張瑞新^1、5  孫潔^1、2  高言^2、4   于孟晗²  付磊³  郝立強^1、5

（1. 柯美瑞（唐山）環保科技有限公司， 2. 華北理工大學， 3. 北京首鋼股份有限公司 河北 遷安， 4. 河鋼唐鋼二鋼軋廠，5.唐山睿澤爾科技有限公司）

摘  要：藍天，碧水，潔凈的空氣已經深入到社會的每一個角落，環境治理刻不容緩。目前，熱軋生產在軋制過程中，冶金企業也會產生大量的氧化鐵粉、油霧、蒸汽、氣體等，由氣體排放造成的污染，非結構化的粗軋機和精軋機、回火軋機煙氣凈化排放標準的收集，不僅是環境治理所必需的，而且要改善操作人員的工作環境，保證身體健康所必需的，是企業始終堅持不懈的需要。 本文在引進和吸收國外先進技術的基礎上，自主研發“多級粉塵分離系統”，應用粒度生長，顆粒團聚，攔截技術，可有效實現超低排放，煙氣后除塵不僅能使除塵效果達到超低排放，阻力小，使用壽命長，且施工成本、運行成本和維護成本低。

關鍵詞：環境治理；多級塵霧分離；粒徑增長；顆粒凝聚

冶金企業熱軋生產過程產生大量的氧化鐵粉、油霧、水蒸汽和煙氣等無組織排放污染環境，如何將粗軋機、精軋機、平整機煙氣收集凈化達標排放，是需要各個企業始終堅持不懈的工作。除了遵循國家統一標準外，各地政府部門的要求也不盡相同，但污染源點的除塵升級改造、提高煙氣捕集率、開展精細化環境管理，確保污染物穩定達標排放，是各個企業亟待解決的難題。

現在許多工業除塵方式被廣泛應用在各生產廠家，其中，袋式除塵器很早就在各工業部門中應用，該設備主要通過除塵布袋收集粉塵，它通過對含塵氣體進行重力沉降、篩濾、慣性力以及熱運動的作用，實現對非粘結非纖維性的工業粉塵和揮發物的捕集，捕獲粉塵微粒可達到0.1微米。但是，當它用于處理含有水蒸氣的氣體時，就會出現結露問題，無法實現凈化效果。靜電除塵主要用來分離工業廢氣排放中含有顆粒粉塵和細微粉塵。能處理高溫、高濕煙氣。它的除塵效率高，處理分量大，運行阻力低。但是，這種除塵器設備效果不是很理想，加上目前國家工業廢氣污染排放指標上升，其生產工藝已經不能滿足相應的標準。濕式除塵器用水作為除塵介質，除塵效率高。但是，其能耗高，會產生廢水，容易造成二次污染；在處理高溫氣體時，會形成白煙，不利于擴散。

目前，各鋼鐵公司軋機除塵大多采用塑燒板除塵器的方法，該除塵系統主要由吸塵罩、吸塵管路、塑燒板除塵器、風機、煙囪等幾大部分組成^[1]。系統運行過程存在塑燒板老化、堵塞問題，運行阻力大大增加，崗位工況環境極差，無奈只能被迫拆除部分塑燒板降阻運行。更換新塑燒板，投資費用高，不僅增加企業生產運行成本和勞動強度，而且不能徹底改變崗位工況環境，也很難滿足現在的環保政策，實現超低排放的達標排放要求。

1  基于Kimre 的“多級塵霧分離系統”治理方案

美國Kimre公司創建于1973年，位于美國佛羅里達州邁阿密。四十多年來提供具有專利的、高性能的交織型絲網結構的產品，為空氣污染控制及液體分離產品帶來了重大技術變革^[2]。Kimre復合式絲網除霧方案利用高效“交織網狀結構”對流體分離及空氣污染控制是一次革命^[3]，在質熱傳遞、除微粒和除霧方面遠遠優于常規塔填料、屋脊型除霧器及絲網除霧器，尤其針對1～5μm粒徑，去除率達99%。

1.1  高效“交織網狀結構”組成原理

1.1.1  階梯狀結構

獨特階梯狀結構使其空隙率高達94%～97%，同等工況下，不堵塞，壓降要比傳統絲網除霧器減少25%，過濾效率達90%，遠高于普通除霧器，其剖面結構如圖1所示。

圖1  高效“交織網狀結構”剖面結構

1.1.2 除塵、除霧原理

采用復合階梯狀結構設計理念，主要利用了擴散、攔截及碰撞原理, 對微米級顆粒物進行有效的去除^[4]，對1～5μm粒徑的顆粒物攔截效果，遠遠高于其他類型除霧器。如圖2所示。

圖2  高效“交織網狀結構”絲網除霧器的除塵、除霧原理             

1.2  “多級塵霧分離系統”

