因“序”選“料”--除塵濾袋在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的應(yīng)用探討
隨著近幾年國家逐步明確提出PM2.5控制標(biāo)準(zhǔn)的要求，京津冀周邊區(qū)域?yàn)轫憫?yīng)國家新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)鋼鐵企業(yè)控制細(xì)顆粒物污染提出了具體要求。從2015年1月1日起，國家制定的鋼鐵行業(yè)各生產(chǎn)工序新的排放標(biāo)準(zhǔn)和特別排放限值開始執(zhí)行，其中氣體污染物的排放濃度降低到了10mg/m3~20mg/m3。在完善環(huán)保設(shè)施、提升除塵設(shè)施捕集能力的基礎(chǔ)上，各企業(yè)大量使用的普通布袋除塵器濾料已經(jīng)無法滿足排放要求。根據(jù)鋼鐵各工序除塵工況的風(fēng)機(jī)配置，將普通濾料更換為覆膜濾料能夠進(jìn)一步降低污染物排放濃度，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
常用的覆膜濾料是用PTFE微孔薄膜熱熔到普通的濾料表面，形成表面過濾層。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用覆膜濾料后對(duì)原濾料有顯著的保護(hù)作用，長期使用，系統(tǒng)阻力可下降50%左右，使用壽命可達(dá)3年以上，排放濃度能夠穩(wěn)定控制在10mg/m3以下，對(duì)PM2.5基本實(shí)現(xiàn)趨零排放控制。
我國除塵濾料的發(fā)展歷程
袋式除塵從20世紀(jì)50年代進(jìn)入我國市場，在沒有國產(chǎn)專用除塵濾料的情況下，最先使用的是毛呢氈、棉素布等民用織物。1970年，我國研制出了國產(chǎn)濾料第一個(gè)品牌———208工業(yè)滌綸絨布;1978年研制成功了三維針刺氈濾料以適應(yīng)高能脈沖清灰袋式除塵器的需要，從而使除塵濾料結(jié)構(gòu)從二維突破到三維，表現(xiàn)出了高效低阻的優(yōu)越性;1985年研制成功了729圓筒形緞紋機(jī)織濾料以適應(yīng)反吹風(fēng)袋式除塵器的需求，進(jìn)而研發(fā)出了MP922高強(qiáng)抗靜電濾料;20世紀(jì)90年代研制成功高密面層針刺氈;1994年研制成功PTFE覆膜濾料，實(shí)現(xiàn)了除塵濾料的過濾機(jī)理從體過濾向面過濾的轉(zhuǎn)化，尤其對(duì)于黏性超細(xì)粉塵，過濾效率呈現(xiàn)數(shù)量級(jí)提高，運(yùn)行阻力低且穩(wěn)定。
21世紀(jì)以來，隨著袋式除塵器進(jìn)入電站鍋爐和垃圾焚燒爐等新領(lǐng)域，捕集的煙氣具有高溫、高濃度、高濕、強(qiáng)腐蝕和多變的特點(diǎn)，過濾功能也從去除顆粒物擴(kuò)展到細(xì)顆粒物脫除、有害氣體凈化處理等范圍，因此對(duì)除塵濾料的功能、品種和質(zhì)量提出了更高的要求。人們對(duì)濾料制作工藝逐漸重視，并在實(shí)踐過程中對(duì)其進(jìn)行完善，在一定程度上對(duì)濾料的化學(xué)與物理性質(zhì)進(jìn)行了改善，提高了濾料的使用效率，延長了濾料的使用時(shí)間。隨著納米環(huán)保技術(shù)的發(fā)展逐漸加快，濾料的制作中也逐漸融入納米技術(shù)，通過納米催化劑氣流成網(wǎng)的技術(shù)來分解有害、廢棄的氣體。
