La escoria de acero es un subproducto inevitable de la producción de acero en convertidores, representando aproximadamente entre el 10% y el 15% de la producción de acero bruto. La composición mineral principal de la escoria de acero incluye silicato dicálcico, silicato tricálcico, forsterita, rodonita de calcio y magnesio, ferrita dicálcica, óxido de calcio libre, óxido de magnesio libre, entre otros. La fracción másica de hierro es de aproximadamente entre el 10% y el 20%, y tras su recuperación, puede utilizarse como materia prima para la producción de polvo de escoria de acero, ladrillos de escoria de acero y capas de subbase estabilizadas con agua, lo que le confiere un alto valor de reciclaje.

　　Actualmente, la mayoría de las empresas siderúrgicas nacionales e internacionales procesan la escoria de acero caliente mediante diversos tratamientos de enfriamiento, extrayendo el metal y posteriormente reutilizándola. Basándose en el análisis de los métodos de tratamiento de escoria de acero utilizados a nivel nacional e internacional, Beijing Bopeng Zhongke Environmental Protection Technology Co., Ltd. realizó un estudio exhaustivo sobre las características de los gases de combustión generados en el proceso de tratamiento de la escoria de acero y optimizó el proceso de purificación de gases para lograr emisiones ultrabajas de partículas.

　　1. Análisis de los procesos comunes de purificación de gases de combustión

　　1. Proceso de eliminación de polvo mediante baño de agua

　　Se utiliza principalmente en el tratamiento de gases de combustión de escoria de acero mediante el método de ebullición en caliente. En este proceso, la piscina de ebullición se cubre, los gases de combustión entran al baño de agua a través de un conducto de ventilación lateral, y los gases lavados se dirigen a la chimenea de descarga mediante un ventilador. Las ventajas de este proceso son la baja inversión y la sencillez del proceso. Sus desventajas son la baja eficiencia de purificación y las emisiones que no cumplen con los estándares; los conductos de ventilación se bloquean con frecuencia, lo que impide la extracción del humo; solo puede tratar los gases de combustión durante la ebullición, y no los generados durante la agitación y descarga de la escoria.

　　2. Proceso combinado de eliminación de polvo por pulverización ciclónica y colector de polvo autoexcitado

　　Se utiliza principalmente en el sistema de tratamiento de escoria de acero en tambor, y el esquema de tecnología de control de la contaminación del sistema de aire de escape del proceso de enfriamiento con agua de la escoria de acero líquida es el siguiente:

　　Se añade un dispositivo giratorio a la entrada de la tubería principal de gases de combustión, de modo que los gases giren en la tubería. Se añade un dispositivo de pulverización de atomización en el extremo frontal de la tubería de flujo giratorio, y las gotas de agua atomizadas se convierten en núcleos de condensación del humo y el polvo, de modo que el humo y el polvo colisionan con las gotas para formar partículas grandes. Se dispone una rampa en la parte inferior de la tubería, de modo que el agua con polvo eliminada en la tubería se descarga a través de la rampa. Después de la eliminación preliminar del polvo, los gases de combustión entran en el colector de polvo húmedo autoexcitado para una segunda purificación, y después de la purificación, se conectan a la chimenea mediante un ventilador para su descarga a gran altura.

　　Su ventaja es la estabilidad de la operación, y su desventaja es que el equipo es relativamente grande (la velocidad media del viento en la sección de la tubería es de 5 m/s), y la concentración de emisión puede alcanzar los 50 mg/m³, pero no cumple con los requisitos de 10 mg/m³ de emisiones ultrabajas. 3. Precipitador electrostático con humidificación mediante lavador de gases

　　El flujo del proceso es el siguiente: gases de combustión generados durante el enfriamiento de la escoria líquida → campana de captación de humos y polvo → tubería ramal de recolección de gases de combustión → válvula de conmutación eléctrica → tubería principal de recolección de gases de combustión → lavador de gases por aspersión → precipitador electrostático húmedo → ventilador → chimenea de descarga.

　　La ventaja de este sistema es que permite alcanzar los estándares de emisiones ultrabajas. La desventaja es que la inversión inicial es elevada y, tras un período de funcionamiento, la dureza del agua utilizada para el lavado del polvo de escoria de acero provoca incrustaciones en las placas y los electrodos del precipitador electrostático, lo que afecta la eficiencia de la descarga y, por consiguiente, el efecto de purificación. El mantenimiento es complejo, ya que es necesario reemplazar los electrodos y limpiar las placas periódicamente, lo que conlleva un costo de mantenimiento relativamente alto.

