烟气在线监测系统在邯钢1#高炉的应用

李子亮 王宗德 程海龙

（河钢集团邯钢公司）

0 引言

邯钢1#高炉的有效容积为3 200 m3，于2008年4 月开炉。由于高炉距离市区较近，故对环保比较重视，采用了完善的除尘工艺。炉前出铁场和矿槽各配备两座除尘器，采用干法布袋除尘技术。炉前每座除尘器的布袋数量为5 376 条，过滤面积12 660 m2，可处理风量86 万m3/h，矿槽除尘器布袋数量为2 880 条，过滤面积6 800 m2，处理风量45 万m3/h。随着近年来京津冀地区雾霾频发，空气质量越来越受到重视，如何实现超低排放成为钢铁企业面临的重要课题。邯钢在2017 年对1#高炉各除尘器烟囱加装了烟气在线监测系统，实现了对烟气排放的实时监测，通过设备维护和工艺优化等措施，确保了颗粒物长期达标排放。

1 烟气在线监测系统简介

烟气在线监测系统简称CEMS，是利用特定仪器对固定污染源颗粒物浓度和污染物排放总量进行连续自动监测的装置[1]。邯钢1#高炉CEMS系统主要由粉尘（颗粒物）监测系统，烟气排放参数（温度、压力和流速）测量系统，数据处理与控制系统等组成（如图1 所示）。粉尘监测采用DUSTHUNTER SB30 粉尘仪，可以在各种恶劣环境下长期连续监测烟气排放情况。SB30 粉尘仪是基于光散射原理的粉尘测量装置，利用粉尘颗粒对光散射的特性可实现高精度的粉尘监测。其工作原理是内置的激光信号源发射激光，激光照射到粉尘粒子后被反射，由于反射的信号强度与粉尘浓度成正比，故可通过监测粉尘反射的激光信号，按照一定的算法计算出烟道粉尘的浓度[2]。同时，采用同阳TY-TPF 温压流一体化检测仪对烟气温度、压力和流速等参数进行监测。相关数据传至除尘值班室电脑，并上传至环保部门，可对除尘器烟囱粉尘排放进行实时监督。

图1 1#高炉CEMS 系统结构

借助CEMS 系统可实现对各种相关的环保设备进行监控和管理，从而控制颗粒物的排放。环保控制标准以小时均值确定，分别为矿槽＜10 mg/m3，出铁场＜15 mg/m3，除尘值班室设置声光报警器，当颗粒物瞬时值超标时可发出报警。近年来，通过多种措施控制1#高炉的颗粒物数值，实现了平稳达标排放，CEMS 系统投用以来部分颗粒物数值变化如图2 所示。

图2 近年颗粒物数值变化

2 颗粒物数值的控制

2.1 CEMS 系统的维护

SB30 粉尘仪可在风雨、雷电、粉尘冲刷等恶劣环境下连续运行，维护成本较低。但由于处在粉尘工作环境中，光学镜头不可避免存在缓慢污染的情况，若镜头表面沾染粉尘而未及时清理，会造成颗粒物测量结果偏高，因此需要定期使用50%的酒精水溶液对其进行清洁处理。

为减少光学元件被粉尘沾染，需要为其配备吹扫系统。1#高炉CEMS系统采用压缩空气进行吹扫，使光学元件所处压力始终高于烟道内压力，减缓了光学元件被污染的速度。

在CEMS 系统投入运行初期，多次出现除尘风机检修期间颗粒物偏高的状况，此时烟囱并未排放烟气，由于对CEMS 系统缺乏了解，一度以为是系统出现了故障，经维护人员多次确认，系统运行无异常。随着对系统的逐渐了解，已查明原因：停风机后烟囱内悬浮的颗粒物或烟囱内壁上掉落的粉尘造成了数值的升高。经环保部门确定，在停风机期间（以烟气流速为零界定），颗粒物数值超出控制标准不被认定为超标排放。

2.2 除尘系统的改进

为实现平稳达标排放，需做好日常维护，保证除尘器放灰系统运转正常。对子灰仓、集中灰仓、刮板机等放灰设备加强点检，每天组织好吸排车，确保子灰仓除尘灰排空，防止灰位过高造成粉尘二次飞扬，甚至布袋底部的磨损，导致颗粒物数值大幅上升。

在线监测提高了除尘器布袋的质量要求，近年陆续更换的布袋具有耐磨性好、耐高温、尺寸标准等优点，可利用高炉休风停风机的机会，对破损的布袋进行更换。同时为了应对颗粒物数值突然升高，制订了在线监测异常应急处置预案，颗粒物预警值定为矿槽7 mg/m3，出铁场10 mg/m3，当瞬时值超出预警值时，组织人员迅速查找和确定出现异常的仓室，停止破损仓室的喷吹，临时关闭风门，更换破损或脱落的布袋，并且优化原料备料和炉前出铁操作，确保小时均值不超标。1#高炉仅2020 年即更换矿槽除尘器布袋1 419 条，出铁场除尘器布袋6 041 条，使除尘器始终处于良好的工作状态，颗粒物数值长期优于环保控制标准。

