煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)在邯鋼1#高爐的應(yīng)用

李子亮 王宗德 程海龍

（河鋼集團邯鋼公司）

0 引言

邯鋼1#高爐的有效容積為3 200 m3，于2008年4 月開爐。由于高爐距離市區(qū)較近，故對環(huán)保比較重視，采用了完善的除塵工藝。爐前出鐵場和礦槽各配備兩座除塵器，采用干法布袋除塵技術(shù)。爐前每座除塵器的布袋數(shù)量為5 376 條，過濾面積12 660 m2，可處理風(fēng)量86 萬m3/h，礦槽除塵器布袋數(shù)量為2 880 條，過濾面積6 800 m2，處理風(fēng)量45 萬m3/h。隨著近年來京津冀地區(qū)霧霾頻發(fā)，空氣質(zhì)量越來越受到重視，如何實現(xiàn)超低排放成為鋼鐵企業(yè)面臨的重要課題。邯鋼在2017 年對1#高爐各除塵器煙囪加裝了煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對煙氣排放的實時監(jiān)測，通過設(shè)備維護和工藝優(yōu)化等措施，確保了顆粒物長期達標排放。

1 煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)簡介

煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)簡稱CEMS，是利用特定儀器對固定污染源顆粒物濃度和污染物排放總量進行連續(xù)自動監(jiān)測的裝置[1]。邯鋼1#高爐CEMS系統(tǒng)主要由粉塵（顆粒物）監(jiān)測系統(tǒng)，煙氣排放參數(shù)（溫度、壓力和流速）測量系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)等組成（如圖1 所示）。粉塵監(jiān)測采用DUSTHUNTER SB30 粉塵儀，可以在各種惡劣環(huán)境下長期連續(xù)監(jiān)測煙氣排放情況。SB30 粉塵儀是基于光散射原理的粉塵測量裝置，利用粉塵顆粒對光散射的特性可實現(xiàn)高精度的粉塵監(jiān)測。其工作原理是內(nèi)置的激光信號源發(fā)射激光，激光照射到粉塵粒子后被反射，由于反射的信號強度與粉塵濃度成正比，故可通過監(jiān)測粉塵反射的激光信號，按照一定的算法計算出煙道粉塵的濃度[2]。同時，采用同陽TY-TPF 溫壓流一體化檢測儀對煙氣溫度、壓力和流速等參數(shù)進行監(jiān)測。相關(guān)數(shù)據(jù)傳至除塵值班室電腦，并上傳至環(huán)保部門，可對除塵器煙囪粉塵排放進行實時監(jiān)督。

圖1 1#高爐CEMS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

借助CEMS 系統(tǒng)可實現(xiàn)對各種相關(guān)的環(huán)保設(shè)備進行監(jiān)控和管理，從而控制顆粒物的排放。環(huán)?？刂茦藴室孕r均值確定，分別為礦槽＜10 mg/m3，出鐵場＜15 mg/m3，除塵值班室設(shè)置聲光報警器，當(dāng)顆粒物瞬時值超標時可發(fā)出報警。近年來，通過多種措施控制1#高爐的顆粒物數(shù)值，實現(xiàn)了平穩(wěn)達標排放，CEMS 系統(tǒng)投用以來部分顆粒物數(shù)值變化如圖2 所示。

圖2 近年顆粒物數(shù)值變化

2 顆粒物數(shù)值的控制

2.1 CEMS 系統(tǒng)的維護

SB30 粉塵儀可在風(fēng)雨、雷電、粉塵沖刷等惡劣環(huán)境下連續(xù)運行，維護成本較低。但由于處在粉塵工作環(huán)境中，光學(xué)鏡頭不可避免存在緩慢污染的情況，若鏡頭表面沾染粉塵而未及時清理，會造成顆粒物測量結(jié)果偏高，因此需要定期使用50%的酒精水溶液對其進行清潔處理。

為減少光學(xué)元件被粉塵沾染，需要為其配備吹掃系統(tǒng)。1#高爐CEMS系統(tǒng)采用壓縮空氣進行吹掃，使光學(xué)元件所處壓力始終高于煙道內(nèi)壓力，減緩了光學(xué)元件被污染的速度。

