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鋼渣煙氣處理
鋼渣是轉爐煉鋼的必然產物,約占粗鋼產量的10% ~15%。鋼渣的主要礦物組成為硅酸二鈣 、硅酸三鈣、鈣鎂橄欖石、鈣鎂薔薇輝石、鐵酸二鈣 、游離氧化鈣 、游離氧化鎂 , 并夾裹部分殘鋼及氧化鐵等。其中,鐵元素的質量分數約為10% ~20%, 經回收其中鐵元素后,可作為鋼渣微粉、鋼渣砌塊磚 、路基水穩層等原料,具有很高的回收再利用價值。
目前 , 國內外大部分鋼鐵企業都是將熱態鋼渣進行各種不同的冷卻處理后進行加工 , 提取其中的金屬后再加以利用。 北京博鵬中科環??萍加邢薰驹诜治鰢鴥韧怃撛幚矸椒ǖ幕A上 , 對鋼渣處理過程中產生的煙氣特點進行了分析 , 同時就煙氣凈化工藝進行了優化,實現了顆粒物的超低排放。
一、常用的鋼渣處理方法
轉爐渣組成與物性的不合理,使其無法直接利用,只有將轉爐渣出爐后先進行預處理,預處理好的渣一方面利于其中含鐵組分的回收,另一方面要保證其組成與結構的基本穩定。具體包括:首先將出爐渣進行預處理,或“穩定化”處理,其主旨是預先消除或消解以自由及f-CaO為主的亞穩相,使轉爐渣在被利用前組成與結構基本穩定,并利于渣、鐵分離 。其次,將預處理好的轉爐渣進行資源化利用。為此,國內外相繼開發出轉爐渣的多種預處理技術。這類可稱之為兩步法的轉爐渣回收利用技術,一直延續到今天,并仍起著主導作用。本文中著重研究鋼渣預處理過程,及該過程中產生的煙氣特點,并根據煙氣特點確定合適的凈化工藝,最終達到顆粒物超低排放的目的。
幾種常見的轉爐渣處理方法:
1.熱燜法
此法是較早開發的轉爐渣預處理技術,也是國內鋼企最早采用及引進的處理工藝。原理是將出爐渣置于可封閉池內,利用出爐渣自身的顯熱與潛熱,噴水對其作用,產生帶壓蒸汽,從而對鋼渣強行“消解”。對欲處理鋼渣沒有特殊要求,鋼渣消解較徹底,渣鐵易于分離,回收鐵組分后的尾渣礦物組織比較穩定、均勻,利于后續粗放式利用。缺點是:間歇性處理,處理效率低,占用處理場地大,處理時間偏長,綜合處理成本偏高,安全性控制要求也較高。待熔渣溫度自然冷卻至300~800℃時,將熱態鋼渣傾翻至熱燜池中,蓋上蓋密封,待其均熱半小時后對鋼渣進行間歇式噴水。急冷產生的熱應力使鋼渣龜裂破碎,同時大量的飽和蒸汽滲入渣中與f-CaO、f-MgO發生水化反應使鋼渣局部體積增大從而令其自解粉化。
此工藝的優點在于渣平均溫度大于300℃均適用,處理時間短(10~12h),粉化率高(粒徑20mm以下者達85%),渣鐵分離好,渣性能穩定,f-CaO、f-MgO含量小于2%,可用于建材和道路基層材料。
其缺點為需要建固定的封閉式內嵌鋼坯的熱燜池及天車廠房、建設投入大、操作程序要求較嚴格、房內會產生大量含塵蒸汽,冬季尤甚,如果不進行煙氣治理,容易造成無組織排放,腐蝕廠房,設備,影響環境。
2.水淬法
液態高溫渣在流出、下降過程中,被壓力水分割、擊碎、速凝,在水幕中進行?;?。水淬工藝會因煉鋼設備工藝布置、排渣特點不同而不同。水淬法有多種處理方法如盤潑一水淬法,滾筒一水淬法等。
