高炉煤气布袋除尘技术在包钢的开发应用

来源：邬虎林 |浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]

摘要介绍了煤气布袋除尘技术在包钢高炉煤气净化系统中的应用和推广过程。阐述了工艺流程的确定、主要控制参数及工艺设备的选择依据和取得的经济效益。为国内大型高炉实现干法布袋除尘提供了宝贵的经验。

关键词大型高炉煤气布袋除伞技术应用

1 前言

包钢现有的6座高炉，其中1#、3#、4#高炉的有效容积为2200m³，2#高炉的有效容积为1800 m³，5#高炉的有效容积为1500 m³，6#高炉的有效容积为2500 m³。形成了年产生铁1000万吨以上的生产规模。1# 一5#高炉均采用传统的高炉煤气清洗系统(由重力除尘器和二级文氏洗涤塔组成)。文氏洗涤塔是湿式洗涤，需要大量水和比较复杂的水处理系统。包钢高炉冶炼所用的主要原料是白云鄂博铁矿，它属于铁、稀土、铌的共生矿，富含对高炉冶炼不利的钾、钠、氟等有害元素。这种世界上独一无二的特殊矿冶炼造成高炉的技术经济指标较差、污染较大，且高炉荒煤气的炉尘含量较高、腐蚀性较强。

近几年来，随着钢铁企业的竞争加剧，追求低成本、高效益是企业的中心工作，节能减排、发展循环经济，已成为钢铁企业发展的重点。高炉煤气干法布袋除尘系统是在高温条件下不依靠大量循环水进行煤气净化的技术，可以充分利用高炉煤气所具有高压力和高温度的物理能。为了实现包钢循环经济可持续发展战略的目标，解决工业用水消耗大和环境污染等突出问题，包钢第一套干法布袋除尘系统于2006年4月29日在4#高炉投产开始，到2007年6月27日包钢2#高炉干法布袋除尘系统投入运行为止，在短短的14个月的时间里，通过新建和改造，包钢现有的6座高炉已全部实现了全干法除尘。

经过一年多的实际检验，干法布袋除尘系统本体包括除尘器箱体、布袋、脉冲反吹箱体、气力输灰系统等运行情况基本稳定，没有因干法布袋除尘系统故障影响高炉生产。系统整体运行稳定可靠，能够满足包钢高炉生产需要。高炉煤气干法布袋除尘系统与湿法相比具有明显的优越性，除尘效率高、节水、节电、煤气质量好，经济效益显著。

大型高炉干法布袋除尘系统的成功应用，使高炉煤气净化技术有了新的进步，必将对冶金行业煤气净化工艺的转变产生重大的影响。

2工艺流程的选择^［¹^］

在2005年以前，国内干法布袋除尘技术多数在450m³以下的高炉采用。新建450m³以上的高炉由于炉顶压力高，煤气流量大，温度控制难以调控等因素影响仍以湿法为主，仅有几座高炉采用干法布袋除尘系统技术，而且均采用干、湿法并联或干、干并联工艺；两套系统必然占地大、投资多、推广困难。1000m³以上的高炉只有莱钢、太钢、攀钢等少数高炉采用了干法布袋除尘技术，但2000m³以上的大型高炉尚无应用全干法布袋除尘技术的先例。

大型高炉不能推广采用全干法布袋除尘工艺，主要的问题是担心如果发生巨大流量的煤气温度调控失常，发生烧布袋或糊布袋事故，不仅会造成更换布袋的直接经济损失，更严重的会影响高炉正常生产或者会造成高炉停产。

如何合理的确定工艺流程，是包钢使用高炉煤气布袋除尘技术能否成功的关键。为此，经过研究国内采用布袋除尘工艺的中小型高炉存在的问题，借鉴其成功的经验，并结合包钢的实际情况，制定了独特的工艺流程。见图1所示。

荒煤气经重力除尘器、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管，完成煤气除尘工艺要求。工艺流程的选择必须研究以下的重点问题。

