當(dāng)前形勢(shì)下鋼鐵工業(yè)面臨的環(huán)境問(wèn)題

當(dāng)前形勢(shì)下鋼鐵工業(yè)面臨的環(huán)境問(wèn)題

0礦渣塵組合除塵技術(shù)2011年10月，北京爆發(fā)了“p2.5監(jiān)測(cè)風(fēng)暴”。大氣中的顆粒物主要類型是粉塵、煙塵、霧,它是一種較為復(fù)雜的多分散混合物。國(guó)標(biāo)對(duì)PM2.5定義(GB3095-2012):指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5μm的顆粒物,也稱細(xì)顆粒物。通常將顆粒分為一次顆粒(一次PM)和二次顆粒(二次PM)。直接以固態(tài)形式排出的一次顆粒如果不加以有效捕集和過(guò)濾凈化,排入大氣后在光化學(xué)反應(yīng)作用下將會(huì)生成更具危害的二次顆粒。目前,我國(guó)鋼鐵產(chǎn)能過(guò)剩和產(chǎn)品無(wú)序同質(zhì)化惡性競(jìng)爭(zhēng),使資源消耗和環(huán)境污染飆升,加之環(huán)保投入少、裝備水平低、管理不到位,煙粉塵捕集和過(guò)濾技術(shù)落后,時(shí)有出現(xiàn)廠房冒煙和煙囪超標(biāo)排放現(xiàn)象,而煙囪排放中PM2.5約占70%以上。大量超標(biāo)的細(xì)顆粒連續(xù)排放,導(dǎo)致2013年伊始至今,我國(guó)華北和華東地區(qū)罕見(jiàn)出現(xiàn)污染大、范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的霧霾天氣,給人體健康和交通安全等構(gòu)成了嚴(yán)重的危害。至此,環(huán)保部將對(duì)鋼鐵等六大行業(yè)實(shí)施大氣污染物特別排放限值,鋼鐵業(yè)和其他污染大戶已面臨著空前的環(huán)保壓力?？刂芇M2.5排放已刻不容緩,寶鋼從三期建設(shè)開(kāi)始率先提出顆粒物排放濃度控制在30mg/Nm3以下,以后又將標(biāo)準(zhǔn)提高到20mg/Nm3以下,目前又考慮對(duì)部分新建和改建的環(huán)保項(xiàng)目提出了更嚴(yán)格的10mg/Nm3排放要求,用行動(dòng)來(lái)體現(xiàn)綠色寶鋼對(duì)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)的積極響應(yīng)。鋼廠煙囪林立,控制PM2.5,應(yīng)先控制廠房冒煙、控制煙囪排放的顆粒物在10mg/Nm3以下。這需要環(huán)保工作者不斷去創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)袋式除塵關(guān)鍵技術(shù),用創(chuàng)新的廠房三次除塵綜合治理技術(shù),有效捕集PM2.5顆粒,杜絕廠房冒煙;開(kāi)發(fā)袋式除塵高效柔性清灰、氣流場(chǎng)設(shè)計(jì)、濾料等技術(shù),注重加工制造和施工安裝質(zhì)量,防止漏風(fēng),同時(shí)開(kāi)發(fā)能滿足除塵技改擴(kuò)容的超長(zhǎng)袋技術(shù)的可行措施,才能實(shí)現(xiàn)煙囪排放的顆粒物濃度控制在10mg/Nm3以下的目標(biāo)。1鋼污染現(xiàn)狀1.1鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)工藝流程我國(guó)鋼鐵工業(yè)自1996年成為世界第一鋼鐵生產(chǎn)大國(guó)以來(lái),鋼產(chǎn)量逐年創(chuàng)出新高,如今我國(guó)的鋼產(chǎn)量占世界鋼產(chǎn)量的40%以上。