盤潑法優點是:用水強制快速冷卻,處理時間短,生產能力大;處理過程粉塵少;鋼渣粒度小,可減少破碎、篩分的工作量,便于金屬料回收;鋼渣游離氧化鈣含量較低,改善了鋼渣的穩定性,有利于綜合利用。缺點是:設備投資比較大;處理過程蒸汽直接排放量較大,對廠房和設備壽命有一定影響;操作工藝比較復雜;對鋼渣的流動性有一定要求,粘度高、流動性差的鋼渣不能用該方法處理。
滾筒水淬法是將熔渣以適宜流速進入滾筒,在離心力和噴淋水作用下,熔渣被水激散并凝成小塊而被收集。在滾筒內同時完成冷凝、破碎及渣、鋼分離。該類方法優點是:處理量大、效率較高,處理后的鋼渣游離氧化鈣較低、?;^為均勻且粒度分布較為理想,自由氧化鈣消解也較為理想,渣中鐵較少氧化,多以二價鐵或金屬鐵存在,利于后續磁選分離。缺點是:對渣流動性要求較高,因冷卻速度快,凝渣的相析出經歷淬冷的非平衡演化完成,因此其結構內應力較大,化學活性相對較高,并存在時效相變的潛在機制,并且設備故障率高,維修費用大。
3.風碎法(鋼渣風碎?;夹g)
風碎法即用壓縮氣體沖擊高溫液渣使其碎?;?,此法尚處于完善階段 。將出爐熔渣倒入中間罐,運到風淬裝置處進行處理。處理時,熔渣流被高速噴出氣流打碎并呈拋物線運動,最終落入水池并被捕集。用于風碎的氣體可以是空氣、惰性氣體或高壓蒸汽等,被加熱的氣體可通過另外熱交換裝置進行熱量回收。該法處理獲得的渣粒粒徑較小、粒徑分布范圍較窄,此法處理的渣冷凝速度最快,自由氧化鈣消解也最為徹底,各晶相分布均勻,晶粒非常細小。顆粒硬度較大,相對其他處理方式,凝渣的結構內應力最大,往往會在一周內或稍長時間出現時效相變與結構重組,重組后的主晶相主要是硅酸二鈣,且晶粒變大。用該法處理轉爐熔渣,如采用不同的氣體做風碎介質,得到的凝渣微粒在性能上存在較大差異。采用風碎工藝處理時,同樣要求鋼渣有良好的流動性與低粘度。
4、輥壓破碎-有壓熱燜工藝技術
其工藝處理過程主要分為兩個階段:第一階段:鋼渣水冷輥壓破碎階段,主要是完成對高溫熔融鋼渣的冷卻和破碎任務,為鋼渣的穩定化處理提供合適的溫度和盡可能小的粒度。第二階段:余熱有壓自解階段,主要完成對鋼渣中游離氧化鈣和氧化鎂的快速消解過程,這一階段主要是提供了鋼渣穩定化處理快速進行所需的壓力條件。該工藝的優點:利用鋼渣余熱,通過噴水霧產生飽和水蒸汽,經過2.5h可完成鋼渣中的游離氧化鈣和游離氧化鎂的消解;鋼渣有壓熱燜處理工藝的處理率較高,幾乎不受鋼渣流動性影響;工藝過程全部由計算機自動控制,保證工藝參數的準確,有利于節能降耗。缺點就是投資大。
二、煙氣的產生及特點
本文中著重討論熱燜、水淬中的滾筒法、輥壓破碎-有壓熱燜法的煙氣產生和特點
1、熱燜法煙氣的產生及特點
1.1鋼渣熱燜處理工藝產生煙氣過程
熱燜工藝處理流程是:熔融狀態的鋼渣被置于的渣盤,在渣跨用橋式起重機翻出并裝入悶渣池,待悶渣池裝滿后,關閉池蓋水封閉勻熱,然后進行間歇噴水熱燜處理,通過調節水渣比、噴水強度、排氣量并控制排水,使悶渣池維持足夠的飽和蒸汽和較高水浸溫度,悶渣蓋的沿口進行水封。水與熱鋼渣在進行熱交換過程中產生大量蒸汽與鋼渣進行復雜的物化反應,同時熱鋼渣本身產生了很大的熱反應,大塊鋼渣自行開裂,鋼渣中的f-CaO遇水消解,發生體積膨脹,增加了f-CaO的反應面積,加速了水化反應,使鋼渣自解粉化。
