炼钢车间环境除尘系统的设计探讨.pdf

2023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER炼钢车间环境除尘系统的设计探讨方向1，李黎2（1.中冶赛迪工程技术股份有限公司；2.重庆赛宝工业技术研究院有限公司，重庆 400031）【摘要】钢铁产业是国民经济的重要支柱产业，采取适宜的治理措施和有效的管理手段，可以解决其带来的环境污染问题。依据炼钢工业的相关环保标准，探讨除尘系统的设计理念，比选除尘系统的设计方案，为工程化应用提供参考。小除尘系统的烟尘捕集率和管网阻力平衡效果较好，将多个小系统合并成一个大系统，可节省用地和投资约20%。【关键词】炼钢；除尘；超低排放；工程应用【中图分类号】X324【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2023）04-0104-03 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Discussion on the Design of Dedusting System in Steelmaking WorkshopFANG Xiang1,LI Li2(1.CISDI Engineering and Technology Co.Ltd.;2.Chongqing Ceprei Industrial Technology Institute Co.,Ltd.,Chongqing 400031,China)【Abstract】The iron and steel industry is an important pillar industry of the national economy,and the environmental pollution problems it brings can be solved by adopting appropriate control measures and effective management means.Based on the relevant environmental protection standards of the steelmaking industry,the paper discusses the design concepts of the dedusting system,compares the design options,and provides references for engineering applications.It concluded that the dust capture rate and pipe network resistance of the small dedusting system are better,and the land and investment can be saved by about 20%when combining several small systems into one big system.【Keywords】steelmaking;dedusting;ultra-low emissions;engineering applications前言钢铁产业是国家的重要支柱产业，在经济建设、社会发展和稳定就业等方面做出了巨大贡献，但是，钢铁产业的粗放式发展会带来环境污染等一系列问题。采取适宜的治理措施和有效的管理手段，可以解决其带来的环境污染问题，助力钢铁产业的绿色健康发展。炼钢的主体设备通常采用转炉或电炉，在工艺生产和物料转运过程中产生大量烟尘，外逸的烟尘会对作业场所和大气环境造成污染1。转炉一次除尘属于煤气净化回收范畴，对颗粒物浓度和煤气热值有要求，电炉一次除尘对限制颗粒物和二噁英排放有要求，两者都是工艺除尘。除去转炉或电炉的一次除尘之外，为炼钢其他设备及物料转运设施设置的除尘，通常划归为环境除尘，仅对颗粒物排放浓度有限制要求。关于环境除尘系统的数量、每个系统的处理风量、所涵盖的尘源点及除尘设备区的布置，各个单位的设计理念不同，甚至单位内部人员的设计习惯也存在差异。以炼钢工业的相关环保标准为依据，探讨炼钢车间配套的环境除尘系统设计理念，分析对比小除尘系统和大除尘系统两种设计方案，为工程化应用提供参考。1 基本要求1.1 排放政策根 据炼 钢 工 业 大 气 污 染 物 排 放 标 准 （GB 286642012）中对大气污染物特别排放限值的要求，铁水预处理（包括倒罐、扒渣等）、转炉（二次烟气）、电炉、精炼炉等生产工序和设施，颗粒物排放浓度限值为15 mg/m3。根据 关于推进实施钢铁行业超低排放的意见（环大气 2019 35号），有组织排放的主要污染源（铁水预处理、转炉二次烟气、电炉、石灰窑、白云石窑）的颗粒物排放浓度小时均值原则上不高于 10 mg/m3。