柯美瑞（唐山）環保科技有限公司在應用 Kimre 產品的同時，結合該公司的經驗技術，自主開發研制的“多級塵霧分離系統”，鑒于現場排放物顆粒粒徑分布范圍很大，甚至含有亞微米級的顆粒物，因此需選用孔徑大小不同的絲網多層基材組合設計，在保證攔截效率的基礎上，兼顧避免液泛現象的產生、兼顧該絲網除霧器整體壓力損失，設計了以不同孔徑的各種多級絲網組合，圖3、圖4、圖5，針對不同風量、不同的排放要求的現場工況，分別給出了（4+2+2不同孔徑的多級絲網組合）、（4+4+2不同孔徑的多級絲網組合）和（4+6+4不同孔徑的多級絲網組合），形成“多級塵霧分離系統”，應用粒徑增長、顆粒凝聚、攔截技術，能有效實現除塵后煙氣超低排放，不僅能使除塵效果達到超低排放、阻力小、使用壽命長。

圖3  4+2+2不同孔徑的多級絲網組合形成“多級塵霧分離系統”

該4+2+2不同孔徑的多級絲網組合，由4層粗糙孔徑+2層精細孔徑+2層粗糙孔徑的絲網組合在一起，對風量一般，排放要求較高的工況，具體結構依據現場工況計算。

圖4  4+4 +2不同孔徑的多級絲網組合形成“多級塵霧分離系統”

該4+4+2不同孔徑的多級絲網組合，由4層粗糙孔徑+4層精細孔徑+2層粗糙孔徑的絲網組合在一起，對風量較大，排放要求較高的工況，具體結構依據現場工況計算。

圖5  4+6+4不同孔徑的多級絲網組合形成“多級塵霧分離系統”

該4+6+4不同孔徑的多級絲網組合，由4層粗糙孔徑+6層精細孔徑+4層粗糙孔徑的絲網組合在一起，對風量更大，排放要求更高的工況，具體結構依據現場工況計算。

同時，具有建設成本少、運行費用和維護費用低，與塑燒板除塵器對比見表1。該方案中，整體攔截裝置由特殊的金字塔型立體結構單元組成，根據顆粒物粒徑大小，組成若干粒徑范圍的除霧器組合，常規攔截2μm以上粒徑范圍的顆粒物，效率高達95%以上。

表1：KIMRE多級塵霧分離系統與塑燒板除塵器對比

1.3 主要技術參數

除塵系統參數見表2。

表2：除塵系統參數

風機技術參數見表3。

表3：風機技術參數

1.4 研究方案

目標為使除塵煙氣達到排放指標≤10mg/m³，滿足環保達標排放要求。根據現場的調查情況，為了滿足現階段的環保要求以及將來更嚴格環保指標要求，經分析和研究提出以下整體改造思路和方案。

1.4.1  方案改造思路

經過現場調研中發現的問題和缺陷主要對以下兩個方面進行改造和維修優化：

⑴將原有塑燒板除塵器改造成新建“多級塵霧分離系統”，以達到降低系統阻力、降低運行和維護成本、滿足環保指標要求；

⑵嚴格計算各產塵點的風量，優化設計或改造吸塵罩及部分吸塵管路的結構和布局，改善吸塵效果和降低系統阻力。

1.4.2實現10mg/m³的超低排放標準方案

系統實現性能保證的前提條件

* 該設備的運行溫度小于70℃

* 設備入口的顆粒物濃度≤1000mg/m³

* 設備運行期間，確保水系統的壓力和正常運行

* 電源保證380V，140kW

* 新水補給流量：12-16t/h，壓力：0.6MPa

* 濁水排放量：6-8t/h

    實現10mg/m³的超低排放的主要設備見表4。

表4：柯美瑞多級塵霧分離系統（10mg/m³方案）主要產品規格

2   KIMRE多級塵霧分離系統在熱軋應用效果

2018年11月份委托唐山永正環境監測有限公司（第三方檢測機構）對KIMRE多級塵霧分離系統在熱軋應用效果進行檢測，該裝置安裝在唐山建龍特殊鋼有限公司一軋、二軋廠。由檢測報告顯示一軋、二軋軋機除塵廢氣排放口顆粒物濃度均未超出10mg/m³（見表5）攔截效果非常顯著。

表5：軋機除塵廢氣排放口顆粒物濃度檢測數據

2020年5月份委托寧夏兩家監測公司（第三方檢測機構）對KIMRE多級塵霧分離系統在熱軋應用效果進行檢測，該裝置安裝在寧夏申銀鋼鐵有限公司棒材廠。由檢測報告顯示軋機除塵器入口和廢氣排放口顆粒物濃度（見表6）攔截效率達到了98.8%。

表6：軋機除塵廢氣排放口顆粒物濃度檢測數據

3  結論

經過熱軋廠煙氣收集凈化現場在用的檢驗結果，驗證了該方案的可行性，并且運行成本非常低，后續維護量非常小。使用該系統替代傳統的塑燒板除塵器，同時配備高效水噴淋裝置，徹底改變熱軋生產車間的勞動環境。

參考文獻

[1]  劉奕琳.新型復合式除霧器的設計與優化研究[D].華中科技大學,2017.

[2]  王文燕.提高折流板除霧器對細霧滴脫除性能研究[D].東南大學,2018.

[3]  劉鵬飛.金屬絲網濾清器阻力特性預測方法研究[D].哈爾濱工程大學,2013.

[4]  王力騰,張麗麗,蔡晶等.一種高效離心式除霧器的數值模擬研究[C].2017,環境工程2017增刊2下冊.