高炉煤气干式布袋除尘器

高炉煤气干式布袋除尘技术是21世纪高炉实现节能减排、清洁生产的重要。与传统的高炉煤气湿式除尘技术相比，干式布袋除尘技术提高了煤气净化程度、煤气温度和热值，可以显著降低高炉生产过程中的新水消耗和动力消耗，还可以提高炉顶煤气余压发电量和二次能源的利用效率，减少环境污染，是钢铁工业发展循环经济、实现可持续发展的重要技术途径，已成为当今高炉炼铁技术的发展方向。
　　一、高炉煤气干式布袋除尘技术发展现状
　　20世纪80年代我国炼铁工作者总结了高炉煤气干式布袋除尘技术的经验和应用实践，自主了高炉煤气低压脉冲喷吹干式布袋除尘技术，在我国300m³级高炉上进行试验并取得成功，使这项技术实现了工业化应用。经过几年的发展，高炉煤气低压脉冲喷吹干式布袋除尘技术在我国中小型高炉上推广应用，21世纪初新建的1000m³级的高炉相继采用此项技术，目前已推广应用到数十座2000~5500m³级大型高炉上。
　　目前，我国自主的高炉煤气干式布袋除尘技术在设计、、工程集成及生产应用等方面已取得突破性进展，该项技术取代了传统的高炉煤气湿式除尘工艺，而且为数众多的大型高炉采用了煤气“全干式”除尘工艺，   摆脱了传统的煤气湿式除尘备用系统。我国已了低压脉冲喷吹清灰、煤气温度控制、煤气含尘量在线监测、煤气管道系统及除尘灰浓相气力输送等关键技术，使大型高炉煤气干式布袋除尘技术日臻完善。
　　二、高炉煤气干式布袋除尘技术原理
　　1、高炉煤气干式布袋除尘技术工艺流程
　　布袋除尘技术   早应用于环境除尘领域。高炉煤气是易燃、易爆的有毒气体，而且处理流量大、温度波动大、系统压力高、粉尘含量高，采用布袋除尘技术具有很高的技术难度和风险。布袋除尘技术基于纤维过滤理论，将其应用在高炉煤气除尘系统，代替了高炉煤气用水清洗的湿式除尘技术，迄今已发展成为高炉煤气低压脉冲喷吹干式布袋除尘技术。
　　高炉煤气干式布袋除尘系统工艺流程：高炉冶炼过程中产生的煤气经导出管、上升管和下降管进入重力除尘器(或旋风除尘器)，经过重力除尘后的荒煤气经荒煤气总管及支管进入各个干式布袋除尘器。经干式布袋除尘器净化处理后的净煤气经净煤气支管进入到净煤气总管，再通过余压发电装置(TRT)或减压阀组减压后进入煤气管网，供钢铁厂作为二次能源利用。
　　2、高炉煤气低压脉冲喷吹干式布袋除尘技术原理
　　(1)高炉煤气布袋除尘过滤机理。高炉煤气经过重力除尘器或旋风除尘器进行粗除尘以后，煤气中大颗粒粉尘被捕集，煤气含尘量一般可以降低到10g/m³左右。经过粗除尘以后的煤气还需要进行净化处理，使煤气含尘量降低到10mg/m³以下。未经净化处理的高炉煤气中悬浮着形状不一、大小不等的微细粉状颗粒，是典型的气溶胶体系。高炉煤气布袋除尘的过滤机理基于纤维过滤理论，其过滤过程可以分为两个阶段：当含尘煤气通过洁净布袋时，在扩散效应、直接拦截、重力沉降及筛分效应的共同作用下，   行的是布袋纤维对粉尘的捕集，起过滤主导作用的是纤维，然后是阻留在布袋纤维中的粉尘与纤维一起参与过滤，此过程称为“内部过滤”；当布袋纤维层的粉尘达到   容量以后，粉尘将沉积在布袋纤维层表面，在布袋表面形成   厚度的粉尘层，布袋表面的粉尘层对煤气中粉尘的过滤将起到主要作用，此过程称为“表面过滤”。在布袋除尘的实际运行中，表面过滤是主导的过滤方式，对高炉煤气布袋除尘技术具有重要意义。
　　(2)脉冲喷吹清灰机理。布袋除尘器工作时，其阻力随布袋表面粉尘层厚度的增加而加大，当阻力达到规定数值时，就   及时   附着在布袋表面的灰尘。清灰的基本要求是从布袋上均匀地剥落沉积的粉尘，而且又要求在布袋表面能保持   厚度的粉尘层。清灰是布袋除尘器正常工作的重要因素，常用的清灰方式械清灰、反吹清灰和脉冲清灰。用于高炉煤气布袋除尘的方式主要是反吹清灰和脉冲清灰，两者的主要技术特征如下：①反吹清灰是利用与过滤气流相反的气流使布袋变形造成粉尘层脱落的一种清灰方式，日本高炉煤气干式除尘系统均采用布袋反吹清灰方式。我国在20世纪80~90年代由日本引进的太钢3号高炉(1200m³)、   钢2号高炉(1327m³)、攀钢4号高炉(1350m³)煤气干式布袋除尘系统均采用此种工艺。