含塵水蒸氣的主要產生源在冷卻階段 。1500~1600℃的鋼渣需 將溫度降至 300℃ ,以便進行后續的處理,將液態鋼渣運至熱燜處理生產線,直接傾翻至熱燜裝置(熱燜渣池)中 ,控制噴水對鋼渣進行冷卻,水遇高溫熱渣,熱量由高溫物體向低溫物體快速傳遞, 鋼渣將熱量傳遞給水 ,水吸熱后變為100℃的飽和水,繼續吸熱后變為100℃的飽和水蒸氣 。是一個沸騰相變的過程 。產生的水蒸氣繼續吸熱 ,部分變為過熱蒸汽 ,部分仍為飽和水蒸氣 ,在熱壓的作用下 ,向外擴散 ,夾雜著部分鋼渣中存在的粉塵 。在擴散的過程中,部分水蒸氣凝結為水或隨著粉塵顆粒的凝聚而回到熱燜裝置 ,部分在熱壓作用下繼續上升,攜帶者粉塵從廠房頂部排出廠房 。
鋼渣打水冷卻階段產生的水蒸氣量很大,由于此時尚未到熱燜階段 ,所以熱燜裝置蓋還沒有蓋上 ,熱燜池敞開 ,沒有蒸汽捕集裝置捕集 ,造成大量的水蒸氣彌漫到廠房里 。天窗不能及時排出 ,使水蒸氣在廠房內不斷累積 ,其后果影響吊車安全操作 ,蒸汽腐蝕鋼結構廠房 ,冬季出現冷凝結露現象。
熱燜之后 ,雖然加上了蓋子,但是因為頻繁爆炸,導致設備安全泄爆閥頻繁起爆,閥門關不嚴,仍導致大量含塵、含蒸汽的煙氣排到廠房中,影響環保,也影響安全工作。
1.2 煙氣特點
1.2.1陣發性強,瞬時煙氣量大
據鋼渣處理量的不同 ,熱燜池的數量也相應地發生變化 ,熱燜池依據現場情,成直線型布置 。為保證生產安全 ,下一罐熔融態鋼渣倒人熱燜裝置之前必須保證前一罐倒入的鋼渣表面沒有積水 ,也就是說前一罐倒入的鋼渣噴水冷卻用的水以水蒸氣或其他形式存在 。所以產生的水蒸氣是間隔的 ,大尺度形式排放 ,具有溫度高 、陣發性強 、無組織排放 、范圍大等特點 。 同時在噴水冷卻鋼渣的過程中 ,會使鋼渣表面附著的一部分粉塵隨著水蒸氣向四周擴散 。
1.2.2 熱燜渣工藝過程中容易產生爆炸性氣體
在氧氣頂底復吹轉爐冶煉的基本工藝是向在鐵水和廢鋼組成的熔池表面上,吹入高速的氧氣射流,通過氧化鋼中的硅、錳、磷、碳、硫等元素,實現熔池內的鐵液成分達到熔煉鋼種成分要求的過程, 在高速射流氧氣射流沖擊下,一方面射流沖擊區熔池內的鐵液部分被沖擊脫離熔池進入熔池的上方,一部分的小顆粒被除塵系統抽吸,進入除塵系統,一部分顆粒偏大的鐵液,凝固或者以液態的形式,在重力的作用下重新跌落,跌落過程中,一部分停留在渣中,一部分停留在熔池上方加入渣料形成的鋼渣中間;另外一方面氧氣射流沖擊區域的鐵液被氧氣射流撕裂成金屬液滴,在熔池內強烈的碳氧反應的作用下,會沖入渣中,與鋼渣相互混合,形成乳化液。以上的兩個方面造成鋼渣中間混合有鐵液或者鐵珠,這些進入渣中的金屬鐵液或者鐵珠,隨著轉爐冶煉的繼續,一部分隨著鋼渣界面的反應,會重新進入熔池,一部分則留在了鋼渣中間,在轉爐倒渣過程中隨鋼渣進入渣罐,所以轉爐鋼渣中間存在著部分的金屬鐵珠,鋼渣中間鐵珠的量占鋼渣總量的2%~5%,此外轉爐在倒爐倒鋼渣時,操作不當,部分的鋼液也隨著鋼渣倒入渣罐,部分沒有熔化的廢鋼也會進入渣罐。 以上這些因素造成鋼渣中間存在含鐵的金屬料,而這些金屬料中間或多或少的含有碳元素。碳元素的特點是在鐵液中間的含碳量在4%左右,并且隨著溫度的降低,碳元素在鐵液中間的溶解度將會隨溫度的降低而析出,進一步氧化為CO。這是普通的鋼渣在熱態情況下著火燃燒的原因。
