包钢4高炉煤气全干法布袋除尘技术应用实践
1 引 言
传统的高炉煤气清洗系统需要大量的水和比较复杂的水处理系统。而目前的全干法布袋除尘，不用水洗，不但节约了大量宝贵的水资源，同时煤气温度较高、体积较大，能使TRT发电量增加约30%。对于大高炉，干法电除尘由于投资大、结构较复杂、要求较高的操作水平，并需有湿法做备用，在钢铁企业中没有得到广泛推广。目前已有莱钢、太钢等15座大高炉采用了干法布袋除尘技术。2005年年末，包钢引进北京瑞帆公司的干法除尘设备，在炼铁厂4高炉(2200m3)应用并取得成功。
2 目前国内1000m3以上高炉干法除尘运行率达不到100%的原因浅析
1987年和1998年，太钢和攀钢分别引进日本技术，在1250m3高炉上，首钢在2536m3高炉上采用了干法布袋除尘技术，但均有湿法除尘系统做备用。2002年下半年，莱钢、韶钢750m3高炉纯干法布袋除尘技术分别应用并取得成功，标志着纯干法布袋除尘技术已成功应用于中型高炉。国内钢铁企业引进日本干法布袋除尘技术后干法运行率达不到100%有以下客观原因。
2·1 设计并未要求高炉煤气除尘按纯干式运行
国内钢铁企业在引进日本干法布袋除尘技术时，都已有湿法除尘系统，为了减少投资，不但没有拆除原有的湿法除尘系统，而且将其作为干法除尘系统出故障时的一种备用。有的干法除尘系统有多个箱体，但箱体进出口并未设置切断阀，任一箱体内的布袋损坏需更换时都需切换至湿法运行，而布袋为易损件，不可能长期可靠运行。
2·2 布袋过滤负荷偏重
国内钢铁企业在引进日本干式布袋除尘技术时，为减少投资，布袋的过滤负荷设计较大，为1.0~1.3m3/(m2min)，但随着炼铁技术的不断进步，高炉利用系数越来越高，荒煤气发生量也越来越大，布袋过滤负荷已达1.5~1.7m3/(m2min)，布袋除尘器长期超负荷，不仅影响布袋的寿命，而且会对一些附属设施(如弯头、阀门、降温装置等)造成损坏，影响布袋除尘器的正常运行。
2·3 布袋清灰工艺相对落后
90年代中期，国内300m3级高炉的加压反吹清灰工艺已逐渐被高效的外滤式脉冲布袋除尘清灰工艺所取代，但在引进干式布袋除尘技术时却采用了日本的内滤式加压反吹清灰工艺，该工艺存在风机易损坏、清灰能力较差、检查破损布袋困难等问题，从而影响干式除尘器的运行。
3 高炉煤气干法除尘工艺
3·1 干法除尘优点
与湿法除尘相比，干法除尘可简化工艺系统，合理利用煤气显热，提高煤气燃烧热效率，
高炉煤气温度按180℃计，每吨铁可回收煤气约30万kJ的显热，相当于10kgce。一座2500m3
级高炉每年可多回收相当于2.12万tce的煤气热量。同时可提高煤气热值126~129kJ/m3，提高热风炉或锅炉的效率，而且可增加发电量。节省大量水资源，还解决了二次水污染及污泥的处理问题等。
3·2 干法除尘原理
高炉煤气经过重力除尘器除尘后，进入干式除尘器本体，经过滤袋的过滤，煤气中较细尘粒被粘附在滤袋表面形成灰膜。当除尘器工作一段时间后，滤袋吸附的瓦斯灰层厚度增加，其阻力亦增大，此时对滤袋进行清灰。使除尘器又可以恢复正常工作。
3·3 包钢4高炉干法除尘工艺
目前，国内中小型高炉煤气干法滤袋除尘工艺中对滤袋清灰的方法有：净煤气加压反吹清灰、低压氮气脉冲清灰和净煤气调压反吹清灰。由于滤袋清灰的方法各异，高炉煤气干法滤袋除尘工艺的主要设备———干法滤袋除尘器的主要形式有：正压内滤式、正压外滤式。正压内滤式的滤袋清灰采用净煤气加压反吹清灰或净煤气调压反吹清灰；正压外滤式的除尘器采用低压氮气脉冲清灰，近年又添一项净煤气脉冲清灰(正压外滤式除尘)除尘工艺。包钢4高炉采用了正压外滤式、低压氮气脉冲清灰。