當(dāng)然，與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國除塵濾料行業(yè)仍存在很多不足，如總體裝備水平不高、產(chǎn)品良莠不齊、重復(fù)建設(shè)低檔次生產(chǎn)線、高溫化纖原料依賴進(jìn)口、后處理工藝環(huán)節(jié)薄弱等，但在國家大力推動(dòng)PM2.5控制的大好時(shí)機(jī)下，袋式除塵作為大氣污染治理的重要手段必將能夠高速發(fā)展。
適合鋼鐵爐窯的主要除塵濾料
在眾多濾料中，適合鋼鐵爐窯使用的除塵濾料分為常溫濾料和高溫濾料。其中，常溫濾料主要有滌綸(聚酯)針刺氈、亞克力(均聚丙烯腈)針刺過濾氈，高溫濾料主要有美塔斯(METAMAX)針刺氈(NOMEX、CONEX)、P84(聚酰亞胺)針刺氈、玻纖針刺氈等。
滌綸針刺氈濾料。該濾料是采取滌綸短纖為原料的機(jī)織濾布，具有強(qiáng)力高、伸長率小、耐強(qiáng)酸弱堿等特點(diǎn)，使用壽命一般是玻璃纖維織物的4倍~6倍，有良好的透氣性，集塵率高，容易清灰，除塵效率可超過98.99%。該濾料在鋼鐵爐窯環(huán)境除塵器常溫?zé)煔獠都凶畛Ｊ褂谩?/p>
亞克力針刺氈濾料。該濾料是一種合成纖維濾料，具有很好的耐水解性能，適用于連續(xù)運(yùn)行溫度為125℃~140℃的工況。該濾料對(duì)有機(jī)溶劑、氧化劑、無機(jī)酸和有機(jī)酸具有良好的抵抗力，耐水解性能很好，但耐堿性能一般，在鋼鐵爐窯中非堿性環(huán)境和含水率高、易產(chǎn)生油霧污染的環(huán)境可以使用。
美塔斯針刺氈濾料。該濾料采用諾梅克斯纖維針刺而成，具有優(yōu)異的耐溫性，可在204℃的溫度下連續(xù)操作;具有良好的耐化學(xué)性，低濃度的酸堿和大多數(shù)碳?xì)浠衔飳?duì)它不會(huì)造成影響，即使遇到少量的氟化物也不會(huì)出現(xiàn)明顯腐蝕;具有突出的高溫穩(wěn)定性，在250℃的溫度下熱收縮率小于1%;具有極佳的防火性，400℃時(shí)才開始分解和碳化，極限氧指數(shù)為30點(diǎn)，不自燃也不助燃。該濾料廣泛應(yīng)用于各種高溫?zé)煔膺^濾場合。
P84針刺氈濾料。該濾料是一種阻燃的、耐溫穩(wěn)定的纖維濾料，最高可耐溫260℃。該濾料主要用于高爐煤氣干法除塵。
玻纖針刺氈濾料。該濾料是由玻璃纖維單絲無序交錯(cuò)穿插而成，呈無定向三維微孔結(jié)構(gòu)，空隙小，空隙律大，具有良好的吸音、減震、耐腐蝕、絕緣、耐高溫、阻燃的性能。該濾料孔隙率高，氣體過濾阻力小，過濾風(fēng)速大，除塵效率高，同時(shí)具有耐彎折、耐磨、尺寸穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，用于鋼鐵爐窯高溫?zé)煔獠都?/p>
PTFE濾料。該濾料具有不粘性、耐熱性(240℃~260℃之間可連續(xù)使用)、滑動(dòng)性(較低的摩擦系數(shù))、抗?jié)裥?表面不沾水和油質(zhì))、耐磨損性、耐腐蝕性，主要用于在各種除塵濾料表面覆膜，增加除塵布袋的過濾精度和環(huán)境適應(yīng)性。
目前，鋼鐵行業(yè)主要使用的除塵布袋濾料是上述濾料的前5個(gè)品種，分別用于常溫環(huán)境除塵、二次捕集除塵和高溫?zé)煔獬龎m等。
不同工序環(huán)節(jié)的濾料選擇
鋼鐵企業(yè)不同工序存在著不同的工況，所以在濾料的選擇上也存在差異。
煉焦。煉焦煙氣溫度在90℃左右，瞬時(shí)溫度可以達(dá)到130℃，煙氣中含硫且水分較少。根據(jù)各工藝部位的不同，對(duì)濾袋性能要求也不同。如攔焦除塵要求防靜電、阻燃，焦臺(tái)和干熄焦除塵要求防靜電，篩焦除塵要求防水、防油、防靜電。經(jīng)多年使用證明，采用PTFE覆膜滌綸針刺氈做濾袋，在性能上可以滿足煙氣捕集要求，同時(shí)顆粒物排放濃度基本控制在10mg/m3~20mg/m3，能夠滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)和特別排放限值。
