张瑞新^1、5  孙洁^1、2  高言^2、4   于孟晗²  付磊³  郝立强^1、5

（1. 柯美瑞（唐山）环保科技有限公司， 2. 华北理工大学， 3. 北京首钢股份有限公司 河北 迁安， 4. 河钢唐钢二钢轧厂，5.唐山睿泽尔科技有限公司）

摘  要：蓝天，碧水，洁净的空气已经深入到社会的每一个角落，环境治理刻不容缓。目前，热轧生产在轧制过程中，冶金企业也会产生大量的氧化铁粉、油雾、蒸汽、气体等，由气体排放造成的污染，非结构化的粗轧机和精轧机、回火轧机烟气净化排放标准的收集，不仅是环境治理所必需的，而且要改善操作人员的工作环境，保证身体健康所必需的，是企业始终坚持不懈的需要。 本文在引进和吸收国外先进技术的基础上，自主研发“多级粉尘分离系统”，应用粒度生长，颗粒团聚，拦截技术，可有效实现超低排放，烟气后除尘不仅能使除尘效果达到超低排放，阻力小，使用寿命长，且施工成本、运行成本和维护成本低。

关键词：环境治理；多级尘雾分离；粒径增长；颗粒凝聚

冶金企业热轧生产过程产生大量的氧化铁粉、油雾、水蒸汽和烟气等无组织排放污染环境，如何将粗轧机、精轧机、平整机烟气收集净化达标排放，是需要各个企业始终坚持不懈的工作。除了遵循国家统一标准外，各地政府部门的要求也不尽相同，但污染源点的除尘升级改造、提高烟气捕集率、开展精细化环境管理，确保污染物稳定达标排放，是各个企业亟待解决的难题。

现在许多工业除尘方式被广泛应用在各生产厂家，其中，袋式除尘器很早就在各工业部门中应用，该设备主要通过除尘布袋收集粉尘，它通过对含尘气体进行重力沉降、筛滤、惯性力以及热运动的作用，实现对非粘结非纤维性的工业粉尘和挥发物的捕集，捕获粉尘微粒可达到0.1微米。但是，当它用于处理含有水蒸气的气体时，就会出现结露问题，无法实现净化效果。静电除尘主要用来分离工业废气排放中含有颗粒粉尘和细微粉尘。能处理高温、高湿烟气。它的除尘效率高，处理分量大，运行阻力低。但是，这种除尘器设备效果不是很理想，加上目前国家工业废气污染排放指标上升，其生产工艺已经不能满足相应的标准。湿式除尘器用水作为除尘介质，除尘效率高。但是，其能耗高，会产生废水，容易造成二次污染；在处理高温气体时，会形成白烟，不利于扩散。

目前，各钢铁公司轧机除尘大多采用塑烧板除尘器的方法，该除尘系统主要由吸尘罩、吸尘管路、塑烧板除尘器、风机、烟囱等几大部分组成^[1]。系统运行过程存在塑烧板老化、堵塞问题，运行阻力大大增加，岗位工况环境极差，无奈只能被迫拆除部分塑烧板降阻运行。更换新塑烧板，投资费用高，不仅增加企业生产运行成本和劳动强度，而且不能彻底改变岗位工况环境，也很难满足现在的环保政策，实现超低排放的达标排放要求。

1  基于Kimre 的“多级尘雾分离系统”治理方案

美国Kimre公司创建于1973年，位于美国佛罗里达州迈阿密。四十多年来提供具有专利的、高性能的交织型丝网结构的产品，为空气污染控制及液体分离产品带来了重大技术变革^[2]。Kimre复合式丝网除雾方案利用高效“交织网状结构”对流体分离及空气污染控制是一次革命^[3]，在质热传递、除微粒和除雾方面远远优于常规塔填料、屋脊型除雾器及丝网除雾器，尤其针对1～5μm粒径，去除率达99%。

1.1  高效“交织网状结构”组成原理

1.1.1  阶梯状结构

独特阶梯状结构使其空隙率高达94%～97%，同等工况下，不堵塞，压降要比传统丝网除雾器减少25%，过滤效率达90%，远高于普通除雾器，其剖面结构如图1所示。

图1  高效“交织网状结构”剖面结构

1.1.2 除尘、除雾原理

采用复合阶梯状结构设计理念，主要利用了扩散、拦截及碰撞原理, 对微米级颗粒物进行有效的去除^[4]，对1～5μm粒径的颗粒物拦截效果，远远高于其他类型除雾器。如图2所示。

图2  高效“交织网状结构”丝网除雾器的除尘、除雾原理             

1.2  “多级尘雾分离系统”