反吹清灰采用大规格布袋，布袋直径为300mm，长度为10m。含尘荒煤气由箱体下部进入布袋内部过滤后到达箱体上部，即所谓“内滤式布袋除尘”，除尘后的净煤气进入箱体顶部的净煤气支管，再汇集到净煤气总管。为了进行布袋清灰，采用净煤气加压反吹清灰工艺，由净煤气管道引出净煤气，经反吹风机加压后进入除尘器箱体，煤气流反向流动，由布袋外部进入布袋，将沉积在布袋内壁的灰尘吹落，完成清灰过程，反吹清灰一般采取离线清灰方式。②我国从20世纪80年代开始，将脉冲清灰技术应用于高炉煤气布袋除尘工艺，并使这项技术推广应用。与反吹清灰工艺不同，脉冲清灰采用小规格布袋，布袋直径一般130~160m，长度为6~7m。含尘荒煤气由箱体下部进入箱体，经布袋外部过滤后进入布袋内部，即所谓“外滤式布袋除尘”。除尘后的净煤气由布袋内部进入箱体上部的净煤气支管，再汇集到净煤气总管。脉冲除尘的布袋内部设有的骨架结构，以支撑布袋在工作时始终保持袋状，不致被压扁而失效。脉冲清灰是利用加压氮气或煤气(压力为0.15~0.60MPa)在短的时间内(不大于0.2s)由布袋袋口高速喷入布袋内，同时诱导大量煤气，在布袋内形成气波，使布袋从袋口到袋底产生急剧膨胀和冲击振动，具有的清灰作用。脉冲喷吹清灰冲击强度大，而且其强度和频率都可以调节，提高了清灰效果，系统阻力损失低，动力消耗少，还可以实现布袋过滤时在线清灰，在处理相同煤气量情况下，布袋过滤面积比反吹清灰要低。
　　三、高炉煤气干式布袋除尘关键技术的与
　　高炉煤气干式布袋除尘技术是一项集成技术，涉及冶金、机械、化纤纺织、燃气、自动化检测与控制等多个工程技术领域。为提高系统运行的性，不断优化工艺装备，对关键技术进行了，解决了一系列工程设计、设备制造、施工建设及生产操作过程中出现的问题，提高了整体技术装备水平和控制水平，实现了向型高炉推广应用的技术突破。
　　1、工艺流程优化和技术参数的确定
　　高炉煤气干式布袋除尘工艺流程的合理设计是系统稳定运行的基础，要遵循流体设计的基本原则，合理布置除尘器和煤气管道。煤气管道的布置和设计直接影响到除尘器内气流分布和阻力损失的均匀性，对进入各除尘器的煤气量及粉尘量要均匀分配。除尘器应采用双排并联布置方式，含尘煤气和净煤气总管设置在两排除尘器中间，通过支管与除尘器联接。煤气管道按等流速原理设计，使进入每个除尘器的煤气量分配均匀，而且整个系统应做到工艺布置紧凑、流程短捷顺畅、设备检修维护便利。除尘器采用低过滤速度设计理念，通过计算流体力学(CFD)仿真计算，分析除尘器内流场分布。根据数学仿真计算结果，确定合理的气流速度和气流方向，在除尘器内设置导流板，优化除尘器结构，使煤气在除尘器内的流场均匀分布，除尘器内的布袋在煤气流动均匀平稳的工况下工作，这是大型高炉煤气布袋除尘器设计的关键技术。合理确定除尘器过滤面积、过滤速度、气流上升速度、阻力损失及清灰周期等技术参数，特别是对于炉顶压力较高的大型高炉，煤气工况流量、压力、温度和过滤速度等参数的合理设计是系统运行的关键要素。技术和生产实践表明，大型高炉煤气布袋除尘的工况过滤速度一般应控制在0.5m/min以下。
　　2、滤布的选择
　　滤布是布袋除尘过滤粉尘的介质，滤布的材质和性能对高炉煤气干式布袋除尘系统运行的稳定性和性具有重要影响。由于高炉煤气温度高且不稳定，煤气中含有水分，煤气的相对湿度随原燃料条件和高炉操作条件变化较大，煤气中还含有腐蚀性介质。因此，滤布的选择要适合高炉煤气特点，要求滤布除尘、和性好、耐水解性好且使用寿命长。目前适用于高炉煤气干式布袋除尘系统的典型滤布有玻璃纤维、薄膜复合芳香聚酞胺针刺毡(Nomex)、FMS复合针刺毡、聚酞亚胺(P84)及聚四氟乙烯(PTFE)复合针刺毡等，实际应用中要综合煤气工况和粉尘的特点，合理选择性能优良的滤布。
　　3、煤气温度控制技术
　　煤气温度控制是干式布袋除尘技术的关键要素，正常状态下，煤气温度应控制在80~220℃，煤气温度过高或过低都会影响系统的正常运行。当煤气温度达到250℃时，超过一般布袋的   使用温度，布袋长期在高温条件下工作，会出现异常破损甚至烧毁。由于煤气中含水，当煤气温度低于露点温度时，煤气中的水蒸气发生相变凝结为液态，出现结露现象，造成布袋薪结。因此，采用煤气干式布袋除尘技术，高炉操作要   加重视炉顶温度的调节控制。
