声波团聚在烧结机尾除尘系统的应用研究

声波团聚在烧结机尾除尘系统的应用研究

雷岩岩 宫建海

（山东钢铁集团永锋淄博有限公司，山东淄博 255000）

摘要: 本文在烧结机尾设计与安装声波团聚除尘装置，利用声波耦合团聚技术+高效旋流除尘技术，降低烧结机尾颗粒物的排放。声波团聚装置投入使用后烧结机尾除尘颗粒物排放浓度每小时平均由2.62mg/m³降低到0.59mg/m³；标准差由1.55mg/m³降低到0.098mg/m³，排放更少，系统更稳定，未在发生因排放不达标造成的烧结停机事故。

关键词： 超低排放；声波团聚；烧结机；颗粒物

1 前言

生态环境部、国家发展和改革委员会、工业和信息化部、财政部、交通运输部等5部门联合发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，主要目标：全国新建(含搬迁)钢铁项目原则上要达到超低排放水平。推动现有钢铁企业超低排放改造，到2020年底前，重点区域钢铁企业超低排放改造取得明显进展，力争60%左右产能完成改造，有序推进其他地区钢铁企业超低排放改造工作；到2025年底前，重点区域钢铁企业超低排放改造基本完成，全国力争80%以上产能完成改造^[1]。根据生态环境部《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（环办大气函[2019]35号）文件要求，结合山东省钢铁工业污染物排放标准（DB37/990—2019）^[1]，要求钢铁企业自2020年11月1日起，所有环保设施颗粒物排放限制为10 mg/m³。

而某公司炼铁厂现有1台180 m²带式烧结机，烧结机尾除尘为146m²的电除尘，除尘后出口尘含量为20mg/m³左右，已不能满足下一步国家要求的超低排放标准10 mg/m³，所以有必要对现有除尘设备进行优化改造，使烟囱排放达到国家烟尘排放标准。

2 烧结机尾除尘烟气特性及声波团聚技术原理

2.1烧结机尾除尘烟气特性

表1 烧结机的机头、机尾烟气特性表

从表中可以看出，烧结机的机尾选用的除尘器需提高回收成分的捕集，适应高浓度粉尘的环境；而机头烟尘的比电阻较高，不容易收尘，含湿量高易腐蚀，粘度大不利于振打清灰，需根据这些特点选择除尘器^[2]。

2.2 声波团聚技术原理

声波团聚是清除细颗粒物的一种有效方法^[3]，利用高强度声场使气溶胶中微米和亚微米级细颗粒物发生相对运动并进而提高他们的碰撞团聚速率，细颗粒在短时间内，粒径分布从小尺寸向大尺寸方向迁移，颗粒数目浓度减少。主要包括声波发生器、团聚室和颗粒分离器等，其基本原理是利用声波耦合团聚技术+高效旋流除尘技术，使烟气中的细微颗粒发生碰撞团聚，从而使颗粒数目浓度降低、平均粒径增大，变得容易被捕捉，再通过高效除雾器沉降脱除颗粒物，去除大部分颗粒物，最终通过水箱中喷淋进一步去除颗粒物，以达到超低排放的要求。见图1所示。

利用高强度声场使微米和亚微米级细颗粒物发生相对运动使其碰撞、粘附形成大一级的团聚物。

（
1）高强度声场能使得气溶胶中微米和亚微米颗粒之间产生相对振动并因此增加它们的碰撞概率和速率，一图1 声波耦合团聚除尘技术原理图

旦颗粒物发生了碰撞，它们便十分可能粘附而形成较大一级的团聚物。由于外加声波的作用，在很短的时间范围内，颗粒的分布密度函数将发生从小尺寸向大尺寸范围的演变，所以可很容易地将团聚长大的颗粒从携带的气体中清除掉。见图2所示。

图
2 细颗粒声波团聚长大示意图

（2）烟气中的粉尘经高效旋流除尘装置去除后，粉尘浓度已基本上去除，从而达到超低排放的要求。见图3所示。

图3 高效旋流除尘装置工作原理图

2.3 机尾除尘声波团聚装置安装

（1）在烧结机尾除尘引风机出口烟道增设1套种子雾装置（喷雾量0.1t/h，实际喷雾量根据现场调试结果确定）、在烟道上增加12套多效声波耦合团聚装置、加装多套高效旋流除尘设备并配以喷淋水系统。

（2）声波团聚装置安装在此套管短接法兰上，支撑点利用烟道顶部加固筋。高低频及可调频声波装置开孔并焊接套筒短接法兰，将声波装置进行插入式固定安装，支撑点利用沉降室的加固筋及平台。

（3）冲洗水系统喷嘴焊接在预置烟道上方。冲洗水系统采用PLC自动控制，冲洗水用于对高效旋流除尘器进行冲洗，冲洗后的水从烟道下部疏水装置排放至10m³的沉淀水箱，冲洗水经沉淀后循环使用。

烧结机尾除尘声波团聚技术改造示意图，见图4所示。

图4 烧结机尾除尘声波团聚改造示意图

3使用效果分析

3.1实施前后机尾除尘颗粒物排放情况

（

1）按天统计烧结机尾除尘颗粒物浓度，统计2019年4月1日至2019年8月31日每天的数据，见下图5：

图5 颗粒物实测浓度

由图可以看出，2019年4月份的烧结机尾除尘颗粒物浓度波动较大。优化后，从2019年5月15日至2019年8月31日，烧结机尾除尘颗粒物浓度每天均在1 mg/m³以下，更为稳定，均符合超低排放的标准要求。

表2 优化前后对比

优化前烧结机尾除尘颗粒物浓度平均值为2.62 mg/m³，标准差为1.55 mg/m³；优化后平均值为0.59mg/m³，标准差为0.0984 mg/m³，排放浓度更小，更稳定。

（2）按小时统计烧结机尾除尘颗粒物浓度，统计2019年4月1日至2019年8月31日每小时的数据，见下图6：

由上图可以看出，2019年4月份的烧结机尾除尘颗粒物浓度每小时统计有超标情况。优化后，从2019年5月15日至2019年8月31日，烧结机尾除尘颗粒物浓度每天均在10 mg/m³以下，均符合超低排放的标准要求。未在发生因排放不达标造成的烧结停机事故。

4 结论

为实现烧结机尾颗粒物的超低排放达到标准要求，对声波团聚技术进行了应用研究，确定了在烧结机使用团聚除尘技术是可行的。通过优化旋流除尘器、强化性检修维护、稳定混合料水分、完善放灰制度等措施实施，减少了烧结机尾除尘颗粒物浓度波动，平均值由2.62 mg/m³降低到0.59mg/m³，标准差由1.55 mg/m³降低到0.0984 mg/m³，排放浓度更小，更稳定，未在发生因排放不达标造成的烧结停机事故。持续优化除尘工况，配合声波团聚技术，稳定保持在超低排放限值范围内，保证烧结机作业率，减少和杜绝因机尾除尘颗粒物超标造成烧结停机。

参考文献：

[1] 山东省人民政府关于印发《山东省2013-2020年大气污染防治规划》和《山东省2013-2020年大气污染防治规划一期(2013-2015年)行动计划》的通知[J]．山东省人民政府公报，2013，17：2-225．

[2] 李兴义，卢静，包文琦，等．烧结机尾除尘改造[J]．山东冶金，2011，33（3）54-55．

[3] 解建坤，储昊，夏瑞芳，舒中平．声波团聚—除尘在线试验装置的开发与应用[J]．华电技术，2017，39（9）：13．