燒結(jié)。燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣一般會(huì)在電除塵后配有干法、半干法和濕法脫硫系統(tǒng)，其中半干法脫硫系統(tǒng)后需要配置袋式除塵，根據(jù)脫硫后燒結(jié)機(jī)頭煙氣溫度(90℃左右)和成分(少量SO2、NOX、塵)選用PTFE覆膜滌綸針刺氈做濾袋的袋式除塵即可有效保證按標(biāo)準(zhǔn)排放。
燒結(jié)機(jī)機(jī)尾、熔劑、配料、整粒除塵目前使用電除塵進(jìn)行煙氣捕集，為了滿足特別排放限值20mg/m3的要求，可將電除塵改為布袋除塵，根據(jù)燒結(jié)燃料使用的布袋除塵排放濃度分析，采用PTFE覆膜滌綸針刺氈做濾袋，排放濃度可以保持在10mg/m3左右。
高爐煉鐵。根據(jù)高爐煙氣的特性，所有高爐煙氣環(huán)境除塵都采用防水、防油的PTFE覆膜滌綸針刺氈做濾袋，顆粒物排放濃度基本能夠控制在10mg/m3以內(nèi)，能夠滿足國家最新大氣污染物特別排放限值要求;高爐煤氣主要成分為CO、CO2、N2、H2、CH4，其中可燃成分CO占25%左右，目前采用干法除塵對(duì)其進(jìn)行凈化，因其連續(xù)運(yùn)行煙氣溫度達(dá)到200℃以上，必須選用耐高溫的玻璃纖維或P84(聚酰亞胺)作為濾料，但經(jīng)過實(shí)際使用，玻璃纖維濾料易斷裂、壽命短，無法長時(shí)間保證過濾精度，而采用PTFE覆膜P84(奧地利進(jìn)口)針刺濾料，在正常情況下使用壽命可達(dá)3年，顆粒物排放濃度穩(wěn)定控制在3mg/m3左右，完全能夠滿足生產(chǎn)的需要。
電爐。目前電爐除塵采取四孔、狗窩加屋頂罩的三級(jí)捕集方式，合理的將高溫?zé)煔夂统責(zé)煔膺M(jìn)行混合，有效降低了除塵器入口煙氣溫度。但考慮突發(fā)情況，煙氣溫度瞬時(shí)可能達(dá)到200℃以上，因此選用PTFE覆膜美塔斯濾料既能降低運(yùn)行成本，又能有效捕集煙氣、高效過濾，保證顆粒物排放濃度控制在10mg/m3以下。當(dāng)然，在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，存在因空間限制導(dǎo)致的捕集罩口到除塵器入口之間的管道短，高溫?zé)煔鈺?huì)在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入除塵器，出現(xiàn)大批除塵布袋燒損的情況。此時(shí)，除塵器選用玻纖濾料，可有效避免該類事故的發(fā)生。
轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐二次煙氣屬于常溫范圍，采用PTFE覆膜滌綸針刺氈做濾袋，排放濃度可以保持在10mg/m3左右，能夠滿足最新的顆粒物排放濃度要求。
AOD。AOD精煉過程屬于還原反應(yīng)過程，如果采用爐體煙氣和屋頂罩煙氣分別獨(dú)立捕集的方式，由于爐體煙氣溫度高且呈堿性，并存在水冷煙道漏水等情況，選用的濾料必須具備防水和耐堿性的特點(diǎn)，可選用PTFE覆膜美塔斯濾料，既能防水，又具有耐堿性、耐高溫的特點(diǎn)。屋頂罩除塵則采用PTFE覆膜滌綸針刺氈做濾袋，即可滿足捕集和排放要求。如果采用爐體煙氣和屋頂煙氣混合后進(jìn)一個(gè)除塵器的方式捕集，由于屋頂常溫?zé)煔獾幕旌妥饔，除塵器入口煙氣溫度能夠滿足常溫要求，因此采用PTFE覆膜滌綸針刺氈做濾袋即可。
其它環(huán)境除塵。一般在干燥和煙氣溫度低于100℃的情況下，環(huán)境除塵器濾料選用PTFE覆膜滌綸針刺氈做濾袋即可。
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