在熱燜渣工藝過程中,向高溫的鋼渣打水產生大量且高濃度的蒸汽,蒸汽分子將悶渣池子內的空氣置換,導致使池內氧氣分子減少,此時悶渣池子內溫度的降低,鋼渣中間含碳的鐵珠,溫度在隨著渣池子溫度降低的同時,鐵中碳隨著鐵的晶型轉變析出碳,在紅熱狀態下與水分或者空氣中間的氧產生反應,這些就為CO的產生提供了條件。在熱燜渣的工藝中間,在產生CO的同時還會產生H2。氧化碳和氫氣都是會燃燒的氣體,工業上把這樣的混合氣叫“水煤氣”,其反應式如下: C+H2O高溫→CO+H2 (主反應)
C+2H2O高溫→CO2+2H2 (主要副反應)
CO和H2都是無色無味的易燃氣體,這驗證了在作業現場,高溫鋼渣入池后分層打水降溫有燃燒火焰產生這一現象。另外,這也就可以解釋有時候在熱燜后期,熱燜池蓋上面排氣閥產生燃燒火焰和有時在熱燜前期時熱燜池的水封槽周圍縫隙里有燃燒火焰的發生原因了。
而導致熱燜渣爆炸的主要原因是爆炸極限的問題??扇細怏w(蒸氣)或粉塵與空氣的混合物并不是在任何比例下都有可能發生爆炸的,它有一個最低的爆炸濃度,爆炸下限,和一個最高的爆炸濃度即爆炸上限。如果可燃物質在混合物中的濃度低于爆炸下限,由于空氣所占的比例很大,可燃物質濃度不夠,因而遇到明火,既不會爆炸,也不會燃燒。如果可燃物質在混合物中的濃度高于爆炸上限,由于含有大量的可燃物質,空氣不足,缺少助燃的氧氣,遇到明火,雖然不會爆炸,但接觸空氣卻能燃燒。氣體的濃度只有在這兩個濃度之間,才有爆炸的危險。所有的氣體爆炸發生都是有一定的條件的,即氣體的濃度在爆炸極限范圍以內。其中一氧化碳爆炸的條件是:1)達到爆炸極限(12.55%~74.25%); 2)溫度到達一氧化碳的著火點(650℃); 3)有足夠的氧氣供給燃燒; 4)空間有限,處于相對封閉的系統。
氫氣爆炸的條件比較簡單,即氫氣加上氧氣在爆炸極限范圍(4%~75%)內遇到明火之后在短時間之內產生大量的水蒸氣,使得體積急劇膨脹,發生爆炸。 熱燜渣的基本工藝是將高溫轉爐鋼渣傾翻到熱燜池內,當裝渣量達到70~80%時,然后蓋蓋后給水封槽加水進行密封,掛好安全掛鉤。最后,開始打水產生大量水蒸氣進行熱燜作業。 在熱燜初期不但產生大量溫度較高的水蒸氣,而且這時水蒸氣的密度較大,它們的量積累以后產生的壓力大于大氣壓,即正壓現象,造成大部分蒸汽從池蓋上面的排氣閥和池壁上的排氣孔排出,池內產生的可燃氣體(CO的密度為1.25g/L和H2的密度為0.0899g/L)密度都小于這個時段水蒸氣的密度 ,也就是說,可燃氣體在水蒸氣的上方,它們會隨著蒸汽迅速的排出熱燜渣池子。
因此,在熱燜初期池內產生的可燃氣體都能夠及時的排出,現場的生產運行結果也表明,在熱燜初期階段一般不會發生爆炸的,原因就是如此。 隨著打水熱燜的工藝展開,爐渣的溫度逐步下降,池內溫度降低,蒸汽量減少,它們產生的壓力在逐步減小,高溫蒸汽降溫以后,體積減少,加上加蓋熱燜的這一工藝特點,如果它們的壓力低于外部大氣壓力,既負壓現象,這些混合氣體就被密閉在熱燜渣渣池子內,這時可燃氣體CO和H2,就逐漸的富集在池內某個空間,隨著含量的增加,有可能達到爆炸極限范圍;同時隨著池內溫度和壓力降低,O2 的相對濃度逐漸加大,加上鋼渣的導熱性差,此時如熱燜池內局部余留少量紅渣,或者鄰近的熱燜池進行翻罐作業遇到明火,則極易發生爆炸。