眾所周知,鋼鐵工業(yè)以其生產(chǎn)規(guī)模大,資源、能源消耗多等特點(diǎn),一直被公認(rèn)為是大氣污染物排放量最大的行業(yè)之一?，F(xiàn)代鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)體系,可分為采礦、選礦、冶煉和精制等幾大部分。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。燒結(jié)、煉鐵和煉鋼生產(chǎn)過(guò)程是大氣污染物的主要來(lái)源,煙氣中含有大量的粉塵和一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫及少量硫化氫、焦油物質(zhì)、氧化氮等。例如,一個(gè)年產(chǎn)100萬(wàn)t鋼的企業(yè),僅在煉鋼、煉鐵、燒結(jié)三個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中,每年約產(chǎn)生180億m3煙氣和7萬(wàn)t粉塵。粉塵來(lái)源和噸鋼粉塵發(fā)生量見(jiàn)表1。1.2對(duì)車間環(huán)境的影響眾多鋼廠除塵和運(yùn)行維護(hù)投入始終跟不上鋼鐵產(chǎn)能的擴(kuò)展,采用的除塵技術(shù)和裝備水平也相對(duì)落后,爐窯類一次和二次除塵系統(tǒng)能力有限。當(dāng)轉(zhuǎn)爐、電爐等在加料兌鐵或出鋼時(shí)所產(chǎn)生的陣發(fā)性煙氣導(dǎo)致了車間環(huán)境的嚴(yán)重污染和廠房冒煙。造成廠房冒煙現(xiàn)象的因素還有:如目前煉鋼采用大量經(jīng)壓縮打捆、打包的廢鋼,這些廢鋼中含有可燃物,大部分以碳?xì)浠衔锏男问酱嬖?如油漆、塑料、油脂等,也有電鍍、鍍錫的金屬件。這些可燃物燃燒時(shí)吸入周邊空氣,在轉(zhuǎn)爐、電爐兌鐵加料期間連續(xù)產(chǎn)生可燃?xì)怏w,一旦離開(kāi)爐子后便與環(huán)境空氣接觸,在爐口上方引起燃燒,使化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能,煙氣溫度迅速上升,增加了總的煙氣發(fā)生量,而此時(shí)除塵系統(tǒng)的能力不能滿足瞬間的煙氣捕集,導(dǎo)致車間環(huán)境污染和廠房冒煙。2重要技術(shù)和可執(zhí)行措施2.1創(chuàng)新的開(kāi)發(fā)裝置通常煙氣中的較大顆粒經(jīng)車間大空間后得到沉降,能通過(guò)廠房外逸的一次顆粒絕大多數(shù)為PM2.5細(xì)顆粒。典型的電爐煙塵在廠房頂處的平均顆粒度如表2所示。創(chuàng)新的廠房三次除塵裝置見(jiàn)圖2。廠房三次除塵裝置通常由廠房氣樓集成罩(或屋頂煙罩)與切換閥門(mén)組成,其作用:一是對(duì)有污染源的廠房進(jìn)行封閉,改變?cè)袖搹S靠氣樓自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)模式,防止PM2.5從廠房屋頂外逸;二是可以有效捕集PM2.5;三是可進(jìn)行除塵抽氣和機(jī)械排風(fēng)的切換,以達(dá)到鋼廠熱車間的通風(fēng)換氣目的。廠房三次除塵技術(shù)最早應(yīng)用在寶鋼集團(tuán)的轉(zhuǎn)爐項(xiàng)目上,廠房頂上沒(méi)有了可視煙氣,如今已有10多套轉(zhuǎn)爐采用了這一新技術(shù)。2.2袋式除塵器過(guò)濾效率的分析轉(zhuǎn)爐和高、燒、焦等爐窯產(chǎn)生的煙粉塵特性呈多樣性和復(fù)雜性,煙氣治理技術(shù)向干法除塵發(fā)展。鋼鐵業(yè)需要淘汰落后的小爐窯,除塵系統(tǒng)將隨爐窯向規(guī)?；l(fā)展,除塵器向大型化發(fā)展。鋼廠煙囪林立,實(shí)現(xiàn)PM2.5細(xì)顆粒物排放控制的重任將由高效袋式除塵器擔(dān)當(dāng)。