2．1有效降低布袋的过滤负荷

通过对包钢重力除尘器后的荒煤气含尘量进行大量取样分析，发现荒煤气含尘量在20—25g／m³左右，这将导致箱体过滤负荷大大增加，严重影响布袋的使用寿命，经认真研究确立了在重力除尘器后增设了一套旋风除尘器的工艺配置，来降箱体过滤负荷，达到了延长布袋使用寿命的目的。

这样就形成了重力除尘器为第一级除尘系统进行粗除尘，旋风式除尘器为第二级除尘系统进行再除尘，布袋除尘器为第三级除尘系统进行精除尘的三级除尘模式。

从实际运行情况来看，荒煤气经过第一级和第二级除尘系统后，煤气中的含尘量在10g／m³以下，且其95％以上为细小颗粒，含尘量将减至三分之一；对减轻第三级布袋除尘的负荷、延长布袋的运行周期非常有利。这样的工艺配置还有效地将富含钾、钠、锌等不利于高炉冶炼的灰分离出来，防止这些物质的进一步步富积，便于更好的回收利用。

2．2严格控制荒煤气的温度

荒煤气温度控制方式的选择，将直接影响到高炉的生产和布袋除尘箱体的安全。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，会烧坏滤袋或造成滤袋使用寿命降低。因此，控制荒煤气进入除尘器的温度应在130～260℃之间。在国内小高炉上，一般采用炉顶打水和串联冷热交换器的降温模式。

但是，对于煤气发生量在40万m³／h以上的大高炉，由于瞬间热交换能力的限制，若采用冷热交换器的方式，无论从换热效果还是从节能和投资情况均不合适。为此，采用通过高炉炉顶打水和增设荒煤气放散系统的工艺方式来解决温度控制问题。

在高炉正常运行时，当炉顶荒煤气温度下降时，主要通过高炉调整操作参数来进行温度控制；当炉顶荒煤气温度上升时，高炉炉顶将根据温度的高低自动开启不同数量的喷嘴来进行打水降温。在高炉出现持续高温(或超温度上限)或者接近露点温度时，布袋除尘控制系统将自动关闭所有箱体人口蝶阀，同时打开荒煤气放散阀组，确保不合格的煤气不进人除尘器箱体，以保护布袋。

这项技术既确保了布袋除尘系统的运行安全，又保证了高炉的正常运行，为解决干法布袋除尘系统遇煤气高温或低温这一难题提供了新的途径。

2．3先进的布袋清灰方式

国内中小型高炉煤气干法滤袋除尘工艺滤袋清灰的方法有：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。随着脉冲阀技术的成熟，氮气脉冲反吹清灰方式，由于其所具有的清灰效果好，工艺流程短，能耗低的优点，目前已成为清灰方式的主流。

选用氮气脉冲反吹方式，能进行在线反吹、离线反吹，可连续周期性进行反吹，也可实现定时或定差压的间歇反吹；为防止氮气系统事故时的影响，保留了放散荒煤气反吹方式清除布袋外壁的积灰。

在喷吹清灰过程中，每次喷吹清灰时间为0．1～0．2S，在这一瞬间内喷出的低压氮气，通过超音速引射喷嘴形成高速气流，从周围引人数倍于喷射气量的净煤气冲进滤袋，致使滤袋急剧膨胀，引起一次冲击振动，同时，在瞬间产生由里及外的逆向气流，由于冲击和逆向气流的作用，附着在滤袋外层的粉尘被抖落，而嵌于滤布孔隙中的粉尘也被吹掉，滤袋可重新使用。

脉冲清灰在工艺中可以按压差清灰和定时清灰设定。压差清灰的压差按△P≥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。

2．4可靠的输灰方式

干法布袋除尘工艺卸、输灰系统是干法布袋除尘系统的重要环节，目前主要有机械输灰和气力输灰两种方式。机械输灰方式应用比较普遍，技术相对成熟，但在卸灰过程中不密闭，容易造成第二次扬尘，污染环境，工艺较为复杂、设备多、使用维护工作量较大；当瓦斯灰发生自燃时，难以完成输灰任务。