在CEMS 系統(tǒng)投入運行初期，多次出現(xiàn)除塵風(fēng)機檢修期間顆粒物偏高的狀況，此時煙囪并未排放煙氣，由于對CEMS 系統(tǒng)缺乏了解，一度以為是系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，經(jīng)維護人員多次確認，系統(tǒng)運行無異常。隨著對系統(tǒng)的逐漸了解，已查明原因：停風(fēng)機后煙囪內(nèi)懸浮的顆粒物或煙囪內(nèi)壁上掉落的粉塵造成了數(shù)值的升高。經(jīng)環(huán)保部門確定，在停風(fēng)機期間（以煙氣流速為零界定），顆粒物數(shù)值超出控制標準不被認定為超標排放。

2.2 除塵系統(tǒng)的改進

為實現(xiàn)平穩(wěn)達標排放，需做好日常維護，保證除塵器放灰系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常。對子灰倉、集中灰倉、刮板機等放灰設(shè)備加強點檢，每天組織好吸排車，確保子灰倉除塵灰排空，防止灰位過高造成粉塵二次飛揚，甚至布袋底部的磨損，導(dǎo)致顆粒物數(shù)值大幅上升。

在線監(jiān)測提高了除塵器布袋的質(zhì)量要求，近年陸續(xù)更換的布袋具有耐磨性好、耐高溫、尺寸標準等優(yōu)點，可利用高爐休風(fēng)停風(fēng)機的機會，對破損的布袋進行更換。同時為了應(yīng)對顆粒物數(shù)值突然升高，制訂了在線監(jiān)測異常應(yīng)急處置預(yù)案，顆粒物預(yù)警值定為礦槽7 mg/m3，出鐵場10 mg/m3，當(dāng)瞬時值超出預(yù)警值時，組織人員迅速查找和確定出現(xiàn)異常的倉室，停止破損倉室的噴吹，臨時關(guān)閉風(fēng)門，更換破損或脫落的布袋，并且優(yōu)化原料備料和爐前出鐵操作，確保小時均值不超標。1#高爐僅2020 年即更換礦槽除塵器布袋1 419 條，出鐵場除塵器布袋6 041 條，使除塵器始終處于良好的工作狀態(tài)，顆粒物數(shù)值長期優(yōu)于環(huán)?？刂茦藴省?/p>

2.3 生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

2.3.1 爐前出鐵作業(yè)

1#高爐設(shè)有南北兩個對稱布置的矩形出鐵場，共有4 個鐵口：2 個對向鐵口輪流出鐵，2 個鐵口維修。高爐出鐵過程中，出鐵口、撇渣器、鐵溝、渣溝和擺動溜槽等處產(chǎn)生大量的煙塵。為防止煙塵污染環(huán)境，改善爐前操作人員的工作條件，除工藝上進行密封外，在以上各處分別設(shè)抽塵點，共設(shè)28 個抽塵點。正常生產(chǎn)時，除塵風(fēng)機處于滿負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)，在除塵風(fēng)量基本一定的情況下，必須控制抽塵總量才能實現(xiàn)達標排放。

出鐵場除塵器可滿足正常出鐵過程中的除塵效果和顆粒物排放，若出鐵過程中突然出現(xiàn)鐵口大噴，會短時間內(nèi)產(chǎn)生大量煙塵，造成顆粒物數(shù)值迅速上升。因此，應(yīng)對爐前開堵口操作加以改進，以防止鐵口大噴。首先，做好鐵口維護，保證鐵口打泥量，維持合適的鐵口深度；其次，開口時機要把握好，以保證開口見渣鐵，尤其是倒場后新投入鐵口，由于深度淺，可在上次鐵口堵口后，適當(dāng)間隔一段時間，待爐缸渣鐵液面有所上升后再打開[3]。最后，來風(fēng)后應(yīng)立即堵口，減少鐵口噴濺的時間。