3·3·1 工艺设备及参数
包钢4高炉煤气除尘器中，采用了国内最先进的技术，单箱体直径长为5.2m，采用两排喷吹管对吹的形式。对于滤料的选择，采用了P84含量不低于30%的耐高温滤料FMS，透气性、灰尘脱落性、耐高温性能优良。卸输灰系统上采用仓壁振动器与氮气炮并存的方法、以及气力输灰。在电控系统上采用了编程操作都非常方便的DCS系统。
具体工艺参数如下：
处理煤气量： 41.4万m3/h
设计压力： 0.18MPa；
工作温度： 130~260℃；
箱体个数： 12；
每箱布袋数： 356条；
布袋规格：φ130×6900，玻纤针刺毡、FMS；
净煤气含尘量： 1.5mg/m3；
荒煤气含尘量： 8.0g/m3；
清灰介质：氮气；
脉冲压力： 0.3~0.4MPa。
3·3·2 工艺流程
正压外滤式除尘器由灰斗、气流分布装置、脉冲喷吹装置、滤袋及骨架、泄爆孔等组成。工作时，煤气经重力除尘器、旋风除尘器后按切线方向进入干法滤袋除尘器，粗尘粒被沉降到灰斗，细尘粒随荒煤气气流进入气流分布装置后均匀上升到滤袋区，最终被阻挡在滤袋外表面，过滤后的净煤气集于顶部导出，进入净煤气总管，完成煤气除尘工艺要求。
3·3·3 工艺控制
(1)清灰系统
采用定时离线清灰，可设置脉冲宽度和脉冲间隔时间。当除尘器工作一段时间后，滤袋外侧的瓦斯灰层厚度增加，其阻力亦增大，此时应对滤袋进行清灰。脉冲清灰过程中，每台除尘器上都设置了脉冲阀控制器，以氮气为清灰动力，由DCS发出程控信号，依次触发34个脉冲阀，在瞬间释放低压氮气。由于动能与势能的共同作用，由脉冲阀瞬间喷吹的低压氮气，使相应等待清灰的一组滤袋突然膨胀和振动，抖落积附在滤袋外侧的瓦斯灰尘，以恢复滤袋的除尘功能，使除尘器自始至终保持良好的工作状态。脉冲清灰在工艺中可以按压差清灰和定时清灰设定。压差清灰按 ΔP≥5kPa设定；定时清灰根据实际情况设定清灰时间。
在反吹启动过程中，如发现某箱体发生故障或其它原因不能进行脉冲反吹时，可将该箱体“解馈”隔离，此时反吹系统就不对该箱体反吹。
(2)卸灰系统
当灰仓报警，中间灰仓的下部气动卸灰球阀打开时，对应的中间灰仓上部的气动卸灰球阀和该中间灰仓的仓壁振动器必须处于关闭状态，反之亦然。启动埋刮板输灰机，由斗式提升机将灰送至高位灰仓，加湿机打开，由汽车将灰运至烧结区。
(3)煤气温度控制系统及报警系统
由于荒煤气进入除尘器的温度低于80℃时，容易造成煤气中瓦斯灰粘在滤袋表面，形成一层不透气且不易清除的结块，使滤袋失效；而进入除尘器的煤气温度高于260℃时，会造成滤袋使用寿命降低或烧坏滤袋。因此，应控制荒煤气进入除尘器的温度在130~260℃之间，由于该项目未设计荒煤气冷却、加热装置。为此在炉顶设置打水装置，当进入除尘器的荒煤气温度超出260℃时，炉顶打水开始报警，打水装置有自动和手动两种方式，可方便使用。同时，为防止高温荒煤气堵塞打水管道，在管道上用氮气保护。如温度超出上限不多时可只开US1或US2，如煤气温度超上限较多时可同时开US1和US2。当遇高炉失常、休风等煤气温度低于下限时，计算机自动控制打开放散阀放散，确保滤袋安全。
(4)放散系统
由三个调节阀、两个插板阀、一个蝶阀、放散管组成。当荒煤气温度<130℃ 或>260℃时报警，自动控制各箱体出入口蝶阀关闭，系统运行时DN2000蝶阀打开20%定值角度，一个DN600蝶阀根据煤气流量开一定角度，另一个DN600蝶阀根据顶压和煤气量自动调节。