与“超低排”相呼应，各地陆续出台了执行“超低排”甚至严于“超低排”的地方性标准。至此，对于环境除尘系统（有组织排放）的颗粒物浓度，按不高于10 mg/m3进行规划和设计，已达成共识。1.2 排放口分类根据 排污许可证申请与核发技术规范 钢铁工业（HJ 8462017），废气排放口分为主要排放口和一般排放口，转炉二次烟气和电炉一次烟气为主要排放口，其他为一般排放口。电炉四孔的年排放许可量按规范中的公式进行计算，150 万 t 产能时，颗粒物年排放许可量为16.8 t。需要在各个环节严格把控，才能保证不超过此许可量。若将四孔、密闭罩和屋顶罩合并为一个系统，合并后的系统应按主要排放口计算，则无法满足上述规范要求，因此，需要为电炉四孔烟气单独设置一个除尘系统。同样的道理，转炉二次烟气也应单独设置为一个除尘系统，有时也将吹氩喂丝站除尘（抽风量较小）纳入其中。2 设计方案2.1 小除尘系统对于转炉炼钢车间，环境除尘通常包括铁水预处理（含倒罐、扒渣等）除尘、转炉二次除尘、三次除尘、精炼及辅助设施除尘、连铸除尘等系统。对于电炉炼钢车间，环境除尘系统通常包括电炉二、三次除尘、精炼及辅助设施除尘、连铸除尘等系统，除尘系统的处理风量一般控制在150 万m3/h以下。环境除尘系统工艺流程为：各除尘点吸尘罩除尘管道除尘器风机排气筒。在主要产尘点的抽风口管道上设置电动蝶阀，根据工艺生产情况调节阀门的启闭。根据需要，在其余上料及加料系统的除尘管道上设置手动蝶阀，用于系统风量平衡一次性调节。2.2 大除尘系统对于没有排放口分类限制的海外工程，或者排污许可证申请与核发技术规范 钢铁工业（HJ 8462017）规范实施之前的国内工程，存在将众多产尘点的管道汇合到一起，设置成大除尘系统的情况。对于转炉或电炉车间，根据工艺设备的规格和数量，将环境除尘整合成12个大系统，每个系统的风量通常在200 万m3/h以上，风机设置为2用1备或者3用1备。在除尘工艺流程以及阀门设置情况方面，大除尘系统方案与小除尘系统方案基本相同。大除尘系统方案所涵盖的产尘点过多，各个支路的阻力难以平衡，对于严控的产尘点、物料转运产尘点（管径小）以及距离除尘器较远的产尘点非常不利，故在这些除尘管道上应设置增压风机。为了缓解粉尘对增压风机的磨损，还需要在增压风机的上游设置预除尘器（旋流式或沉降式）。需要考虑增压风机的安装位置，定期清理预除尘器收集的粉尘。3 方案比选3.1 方案分析确定除尘系统的数量、每个系统的风量分配和设备区的布置方式等，是除尘系统规划和设计最初也是最为重要的环节，此环节稳定以后，才能开展能源介质和土建配套，进一步确定设备规格参数和工程量。小除尘系统方案是环境除尘的常规方式，国内应用较多，技术成熟，各系统之间无干扰，每个系统所涵盖的产尘点较少，系统阻力平衡效果较好，通常不需要设置增压风机及预除尘器。大除尘系统方案为国外同行所推崇，其显著特点是：风机之间可互为备用，减少风机故障对工艺生产的影响；除尘设备区占地少，节约用地，节省投资。以上两种环境除尘系统的设置方案，在产尘点性质和数量相同的前提下，除尘系统的处理风量和阻力基本相同，风机和阀门等主要设备的配置接近。在净化设备（除尘器）参数相同的前提下，除尘效率和颗粒物排放浓度相同。3.2 对比及优化小除尘系统方案和大除尘系统方案的主要不同之处见表1。1042023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER的要求，铁水预处理（包括倒罐、扒渣等）、转炉（二次烟气）、电炉、精炼炉等生产工序和设施，颗粒物排放浓度限值为15 mg/m3。根据 关于推进实施钢铁行业超低排放的意见（环大气 2019 35号），有组织排放的主要污染源（铁水预处理、转炉二次烟气、电炉、石灰窑、白云石窑）的颗粒物排放浓度小时均值原则上不高于 10 mg/m3。与“超低排”相呼应，各地陆续出台了执行“超低排”甚至严于“超低排”的地方性标准。至此，对于环境除尘系统（有组织排放）的颗粒物浓度，按不高于10 mg/m3进行规划和设计，已达成共识。1.2 排放口分类根据 排污许可证申请与核发技术规范 钢铁工业（HJ 8462017），废气排放口分为主要排放口和一般排放口，转炉二次烟气和电炉一次烟气为主要排放口，其他为一般排放口。电炉四孔的年排放许可量按规范中的公式进行计算，150 万 t 产能时，颗粒物年排放许可量为16.8 t。需要在各个环节严格把控，才能保证不超过此许可量。若将四孔、密闭罩和屋顶罩合并为一个系统，合并后的系统应按主要排放口计算，则无法满足上述规范要求，因此，需要为电炉四孔烟气单独设置一个除尘系统。同样的道理，转炉二次烟气也应单独设置为一个除尘系统，有时也将吹氩喂丝站除尘（抽风量较小）纳入其中。2 设计方案2.1 小除尘系统对于转炉炼钢车间，环境除尘通常包括铁水预处理（含倒罐、扒渣等）除尘、转炉二次除尘、三次除尘、精炼及辅助设施除尘、连铸除尘等系统。