爐前盡量減少重疊出鐵，以保證除塵效果和顆粒物排放達標。在休風(fēng)過程中，為了保證爐缸渣鐵出凈，防止風(fēng)口灌渣，兩邊鐵口必須同時出鐵，且鐵口多在噴濺狀態(tài)，往往會造成兩座除塵器的顆粒物數(shù)值偏高。在保證風(fēng)口無灌渣危險后，爐內(nèi)可通過適當(dāng)多減風(fēng)，防止鐵口大噴。從1#高爐多次休風(fēng)實踐來看，通過控制減風(fēng)節(jié)奏來抑制鐵口噴濺以控制顆粒物數(shù)值是可行的，近年來在休風(fēng)過程中均未出現(xiàn)顆粒物超標的情況。以近期一次休風(fēng)為例，可明顯觀察到休風(fēng)過程中的顆粒物數(shù)值變化，如圖3 所示。2021 年1 月3 日，高爐休風(fēng)，4：04 兩側(cè)鐵口開始重疊出鐵，此時顆粒物數(shù)值略有上升，但整體不高。4：35 左右，3#鐵口（位于2#出鐵場）來風(fēng)，顆粒物數(shù)值迅速上升，分鐘平均值最高升至7.5 mg/m3，高爐少量減風(fēng)，減少3# 鐵口噴濺，數(shù)值下降明顯。1# 鐵口于4 ：57 來風(fēng)，兩側(cè)鐵口開始大噴，兩座除塵器的顆粒物數(shù)值均出現(xiàn)明顯抬頭情況，爐內(nèi)開始大量減風(fēng)，通過控制減風(fēng)速度來減少鐵口噴濺和抑制顆粒物數(shù)值升高。5：38 高爐完成休風(fēng)，鐵口堵口。整個過程中顆粒物數(shù)值出現(xiàn)多次升高，通過對數(shù)值的實時監(jiān)測，調(diào)整減風(fēng)節(jié)奏，未出現(xiàn)超標排放情況。

圖3 休風(fēng)時出鐵場顆粒物數(shù)值變化

2.3.2 礦槽作業(yè)

高爐礦槽作業(yè)在對礦石和焦炭等原燃料進行篩分、稱量和運輸?shù)倪^程，原燃料在摩擦、碰撞和跌落過程會產(chǎn)生大量粉塵，在產(chǎn)生粉塵的部位設(shè)置密封罩，并進行抽風(fēng)除塵[4]，槽下和槽上除塵系統(tǒng)有兩套獨立的除塵器，槽上除塵抽塵點14 個，槽下除塵抽塵點42 個，共計56 個抽塵點[5]。不同于爐前出鐵場，礦槽區(qū)域抽塵總量難以控制，所以對礦槽除塵器顆粒物的控制主要是優(yōu)化礦槽區(qū)域的生產(chǎn)節(jié)奏，為更換布袋爭取時間，確保布袋的過濾效果。

對于槽上系統(tǒng)來說，原燃料在皮帶運輸和裝入料倉的過程中產(chǎn)生的煙塵是最大的污染源。由于槽上并非連續(xù)作業(yè)，料倉補充一次原燃料可保證高爐數(shù)小時正常生產(chǎn)，這就為除塵器更換布袋提供了時間。除塵值班室在發(fā)現(xiàn)槽上除塵器顆粒物突然升高時，可在料倉料位允許的情況下，臨時關(guān)閉除塵風(fēng)機風(fēng)門，由除塵作業(yè)人員檢查問題倉室，更換破損布袋，整個過程不會影響高爐的正常生產(chǎn)。

與槽上系統(tǒng)不同，槽下是連續(xù)作業(yè)，原燃料備料、排料幾乎是不間斷進行的。為了給更換布袋多留出時間，高爐通常采用壓料處理，即集中往爐內(nèi)多上幾批料，增加高爐料面高度，待礦槽集中倉補滿原料后，槽下立即停止備料和排料，除塵風(fēng)機風(fēng)門關(guān)閉，開始更換布袋。一般可留出30 min，如果更換布袋數(shù)量所需時間長，在爐況允許的情況下高爐可多次壓料，除塵人員分段多次作業(yè)。

通過優(yōu)化礦槽生產(chǎn)節(jié)奏，更換破損布袋，多年來礦槽兩座除塵器運行良好，實現(xiàn)了平穩(wěn)達標排放。

3 結(jié)論

CEMS 系統(tǒng)的應(yīng)用使邯鋼1#高爐實現(xiàn)了對煙氣排放的實時監(jiān)測，促進了設(shè)備的改進和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，并提升了職工的環(huán)保意識，同時環(huán)境監(jiān)管部門可對煙氣排放進行監(jiān)督，對實現(xiàn)超低排放具有重要意義。在CEMS 系統(tǒng)的參考和監(jiān)督作用下，通過多種舉措，實現(xiàn)了1#高爐顆粒物排放長期優(yōu)于環(huán)保控制標準，在京津冀地區(qū)霧霾頻發(fā)，環(huán)保形勢日益嚴峻的大背景下，對減少大氣污染、提升空氣質(zhì)量起到了重要的作用。