除了以上爆炸的原因以外,以下的情況也會造成熱燜渣渣池子的爆炸:
?、僭谝恍┨厥獾那闆r下,熱燜渣池子密封不嚴的時候,CO和H2會沿著壓力降低的缺口處四處擴散,在擴散點,如果滿足爆炸的要求,就會發生爆炸。 在熱燜渣池子的排氣管道附近,就經常發生此類的爆炸事故,原因就是密封不嚴引起的。
?、?熱燜渣渣池子相隔的距離太近,如一個熱燜池子在翻罐,相鄰熱燜池處于熱燜后期作業,開蓋或者密封不嚴,有氣體泄漏時,也會引起爆炸。
?、?排氣系統。多個熱燜池子共用1條排氣主管道,也容易造成熱燜渣池子間串氣。比如一個熱燜渣池子在熱燜渣的初期,產生的大量的氣體排出,密度較小的CO和H2排出的過程中,有可能進入熱燜渣處于熱燜后期的作業或者開蓋作業,也有可能是翻罐作業,氣體的串氣就會引起爆炸。
?、?轉爐出渣過程中,操作不當,有較多的鋼液、未熔化的生鐵、廢鋼進入渣罐,沒有做好處理,直接翻入熱燜渣渣池子,造成水煤氣的發生量劇增,燜不透的現象也會增加,這樣,爆炸的幾率就更大了。
?、?排氣管道內壁積累的粉塵結垢,造成排氣困難,容易引起熱燜渣渣池子內的氣體壓力增加,造成物理爆炸,也需要加以嚴格的控制。
1.2.3煙氣中水蒸氣含量大,易結露,不能采用常規布袋除塵器除塵。
1.2.4煙氣收集困難,罩子不僅要收集熱燜產生的煙氣,還需要兼顧到渣、攪拌、出渣等程序,并且 不能影響天車、挖掘機等操作。
2、滾筒法煙氣的產生及特點
2.1滾筒法鋼渣處理工藝煙氣的產生
滾筒法是水淬法其中一種工藝形式。是將熔渣以適宜流速進入滾筒,在離心力和噴淋水作用下,熔渣被水激散并凝成小塊而被收集。這是一種成密閉式、動態急冷、熱態破碎處理工藝,不僅處理效率高,處理后的成品渣易于磁選分離和直接利用。過程中產生的含塵蒸汽易收集,通過處理后集中排放,消除了傳統渣處理工藝蒸汽彌漫、塵土飛揚的弊端,具有良好的經濟和社會效應。
滾筒法液態鋼渣處理裝置適應轉爐煉鋼的需要,實行間歇作業,每處理一爐鋼渣大約需要 5 min,冷卻20 min 后 處 理 下 一 爐。處理過程中,水噴與鋼渣接觸,迅速換熱,形成含粉塵的煙氣有文獻報道,某大鋼廠生產期間煙氣發生量在6萬~9萬 m3 /h,溫度為76 ℃ ,排氣管道內氣流速度在5 m /s左右,峰值含塵濃度3276 mg /m3。
2.2煙氣特點
煙氣含濕量大、所挾帶的鋼渣超細粉容易在除塵器上板結,過濾式除塵、靜電除塵均難以應用。
3、輥壓破碎-有壓熱燜法
3.1輥壓破碎-有壓熱燜法煙氣的產生
從工藝處理過程上講,該技術主要分為鋼渣輥壓破碎和鋼渣余熱有壓熱悶兩個階段。輥壓破碎階段主要是完成熔融鋼渣的快速冷卻、破碎。余熱有壓熱悶階段主要是完成經輥壓破碎后鋼渣的穩定化處理。
輥壓破碎階段:盛有高溫液態熔融鋼渣的渣罐經由天車吊運至渣罐傾翻車上,渣罐傾翻車將盛渣渣罐運至密閉工作區域內進行傾翻倒渣。傾翻完畢后,由輥壓破碎機對高溫鋼渣進行冷卻破碎。冷卻只要是靠頂部的噴水裝置噴水冷卻,輥壓破碎機的主體部分為一表面帶齒的圓柱型破碎輥,破碎輥可按一定的速度旋轉,實現對高溫熔融鋼渣的攪拌、輥壓破碎。輥壓破碎機可沿軌道直線往復運動,實現對鋼渣的多次攪拌輥壓破碎。另外,通過調整輥壓破碎機破碎輥的旋轉方向和速度,與行走機構的行走速度達到匹配后,輥壓破碎機還可實現推渣落料的功能。該階段主要是完成熔融鋼渣的快速冷卻、破碎,每罐鋼渣在此階段的處理時間約30min,經過此階段的處理,可將熔融鋼渣的溫度由1300℃以上冷卻至600-800℃左右,粒度破碎至300mm以下。
