钢铁行业超低排放形势下除尘技术研讨
摘要：近年来党中央、国务院高度重视钢铁超低排放改造,在多次重要会议及政府工作报告中均提出要推动钢铁行业超低排放改造,《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(环大气[2019]35号)印发后,更是要求各地分阶段分区域开展钢铁行业超低排放改造。《意见》中的排放限值也被行业专家称为"史上最严标准"。在这种大形势下,通过梳理文件中对颗粒物排放的指标要求和现阶段我国除尘技术的现状,对比行业内认可度较高的主要除尘工艺的优缺点,探讨新要求下的除尘技术路线选择及升级改造思路,以供相关钢铁企业参考,助力打赢蓝天保卫战。
为落实党中央、国务院决策部署，2019年4月生态环境部会同发改委、工信部等五部委联合印发了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（以下简称《意见》）。《意见》在原有钢铁各工序颗粒物排放标准的基础上再次加严，提出了超低排放是指全流程的超低，对各地超低改造也提出了进度要求，进一步推动了钢铁行业除尘治理技术的变革。然而，目前国内钢铁企业多为高炉-转炉长流程，工序繁多复杂，要想满足生产全流程的颗粒物达标排放绝非易事，并且国内钢铁企业发展参差不齐，环保不达标的产能仍为数不少，除尘设施提标改造势在必行。因此，在当前的环保政策形势下，寻求在短时间内使粉尘颗粒物排放浓度达到超低排放的限值要求，无疑是钢铁企业首先面对的最紧迫问题。
一、超低排放改造中的颗粒物治理要求
2019年4月《意见》正式出台掀起了一场钢铁环保风暴，宣告我国钢铁行业整体进入超低排放改造的大形势之中。对于颗粒物指标，《意见》要求废气在有组织排放形式下，烧结机机头及球团焙烧烟气（包括竖炉、链篦机-回转窑、带式焙烧机）、炼焦工序焦炉烟囱废气、其他主要污染源（包括烧结机机尾、装煤推焦、干法熄焦、热风炉、高炉矿槽及出铁场、铁水预处理、转炉二次烟气等）颗粒物小时均值排放浓度不高于10 mg/m3，每月至少95%以上时段小时均值排放浓度达标；废气在无组织形式下，物料输送落料点，烧结、球团、炼铁、焦化等工序的物料破碎、筛分、混合等设备和废钢切割处应配备除尘设施。此外，《意见》还指出企业应因厂制宜选择成熟适用的环保改造技术，鼓励使用覆膜滤料袋式除尘器、滤筒除尘器等先进除尘设施，为除尘治理技术的选择指明了方向。
二、除尘技术应用现状
经过对20多家钢铁企业进行调研发现，基本上所有钢铁企业均使用高效袋式除尘器或滤筒除尘器处理含尘废气，部分产生含湿废气的工序使用湿式电除尘器。企业认为这几种成熟工艺粉尘废气治理效果最佳，与《意见》中提到的除尘技术相同。此外，依据《排污许可证申请与核发技术规范》中载明的废气中颗粒物治理可行技术，除了热轧机精轧产生的废气外，其余废气产污节点颗粒物治理均可以采用袋式除尘（覆膜滤料）和滤筒除尘工艺。因此，本文主要对袋式和滤筒2种除尘技术的优缺点及应用情况进行分析。
袋式除尘器出现的时间较早，早在洋务运动末期便被使用，主要用来过滤干式、粒径微小的含尘气体。滤袋由各种滤料纤维（化学纤维或玻璃纤维）经过纺织或针刺而成，利用纤维织物具有的过滤功能来过滤含尘气体。而滤筒式除尘器出现的时间相对较晚，20世纪70年代西方国家出现一些使用者，他们认为这种除尘器箱体体积相对小，处理效率明显提升，便于维护。但是如果需要处理较大风量的含尘气体，会因除尘器容量小导致处理效果不佳，在大型的工业企业难以应用，所以多年来没有大量推广。21世纪以来，全世界材料科技水平高速发展，一些外国公司率先对除尘器的结构和滤料进行改进，使其整体容量增加数倍，成为过滤面积大于2 000 m2的大型除尘器。
三、除尘技术对比分析
1.袋式除尘器
（1）袋式除尘器工作原理
含尘气体从除尘罩进入通风管道，在到达出口的过程中，通过引风机引风，然后使用纤维性除尘滤袋借助重力、惯性等作用捕集烟粉尘。
