摘要
本文对比了在超低排放的背景下的各除尘技术对钢铁行业烧结工况的烟气净化的适应性，提出了其最佳可行技术，即均流式电除尘器技术，阐述了该技术的原理及特点，重点介绍了山西某厂新建245m²电除尘器配套采用均流式电除尘器技术方案，设备运行半年后，性能测试结果表明均流式电除尘器出口颗粒物的排放浓度稳定小于15mg/Nm³ 。均流式电除尘器在钢铁行业烧结上的成功应用，验证了其除尘效率高，运行费用低、经济性好、使用方便且无二次污染，可以降低除尘设备电耗，减少排污费，具有良好的经济效益和社会效益。
前言
钢铁行业提炼铁矿石的生产工艺主要有烧结法和球团法两种。钢厂烧结工艺是钢铁生产过程中的重要环节，主要目的是将铁矿粉、石灰和燃料等原材料混合后，通过加热处理形成强度高、粒度好的烧结矿，作为炼铁的熟料。
钢铁烧结以有效烧结面积的变化来衡量，我国烧结机已走完了从数十平米到六百平米以上的大型化道路，一百平米以下的烧结机绝大多数己经淘汰出局。在此基础上带动了环冷机、混合机、除尘器、风机、振动筛等相关设备也向大型化方向发展。在设备大型化的同时，自动化水平也取得了长足的发展，为生产效率的快速提升起到引领作用。钢铁烧结主要原料为铁精粉和煤。由于煤中含硫，所以烧结会排放出有害气体产物二氧化硫，必须进行烟气脱硫处理。其他气体排放物主要为氮的氧化物和二氧化碳。
钢铁烧结烟气净化一般配套为静电除尘器。静电除尘器的除尘效率受到烟气温度和湿度、粉尘特性、设备结构和操作条件等各种因素的综合影响。钢铁烧结粉尘排放通常在100mg/Nm³ 以上，依现在环保政策，属于超标排放。造成除尘器超标排放的主要因素有：
技术不足：除尘器技术不达标或技术研发不足，难以达到国家规定的排放标准，部分生产厂家为了节省成本，选用质量较差的材料来制造除尘器，导致除尘效率下降，无法达到预期性能；设备老化：除尘器设备老化，漏风腐蚀严重，导致浓度排放不达标；运行管理不当：日常生产操作中对设备的运行管理不规范，如操作不当或管理疏忽，都可能影响除尘器的正常运行和除尘效率。
钢铁行业烧结机头烟气净化的除尘工艺分析
目前，烧结烟气治理采用的高效除尘主要有电除尘、袋式除尘。
电除尘技术具有除尘效率高，阻力损失小，处理烟气量大，耐高温和耐腐蚀和操作运行稳定等优点。广泛地应用于烟气温度在250℃以下的电力、冶金、建材等行业。研究表明，在控制烟尘进口浓度小于50g/m³时，选用电除尘器设备运行费用低、经济性好、使用方便且无二次污染；当要求烟尘排放浓度小于30mg/m³ 时，由于电除尘器收集微细粉尘效率很低，需要较大的比集尘面积，而且钢铁烧结烟气中二氧化硅和氧化钙等碱物质含量高达50%以上，比电阻高，易产生反电晕，所以常规电除尘器结构形式难以长期稳定满足排放限值低于30mg/Nm³ 。近几年来国内外在电除尘器的应用上采用了许多新技术（优化供电、预荷电、 烟气调质、低低温等），在一定条件下可提高除尘效率、降低烟尘排放浓度，但是很少有排放低于30mg/m³ 的应用实例报道。
根据研究和实际运行情况看，袋式除尘器适用于含尘浓度较低的烟气工况，通常要求入口浓度低于20g/m³ 。入口浓度越高，除尘器阻力越大，引风机能耗升高，且高浓度粉尘对滤袋冲刷严重，导致滤袋提前破损。钢铁烧结配套除尘器入口粉尘浓度高达50g/Nm³ 大大超出袋式除尘允许的浓度范围，设备阻力高。烧结炉启停炉时或故障时瞬时温度会超过300℃，而袋式除尘器的耐高温能力有限，高温对布袋过滤料易造成损坏，此外滤袋受热后会发生膨胀，进而引起滤袋和管板之间的间隙变大，使粉尘从间隙通过而不被过滤，最终导致除尘效果下降。同时烧结粉尘粘性强、湿度大，对化纤滤袋的封堵严重，将大幅缩短滤袋寿命。因此采用袋式除尘技术也难以保证长期稳定超低排放。
均流式静电除尘器除尘技术突破了原有电除尘技术的弱点制约，通过在常规电除尘结构和工艺上进行突破或创新，极板采用W型结构形式，增大了设备收尘面积，同时使用了创新的极配形式，保证设备排放浓度稳定长期低于30mg/m3水平，是目前实现钢铁行业烟气超低排放的最佳可行技术。
均流式静电除尘技术
技术原理