余熱有壓熱悶階段:鋼渣有壓熱悶裝置為一端帶快開門式結構的承壓設備,可承受工作壓力約0.7MPa。將輥壓破碎后的鋼渣運至余熱有壓自解處理裝置內,控制噴水產生蒸汽對鋼渣進行消解處理,噴霧遇熱渣產生飽和蒸汽,消解鋼渣中游離氧化鈣、游離氧化鎂。此階段的處理時間約為2小時左右,處理后鋼渣的穩定性良好,游離氧化鈣含量小于3%,浸水膨脹率小于2%。
煙氣主要產生在輥壓破碎階段,同樣是水和鋼渣接觸換熱導致水蒸發汽化,夾帶粉塵形成。
3.2煙氣特點
據鋼渣處理量的不同 ,鋼渣溫度不同需要的噴水量也不同,從而產生的水蒸氣量也不同,大尺度形式排放,具有溫度高、陣發性強、無組織排放、范圍大等特點。同時在噴水冷卻鋼渣的過程中,會使鋼渣表面附著的一部分粉塵隨著水蒸氣向四周擴散,含塵量比較大,一般在5-10g/m3。
總之,這三種方法處理鋼渣,都會產生大量的含塵蒸汽,如果任其排放,就會導致腐蝕、廠房、設備,影響工作環境,冬季更會導致視線不好,嚴重影響安全工作,因而,研究一種穩定可靠的除塵方法勢在必行。
三、常見鋼渣處理煙氣的凈化工藝
目前市場上常見的煙氣凈化工藝有如下幾種:
1、水浴式除塵工藝
主要應用于熱燜法鋼渣處理的煙氣,在熱燜過程中,熱燜池加蓋,煙氣通過池子側面的通風管道進入水浴池,洗滌后的煙氣經風機進入放散煙囪排放。該工藝的優點是投資少,工藝簡單,缺點是凈化效率低,排放不達標;通風管道經常堵塞,導致煙氣無法抽走;只能處理熱燜時的煙氣,無法處理到渣、攪拌、出渣時產生的煙氣。
2、旋流噴霧除塵與自激式除塵器的聯合工藝
主要應用于滾筒法鋼渣處理系統,液態鋼渣水淬工藝排風系統污染治理技術方案如下
1) 在煙氣主管道入口處加設起旋裝置,使煙氣在管道中旋轉 向前運動。一方面,在旋轉運動過程中,氣流的擾動和在管道中的運動路程的增加,使噴淋水滴在離心力和湍流擾動作用下,提高與粉塵的相對速度,從而提高霧滴碰撞捕集粉塵效果; 另一方面,粗顆粒在運動過程中受離心力作用與壁面碰撞滑落,并經管道底部溜槽排出,同樣起到除塵效果。
2) 在旋轉流管道前端增設霧化噴淋裝置,霧化后的水滴成為煙塵的凝結核,使煙塵與液滴碰并為大顆粒,進一步增強除塵效果。噴淋水由沉淀池水經凈化后循環使用。
3) 在管道底部設置溜槽,使管道內通過旋風作用和沉降作用脫除的塵粒經溜槽排出; 溜槽定期專人清掃,以維護設備正常運行。
4) 在廠房外部設置自激式濕法除塵器一臺,對污染氣體進行再次凈化。旋轉混合后的污染氣體經原有管道接入新增的自激式除塵設備,凈化后經風機接入放散煙囪進行高空排放。
5) 增加相應的供水管路以保證噴淋系統工作和濕式除塵器機組用水; 與除塵器配套,需設置污水排放溜槽及廢渣收集處理設施。
其優點是運行穩定,缺點是設備比較龐大(管道截面平均風速為5 m /s),排放濃度能達到50mg/m3,但無法達到超低排放的的10mg/m3。
3、洗滌塔加濕式電除塵器
工藝流程如下:液態渣冷卻時產生的煙氣→煙塵捕集罩→煙氣收集支管→電動切換閥→煙氣收集總管→噴霧洗滌塔→濕式電除塵器→風機→放散煙囪