2.3 生产工艺的优化

2.3.1 炉前出铁作业

1#高炉设有南北两个对称布置的矩形出铁场，共有4 个铁口：2 个对向铁口轮流出铁，2 个铁口维修。高炉出铁过程中，出铁口、撇渣器、铁沟、渣沟和摆动溜槽等处产生大量的烟尘。为防止烟尘污染环境，改善炉前操作人员的工作条件，除工艺上进行密封外，在以上各处分别设抽尘点，共设28 个抽尘点。正常生产时，除尘风机处于满负荷运转状态，在除尘风量基本一定的情况下，必须控制抽尘总量才能实现达标排放。

出铁场除尘器可满足正常出铁过程中的除尘效果和颗粒物排放，若出铁过程中突然出现铁口大喷，会短时间内产生大量烟尘，造成颗粒物数值迅速上升。因此，应对炉前开堵口操作加以改进，以防止铁口大喷。首先，做好铁口维护，保证铁口打泥量，维持合适的铁口深度；其次，开口时机要把握好，以保证开口见渣铁，尤其是倒场后新投入铁口，由于深度浅，可在上次铁口堵口后，适当间隔一段时间，待炉缸渣铁液面有所上升后再打开[3]。最后，来风后应立即堵口，减少铁口喷溅的时间。

炉前尽量减少重叠出铁，以保证除尘效果和颗粒物排放达标。在休风过程中，为了保证炉缸渣铁出净，防止风口灌渣，两边铁口必须同时出铁，且铁口多在喷溅状态，往往会造成两座除尘器的颗粒物数值偏高。在保证风口无灌渣危险后，炉内可通过适当多减风，防止铁口大喷。从1#高炉多次休风实践来看，通过控制减风节奏来抑制铁口喷溅以控制颗粒物数值是可行的，近年来在休风过程中均未出现颗粒物超标的情况。以近期一次休风为例，可明显观察到休风过程中的颗粒物数值变化，如图3 所示。2021 年1 月3 日，高炉休风，4：04 两侧铁口开始重叠出铁，此时颗粒物数值略有上升，但整体不高。4：35 左右，3#铁口（位于2#出铁场）来风，颗粒物数值迅速上升，分钟平均值最高升至7.5 mg/m3，高炉少量减风，减少3# 铁口喷溅，数值下降明显。1# 铁口于4 ：57 来风，两侧铁口开始大喷，两座除尘器的颗粒物数值均出现明显抬头情况，炉内开始大量减风，通过控制减风速度来减少铁口喷溅和抑制颗粒物数值升高。5：38 高炉完成休风，铁口堵口。整个过程中颗粒物数值出现多次升高，通过对数值的实时监测，调整减风节奏，未出现超标排放情况。

图3 休风时出铁场颗粒物数值变化

2.3.2 矿槽作业

高炉矿槽作业在对矿石和焦炭等原燃料进行筛分、称量和运输的过程，原燃料在摩擦、碰撞和跌落过程会产生大量粉尘，在产生粉尘的部位设置密封罩，并进行抽风除尘[4]，槽下和槽上除尘系统有两套独立的除尘器，槽上除尘抽尘点14 个，槽下除尘抽尘点42 个，共计56 个抽尘点[5]。不同于炉前出铁场，矿槽区域抽尘总量难以控制，所以对矿槽除尘器颗粒物的控制主要是优化矿槽区域的生产节奏，为更换布袋争取时间，确保布袋的过滤效果。

对于槽上系统来说，原燃料在皮带运输和装入料仓的过程中产生的烟尘是最大的污染源。由于槽上并非连续作业，料仓补充一次原燃料可保证高炉数小时正常生产，这就为除尘器更换布袋提供了时间。除尘值班室在发现槽上除尘器颗粒物突然升高时，可在料仓料位允许的情况下，临时关闭除尘风机风门，由除尘作业人员检查问题仓室，更换破损布袋，整个过程不会影响高炉的正常生产。

与槽上系统不同，槽下是连续作业，原燃料备料、排料几乎是不间断进行的。为了给更换布袋多留出时间，高炉通常采用压料处理，即集中往炉内多上几批料，增加高炉料面高度，待矿槽集中仓补满原料后，槽下立即停止备料和排料，除尘风机风门关闭，开始更换布袋。一般可留出30 min，如果更换布袋数量所需时间长，在炉况允许的情况下高炉可多次压料，除尘人员分段多次作业。

通过优化矿槽生产节奏，更换破损布袋，多年来矿槽两座除尘器运行良好，实现了平稳达标排放。

3 结论

CEMS 系统的应用使邯钢1#高炉实现了对烟气排放的实时监测，促进了设备的改进和生产工艺的优化，并提升了职工的环保意识，同时环境监管部门可对烟气排放进行监督，对实现超低排放具有重要意义。在CEMS 系统的参考和监督作用下，通过多种举措，实现了1#高炉颗粒物排放长期优于环保控制标准，在京津冀地区雾霾频发，环保形势日益严峻的大背景下，对减少大气污染、提升空气质量起到了重要的作用。