+SiC=3SiO+COSiO2+2SiC=3Si+2CO

綜合上兩式得：

3SiO2+2SiC=Si+4SiO+2CO

另外，氣態(tài)的SiO與SiC相互作用：

SiO+SiC=2Si+CO

當(dāng)鐵存在時，還原出來的硅與鐵反應(yīng)：Si+Fe=FeSi

由于硅與鐵生成硅化鐵的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因而它降低二氧化硅還原反應(yīng)的理論開始反應(yīng)溫度。同時，鐵的存在可以促進硅沉入熔池，使之離開反應(yīng)區(qū)，從而改善二氧化硅的還原條件。冶煉硅鐵時，二氧化硅的還原反應(yīng)可以用下式表示:

SiO2+2C+nFe=FenSi+2CO

爐氣中的CO在進入集氣罩的過程中被空氣中的氧氣氧化成二氧化碳。綜上，硅石中的SiO2用碳還原生成硅鐵，要按以下兩條路線，一條是先生成中中間產(chǎn)物SiO，然后再被C還原生成Si，Si和鐵結(jié)合成硅鐵；另一條是先

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生稱中間產(chǎn)物SiC，SiC被鐵破壞直接生成FeSi，或者是SiC被SiO2或SiO破壞，生成硅，硅和鐵結(jié)合生成硅鐵。

2.2煙氣煙塵特性分析

硅鐵爐在冶煉生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量夾帶微細塵粒的高溫?zé)煔?。生產(chǎn)1噸75%硅鐵，理論上大約產(chǎn)生1500~2000Nm3爐氣，煙氣中主要成分是N2、O2、CO2、H2O，由于空氣過剩系數(shù)很大，因此基本接近空氣成分。

煙氣中SO2含量依據(jù)原料中帶入的硫量而定，主要決定于還原劑的含硫量。1噸75%硅鐵原料帶入的硫量一般在5-10kg左右，其中90%燃燒成SO2后進入煙氣，在半封閉電爐中煙氣含硫量一般在。0.1~lg/Nm3左右。

煙氣中煙塵主要由兩部分組成，一部分是爐料的機械吹出物，主要是焦粉和煤粉；另一部分是硅石中的SiO2被還原形成的氣態(tài)SiO，這些SiO本應(yīng)繼續(xù)被還原成硅，形成硅鐵，但實際上總有一部分逸出料面，被空氣中氧再氧化成SiO，形成無晶形的極細顆粒，被煙氣帶出爐外，這兩部分煙塵前者約占10%~20%，后者約占80%-90%，硅鐵的煙塵量取決于冶煉過程中硅的回收率，在正常狀況下，硅回收率為85%-90%時，l噸硅鐵約產(chǎn)生200~300kg粉塵，當(dāng)電爐刺火時Si回收率下降，粉塵量就會急劇增加。粉塵平均粒徑為0.1μm，都