該方案的優點是能達到超低排放的標準 ,缺點是投資大,運行一段時間后,因為鋼渣粉塵的水硬性會導致電除塵器極板極線結垢,影響放電效果,從而影響凈化效果;維護困難,需要定期更換極線,清理極板,維護費用比較大。
四、能實現超低排放的新工藝
1、除塵工藝及特點
集塵罩捕集+凈化裝置技術是冶金行業防止粉塵飛揚的通用方法。這種方法是由密閉罩把揚塵點全部密封起來,然后在產生粉塵處設吸塵罩(吸塵管路人口)。吸出后的含塵氣流經凈化裝置進行降塵后,通過負壓風機排出系統,從而達到治理的目的。
根據熱渣處理工藝產生的污染物是混雜著粉塵的水蒸氣,無法采用常規的布袋除塵器,在凈化時優先采取濕法除塵工藝。先通過洗滌塔,將煙氣中含有的粉塵進行凈化,然后再脫水,保證凈化效果及排放煙氣內不含機械水。為了滿足國家要求的超低排放標準,采用下列工藝:
捕集罩→ 管道→噴霧洗滌塔→高效除塵器(AWDA+旋流脫水器)→風機→放散煙囪
該流程具體特點如下:
(1)、能夠穩定可靠的保證排放濃度≤10mg/Nm3。
(2)、兩級除塵,保證凈化效果,系統采用洗滌塔+高效除塵器形式,洗滌塔起到降溫及粗除塵的作用;
(3)高效除塵器采用AWDA+旋流脫水器組合而成的一體機,AWDA為聲波除塵器。高效除塵器放在洗滌塔之后,主要用于精除塵,內部設有精細噴霧裝置,其噴入的霧化顆粒粒徑不大于200μm,利用極小極快的霧化水滴收集微細粉塵,碰撞后形成大的含塵水滴, 靠自身重力大含塵水滴進行沉降,達到除塵目的。為了提高除塵效率,在高效除塵器內增設聲波團聚高效捕霧裝置,除塵裝置利用聲波團聚捕霧裝置沖擊粉塵細小顆粒,使沖擊后的粉塵細小顆粒與精細噴霧裝置噴入的霧化水滴碰撞,凝聚成較大的含塵霧滴,在高效除塵器中靠重力脫除一部分煙塵,剩余的煙塵進入上部脫水器進一步去除。除塵效率可以達到99.9%左右。
(4)、 自動控制系統采用我公司的專有技術《STW煙氣凈化智能控制系統V1.0》,可以根據渣處理工藝設置不同的煙氣處理模型,以便于更好的控制集塵及放散效果。
(5)、壓縮空氣系統增加快速切斷閥,壓縮空氣可以根據具體情況進行使用,不需要時可以根據情況采用自動切斷。
(6)、結構簡單,檢修方便,不用進入到設備內部檢修,同時降低了設備故障率和工人勞動強度。
2、除塵設備
2.1噴霧洗滌塔
高效噴霧洗滌塔系統由洗滌塔塔體、排水水封、霧化系統四部分組成。
高效噴霧洗滌塔利用霧化噴槍噴嘴直接噴出霧化水與含塵氣流混合,利用氣體與水的接觸,而將氣體中的污染物傳送到水中,然后再將清潔氣體與被污染的水分離,達到凈化煙氣的目的。煙氣經由高效噴霧洗滌塔,采用氣液逆向方式處理,即煙氣自塔頂向下流動,水以霧狀(或小液滴)向上噴 ,達到氣液接觸之目的,然后較大含塵水滴通過下部排水管排出,煙氣進入后續除塵設備,達到再次除塵目的。
2.2高效除塵器
高效除塵器(AWDA+旋流脫水器)系統由除塵器本體、排水水封、種子系統(精細噴霧裝置)、高效捕霧裝置(聲波發生裝置)、復擋組件、旋流組件、擋水板和自動控制系統幾部分組成。
高效除塵器的原理:
利用極小極快的霧化水滴收集微細粉塵,碰撞后形成大含塵水滴, 在洗滌塔下部,氣體流速減緩之后,靠自身重力含塵水滴進行沉降,達到除塵目的。