袋式除塵器過(guò)濾效率可高達(dá)99.99%,它是治理PM2.5細(xì)顆粒物排放的最常用、最可靠、最有效的除塵設(shè)備。但從目前的使用效果和過(guò)濾效率來(lái)看還有差距,存在清灰力度過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱,除塵器進(jìn)風(fēng)氣流組織差,過(guò)濾風(fēng)速和濾料選用不當(dāng),花板、袋籠和濾袋加工制作工藝簡(jiǎn)陋粗糙,施工安裝馬虎,設(shè)備漏風(fēng)較大等問(wèn)題。要解決好上述問(wèn)題,除熟悉和掌握先進(jìn)除塵工藝技術(shù)外,還應(yīng)突破傳統(tǒng)袋式除塵器的設(shè)計(jì)與加工制造技術(shù)。2.2.1脈沖噴吹清灰技術(shù)影響除塵器過(guò)濾效率的因素較多,煙粉塵通過(guò)濾袋外表面的一層粉塵層進(jìn)行過(guò)濾,剛投入使用的新濾料其過(guò)濾效率相對(duì)來(lái)說(shuō)是較低的,隨著積聚在濾袋上的粉塵層增厚,除塵效率將逐步上升,此時(shí)也伴隨著濾袋阻力的上升,當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)需進(jìn)行脈沖噴吹清灰,以降低除塵器運(yùn)行阻力。過(guò)去人們?yōu)樽非鬄V袋阻力越小越好的目標(biāo),通常采用強(qiáng)力噴吹或增加清灰頻率,但強(qiáng)力噴吹的結(jié)果使濾袋外表面附著的一層高精度過(guò)濾的粉塵層被破壞,PM2.5細(xì)顆粒物容易穿過(guò)濾袋進(jìn)入大氣,而過(guò)多清灰的結(jié)果導(dǎo)致濾料使用壽命縮短。要控制PM2.5,不宜采用強(qiáng)力噴吹或過(guò)多清灰方式,應(yīng)開(kāi)發(fā)一種清灰力度適中、噴吹分布均勻、濾袋阻力適中的高效柔性清灰技術(shù)。2.2.2局部進(jìn)風(fēng)管道設(shè)置不合理目前使用的除塵器進(jìn)風(fēng)形式有:下進(jìn)風(fēng)(灰斗進(jìn)風(fēng)),側(cè)面進(jìn)風(fēng),中間進(jìn)風(fēng)等形式。從現(xiàn)場(chǎng)使用情況反饋來(lái)看,不良的除塵器容易出現(xiàn):除塵器各倉(cāng)室進(jìn)風(fēng)量分配不均,局部風(fēng)速過(guò)高、阻力上升,造成過(guò)高氣流對(duì)濾袋的沖涮磨損,而且風(fēng)速過(guò)高會(huì)導(dǎo)致灰斗內(nèi)產(chǎn)生渦流,造成粉塵的二次飛揚(yáng);局部進(jìn)風(fēng)管道風(fēng)速過(guò)低,易造成管道積灰堵塞。研發(fā)除塵器進(jìn)風(fēng)氣流場(chǎng)分布技術(shù),采用Fluent軟件和三維設(shè)計(jì)(圖3),能夠知悉導(dǎo)流前后氣流分布情況,提前消除上述缺陷,使氣流場(chǎng)導(dǎo)流設(shè)計(jì)更為科學(xué)合理,同時(shí)延長(zhǎng)濾袋壽命和降低結(jié)構(gòu)阻力。2.2.3器花板和濾袋加工設(shè)計(jì)不合理眾所周知,除塵器整體加工制作裝備水平和施工安裝質(zhì)量的優(yōu)劣,決定了設(shè)備漏風(fēng)率的大小。而除塵器花板和濾袋的加工制作則未引起足夠的重視,細(xì)小的誤差將會(huì)導(dǎo)致PM2.5從灰倉(cāng)進(jìn)入上箱體。圖4所示是采用激光數(shù)控切割機(jī)工藝進(jìn)行花板制作,圖5所示是采用熱熔工藝縫制濾袋,這些工藝技術(shù)將有助于對(duì)產(chǎn)品加工制作的精度控制以防止PM2.5細(xì)顆粒物的穿透,滿足更嚴(yán)的環(huán)保排放要求。