柯美瑞（唐山）环保科技有限公司在应用 Kimre 产品的同时，结合该公司的经验技术，自主开发研制的“多级尘雾分离系统”，鉴于现场排放物颗粒粒径分布范围很大，甚至含有亚微米级的颗粒物，因此需选用孔径大小不同的丝网多层基材组合设计，在保证拦截效率的基础上，兼顾避免液泛现象的产生、兼顾该丝网除雾器整体压力损失，设计了以不同孔径的各种多级丝网组合，图3、图4、图5，针对不同风量、不同的排放要求的现场工况，分别给出了（4+2+2不同孔径的多级丝网组合）、（4+4+2不同孔径的多级丝网组合）和（4+6+4不同孔径的多级丝网组合），形成“多级尘雾分离系统”，应用粒径增长、颗粒凝聚、拦截技术，能有效实现除尘后烟气超低排放，不仅能使除尘效果达到超低排放、阻力小、使用寿命长。

图3  4+2+2不同孔径的多级丝网组合形成“多级尘雾分离系统”

该4+2+2不同孔径的多级丝网组合，由4层粗糙孔径+2层精细孔径+2层粗糙孔径的丝网组合在一起，对风量一般，排放要求较高的工况，具体结构依据现场工况计算。

图4  4+4 +2不同孔径的多级丝网组合形成“多级尘雾分离系统”

该4+4+2不同孔径的多级丝网组合，由4层粗糙孔径+4层精细孔径+2层粗糙孔径的丝网组合在一起，对风量较大，排放要求较高的工况，具体结构依据现场工况计算。

图5  4+6+4不同孔径的多级丝网组合形成“多级尘雾分离系统”

该4+6+4不同孔径的多级丝网组合，由4层粗糙孔径+6层精细孔径+4层粗糙孔径的丝网组合在一起，对风量更大，排放要求更高的工况，具体结构依据现场工况计算。

同时，具有建设成本少、运行费用和维护费用低，与塑烧板除尘器对比见表1。该方案中，整体拦截装置由特殊的金字塔型立体结构单元组成，根据颗粒物粒径大小，组成若干粒径范围的除雾器组合，常规拦截2μm以上粒径范围的颗粒物，效率高达95%以上。

表1：KIMRE多级尘雾分离系统与塑烧板除尘器对比

1.3 主要技术参数

除尘系统参数见表2。

表2：除尘系统参数

风机技术参数见表3。

表3：风机技术参数

1.4 研究方案

目标为使除尘烟气达到排放指标≤10mg/m³，满足环保达标排放要求。根据现场的调查情况，为了满足现阶段的环保要求以及将来更严格环保指标要求，经分析和研究提出以下整体改造思路和方案。

1.4.1  方案改造思路

经过现场调研中发现的问题和缺陷主要对以下两个方面进行改造和维修优化：

⑴将原有塑烧板除尘器改造成新建“多级尘雾分离系统”，以达到降低系统阻力、降低运行和维护成本、满足环保指标要求；

⑵严格计算各产尘点的风量，优化设计或改造吸尘罩及部分吸尘管路的结构和布局，改善吸尘效果和降低系统阻力。

1.4.2实现10mg/m³的超低排放标准方案

系统实现性能保证的前提条件

* 该设备的运行温度小于70℃

* 设备入口的颗粒物浓度≤1000mg/m³

* 设备运行期间，确保水系统的压力和正常运行

* 电源保证380V，140kW

* 新水补给流量：12-16t/h，压力：0.6MPa

* 浊水排放量：6-8t/h

    实现10mg/m³的超低排放的主要设备见表4。

表4：柯美瑞多级尘雾分离系统（10mg/m³方案）主要产品规格

2   KIMRE多级尘雾分离系统在热轧应用效果

2018年11月份委托唐山永正环境监测有限公司（第三方检测机构）对KIMRE多级尘雾分离系统在热轧应用效果进行检测，该装置安装在唐山建龙特殊钢有限公司一轧、二轧厂。由检测报告显示一轧、二轧轧机除尘废气排放口颗粒物浓度均未超出10mg/m³（见表5）拦截效果非常显著。

表5：轧机除尘废气排放口颗粒物浓度检测数据

2020年5月份委托宁夏两家监测公司（第三方检测机构）对KIMRE多级尘雾分离系统在热轧应用效果进行检测，该装置安装在宁夏申银钢铁有限公司棒材厂。由检测报告显示轧机除尘器入口和废气排放口颗粒物浓度（见表6）拦截效率达到了98.8%。

表6：轧机除尘废气排放口颗粒物浓度检测数据

3  结论

经过热轧厂烟气收集净化现场在用的检验结果，验证了该方案的可行性，并且运行成本非常低，后续维护量非常小。使用该系统替代传统的塑烧板除尘器，同时配备高效水喷淋装置，彻底改变热轧生产车间的劳动环境。

参考文献

[1]  刘奕琳.新型复合式除雾器的设计与优化研究[D].华中科技大学,2017.

[2]  王文燕.提高折流板除雾器对细雾滴脱除性能研究[D].东南大学,2018.

[3]  刘鹏飞.金属丝网滤清器阻力特性预测方法研究[D].哈尔滨工程大学,2013.

[4]  王力腾,张丽丽,蔡晶等.一种高效离心式除雾器的数值模拟研究[C].2017,环境工程2017增刊2下册.