　　Basándonos en las ventajas y desventajas de los métodos de eliminación de polvo mencionados anteriormente, es urgente desarrollar un nuevo proceso con menor inversión en investigación y desarrollo, operación estable y concentración de emisión de partículas que cumpla con los requisitos de emisiones ultrabajas.

　　2. Características y aplicaciones del nuevo proceso para lograr emisiones ultrabajas

　　1. Nuevo proceso y características de eliminación de polvo

　　La tecnología de captura con campana extractora y dispositivo de purificación es un método común en la industria metalúrgica para prevenir la dispersión de polvo. En este método, todos los puntos de generación de polvo se sellan con una cubierta cerrada, y luego se instala una campana de recolección de polvo (entrada de la tubería de recolección de polvo) en el lugar donde se genera el polvo. Después de la aspiración del polvo, el flujo de aire con polvo se reduce mediante el dispositivo de purificación y luego se descarga al sistema a través de un ventilador de presión negativa, logrando así el objetivo del tratamiento.

　　Los contaminantes producidos por el proceso de tratamiento de escoria caliente son vapor de agua mezclado con polvo, y el filtro de mangas convencional no se puede utilizar, por lo que se adopta preferentemente el proceso de eliminación de polvo húmedo en la purificación. El polvo contenido en los gases de combustión se purifica primero a través de un lavador de gases y luego se deshidrata para garantizar el efecto de purificación y que los gases de escape no contengan agua líquida.

　　Para cumplir con los estándares de emisiones ultrabajas exigidos por el estado, se adoptan los siguientes procesos: campana extractora → tubería → lavador de gases por aspersión → colector de polvo de alta eficiencia (AWDA + deshidratador ciclónico) → ventilador → chimenea de descarga.

　　Las características específicas del proceso son las siguientes:

　　(1) Puede garantizar de forma estable y fiable que la concentración de emisión sea ≤10 mg/m³.

　　(2) Eliminación de polvo en dos etapas para garantizar el efecto de purificación; el sistema adopta la forma de torre de lavado + colector de polvo de alta eficiencia, y la torre de lavado cumple la función de enfriamiento y eliminación de polvo grueso.

　　(3) El colector de polvo de alta eficiencia utiliza una máquina integrada compuesta por AWDA + deshidratador ciclónico, y AWDA es un colector de polvo sónico. El colector de polvo de alta eficiencia se ubica en la torre de lavado, utilizado principalmente para la eliminación de polvo fino. Está equipado con un dispositivo de pulverización fina en su interior, cuyas partículas atomizadas tienen un tamaño no superior a 200 μm. El polvo fino se recoge mediante diminutas y rápidas gotas de agua atomizada, que al colisionar forman gotas de agua con polvo de mayor tamaño. Estas gotas se sedimentan por gravedad, logrando así la eliminación del polvo. Para mejorar la eficiencia de la eliminación de polvo, se ha añadido un dispositivo de aglomeración sónica de alta eficiencia. Este dispositivo utiliza ondas acústicas para impactar las partículas finas de polvo, provocando que colisionen con las gotas de agua atomizada del dispositivo de pulverización fina, condensándose en gotas más grandes con polvo. Una parte del humo y el polvo se elimina por gravedad en el colector de alta eficiencia, y el resto pasa al deshidratador superior para su posterior eliminación. Su eficiencia de eliminación de polvo puede alcanzar aproximadamente el 99,9%.

　　(4) El sistema de control automático utiliza la tecnología patentada de Beijing Bopeng Zhongke Environmental Protection Technology Co., Ltd., "Sistema de control inteligente de purificación de gases de combustión STW V1.0", que permite configurar diferentes modelos de tratamiento de gases de combustión según el proceso de tratamiento de escoria, para un mejor control de la recolección y liberación de polvo.

　　(5) El sistema de aire comprimido incorpora una válvula de cierre rápido, y el aire comprimido se puede utilizar según la situación específica, con la posibilidad de un cierre automático cuando no sea necesario.

　　(6) La estructura es simple, el mantenimiento es sencillo y no es necesario acceder al interior del equipo para su mantenimiento, lo que reduce la tasa de fallos del equipo y la carga de trabajo de los operarios.

　　2. Configuración de equipos de eliminación de polvo de alta eficiencia

　　Uno de ellos es un lavador de gases por pulverización de alta eficiencia. El sistema de lavador de gases por pulverización de alta eficiencia se compone de varias partes: el cuerpo del lavador, el sello de agua de drenaje y el sistema de atomización.

