摘要
本文對比了在超低排放的背景下的各除塵技術對鋼鐵行業燒結工況的煙氣凈化的適應性，提出了其最佳可行技術，即均流式電除塵器技術，闡述了該技術的原理及特點，重點介紹了山西某廠新建245m2電除塵器配套采用均流式電除塵器技術方案，設備運行半年后，性能測試結果表明均流式電除塵器出口顆粒物的排放濃度穩定小于15mg/Nm3 。均流式電除塵器在鋼鐵行業燒結上的成功應用，驗證了其除塵效率高，運行費用低、經濟性好、使用方便且無二次污染，可以降低除塵設備電耗，減少排污費，具有良好的經濟效益和社會效益。
前言
鋼鐵行業提煉鐵礦石的生產工藝主要有燒結法和球團法兩種。鋼廠燒結工藝是鋼鐵生產過程中的重要環節，主要目的是將鐵礦粉、石灰和燃料等原材料混合后，通過加熱處理形成強度高、粒度好的燒結礦，作為煉鐵的熟料。
鋼鐵燒結以有效燒結面積的變化來衡量，我國燒結機已走完了從數十平米到六百平米以上的大型化道路，一百平米以下的燒結機絕大多數己經淘汰出局。在此基礎上帶動了環冷機、混合機、除塵器、風機、振動篩等相關設備也向大型化方向發展。在設備大型化的同時，自動化水平也取得了長足的發展，為生產效率的快速提升起到引領作用。鋼鐵燒結主要原料為鐵精粉和煤。由于煤中含硫，所以燒結會排放出有害氣體產物二氧化硫，必須進行煙氣脫硫處理。其他氣體排放物主要為氮的氧化物和二氧化碳。
鋼鐵燒結煙氣凈化一般配套為靜電除塵器。靜電除塵器的除塵效率受到煙氣溫度和濕度、粉塵特性、設備結構和操作條件等各種因素的綜合影響。鋼鐵燒結粉塵排放通常在100mg/Nm3 以上，依現在環保政策，屬于超標排放。造成除塵器超標排放的主要因素有：
技術不足：除塵器技術不達標或技術研發不足，難以達到國家規定的排放標準，部分生產廠家為了節省成本，選用質量較差的材料來制造除塵器，導致除塵效率下降，無法達到預期性能；設備老化：除塵器設備老化，漏風腐蝕嚴重，導致濃度排放不達標；運行管理不當：日常生產操作中對設備的運行管理不規范，如操作不當或管理疏忽，都可能影響除塵器的正常運行和除塵效率。
鋼鐵行業燒結機頭煙氣凈化的除塵工藝分析
目前，燒結煙氣治理采用的高效除塵主要有電除塵、袋式除塵。
電除塵技術具有除塵效率高，阻力損失小，處理煙氣量大，耐高溫和耐腐蝕和操作運行穩定等優點。廣泛地應用于煙氣溫度在250℃以下的電力、冶金、建材等行業。研究表明，在控制煙塵進口濃度小于50g/m3時，選用電除塵器設備運行費用低、經濟性好、使用方便且無二次污染；當要求煙塵排放濃度小于30mg/m3 時，由于電除塵器收集微細粉塵效率很低，需要較大的比集塵面積，而且鋼鐵燒結煙氣中二氧化硅和氧化鈣等堿物質含量高達50%以上，比電阻高，易產生反電暈，所以常規電除塵器結構形式難以長期穩定滿足排放限值低于30mg/Nm3 。近幾年來國內外在電除塵器的應用上采用了許多新技術（優化供電、預荷電、 煙氣調質、低低溫等），在一定條件下可提高除塵效率、降低煙塵排放濃度，但是很少有排放低于30mg/m3 的應用實例報道。
根據研究和實際運行情況看，袋式除塵器適用于含塵濃度較低的煙氣工況，通常要求入口濃度低于20g/m3 。入口濃度越高，除塵器阻力越大，引風機能耗升高，且高濃度粉塵對濾袋沖刷嚴重，導致濾袋提前破損。鋼鐵燒結配套除塵器入口粉塵濃度高達50g/Nm3 大大超出袋式除塵允許的濃度范圍，設備阻力高。燒結爐啟停爐時或故障時瞬時溫度會超過300℃，而袋式除塵器的耐高溫能力有限，高溫對布袋過濾料易造成損壞，此外濾袋受熱后會發生膨脹，進而引起濾袋和管板之間的間隙變大，使粉塵從間隙通過而不被過濾，最終導致除塵效果下降。同時燒結粉塵粘性強、濕度大，對化纖濾袋的封堵嚴重，將大幅縮短濾袋壽命。因此采用袋式除塵技術也難以保證長期穩定超低排放。
均流式靜電除塵器除塵技術突破了原有電除塵技術的弱點制約，通過在常規電除塵結構和工藝上進行突破或創新，極板采用W型結構形式，增大了設備收塵面積，同時使用了創新的極配形式，保證設備排放濃度穩定長期低于30mg/m3水平，是目前實現鋼鐵行業煙氣超低排放的最佳可行技術。
均流式靜電除塵技術
技術原理