对于电炉炼钢车间，环境除尘系统通常包括电炉二、三次除尘、精炼及辅助设施除尘、连铸除尘等系统，除尘系统的处理风量一般控制在150 万m3/h以下。环境除尘系统工艺流程为：各除尘点吸尘罩除尘管道除尘器风机排气筒。在主要产尘点的抽风口管道上设置电动蝶阀，根据工艺生产情况调节阀门的启闭。根据需要，在其余上料及加料系统的除尘管道上设置手动蝶阀，用于系统风量平衡一次性调节。2.2 大除尘系统对于没有排放口分类限制的海外工程，或者排污许可证申请与核发技术规范 钢铁工业（HJ 8462017）规范实施之前的国内工程，存在将众多产尘点的管道汇合到一起，设置成大除尘系统的情况。对于转炉或电炉车间，根据工艺设备的规格和数量，将环境除尘整合成12个大系统，每个系统的风量通常在200 万m3/h以上，风机设置为2用1备或者3用1备。在除尘工艺流程以及阀门设置情况方面，大除尘系统方案与小除尘系统方案基本相同。大除尘系统方案所涵盖的产尘点过多，各个支路的阻力难以平衡，对于严控的产尘点、物料转运产尘点（管径小）以及距离除尘器较远的产尘点非常不利，故在这些除尘管道上应设置增压风机。为了缓解粉尘对增压风机的磨损，还需要在增压风机的上游设置预除尘器（旋流式或沉降式）。需要考虑增压风机的安装位置，定期清理预除尘器收集的粉尘。3 方案比选3.1 方案分析确定除尘系统的数量、每个系统的风量分配和设备区的布置方式等，是除尘系统规划和设计最初也是最为重要的环节，此环节稳定以后，才能开展能源介质和土建配套，进一步确定设备规格参数和工程量。小除尘系统方案是环境除尘的常规方式，国内应用较多，技术成熟，各系统之间无干扰，每个系统所涵盖的产尘点较少，系统阻力平衡效果较好，通常不需要设置增压风机及预除尘器。大除尘系统方案为国外同行所推崇，其显著特点是：风机之间可互为备用，减少风机故障对工艺生产的影响；除尘设备区占地少，节约用地，节省投资。以上两种环境除尘系统的设置方案，在产尘点性质和数量相同的前提下，除尘系统的处理风量和阻力基本相同，风机和阀门等主要设备的配置接近。在净化设备（除尘器）参数相同的前提下，除尘效率和颗粒物排放浓度相同。3.2 对比及优化小除尘系统方案和大除尘系统方案的主要不同之处见表1。1052023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER从表1可以看出，采用小除尘系统方案时，各个系统或产尘点之间的干扰较小，便于运行和管理；大除尘系统方案的风机备用性较好，在设备占地和节省投资方面具有一定优势。为综合以上两个方案各自的优势，从提高设备备用性和节省占地面积的角度，对常规小除尘系统方案进行优化改进。对于单风机的小除尘系统，可在两个系统的除尘器入口管道上设置连通管和切断阀，当其中一个系统的风机出现故障时，临时启用连通管道，将故障系统的含尘气体导入另一个除尘系统进行净化处理，可避免因为烟尘无法捕集进而导致生产中断。对于双风机并联运行的小除尘系统，其自身具备一定的故障备用能力。为节省除尘设备区占地，可采取如下措施：如加粗加高布袋、横向或纵向增加仓室、将布袋更换为滤筒、将除尘器高架（风机和电机设于底部）等。还可采用套筒式排气筒来连接除尘器和风机，14台风机沿排气筒周向布置，解决除尘器、风机和排气筒依次平铺连接而导致连接管道多和占地面积大的问题，节省除尘设备区的占地面积2。4 结语根据炼钢车间的相关环保标准和除尘要求，确定除尘系统的数量、每个系统的风量分配和设备区的布置方式等，是除尘系统规划和设计最初也是最为重要的环节。从侧重于提高烟尘捕集效果和改善管网阻力平衡的角度出发，推荐小除尘系统方案；从节省用地和投资的角度考虑，推荐大除尘系统方案。采用小除尘系统方案时，可在两个系统的除尘器入口管道上设置连通管和切断阀，能力强的系统为能力弱的系统提供故障状态下的连通备用。为节省占地，可考虑对常规除尘设备区的布置方式进行优化。处理风量小的系统宜设置单台风机，处理风量大的系统宜设置两台并联风机。采用大除尘系统方案，在满足环保标准的前提下，将多个小系统合并成一个大系统，风量在200万m3/h以上，设置34台风机，在用地和投资方面均可节省约20%。参 考 文 献 1 王伟林，刘梦月，张秀凤.转炉炼钢除尘系统优化与改进 J.冶金动力，2019（10）：12-15.2 方 向.一 种 连 接 除 尘 器 和 风 机 的 套 筒 式 排 气 筒：202022270392.7 P.2021-06-08.收稿日期：2023-01-18作者简介：方向（1986-），男，高级工程师，硕士研究生，研究方向为暖通及环境治理。表1 炼钢环境除尘系统方案比对表序号123456789对比项目应用场景系统数量每个系统的风机数量支路阻力平衡产尘点抽风效果相互干扰增压风机及预除尘风机故障对生产的影响设备占地面积一次性投资小除尘系统常见转炉车间约5个；电炉车间约3个12台较好较小无单风机时影响大；双风机时影响小11大除尘系统部分国外工程，国内早期工程12个34台较差较大2处无0.80.8备注倍数关系倍数关系106