转炉炼钢是我国长流程钢铁工艺中最重要的工序过程。氧气转炉在吹炼期间产生大量含尘烟气，其温度高达1400℃~1600℃，烟气以一氧化碳为主体、含少量二氧化碳和其他微量成分的气体，其中还夹带着大量氧化铁、金属铁粒和其他细小颗粒固体尘埃，对大气和车间环境污染严重。同时烟气具有含尘浓度高、烟尘粒度小、烟气温度高的特点，增加了烟气治理的复杂性。
1 转炉一次烟气除尘系统发展历程
鉴于转炉烟气对环境日益严重的影响，国家于2012年10月1日正式颁布实施的《炼钢工业大气污染物排放标准》规定，转炉一次烟气颗粒物排放浓度现有企业100mg/Nm³；新建企业及特别地区为50mg/Nm³。近年来，环保要求越来越严格，特别是蓝天保卫战以来，生态环境部等五部门于2019年4月联合颁布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，将转炉烟气颗粒物排放浓度定为10mg/Nm³。
目前大型转炉的烟气净化方法主要有两种，包括OG湿法净化系统及LT干法净化系统，但这两种传统工艺方法，很难去除烟气中微米及亚微米级的细小颗粒，很难使转炉烟气的排放浓度达到10mg/Nm³。
2 声波团聚技术的应用
北京博鹏中科环保科技有限公司结合钢铁企业现状，首次将声波团聚技术应用于转炉一次烟气除尘系统。采用声波团聚除尘技术，使烟气中的细颗粒物之间发生团聚，显著提高了除尘效率，从而实现转炉烟气超低排放的改造，该系统具有流程简单、布置紧凑灵活、占地面积小、一次性投资低等特点。此系统可以在原有除尘系统的基础上进行改造，使除尘系统达到超低排放的标准要求。该项技术成果获得实用新型专利3件，软件著作权2件，已成功应用于澳森钢铁、连云港亚新钢铁、东海特钢等企业，颗粒物排放浓度小于10mg/Nm3 ，社会效益和经济效益显著。
3 声波团聚技术
3.1声波团聚技术原理
声波团聚是一种气溶胶预处理技术，在烟气进入除尘器之前，运用高强声场进行辐射处理，在数秒的时间内，烟气中的颗粒之间发生团聚，使烟气的颗粒数目减少，平均粒径增大，能够在后续的除尘器中获得良好的除尘效率，从而达到控制细颗粒物排放的目的，如图1所示。
图1 声波团聚示意图
声波团聚实质是指在高强声场作用下，颗粒之间发生相对运动，从而导致颗粒的碰撞。对于这些小颗粒而言，范德华力和静电引力起主要作用，碰撞后极易粘在一起，发生团聚。在声场中，气体介质随声波作周期性震荡，其中的颗粒也不同程度地被带动。在声波团聚中，由于气溶胶包含不同大小的颗粒，它们在声波中的振动速度各不相同，产生相对运动，产生同向团聚。
3.2 声波团聚专用气动声源装置
声波团聚技术利用高强声波辐射原理，使烟气中的超细颗粒物之间发生快速团聚，大幅增加粉尘和液滴的粒径，显著提高了后续脱水除尘效率。经过前期工程项目验证，该技术能够使企业在保留现有湿法除尘系统的前提下，实现烟气中颗粒物排放浓度小于10mg/Nm3。
鉴于上述理论分析，我公司技术团队凭借多年的实践经验并与北京科技大学、中国计量大学合作。开发了适合高尘高湿条件下的声波团聚专用气动声源装置，具体结构如图2所示。该装置具有很高的声转换效率。传统的电声声源需要经过电磁--机械振动--声能等多个环节能量转换，效率低下，且线圈振膜等部件不能在高温高尘条件下使用。开发的声波团聚专用气动声源，直接将压缩气体能量转换为介质振动，转化效率可以高达80%，并且结构简单，整体采用不锈钢制作，无活动部件，能够耐高温高尘，使用寿命长。运行中，只消耗少量压缩氮气，运行成本和维护成本非常低。