均流式靜電除塵技術源于我公司在計算流體力學（CFD）方面的技術優勢，借助大型超級計算工作站，采用先進的優化算法，在靜電除塵提效優化模式上，對現有靜電除塵器電場和流場進行優化仿真，得出了最優的陽極板結構和極板間配合模式，使得靜電除塵器性能大幅度提升。同時通過合理控制煙氣流動方向、實現蛇形流場，使粉塵四次荷電再穿越，延長粉塵停留時間，增大收塵效率，通過合理布置擾流部件增加局部湍流，促使顆粒聚合。
技術特點
1）一體化通透式極板結構：
①增大收塵面積；②板排結構強度好；③振打加速度高，清灰效果好。
2）卡門渦街導流裝置
以流場模擬為前提，卡門渦街導流裝置與均流式陽極板配合設計，使得均流式電場中煙氣多次穿過極板，粉塵多次吸附，形成多級蛇形流場，延長粉塵停留時間，增加極板的有效利用率。
3）C、W型極板結構，有效抑制二次揚塵
4）均流式陽極板不僅兩端有C型防風槽設計，而且每個W型尖端圓弧也起到防風槽作用，收集粉塵不受主氣流的沖刷，且收塵區域風速低，有效減少二次揚塵。同時蛇形流場多級吸附，逐級遏制二次揚塵。
5）均流極板與新型芒刺線的極配型式，板排結構強度好。
6）均流電場根據流場模擬，選用最佳的極配形式，使電場強度均勻分布，平均電場強度增強，驅進速度提高，使得均流電場可適應更高的比電阻范圍，即：（10圖片~10圖片Ω.cm）
工藝流程
均流式靜電除塵技術是在一體化通透式陽極板和配套的極線組件共同作用下，使得均流電場中煙氣多次穿過極板、粉塵多次吸附，在多次穿過極板過程中煙氣改變了風向、疊加了風速，粉塵在煙氣中粘性阻力做功距離縮小，有效驅進速度大幅度提升，停留時間增加；在配套的極線組件作用下，增強了除塵器內部的湍流流場，使得小顆粒更容易團簇成大顆粒。
工程應用
項目概況
以山西某廠燒結機機頭新建 JL245-Ⅳ電除塵器設備工程為例，該燒結機配套2臺電除塵器，改造前燒結機配套的185m2電除塵器不能正常工作，排放嚴重超標。應用戶要求，且排放達到國家標準，改造完成后保證電除塵器出口排放濃度＜30 mg/Nm3。基本工藝數據如下：入口煙氣，660000 m3/h；入口煙氣溫度，110-180℃；入口煙氣負壓，-18000 Pa。
設計參數
表1 均流式除塵器設計參數
技術方案
總體說明
通過資料收集、摸底測試及現場踏勘等方式，并針對燒結機粉塵特性，通過對各種除塵器技術的特點和改造效果進行經濟技術對比，在滿足場地布置的前提下，我公司提出除塵機理科學、投資合理、運行費用低的均流式電除塵器方案。該方案實施后，可以使煙塵排放濃度≤30mg/Nm3，保證達標排放，同時會給企業帶來良好的經濟效益及巨大的社會效益。
均流式電除塵技術不但兼備了電除塵的固有優點，如投資省，節能，前級效率高，同時具有布袋除塵高效達標的優點，還克服了兩者的固有毛病，如克服了平板電除塵器難以收集高比電阻粉塵及二次飛揚的瓶頸，也沒有布袋存在的阻力大能耗高和維修費用大，以及換下壞袋產生的二次污染難題。
具體改造內容
（1）拆除原除塵器。
（2）通過全系統CFD流場模擬進行新建電除塵及管道系統布置。
（3）新建除塵器采用箱梁式結構,同時優化絕緣件保溫加熱效果,重點提升平均振打加速度。
（4）供電高壓電源選用大功率三相高頻電源,高低壓控制采用上位機自動控制。
（5）將第一、二電場陽極板配置480C型板，極線更換為RS新型芒刺線；將第三、四電場陽極板配置為高效SS480，陰極線更換為RS新型芒刺線；根據CFD流場模擬，加裝卡門渦街裝置。
技術工程施工及運行效果
項目于2020年7月開工，2020年9月完成均流式電除塵器的安裝并順利投運，自投運起，運行半年后，經檢測機構兩次檢測，出口排放濃度均：＜15mg/Nm3。檢測報告如下：
結論
根據性能測試數據，結合均流式除塵器固有的特點，鋼鐵燒結采用均流式除塵技術不僅可以長期穩定可靠實現超低排放，而且可以大大降低了新建和改造的成本，降低電耗，減少排污費，具有良好的經濟效益。均流式除塵技術在鋼鐵燒 結高溫煙氣治理領域的成功應用，同時通過中國環境科學學會組織的成果鑒定，為實施煙塵超低排放提供了一種新技術。對于改善大氣環境質量、提高人民生活質量和促進經濟可持續發展將起到積極促進作用。