　　El lavador de gases por pulverización de alta eficiencia utiliza una boquilla de pulverización para rociar agua atomizada directamente y mezclarla con la corriente de aire con polvo. Mediante el contacto entre el gas y el agua, se transfieren los contaminantes del gas al agua, separando posteriormente el gas limpio del agua contaminada para purificar los gases de combustión. Los gases de combustión se tratan mediante un proceso de contracorriente gas-líquido en el lavador de gases por pulverización de alta eficiencia; es decir, los gases de combustión fluyen hacia abajo desde la parte superior de la torre, y el agua se pulveriza hacia arriba en forma de niebla (o pequeñas gotas) para lograr el contacto gas-líquido. Posteriormente, las gotas de agua con polvo se descargan a través del tubo de drenaje inferior, y los gases de combustión pasan al equipo de eliminación de polvo posterior para una segunda etapa de eliminación de polvo.

　　El segundo es un colector de polvo de alta eficiencia. El sistema de colector de polvo de alta eficiencia (AWDA + deshidratador ciclónico) se compone del cuerpo del colector de polvo, el sello de agua de drenaje, el sistema de siembra (dispositivo de pulverización fina), el dispositivo de atrapamiento de niebla de alta eficiencia (dispositivo de generación de ondas sonoras), el conjunto de recuperación, el conjunto de remolino, el deflector de agua y el sistema de control automático.

　　El principio del colector de polvo de alta eficiencia es el siguiente: se utilizan gotas de agua atomizadas extremadamente pequeñas y rápidas para recolectar el polvo fino. Tras la colisión, se forman grandes gotas de agua con polvo que, en la parte inferior del lavador, al disminuir la velocidad del flujo de gas, se depositan por gravedad, logrando así la eliminación del polvo. Para mejorar la eficiencia de la eliminación de polvo del colector de polvo, se añade una pistola de aglomeración sónica de niebla al colector de polvo de alta eficiencia. Esta pistola utiliza ondas sonoras para impactar las partículas finas de polvo, de modo que las partículas, tras el impacto, colisionan con las gotas de agua atomizadas pulverizadas por un dispositivo de pulverización fina, formando gotas grandes que contienen polvo. Estas gotas de niebla condensadas se eliminan por gravedad en el colector de polvo de alta eficiencia.

　　Se incorpora un dispositivo de captura de niebla de alta eficiencia al colector de polvo, de modo que las pequeñas partículas que aún quedan en los gases de combustión después de la eliminación preliminar de polvo (mediante un lavador de gases) se pretratan mediante ondas sonoras para que colisionen y se aglomeren, facilitando así una eliminación más eficiente en el deshidratador ciclónico.

　　Para mejorar el efecto de aglomeración, las gotas de agua atomizadas se pulverizan en el colector de polvo de alta eficiencia mediante un dispositivo de pulverización fina, actuando como núcleos de condensación. De esta manera, la aglomeración se transforma en condensación, convirtiendo el polvo fino en gotas de agua con polvo. Estas gotas continúan aglomerándose y colisionando entre sí, condensándose en gotas de agua con polvo más grandes que se eliminan por gravedad, logrando así el objetivo de la eliminación de polvo.

　　El colector de polvo de alta eficiencia adopta un método de deshidratación de tres etapas, que se basa en la gravedad para la primera etapa de deshidratación en la parte inferior del cilindro, seguida de la segunda etapa de deshidratación en la parte superior y un dispositivo de deshidratación ciclónica para la tercera etapa en las partes media y superior. Cuando el gas con contenido de agua entra en el colector de polvo, la velocidad del flujo de aire disminuye a menos de 5 m/s, lo que permite la deshidratación por gravedad. La placa deflectora y el dispositivo de deshidratación por remolino contribuyen a la deshidratación centrífuga. Cuando el flujo de aire mezclado con gotas de agua entra en el dispositivo de recuperación y deshidratación por remolino, las finas gotas de agua chocan y se agrupan en la placa de remolino, formando gotas de agua de mayor tamaño. Impulsadas por el flujo de aire, estas gotas son proyectadas a lo largo de las paletas hacia la pared interior del deshidratador en dirección centrífuga y fluyen hacia abajo. Al mismo tiempo, parte de las gotas de agua arrastradas por el gas también se separan debido a la rotación del flujo de aire. Este sistema elimina el 99% del agua mecánica de los gases de combustión en una amplia área.

　　Este proceso se ha aplicado con éxito, y las empresas siderúrgicas de Jiangsu, Shanxi, Hebei y otras provincias han logrado buenos resultados de purificación. En particular, este año, los dos sistemas de eliminación de polvo puestos en funcionamiento en las empresas siderúrgicas de la provincia de Hebei han logrado emisiones ultrabajas, con una concentración de partículas muy inferior a 10 mg/m³, e incluso por debajo de 5 mg/m³ en muchas ocasiones. El proceso es sencillo y el funcionamiento es estable.

　　—Fuente: Noticias Metalúrgicas de China