2.2.4高效水刺復(fù)合濾料的制備濾料研發(fā)進(jìn)展較快,普通濾料能滿足對(duì)PM10顆粒物的有效過(guò)濾,對(duì)PM2.5顆粒物的過(guò)濾效率則較低。要有效過(guò)濾PM2.5,應(yīng)結(jié)合鋼廠不同生產(chǎn)工藝下的氣體參數(shù)和除塵工藝要求,選用性能優(yōu)、穩(wěn)定性好的水刺氈濾料、新型涂層濾料、腹膜濾料、水刺氈+腹膜濾料等優(yōu)等濾料。圖6為水刺PPS,水刺濾料表面無(wú)須經(jīng)過(guò)燒毛,孔徑小、分布均勻,非常利于過(guò)濾細(xì)顆粒粉塵,后處理應(yīng)用PTFE納米涂層技術(shù)。圖7所示是針刺PPS,其針刺表面孔徑大,需要經(jīng)過(guò)燒毛處理,空隙宜被燒毛處理后堵塞。2.2.5發(fā)展超壓器技術(shù)除塵器過(guò)濾風(fēng)速的高低,與粉塵性質(zhì)、過(guò)濾精度、濾袋阻力和設(shè)備的一次投資等有關(guān)。通常在一定的條件下,過(guò)濾風(fēng)速低,則濾袋阻力低,過(guò)濾精度就高。目前就鋼廠煙囪林立、煙塵排放密集的情況下,要治霾應(yīng)先控制前體污染物,在采用先進(jìn)的袋式除塵基礎(chǔ)上,通過(guò)適當(dāng)降低過(guò)濾風(fēng)速來(lái)提高除塵器的過(guò)濾精度。隨著治霾工作的深入,除塵系統(tǒng)將向規(guī)?；l(fā)展,除塵器向大型化發(fā)展。新穎超長(zhǎng)袋脈沖除塵技術(shù)引起關(guān)注,開(kāi)發(fā)由6m長(zhǎng)袋向10m和12m的超長(zhǎng)袋技術(shù),優(yōu)點(diǎn)明顯,能滿足企業(yè)對(duì)除塵系統(tǒng)的擴(kuò)容需求,從而無(wú)需更改除塵器占地面積;同時(shí)又能降低濾袋過(guò)濾風(fēng)速以提高過(guò)濾精度和降低運(yùn)行阻力。圖8為12m超長(zhǎng)袋除塵實(shí)驗(yàn)裝置。2.2.6袋式除塵技術(shù)為消除燒結(jié)煙氣中的SO2和二噁英,人們采用各種形式的脫硫塔工藝,如循環(huán)流化床或旋轉(zhuǎn)噴霧吸收塔等,并向塔內(nèi)噴吹脫硫劑顆粒用以吸收SO2,脫硫劑顆?？梢詢?nèi)循環(huán)使用并在除塵器濾袋表面形成粉塵層,以提高除塵效率和再循環(huán)使用率;噴吹褐煤活性炭可以吸收煙氣中的二噁英和重金屬,但要達(dá)到符合排放的環(huán)保要求,還需通過(guò)袋式除塵。袋式除塵作為與干法和半干法脫硫塔組合使用的末端凈化裝置,其設(shè)計(jì)與脫硫塔工藝關(guān)聯(lián)密切,德國(guó)許多鋼鐵公司如迪林根鋼鐵公司、薩爾茨吉特公司以及蒂森克虜伯歐洲分公司等,采用了EFA流化床工藝(曳流式吸收塔工藝),而我國(guó)前期則較多采用了SDA旋轉(zhuǎn)噴霧工藝。2.2.7高效均流噴吹技術(shù)引進(jìn)消化薄板型提升閥技術(shù),實(shí)現(xiàn)離線三狀態(tài)消灰;采用大流量脈沖閥和大容量?jī)?chǔ)氣的噴吹組合技術(shù);開(kāi)發(fā)帶有弧形誘導(dǎo)口的高效均流噴吹管技術(shù),實(shí)現(xiàn)雙誘導(dǎo)氣流的噴吹清灰;開(kāi)發(fā)電改袋技術(shù)以及電凝聚器除塵技術(shù)等。3袋式除塵治嘴唇鋼鐵企業(yè)是一個(gè)“大進(jìn)大出”的污染大戶和資源消耗大戶,我國(guó)目前還不是鋼鐵強(qiáng)國(guó),特別是環(huán)保裝備水平和環(huán)保治理深度上與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)相比還存在較大差距,面臨著全民關(guān)注的PM2.5排放和呼吸