　　高炉炉顶温度升高时可采取炉顶雾化喷水降温措施，同时在高炉荒煤气管道上设置热管换热器，用软水作为冷却介质，通过热管换热使软水汽化吸收高温煤气的热量，降低煤气温度。实践表明，此项技术措施可解决煤气高温控制的技术难题，煤气温度能够降低50~90℃。
　　如果煤气温度过低则要采取综合措施，提高入炉原燃料质量、降低入炉原燃料水分、加强炉体冷却设备监控、合理控制炉顶温度和荒煤气管道保温等技术措施都能取得成效。特别在高炉开炉、复风时要注重煤气温度的控制，降低煤气的含水量，将煤气温度控制在露点温度以上20~30℃。目前已成功出煤气低温状态的   加热装置，利用蒸汽作为煤气加热介质，通过热管换热将蒸汽热量传递给煤气，可以使煤气温度提高到露点温度以上，水分凝聚灰尘勃结布袋。这种煤气温度控制装置可以控制煤气高温和低温的异常状况，使高炉煤气干式布袋除尘系统可以适应多种工况条件，提高了系统的适应性和性。京唐1号高炉煤气温度控制装置的工艺原理如图5所示。
　　4、煤气含尘量在线监侧技术
　　煤气含尘量在线监测系统是监控高炉煤气干式布袋除尘系统、炉顶煤气余压发电系统稳定运行的重要检测设备。高炉煤气含尘量在线监测系统采用电荷感应原理，在流动的高炉煤气中，粉尘颗粒因磨擦、碰撞产生静电荷，形成静电场，静电场的变化即可反映煤气含尘量的变化。煤气含尘量在线监测系统通过测量静电荷的变化，从而推断出煤气中含尘量的数值，以此判定布袋除尘系统的运行是否正常。当布袋出现破损时，净煤气管道中含尘量增加，静电荷量强度增大，电荷传感器可以及时检测到电荷量值并输出到变送器，实现煤气含尘量自动在线监测。
　　5、煤气管道系统技术
　　采用高炉煤气干式布袋除尘技术后，净煤气冷凝水中的氯离子含量显著升高，这主要是由于高炉原燃料中的氯化物在高炉冶炼过程中形成气态的HCl。当煤气温度达到露点温度时，气态HCl与冷凝水结合，形成酸性水溶液而引起酸腐蚀。在潮湿的中性环境中，煤气中的氯离子也会对煤气管道和不锈钢波纹补偿器产生点腐蚀、应力腐蚀和局部腐蚀。通过检验分析采用干式布袋除尘技术的净煤气冷凝水发现，冷凝水中氯离子含量高达1000mg/L，煤气冷凝水的pH值低于7，有时甚至达到2~3，对煤气管道和波纹补偿器具有强腐蚀性，会造成煤气管道系统异常腐蚀。
　　为了煤气管道系统的异常腐蚀，对煤气管道波纹补偿器的腐蚀机理进行了分析，采取了以下措施：
　　(1)对不锈钢波纹补偿器的材质及结构进行了改进，将波纹补偿器材质由奥氏体不锈钢316L改进为耐氯离子腐蚀的不锈钢Incoloy825，提高了材质的抗酸腐蚀性能。
　　(2)在煤气管道内壁喷涂涂料，使金属管道与酸性腐蚀介质隔离，管道异常腐蚀。
　　(3)为了脱除高炉煤气中的氯化物，了氯化物脱除装置，应用化学和物理吸附原理，脱除高炉煤气中的氯化物。在净煤气管道上设置喷洒碱液装置，使碱液与高炉煤气充分接触，降低煤气中的氯化物含量。
　　6、除尘灰浓相气力输送技术
　　高炉煤气布袋除尘灰的收集输送是影响系统正常工作的关键因素，传统的机械式输灰工艺存在着诸多技术缺陷。除尘灰气力输送技术利用氮气或净煤气作为载气输送除尘灰，将每个布袋除尘器收集的除尘灰通过管道输送到灰仓，再集中抽吸到罐车中运送到烧结厂回收利用，实现了除尘灰全程密闭输送，解决了传统机械输灰工艺的技术缺陷，优化了工艺流程，降低了能源消耗，减少了二次污染，攻克了输灰管道磨损等技术难题。
　　大型高炉采用煤气干式布袋除尘技术是炼铁技术的发展趋势，是实现炼铁工业   低耗、节能减排、降低水资源消耗、发展循环经济的重要支撑技术。通过系统和技术集成，我国已经掌握了大型高炉煤气干式布袋除尘的关键技术，并在1000~5500m³大型高炉上成功应用。我国自主的高炉煤气低压脉冲喷吹干式布袋除尘技术在工艺流程和除尘器结构优化、煤气温度控制、管道系统、除尘灰气力输送及数字化控制系统等方面均取得突破，在生产实践中取得了显著的经济效益、社会效益和环境效益。