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【科塵】鋼鐵窯爐細微顆粒物PM2.5控制技術取得突破

人氣:507 發表時間:2019-08-12 【


2019-08-1215:53:06

  工業煙塵排放的細微顆粒物已成為我國城市和區域大氣質量的主要污染物。近年來霧霾天氣越發頻繁和嚴重,PM2.5問題已給各級政府和企業帶來巨大的壓力,若不能有效削減細微顆粒物,改善城市空氣質量的目標將難以實現。


  我國缺乏針對鋼鐵窯爐煙塵細微粒子捕集的技術和裝備,在科學技術部“863”課題“鋼鐵窯爐煙塵PM2.5控制技術與裝備”支持下,研發了預荷電袋濾技術,并實現了工業應用。與普通的工業粉塵相比,鋼鐵窯爐煙塵具有粒徑小、溫度高、煙氣量大、腐蝕性強的特殊性,治理難度較大,在新標準、新常態下,傳統的袋式除塵技術、裝備和材料難以實現PM2.5超細粒子的高效捕集和達標排放,PM2.5控制技術和裝備已構成市場的重大需求。研究內容包括:鋼鐵窯爐煙塵細微粒子預荷電技術與裝置、控制PM2.5的超細面層精細濾料研發、復合式細微粒子預荷電袋濾器、超細粒子測試手段和PM2.5捕集效率測定方法研究、建設示范工程。


  (1)預荷電裝置結構研究


  通過比選,確定了預荷電極配形式、電場長度、電場高度、電場風速、荷電時間、板型和線型、同極距、清灰方式、電源及供電參數等關鍵技術,完成了預荷電裝置的設計,完成了樣機制造,開展了工業試驗,運行電壓為50~60kV,二次電流為110~120mA。


  (2)PM2.5的超細面層精細濾料研發


  為捕集PM2.5細微顆粒物,提高濾料過濾效率的核心在于增加濾料接塵面的致密度,減小單纖維直徑,研發了1旦之下的海島纖維。為獲得高效低阻的濾料結構,對濾料的纖維層組成進行了數值模擬,獲得了最佳的濾料三維幾何結構,設計了梯度濾料結構,濾料由四層構成,首先是致密的表面過濾層,使用超細海島纖維,應用針刺工藝進行高密度加固;第二層是深部過濾層,由中粗纖維構成;第三層是基布,對濾料起支撐作用,并提供強度;第四層為保護性過濾,使用粗纖維復合層,在保證濾料整體性能的前提下增加透氣性。攻克了樹脂熔融純化前處理技術、海島纖維成纖工藝、溶蝕后處理技術,研制了可用于過濾的海島纖維,其直徑小于0.8旦,在成纖工藝及后處理技術上實現突破,制造了海島纖維樣品,海島濾料其纖維直徑在1μm左右,與常規15μm左右的纖維相比,直徑急劇減小,這就使濾料在捕集細微顆粒的精度和效率上顯著提高。海島纖維作為濾料生產的原料纖維,需要經過開松、混料、梳理、鋪網、預針刺及主針刺等工序,與常規纖維相比,海島纖維由于雙組份、成束狀,因此具有硬度大、挺度強、可紡性差的難點,在實施過程中研發了針對海島纖維的柔性開松、深度梳理、緩釋鋪網技術,保證了鋪網的均布性。在研制的十多個批次海島纖維濾料中,選擇性能較好的樣品,進行了綜合性能實驗。濾料的基本性能如表1。


  海島濾料樣品盡管使用了直徑1μm的超細海島纖維,但制成的濾料樣品強度并未降低。經向強度為1378N,超過國標900N的53%;緯向強度為1414N,超過國標1200N的18%。透氣度為8.30,介于常規濾料的8~12之間,阻力并未增高,這就為海島濾料性能發揮解除了顧慮。


  針對研制的海島濾料樣品,進行了細微顆粒物過濾實驗,測試結果表明,濾料對3μm粒子的過濾效率>98%,對2.5μm粒子的過濾效率在96.9%。將海島濾料與常規濾料在同樣條件下進行了測試,測試表明,海島濾料比常規濾料性能明顯高出。對2.5μm的粒子,常規濾料過濾效率在80%左右,而海島濾料在96.9%以上,高出了16%。


  (3)細微粒子預荷電袋濾器研制


  關鍵技術是將預荷電裝置與袋濾器有機結合,形成復合裝置。預荷電裝置體積較小,可以設置于除塵器喇叭口內,從而減小了設備占地和體積。該課題完成了復合式預荷電袋濾器的設計,制造了工業試驗樣機。


  (4)工業應用


  工程示范在鞍鋼煉鋼總廠三工區180t轉爐二次煙氣治理項目中進行,180t煉轉爐二次煙氣具有煙氣量大、溫度高、粉塵粒徑小等特點,采用“鋼鐵窯爐煙塵PM2.5控制技術與裝備”的新技術和裝備,將成果應用于冶金爐窯的PM2.5控制,處理風量60余萬m3/h,允許粉塵排放濃度<10mg/m3。工程投運以來,預荷電袋濾器運行正常,凈化系統性能穩定,PM2.5測試結果如表2,示范工程見圖1。


  (5)成果的積極效應


  示范工程運行后,粉塵排放持續穩定達標,經檢測機構檢測,顆粒物排放濃度<10mg/m3,細微顆粒物PM2.5捕集效率>99%,成功實現了超低排放;設備阻力700~1000Pa,運行能耗下降40%。鑒定委員會專家一致認為:“該技術和裝備具有對鋼鐵行業窯爐煙氣中細微顆粒物捕集效率高、節能顯著、運行穩定和維護方便等優點,核心技術在同類技術領域達到國際領先水平?!?/p>


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