探索适合我国国情的冶金高温烟气治理及节能技术
内容提供：东方环境工程设计研究所
引 言1972年在瑞典斯德哥尔摩召开了人类第一次环境大会。至今已有30年，在环境与发展的问题上，人们已逐渐——
懂得了自然规律是不可背离的，
懂得了发展过程是不可以随意逾越的，
懂得了主观愿望不能代替客观的现实。
环境与发展是当今国际社会普遍关注的问题，保护生态环境，实现可持续发展，已经成为全世界紧迫而艰巨的任务，冶金工业亦不能背离可持续发展这一大趋势。
对于冶金行业环保工作者而言，探索符合我国国情的高温烟气治理及节能技术的新路子，是一项迫在眉睫的艰巨任务。
我国冶金高温烟气治理与节能技术现状
主要存在的二大问题：
（一） 高温烟气控制水平较低，不能最大限度地控制排放总量，特别是对无组织排放的控制更为严重，普遍存在的捕集率较低的问题。
（二） 高温烟气治理运行能耗高，用综合指标功流比考核，功流比高，指标较落后，即实际每获得104m3/h风量，风机电机功率很大，运行电耗普遍较高。
通过对某厂九十年代新建的一座60t超高功率电炉，除尘系统各项参数的对比，充分说明以上问题。
某厂60t电炉除尘系统改造前后参数比较
按吨钢产尘量12kg计算。
由此可见，无论是“三同时”项目，还是对老除尘系统进行改造，采用先进高温烟气治理与节能技术，均可获得满意的环保效果和可观的经济效益。
其中三个方面是造成上述情况的重要因素。
1、 沿袭国外的高温烟气捕集技术，未能在找出传统捕集技术有悖高温烟气捕集机理的本质问题的基础上，探索各种在确保生产工艺及操作的前提下既能确保环保要求，又能降低运行能耗的捕集形式。
2、 治袭国外高温烟气治理工艺路线，或者是将国外工艺设备拼凑组合成一套工艺系统，其工艺路线仍超越不了国外的工艺路线模式。
3、 对除尘系统的节能研究往往把风机调速与节能相提并论，进入了一个误区，未认识到烟气治理工艺技术的进步是节能的主要途径。
高温烟气治理工艺路线的探讨
工艺路线的设计决定了系统工艺的设计，设备的设计选型和配置，最终决定了整套高温烟气治理技术的优劣。它是一个涉及到设计思想，基础理论以及污染源的生产工艺、厂房布置等一系列条件，是一个理论与实践并重的课题，而决非是除尘器、风机、冷却装置及管道等的简单组合。
目前高温烟气治理工艺路线主要有三点：
其一，强制冷却工艺路线——高阻、高温、小流量
其二，混合工艺路线——高阻、中温、中流量
其三，短流程工艺路线——低阻、中温、大流量短流程工艺路线分为一次捕集和二次捕集两类。
一次捕集——混冷风型短流程工艺
二次捕集——一、二次烟气温合短流程工艺
上述三类工艺路线的选择是决定系统综合指标优劣的重要条件，然而，往往因没有认识到重要性而不被重视，经常出现未经计算论证凭感觉否定一种，选择另一种。其实上述各种工艺线路均有特定的适用条件，它将大大影响环保效果、运行电耗以及一次性投资、维护管理等的重要技经指标。
一般情况下，在能确保一次性将高温烟气捕集并达标时（如铁合金炉），可采用第一类工艺路线，既能保证环保达标，能耗又不高，但由于高温烟气采用传统的强制冷却方式，且阻力很高，为此只能认为在现阶段是较好的方案。当然，如果采用第一类工艺路线，而冷却技术不过关，不能保证进入除尘器的烟气温度低于允许上限值而混入一定空气降温，那也是迫不得已。
对于第二类工艺路线，由于不必要的工艺环节过多，冷却器低效且阻力又高等等问题，使得整个系统特征为高阻、长流程，所以在消耗功率很大的情况下却得不到较大的处理风量，一般情况则应尽量避免使用。
当高温烟尘源面积较大、烟气发生量变化大、生产工艺动作状态多时，则应选择第三类工艺路线，例如，炼钢电炉仅采用第一类（内排烟）解决了吹氧出钢、加料等二次的烟气捕集问题无法确保环保指标。为此，采用第三类混合工艺路线（天车通过式集烟罩、短流程工艺）。如果随着高温烟气的变化而分阶段分别采用第一类和第三类工艺路线，只要能满足环保和节能双重目标，也是可行的，但这必须是分阶段的分别单独应用，而不是全过程的组合使用。然而，在国内全过程的组合使用十分普遍，既难保证环保要求，又大大提高运行电耗，这方面的例子举不胜举。
近期东方环境工程设计研究所针对大中型电炉铁水热装强化冶炼工艺又研制成功内外排混合短流程工艺，即典型的第三类一、二次烟气混合短流程工艺，较好地解决了长期以来得不到解决的一些问题，取得了可喜的效果。