為了提高效除塵器除塵效率,在高效除塵器內增設聲波團聚捕霧槍,利用聲波團聚捕霧槍沖擊粉塵細小顆粒,使沖擊后的粉塵細小顆粒與精細噴霧裝置噴入的霧化水滴碰撞,形成較大的含塵霧滴,在高效除塵器中靠重力脫除凝聚后的霧滴 。
聲波團聚是一種煙氣預處理技術,在煙氣進入除塵器之前,采用聲波進行處理,使其中的細顆粒發生碰撞、團聚,形成大顆粒,從而減少細顆粒數量,增大氣溶膠的平均粒徑,最終提高其在除塵器中的除塵效率。聲波團聚現象在1931年被發現,但是直到20 世紀80年代后,隨著國際社會對顆粒物污染的重視程度的增加,各國對聲波團聚的研究才開始重新升溫。聲波團聚的原理是在高強聲場作用下,顆粒之間發生相對運動,從而導致顆粒的碰撞。對于這些小顆粒而言,范德華力和靜電引力起主要作用,碰撞后極易粘在一起,發生團聚。在聲場中,氣體介質隨著聲波作周期性振蕩,其中的顆粒也不同程度地被帶動。在聲波團聚中,由于氣溶膠包含不同大小的顆粒,它們在聲波中的振動速度各不相同,產生相對運動,這是同向團聚機理的基礎。該機理是聲波團聚中的最重要的機理,許多研究者已證實其能定性符合實驗結果。目前濕式洗滌器有個共同缺陷,即對粒徑較大的顆粒的脫除效率很高,而對微米或亞微米級顆粒脫除效率卻很低。因此,這些除塵設備PM10特別是PM2.5的捕集效率很低。聲波除霧技術,可實現去除難以去除的亞微米超細顆粒,徹底解決煙塵排放超標的問題。
聲波除霧(AWDA)技術原理
其基本原理是利用聲波團聚除霧技術使煙氣中的細微顆粒發生碰撞長大,從而使顆粒數目濃度降低、平均粒徑增大,變得容易被捕捉,再通過重力或離心力脫水脫除含塵水滴達到除塵的作用;聲波團聚除塵技術是利用高強度聲場使氣溶膠中微米和亞微米級細顆粒物發生相對運動并進而提高它們的碰撞長大速率,由于顆粒表面存在著很強的范德華吸引力,一旦顆粒發生了碰撞,它們便十分可能粘附而形成較大一級的顆粒物,使細顆粒物在很短的時間范圍內,粒徑分布從小尺寸向大尺寸方向遷移,顆粒數目濃度減少,進而增強后續除塵(除霧)設施的脫除效率。
在高效除塵器中增設高效捕霧裝置,就是為了讓經過粗除塵之后(洗滌塔)煙氣中仍然存在的微小顆粒在聲波的作用下,碰撞、凝聚進行預處理,便于在旋流脫水器中更加高效的去除。
為了改善團聚的效果,在高效除塵器中由精細噴霧裝置噴入霧化的水滴作為種子,這樣就可以變團聚為凝聚,使團聚后的細小粉塵變成含塵水滴,含塵水滴繼續團聚并相互碰撞,凝聚成更大的含塵水滴靠重力脫除,就達到了除塵的目的。
高效除塵器采用三級脫水方式,在筒體下部靠重力一級脫水;然后是復擋二級脫水,中上部還有旋流脫水裝置進行三級脫水。當含水氣體進入除塵器,氣流速度降到5m/s以下,起到重力脫水的作用,復擋板和旋流脫水裝置又起到離心脫水的作用。當夾雜水滴的氣流進入復擋和旋流脫水裝置時,細小的水滴在旋流板上撞擊積聚,形成大顆粒水滴,并在氣流的帶動下,水滴沿著葉片按離心方向甩至脫水器內壁流下,同時部分夾帶在氣體中的水滴也由于氣流的旋轉分離開??梢暂^大范圍去除煙氣中99%的機械水。
該工藝已經有了成功應用,在江蘇、山西、河北等地都取得了較好的凈化效果,尤其是今年在河北投產的2套除塵系統,均實現了超低排放,顆粒物排放濃度小于10mg/m3,工藝簡單,運行穩定。