煤气全干式除尘技术在大型高炉的应用

摘 要

摘要：介绍了大型高炉煤气全干式布袋除尘工艺流程及主要技术参数，指出了该技术需要注意的4个关键问题，分析了大型高炉煤气全干式布袋除尘工艺产生的经济效益和环保效益。关键词：
摘要：介绍了大型高炉煤气全干式布袋除尘工艺流程及主要技术参数，指出了该技术需要注意的4个关键问题，分析了大型高炉煤气全干式布袋除尘工艺产生的经济效益和环保效益。
关键词：大型高炉；高炉煤气净化；干式除尘；布袋除尘
Application of Entire Dry-type Dust Removal Technology to Large-scale Blast Furnace
GUO Liang，DENG Mao-zhong，CAI Fu-liang
Abstract：The process flow and main technical parameters of entire dry-type bag dust removal process of large-scale blast furnace gas are introduced. Four key problems needing attention for this technology are pointed out. The economic and environmental benefits from this process are analyzed.
Key words：large-scale blast furnace；blast furnace gas purification；dry-type dust removal；bag-type dust removal
1 概述
    大型高炉煤气全干法布袋除尘技术是一项新兴的环保型除尘技术，与湿法除尘相比，干法布袋除尘具有基本不用水、不会产生水污染、能耗小、运行费用低等优点，属于环保节能项目，经济、社会效益显著，位于国家钢铁行业当前重点推广的“三干一电”之首。20世纪90年代以来，国内外在1000m3以下的中小型高炉采用高炉煤气全干法布袋除尘技术，取得了很大的进步[1]。在此基础上，广东省韶关钢铁集团有限公司(以下简称韶钢)于2003年4月，在国内率先开始首例2500m3级大型高炉应用全干式布袋除尘技术的研究设计。2005年8月，干式布袋除尘器与韶钢2500m3高炉同步投产。它的建成投产，开创了大型高炉应用全干式布袋除尘技术的先河，对我国大型高炉煤气布袋除尘技术的推广应用具有极大的推进作用。
2 韶钢2500m3高炉煤气除尘工艺
   ① 工艺流程
   韶钢全干式布袋除尘工艺流程见图1。
 