4 使用效果
4·1 除尘率高、净煤气含尘量低
使用干法除尘后煤气含尘量较湿法低，见表1，一般能保持在1.2~3.0mg/m3，而湿法除尘一般在15mg/m3，确保了煤气优质高效。
表1 高炉煤气含尘量
|
4·2 节能环保效果好
(1)采用干法除尘后煤气平均温度达175℃，
比湿法除尘提高100℃左右。由于煤气的显热多用于锅炉加热可节省煤气，用于热风炉加热可使热风温度提高30~40℃左右。同时TRT发电由原来的6500kW/h增加到现在的10000kW/h，增加了约35%，按每度电0·5元计算，一年可多创造价值1500万元。
(2)由于干法除尘没有洗涤塔、沉淀池等，杜绝大量污水、污泥的产生，每年可少向大气中排放大量粉尘。
(3)节水。全干法除尘仅在清灰加湿过程中用少量水，而湿法除尘耗水1260t/h，新水消耗年节约70万元。
(4)节电。湿法除尘用电主要为连续运转的各种循环水泵和辅助设备耗电多。干法除尘主要是输灰设备间断运行耗电少，每年可节约电费1250万元。
5 存在的问题及经验积累
5·1 高炉操作因素
全干法除尘正常运行的环境主要是稳定的高炉操作，包钢所使用的FMS滤袋工作温度在130~260℃之间，温度过高会烧毁布袋，太低会使布袋结露。因此控制好进入箱体荒煤气温度是布袋除尘器应用成败的关键，必须稳定炉况，加强两工序的协调。
5·2 设备因素
(1)包钢4高炉于1995年11月建成投产，2003年2月进行了一次中修，运行了将近11年，部分煤气管道老化。全干法除尘投入运行后，由于净煤气温度高达170℃左右，比原来高出约100℃，煤气管道在高温煤气的冲刷下破损严重， 2006年5月点检人员发现调压阀组后煤气管道有多处漏点，煤气泄漏严重，高炉被迫休风10h焊补漏点，但效果并不理想，送风后仍有小漏点，因此公司计划更换整个净煤气管道。
(2) TRT发电能力不足。TRT建设初期设计能力为10000kW/h，全干法除尘运行后发电
量已达设计能力，全负荷运行，如高炉冶炼强度提高，煤气量增加则不得不放散。
(3)为减轻布袋除尘的除尘负荷，在重力除尘器后设置了旋风除尘器，经旋风除尘后含尘量降到8.0g/m3左右。设计初期采用干法卸灰，实际运行后卸灰时扬尘太大，污染环境，后改造为加湿卸灰，但加湿器处理能力小(设计处理能力为30t /h)，旋风除尘器卸灰阀的开度为0~90°，即使开度在最小5~10°时，旋风除尘器的下灰量仍然大于30t/h，导致搅龙被挤死。而且不耐高温、高压，灰尘温度高达270~300℃，轴头填料和密封胶圈被吹开，密封性差，造成二次污染。5月18日计划休风时，由于打不净除尘器灰休风被迫推后6h，因此急需改造。
6 结 语
全干法布袋除尘技术在包钢4高炉的应用取得了巨大的成功，积累了宝贵的经验和依据，具有极大的推广价值和广泛的应用前景。为此，包钢在6高炉(2500m3，在建中，预计2006年10月投产)也使用了干法除尘技术，同时明年准备在2高炉(1800m3)、5高炉(1500m3) 也采用干法除尘技术。干法除尘的应用大大降低了炼铁工序的能耗，同时也将使包钢吨钢能耗有显著的降低。据统计， 2006年1~5月包钢吨钢耗新水降低到7.81t，而去年是25.3t，低于2010年行业吨钢耗新水8.0t的目标水平，使用干法除尘后吨钢耗新水将进一步降低。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