气力输灰方式采用全封闭，不会产生环境污染，工艺流程短，设备少，可将箱体中的灰完全卸净，不受成分的限制，即使灰易发生自燃，也可以很好地完成卸、输灰任务；但存在管道磨损快，操作精度要求高的问题。

通过比较，面对包钢矿石成分复杂，瓦斯灰容易自燃的情况，选用了气力输灰方式。通过在输灰管道和阀门内增加耐磨涂层，合理选择输灰管道通径和走向，严格控制卸、输灰操作参数，基本解决了气力输灰方式存在的问题。

气力输送介质采用高压净煤气和氮气。正常输灰采用高压净煤气，事故情况采用氮气输送。

3主要工艺参数及控制设备

3．1 布袋除尘器的参数及布袋材质的选型

包钢炼铁厂为我国“一·五”时期的建设项目，高炉区域布置非常紧凑，在原基础上改造必须考虑占地面积。具体到干法布袋除尘项目来说，就是要在保证煤气过滤面积和过滤风速的前提下尽量减少箱体数量。

经过反复技术论证，最终确定了直径为5．2m的布袋除尘器箱体，选择了长度为6．9m的长布袋，并根据高炉的大小不同，本着一检修一喷吹的的设计思想，包钢1#一6#高炉布袋除尘箱体选择了10－14个不等箱体并联组成，使得占地面积大大缩小、工艺流程更加简化，满足了过滤面积的要求。包钢高炉布袋除尘器单个布袋箱体的技术参数如表1。

箱体属于压力容器，要采用有关压力容器标准进行设计。箱体上设有人孔和爆破阀，箱体操作平台、箱体进出口及排灰口均设有补偿器。

(2)布袋材质的选型

滤袋是干法布袋除尘系统中的关键，也是制约干法除尘技术推广的重要因素之一。干法布袋除尘系统使用的滤料主要有玻璃纤维滤袋、尼龙玻纤复合滤袋、玻纤表面覆膜滤袋等。玻纤滤袋具有耐温高的优点，可在300℃以下长期工作，但其抗拉、抗折及抗板结性能较差；表面覆膜滤袋具有抗板结性、抗拉强度高等优点，但其耐温偏低，最高运行温度只有200℃左右；相比而言，复合滤料的耐温、抗折、抗拉性能具有较大的优势，而且随着成分配比的变化，其性能也不断优化。

包钢通过对不同材质、不同配比的滤袋进行试验室检验，根据试验选用了耐高温、抗折性抗拉性较好的P84复合针刺毡滤料，并确定了较为合理的配比。滤材成型后，经表面处理其抗板结性能大大改善，这种滤袋材质可以在260℃以下长期运行，瞬间耐温可达350℃，并可以承受较高的过滤风速，除尘效率可达99．9％以上。经包钢生产检验，这种复合滤料完全能够满足包钢布袋除尘工艺条件下的稳定运行。这种材料除了具有耐高温的性能外，还具有耐高温水解的性能。

3．2电气自动化控制^［²^］

(1)布袋除尘器部分的主要检测控制部分

主要包括布袋除尘器荒煤气、净煤气总管的压差检测；布袋除尘器荒煤气总管的温度检测及连锁(控制冷却给水切断阀)；布袋除尘器荒煤气总管的压力检测；每个布袋除尘器箱体荒煤气、净煤气管道的压差检测；每个布袋除尘器箱体净煤气管含尘量检测；布袋除尘器各气动法、除尘脉冲阀顺序控制。

(2)自动化系统的装备

采用基础计算机控制系统。计算机系统由可编程控制器DCS和人机接口HMI组成。煤气布袋除尘系统采用集中(HMI)和机旁两地操作，集中(HMI)和机旁通过操作控制器DCS)对现场设备进行控制，人机接口(HMI)显示监控画面。