该装置具有以下特点：1）声功率大；2）转换效率高，可达80%；3）频率可控；4）适合高尘、高温工况。5）能够快速拆装，便于维护。该装置的研发使声波团聚技术应用于转炉一次除尘超低排放成为可能。
3.3转炉一次烟气声波团聚除尘系统技术特点
3.3.1除尘效率高，设备运行稳定
研究开发的适合高尘、高湿条件下的声波团聚气动声源装置，可直接将压缩气体能量转换为介质振动，转化效率高达80%。系统采用洗涤塔、文氏管、带声波团聚增效装置的高效除尘器三级除尘，设备运行稳定，保证净化效果，排放浓度可以达到10mg/m3的超低排放要求。
3.3.2 施工方便、流程简单、布置紧凑
改造周期短，一般停产改造周期在8~10天，如果现在采用双塔文除尘工艺，停产改造时间3天。充分利用原有系统布置空间，一级喷雾蒸发洗涤塔取代一文，环缝文氏管取代二级文氏管；高效除尘器取代原有脱水器，不在厂房外额外占地。
3.3.3多种除尘技术耦合，一次性投资低
超低排放新工艺具有多种除尘技术耦合布置方式，布置紧凑 ，原有系统设备可以部分利旧。采用声波团聚技术增效，利用原有喷雾系统进行耦合，大幅增加除尘效果。声波团聚工艺布置方式非常灵活，既可以单独增设专用的声波团聚室，实现粉尘凝并；也可以在脱水塔下部合适的位置布置高强声源，进行声波团聚。具体布置方式可以根据企业现有的除尘系统工艺特点和占地情况进行灵活选择。
一次性投资低，如果目前采用的是排放浓度小于30mg/Nm3的双塔文工艺，只在二级塔或者脱水器上进行局部改造就可以实现超低排放的目的。投资少，与其他工艺比较，每座转炉节省投资费用400万元左右。
3.3.4安全性好，不影响炼钢节奏
因为没有电火花，不存在爆炸的危险。安全性好，对炼钢操作无特殊限制，不影响炼钢节奏。
3.3.5智能控制系统，除尘系统高效节能
研发的STW智能控制系统，充分考虑了炼钢工艺的特点，把吹氧（前烧期、回收期、后烧期）、加料、兑铁、溅渣护炉等不同阶段烟气特点都能兼顾，并且研发了炉口微差压检测装置，解决了取压点堵塞的问题，与文氏管开度进行联锁，很好地解决了集尘效果和净化效果的问题。
3.3.6检修方便、运行费用低
声波团聚装置采取了可快速拆装的连接方式，定期清理即可保证净化效果，检修方便，备品备件消耗量小，该工艺不增加系统阻力，只是增加了一些氮气的消耗量，运行费用低。
4 转炉一次烟气声波团聚除尘系统发展现状
转炉一次烟气声波团聚除尘技术于2018年10月首次用于辛集市澳森炼钢厂3#转炉烟气净化系统， 达到了颗粒物排放浓度低于10mg/Nm3的目标，随后该技术用于辛集澳森炼钢厂1#、2#转炉烟气净化系统 、亚新钢铁公司炼钢厂2座150吨转炉，东海特钢3座120吨转炉，唐山瑞丰1座210吨转炉，目前已有8座转炉投产，得到了业主认可。如图3所示，经声波团聚除尘技术改造后，转炉烟气颗粒物下降达70%左右，实现了转炉烟气超低排放的要求。
图3 澳森钢铁三个转炉除尘系统改造前后对比
5 结语
声波团聚技术还可应用于转炉钢渣处理烟气净化系统，钢铁球团烟气净化系统等多种具有除尘需求的系统中，经多次检测，颗粒物排放浓度均小于5mg/Nm3。该项技术已通过由中国金属学会组织的科技成果评价，得到与会专家在充分认可，一致认为该项技术达到国内领先水平，建议加大在行业内的推广力度。（文章内容来自：冶金技术服务）