1、用低温的二次烟气混入高温的一次烟气，使之进入除尘器的混合烟气温度在允许使用温度下。
2、删除了一次系统中冷却器等高阻、维修量大、噪声大的工艺设备，使一次系统阻力大幅下降；删除了一次系统中的又一故障因子加压风机。
3、解决了一次系统普遍存在的易积灰、易堵塞的问题。
4、解决了冷却器效率波动大，而二次风量又较低，最终导致烧滤袋的问题。
5、大大提高了一、二次系统的匹配性，彻底解决了常见的二次系统风量低于设计风量的问题。
6、大大降低了功流比，在同样功率配置下，大大提高了系统风量，尤其是二次系统，使得普遍存在的二次系统效果不佳的问题得以解决（辅之合理的捕集装置）；或者说在保持原工艺的设计风量下，可大大降低运行电耗。
该技术研究开发成功是高温烟气治理工艺路线的一大突破，是实现低阻、中温、大流量的一个范例。
就目前的技术水平而言，第三类工艺路线既能确保很好的环保指标，又可大幅降低电耗，而且适应性强、运行可靠、维护方便。天车通过式治理技术（包括三个要素）作为第三类工艺路线的典型实例，虽然问世仅几年时间，由于理论上的进步及实践的成功，已被广泛认同，并得以迅速推广。仅2000年1~10月就分别在电炉、AOD炉上采用了15套。该技术既被授予“二000年国家和理点环境保护实用技术（A类）"证书，以及国家五部委颁发的“国家重点新产品”证书。
国际上电视机技术的发展由黑白电视到彩色电视，由普通屏幕到直角平幕到超平，进而又发展到纯平……始终在不断进步。在竞争中取胜无疑靠的是科技进步，而科技进步需要超前的科技意识，是对获得成果的不断修正，甚至否定。
在冶金高温烟气治理技术方面，如不站在战略的高度，进一步探索环保指标更优、运行电耗更低、更实用可靠的、更佳的工艺路线及相关技术，那我们将错失良机，只能是永远依赖于引进与模仿。
当年东方所的半密闭罩技术也获得了最佳实用技术证书，并在全国推广应用了五十多套，但是为了适应冶金技术的进步、环保及节能的需要，东方所在半密闭罩技术的基础上通过八年的努力，终于研制成功了“天车通过式电炉烟气治理技术。”又一次荣获“国家重点环境保护实用技术(A)类”证书。今天，在“天车通过式电炉烟气治理技术”、“低阻、中温、大流量”获得成功的时候，东方人却又在冷静地思考探索更佳的高温烟气治理及节能技术，主要攻关课题是工艺路线及其相关技术。
探索的工艺路线（A）——超低阻工艺路线
超低阻工艺路线特征——超低阻、中温、大流量
* 超低阻——通过捕集净化一体化、除尘器改进及系统优化，将系统阻力降到最低。
* 中 温——改进除尘设备的允许使用温度，并使系统温度趋近于允许温度。
* 大流量——捕集净化一体化加之允许温度的提高，使流量大而不多余。
* 超低阻工艺路线是“天车通过式”、“低阻、中温、大流量”的进步，与“天车通过式”、“低阻、中温、大流量”比较，系统阻力更小，温度有所提高，风量有所下降，运行电耗将更低，其实用性、适应性很强。
探索的工艺路线（B）——强化冷却、低阻、小流量工艺路线
特征——烟气强化冷却、低阻、小流量
* 高温——即进入系统的烟气温度高
* 强化冷却——设计效率高、能耗低、不用水的大规格冷却器强化冷却，或者采用喷雾冷却技术，它不同于现阶段效率较低、能耗较高的强制冷却。
* 小流量——在实施强化冷却及提高工艺设备允许使用温度的条件下，只要保证捕集效果，最大限度地减少处理风量。
以上二类工艺路线有其特定的适用范围：
工艺路线（A）：适用性强，应用于高温烟气源面积大、发生量大而波动、生产工艺动态的情况。
工艺路线（B）：适用性受到生产设备的限制。适用于一次性捕集高温烟气即能达到环保指标。
对于类似炼钢电炉的设备，如果将二类工艺路线相结合，分阶段的分别使用
其一，通电时用（B）路线，出钢加料时用（A ）路线，有望将电耗进一步下降，关键是能否达到环保效果的最佳化。
工艺技术发展趋势
在高温烟气治理技术上的惯性思维，使人墨守成规，禁锢于传统技术，束缚于国外模式。
回眸审视国内多年来高温烟气治理的科技进步，几乎看不到什么优秀的成果。诸如天车通过式捕集和内外排混合短流程工艺技术成果可谓凤毛麟角。
今后科研攻关的选题应紧紧围绕“环保高指标、节能降耗和实用可靠”三个相互统一的目标。这也是高温烟气治理技术发展的趋势。具体目标有：
* 超短流程化。终究会通过科技进步，既实现长流程到短流程再到超短流程的转变，又实现从大流量到小流量的转变。