（2）影响袋式除尘器性能的主要因素
袋式除尘器的性能主要包括除尘效率、压力损失和使用寿命。而决定袋式除尘器除尘效率和使用寿命的主要因素包括气布比、滤料种类、清灰方式的选择等。
布袋除尘器的滤料材质从最开始的常规纤维发展到超细纤维，再到异形截面纤维，然后进展到ePTFE膜结构。常规纤维无法掌控细微粉尘颗粒物，因此必须改变纤维结构或借助外力，以实现对粉尘超低排放的控制；超细纤维异形截面纤维通过更大的比表面积，带来更大的过滤面积，从而降低气布比；ePTFE膜可以在膜表面对粉尘颗粒物进行拦截。目前，滤袋材质选用覆膜滤料是除尘效率较高的选择。
2.滤筒除尘器
滤筒除尘器的工作原理：含尘气体经除尘罩进入通风管道，被外引风机引入箱体，因箱体较管道半径大得多，导致气流扩张，较重的大颗粒粉尘经重力作用沉降，较轻的小颗粒粉尘随气流进入滤筒，经过一系列综合效应被滤芯阻挡进而和空气分离。
3.袋式除尘器和滤筒除尘器优缺点比较
袋式除尘器和滤筒除尘器在使用过程中各有优缺点，在除尘工艺选择的时候需根据企业自身情况综合考虑。优缺点比较详见表1。
四、企业实际应用案例分析
以河北省某钢铁集团高炉矿槽工艺段除尘工艺改造为例，该企业原先对高炉矿槽工段产生的废气选用袋式除尘器进行除尘治理，但在使用过程中发现由于工况原因会导致糊袋的问题。同时，由于滤袋清灰效果不佳，导致该工段废气排放无法稳定满足超低排放标准的要求。考虑到达标情况及更换滤袋的资金投入，该企业决定对此除尘工艺进行改造，将袋式除尘器更换为滤筒除尘器。改造前后的参数及效果对比详见表2。
根据改造前后的在线监测数据显示，该工段废气的颗粒物排放浓度实现大幅度下降，可以稳定达到10 mg/m3以内，满足超低排放标准要求。与改造前相比，使用滤筒除尘器后，避免了滤袋易磨损破漏的问题，基本上可长期使用不需维修，即使拆换滤筒也极为方便，同时在有限的空间内增大了有效过滤面积，压差较小，除尘效果比较稳定。但是更换滤筒除尘器之后，也存在一些不足之处。
笔者通过与企业内部员工交流了解到，改造后设备与之前相比复杂性加大，需要企业自身具有很高的设备调运、安装及维护管理水平。另外，滤筒除尘器对干性粉尘种类的选择性没有预想的好，不是对所有的粉尘种类都有很高的除尘效率。如果想将其应用到全部工序，仍待进行深入研发。总的来说，在日趋严峻的环保形势下，基于环保达标考虑，其更换后的效果还是十分显著的。
五、总结建议
1.工艺选择建议
目前，在不考虑湿法除尘的情况下，超低排放形势下最佳除尘工艺选择应为滤筒除尘器和袋式除尘器。2种除尘器各有优缺点，对钢铁企业颗粒物超低排放改造来说，建议企业可以根据实际并结合自身需要选择除尘技术，在原先采用袋式除尘工艺仍无法稳定达标排放的情况下可首先考虑更换采用聚四氟乙烯微孔膜和超细纤维面层梯度滤料，其次可考虑通过更换滤筒除尘工艺完成超低排放改造，实现达标排放。
2.工程设计建议
为了帮助企业达到《意见》的相关要求、提供工程设计施工方面的参考，2020年1月中国环境保护产业协会印发了《钢铁企业超低排放改造技术指南》，其中对高效袋式除尘工艺和滤筒除尘工艺提出了一系列技术参数参考值，建议企业可结合自身实际情况在超低排放改造过程中参考使用。以袋式除尘器为例，建议企业制定合同时要求过滤风速按照小于0.8 m/min设计，此处过滤风速应为全过滤风速。全过滤风速是理论计算的过滤风速，在离线清灰除尘器清灰时，其中1个仓室会关闭，实际的过滤风速会提升，这也是排放最容易超标的时候，因此要求是全过滤风速；建议除尘器设计有导流板来控制气流分布，若不选择导流板，会造成滤袋或滤筒被气流冲刷，降低使用寿命。
“蓝天保卫战”已经进入最终攻坚阶段，钢铁行业作为大气污染防治的绝对主战场，超低排放改造势在必行，钢铁企业须积极应对，明确环境污染治理思路，促进环境质量改善和产业转型升级。
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