    高炉产生的煤气经重力除尘器进行重力除尘后，如果炉顶煤气低温高湿(温度低于80℃，有大量饱和水析出，一般在高炉开炉时才发生)，煤气通过燃烧放散塔放散；如果炉顶煤气温度低于300℃，煤气经降温装置旁通管直接进入布袋除尘器除尘；如果炉顶煤气温度高于或等于300℃，则通过降温装置将煤气温度降至300℃以下后，再送到布袋除尘器进行除尘。净化后的煤气送至高炉煤气余压透平发电装置(TRT)发电或通过调压阀组将压力降为10kPa左右后，通过管网送至各用户。
    降温装置分为2组，每组为3台管式换热器。布袋除尘器共28个除尘箱体，分4组并列运行，每组7个除尘箱体并列运行[2]。
   ② 主要技术参数
   2500m3高炉全干式布袋除尘器设计负荷为49×104m3/h，运行煤气压力为150～250kPa。其主要技术参数见表1。
表1 2500m3高炉布袋除尘主要技术参数
高炉
炉容/m3
2590
煤气流量/(m3·h-1)
44.5×104
炉顶压力/kPa
100～250
炉顶温度/℃
150～300
布袋除尘器
入口温度/℃
80～280
入口煤气含尘质量浓度/(g·m-3)
6～12
过滤煤气体积流量/(m3·h-1)
49.0×104
滤袋规格
125mm×6000mm
单箱体滤袋数量/条
207
系统箱体数量/个
28
出口煤气含尘质量浓度/(mg·m-3)
＜10
降温装置
换热器数量/台
6
单台换热面积/m2
380
3 需注意的问题
   ① 系统的可靠性
   据统计，韶钢小高炉的平均可靠率为99.4%，国内大高炉比肖夫环缝洗涤器除尘系统的可靠率为99.91%。韶钢小高炉除尘工艺直接应用于2500m3高炉时，其理论可靠率较低，这是因为韶钢2500m3高炉需要28个箱体和6台换热器，共有故障点204个(主要考虑阀门、弯头和补偿器)，以每个故障点的可靠率为99.985%(韶钢小高炉每个故障点的可靠率)计，则系统的可靠率为0.99985204，即96.986%，出故障的概率为3.014%，即每年可能出11次故障，布袋几乎平均每1个月就会影响大高炉生产1次，这种运行模式是大高炉生产所不允许的。因此将小高炉的布袋除尘工艺直接应用到大高炉不合适。韶钢通过分系统运行法、分段控温法工艺，使系统可靠率提高至99.64%。
   ② 温度控制[3]
   煤气的温度对除尘系统的运行有重要影响。温度过高，会烧坏布袋，但从国内外类似高炉煤气除尘的情况看，高温易于控制。低温状态、含湿量小，对除尘系统影响不大；低温状态、含湿量大，对除尘系统影响大。对于高温控制，根据炉顶煤气温度分段，国内常采用在炉顶和重力除尘器内喷雾冷却的办法来控制温度，韶钢则采用在炉顶喷雾冷却、空冷或空冷加水冷间接换热设备来控制温度。对于低温控制，国内常采用调整炉况、保证煤气温度稳定，利用热风炉烟气等热源通过换热设备将煤气加热至露点以上等办法，韶钢则采用覆膜滤布来解决短暂的高湿结露问题。此外，为避免煤气高湿，要求高炉炉顶喷雾量控制精确，炉顶、重力除尘器所用的蒸汽阀、水阀选用耐压等级高一档次、密封性能好、质量好的阀门，从而降低煤气含湿量，确保煤气除尘系统的运行。
    ③ 高炉炉顶压力对除尘系统的影响
    在对煤气除尘过滤面积的选择时除考虑温度的影响外，还必须考虑高炉炉顶压力对煤气工况流量的影响。压力降低，煤气膨胀，造成滤速提高，如超过界限，则布袋无法承受。因此，设计过滤负荷应取高压时的流量低限、低压时的流量高限之间的区域，从而满足高压、低压运行时的流量负荷需求。在减压瞬间，气流速度突然增加，会对滤布造成冲刷，对大中型高炉煤气全干式除尘系统运行的影响较大，在设计中考虑此因素时，选取的过滤负荷应低一些。在操作中应尽量避免压力的剧变[2]。
    ④ 设备、管道弯头等的磨损及质量
    对煤气除尘设备的质量应引起高度重视，即使设计再完善，设计可靠性再高，如果设备质量不能保证，就会使整个系统如同无源之水、无本之木。因此，必须对设备生产企业的选择加以重视，对设备的生产、施工质量加强监督。尤其是对阀门、箱体、换热设备、输灰设备、仪表等更应如此。对各种人孔、防爆阀(卸压方式)等应引起重视。含尘气体对弯头的磨损不可避免，为减少弯头的磨损，通过技术措施，如喷耐磨材料或采用加内衬的办法，确保弯头在一代炉龄不被磨穿，减少对高炉生产的影响。
4 全干式除尘运行效果
    2005年8月—2008年8月除尘后的煤气含质量浓度见表2。
    表2 布袋除尘器出口净煤气含尘质量浓度    mg/m3
时间
平均值
最高值
最低值
2005年8月
4.86
7.80
1.90
2005年9月
4.13
8.90
0.10
2005年10月
1.28
9.20
0.10
2005年11月
0.64
1.20
0.10
2005年12月
0.25
4.40
0.10
2006年
0.35
9.20
0.10
2007年
0.22
8.60
0.10
2008年1月—8月
0.40
9.70
0.10
    从表2可以看出，除了2005年8月—10月，为投产初期，高炉炉况不顺，出现低温现象，致使除尘后净煤气含尘质量浓度相对较高外，投运3年来，布袋除尘器运行正常，除尘效果良好。除尘后净煤气含尘质量浓度均在标准值(10mg/m3)以下，3年平均含尘质量浓度在1.0mg/m3以下，达到了预期目标。
5 经济效益分析
   ① 热风炉节焦效益
   该技术的应用，使热风炉进口煤气温度比湿法除尘平均温度高95℃。由于干法除尘煤气具有较高的显热，作为热风炉的燃料，可以提高风温，使高炉节焦。煤气低热值为3768kJ/m3，煤气温度由35℃升高到130℃时，根据有关图表查得，热风温度可提高40℃。年节焦量为1.44×104t/a，焦炭按1000元/t计，年节焦经济效益为1440×104元/a。
    ② 比湿法除尘运行费用大幅降低
    干法除尘比湿法除尘动力消耗低，干法除尘设备功率约20kW，而湿法除尘设备(给排水、水处理等)功率约为2500kW。年运行时间按8500h，电价按0.61元/(kW·h)计，则干法对比湿法年节电效益为1285.88×104元/a。
    干法除尘基本不用水，也没有污水处理费用，但增加了布袋的消耗，两者相抵，干法除尘比湿法除尘减少运行费用70×104元/a。两项合计，干法除尘比湿法除尘年节约运行费用约1350×104元/a。
   ③ TRT发电效益
   采用干法除尘时发电量比采用湿法除尘时发电量高35%左右。马鞍山钢铁公司2500m3高炉煤气湿法除尘后，由于煤气温度低，TRT实际发电功率平均为7600kW。韶钢2500m3高炉煤气干法布袋除尘后，由于煤气温度大大提高，目前TRT实际发电功率平均为1.05×104kW。采用干法布袋除尘时TRT年发电量比采用湿法除尘时TRT发电量高2465×104kW·h/a，年创效益为1500×104元/a。
   ④ 年经济效益与环保效益
   综合以上3项，该技术年创造经济效益约4300×104元/a。此外，由于高炉煤气全干式除尘不需要水来冷却，取消了污水处理设施，既节省了造价，也从根本上解决了污水排放造成的环境污染问题，具有良好的环保效益。
6 结语
    高炉煤气全干式除尘技术在韶钢2500m3高炉的应用，充分发挥了布袋除尘煤气含尘量低、运行费用低、节约水资源、不污染环境等优点。它的建成投产和运行成功，开创了大型高炉应用全干式布袋除尘技术的先河，取得了良好的社会效益和经济效益，对煤气干法布袋除尘技术在大型高炉上的推广应用将产生积极的影响，对我国钢铁工业可持续发展和提高竞争力也具有重要意义。
参考文献：
[1] 张瑞平，赵士骐，吴利鄞.布袋除尘器的应用及前景[J].煤气与热力，2004，24(7)：413-415.
[2] 郭亮，孔建益，杨为民.降温装置在高炉煤气布袋除尘的应用[J].煤气与热力，2006，26(3)：23-25.
[3] 刘会雪，刘有智，孟晓丽.气体高温除尘技术研究进展[J].煤气与热力，2008，28(10)：B18-B21.
 
(本文作者：郭亮 邓茂忠 蔡富良 韶关钢铁集团有限公司 广东曲江 512123)