* 三个一体化——即厂房与除尘设备一体化、生产工艺设备与除尘设备一体化、烟气捕集装置与净化设备一体化。三个一体化其实也是超短流程的工艺路线的体现，而不是简单的布局规划。将大大提高环保效果和降低运行电耗。这一方面国内外已有过探索。例如，屋顶除尘器、天车通过式捕集罩……等，最终获得成功将是必然的。而且，可以开拓的领域也十分广阔，如LF炉、铁水倒罐站、混铁炉等，东方所正在作研究开发。
* 高温烟气冷却器的高效、低阻化。这是实现“低阻、小流量”的必要条件。
* 烟气治理与余热利用相结合。例如，利用电炉烟气余热预热废钢，八十年代作过不少探索，均未获成功，九十年代，引进国外先进的电炉炼钢技术已取得了可喜的成绩，而对于大量现有电炉特别是大中型电炉，如何通过技术改造实现技术这一目标是必然趋势。
* 除尘设施管理的专业化和无人化
在发达国家除尘设施的专业化管理是现代化钢铁企业的普通模式，已广泛为采用，而在我国由于思想观念、企业管理模式、人力资源、环保法规以及一系列因素的制约，致使除尘设施的专业化管理迟迟未开先河。
专业化管理的优点
* 有利于实现长期“环保达标”
* 有利于减少运行管理及维修费用
* 有利于降低运行电耗
* 有利于提高除尘设施的使用寿命
* 有利于为进一步提高除尘设施装置水平，最终提高环保效果、降低运行费、减少总投入。
* 大大减少环保问题对企业各级分管领导的干扰，分散领导精力。
石家庄钢铁公司，在国内率先委托东方环境工程设计研究所对电炉及高炉出铁场除尘设施进行专业化管理。这一创举将大大推进我国冶金行业除尘设施的专业化管理进程。
有关技术政策、标准规范的探讨
现行的一些技术政策、标准规范在一定程度上制约，甚至误导了技术的进步，需要重新探讨：
* 关于“由分散治理到集中治理”
对于污水治理由分散到集中的过渡显然正确的，但是对于高温烟气（包括常温）治理却需要客观的论证。根据二种类型的能量消耗分析比较，可以结论，一般情况下，只要若干个污染源相互间距离不是特别近，就不应该采用集中处理的办法。
集中处理消耗的能量相当于采用气力输送的方式搬运粉尘所消耗的能量，而且又是料气比非常小，效率非常低的一种气力输送。为此，国内常见把各污染源捕集的烟气分别通过100～200米，甚至更远的距离，然后集中到一座除尘器净化的工艺流程是不可取的，除非受到设备布置条件的限制。然而，根据经验，一般不存在这方面的困难。
* 关于烟气治理设施的环保考核
国家及行业有关污染的考核标准、技术政策，对高温烟气治理的技术进步起着的导向作用。这方面还存在一些缺陷，有待修正。
国家标准（GB4911-85和GB9078-1996）中只规定了排放浓度，强调了有组织排放的考核，而忽略了无组织排放的考核，即使有组织排放部分，亦会造成“稀释排放”即可达标的混淆概念。
有关冶金行业政策中对炼钢电炉提出的吨钢收尘量考核规定，一定程度解决了无组织排放的稀释排放的问题，但对于不同捕集形式存在片面性。例如，目前很多单位强调吨钢收尘量，认为越高越好。实际上，采用内排烟形式时，高吨钢收尘量往往将相当的碳粉、石灰粉……等吸入系统。我们治理的目的不是要增加收尘量，而是最大限度减少细粉尘对大气的排放污染。所以，应该以控制无组织和有组织排放的总量为目的进行考核。对于无组织排放，捕集率最能说明问题，但又难以定量考核，这方面建议研究制定一些更加合理、并切合实际的规定。
随着总量控制的逐步实施，企业必然会努力减少排放总量，上述问题也将随之解决。
* 有关除尘器技术性能的标准。例如，净化效率、漏风率等这些标准对于除尘器单体设备来说，起到了一定规范性能及制造质量等作用。目前，在对治理污染的设施进行环保验收时往往强调除尘器净化效率并不合理，因为处理烟气的含尘浓度以及粉尘颗粒分散度都将直接影响净化效率，静止的考核净化效率是片面的。
结束语
毋庸置疑，伴随世界冶金技术迅速发展，必然会出现与之相适应的高温烟气治理技术，其特征为“环保高指标、节能降耗、投资省和实用可靠”。然而，问题关键是在“优与劣”、“早与晚”、“中与洋”的结果上，这将取决于国人自己。因为，即我国加入WTO后，国外“先进”技术的引进也有一个过程，更何况国外的技术不尽完全适合我国国情。我们深信，适合国情的高温烟气治理技术只能依靠我们自己的努力，国内高温烟气治理的市场，将由我们国人领衔，走出国门，在国际市场上占据“半壁江山”亦非梦想。
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