均流式静电除尘技术源于我公司在计算流体力学（CFD）方面的技术优势，借助大型超级计算工作站，采用先进的优化算法，在静电除尘提效优化模式上，对现有静电除尘器电场和流场进行优化仿真，得出了最优的阳极板结构和极板间配合模式，使得静电除尘器性能大幅度提升。同时通过合理控制烟气流动方向、实现蛇形流场，使粉尘四次荷电再穿越，延长粉尘停留时间，增大收尘效率，通过合理布置扰流部件增加局部湍流，促使颗粒聚合。
技术特点
1）一体化通透式极板结构：
①增大收尘面积；②板排结构强度好；③振打加速度高，清灰效果好。
2）卡门涡街导流装置
以流场模拟为前提，卡门涡街导流装置与均流式阳极板配合设计，使得均流式电场中烟气多次穿过极板，粉尘多次吸附，形成多级蛇形流场，延长粉尘停留时间，增加极板的有效利用率。
3）C、W型极板结构，有效抑制二次扬尘
4）均流式阳极板不仅两端有C型防风槽设计，而且每个W型尖端圆弧也起到防风槽作用，收集粉尘不受主气流的冲刷，且收尘区域风速低，有效减少二次扬尘。同时蛇形流场多级吸附，逐级遏制二次扬尘。
5）均流极板与新型芒刺线的极配型式，板排结构强度好。
6）均流电场根据流场模拟，选用最佳的极配形式，使电场强度均匀分布，平均电场强度增强，驱进速度提高，使得均流电场可适应更高的比电阻范围，即：（10图片~10图片Ω.cm）
工艺流程
均流式静电除尘技术是在一体化通透式阳极板和配套的极线组件共同作用下，使得均流电场中烟气多次穿过极板、粉尘多次吸附，在多次穿过极板过程中烟气改变了风向、叠加了风速，粉尘在烟气中粘性阻力做功距离缩小，有效驱进速度大幅度提升，停留时间增加；在配套的极线组件作用下，增强了除尘器内部的湍流流场，使得小颗粒更容易团簇成大颗粒。
工程应用
项目概况
以山西某厂烧结机机头新建 JL245-Ⅳ电除尘器设备工程为例，该烧结机配套2台电除尘器，改造前烧结机配套的185m²电除尘器不能正常工作，排放严重超标。应用户要求，且排放达到国家标准，改造完成后保证电除尘器出口排放浓度＜30 mg/Nm³。基本工艺数据如下：入口烟气，660000 m³/h；入口烟气温度，110-180℃；入口烟气负压，-18000 Pa。
设计参数
表1 均流式除尘器设计参数
技术方案
总体说明
通过资料收集、摸底测试及现场踏勘等方式，并针对烧结机粉尘特性，通过对各种除尘器技术的特点和改造效果进行经济技术对比，在满足场地布置的前提下，我公司提出除尘机理科学、投资合理、运行费用低的均流式电除尘器方案。该方案实施后，可以使烟尘排放浓度≤30mg/Nm3，保证达标排放，同时会给企业带来良好的经济效益及巨大的社会效益。
均流式电除尘技术不但兼备了电除尘的固有优点，如投资省，节能，前级效率高，同时具有布袋除尘高效达标的优点，还克服了两者的固有毛病，如克服了平板电除尘器难以收集高比电阻粉尘及二次飞扬的瓶颈，也没有布袋存在的阻力大能耗高和维修费用大，以及换下坏袋产生的二次污染难题。
具体改造内容
（1）拆除原除尘器。
（2）通过全系统CFD流场模拟进行新建电除尘及管道系统布置。
（3）新建除尘器采用箱梁式结构,同时优化绝缘件保温加热效果,重点提升平均振打加速度。
（4）供电高压电源选用大功率三相高频电源,高低压控制采用上位机自动控制。
（5）将第一、二电场阳极板配置480C型板，极线更换为RS新型芒刺线；将第三、四电场阳极板配置为高效SS480，阴极线更换为RS新型芒刺线；根据CFD流场模拟，加装卡门涡街装置。
技术工程施工及运行效果
项目于2020年7月开工，2020年9月完成均流式电除尘器的安装并顺利投运，自投运起，运行半年后，经检测机构两次检测，出口排放浓度均：＜15mg/Nm³。检测报告如下：
结论
根据性能测试数据，结合均流式除尘器固有的特点，钢铁烧结采用均流式除尘技术不仅可以长期稳定可靠实现超低排放，而且可以大大降低了新建和改造的成本，降低电耗，减少排污费，具有良好的经济效益。均流式除尘技术在钢铁烧 结高温烟气治理领域的成功应用，同时通过中国环境科学学会组织的成果鉴定，为实施烟尘超低排放提供了一种新技术。对于改善大气环境质量、提高人民生活质量和促进经济可持续发展将起到积极促进作用。
