煤气干法除尘技术在大型高炉的应用及节能分析

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钢铁研究总院樊波张春霞许海川

摘要：介绍了煤气干法除尘技术在我萤大銎高炉上的应再情况，对大型高炉煤气于法除尘的部分关键技术进行了简要总结．对比湿法除尘工艺，分析了大型高炉采角于法除尘工艺的节能效果。

关键词：高炉煤气；干法除；尘节能减排

1 我国高炉煤气干法除尘技术的应用进展

我国高炉采用的煤气干式除尘工艺主要有两种：高压静电除尘和布袋除尘。目前高压静电除尘国内只有两套，其中武钢于1987年从日本引进一套应用于3200 m³高炉；1998年邯钢在1260 m³高炉上也应用了静电除尘工艺。两套系统都备用了一套湿法除尘工艺，其静电除尘作业率都小于70％。

布袋除尘在我国应用的比较普遍，尤其是中小高炉，其效果较好，运行成本也低。布袋除尘工艺主要有反吹风布袋除尘和脉冲布袋除尘两种。我国太钢、攀钢等企业引进的除尘工艺都是反吹风布袋除尘。反吹风布袋除尘工艺是利用反吹风机定期将滤袋积灰吹掉，恢复过滤性能。低压脉冲布袋除尘工艺的含尘煤气自滤袋外表面向内过滤，干灰积于滤袋外表面，反吹气体在极短时间内向滤袋内喷射，使滤袋迅速膨胀、抖动而清灰。脉冲除尘和反吹风布袋除尘虽然只是反吹方式不同，但脉冲除尘在煤气净化上具有显著技术优势，如设备简单、反吹力度大、能耗低、操作灵活、滤袋排列紧密，安装方式合理、安全性好等。

低压脉冲除尘工艺从20世纪90年代试验成功后，得到快速推广，它的成功使高炉煤气干法除尘技术发生了质的飞跃。此后，国内中小型高炉基本采用低压脉冲布袋除尘工艺来净化回收煤气。从其中投产日期可以看出我国大型高炉采用全干法布袋除尘的一段历程。2002年，莱钢、韶钢等企业将全干式煤气布袋除尘技术推广应用到。750m³级高炉获得成功；2004年，三钢、首秦、莱钢、长钢等企业先后将其推广到1000m³级高炉。2005年到2006年，韶钢、包钢、迁钢等企业又先后将其推广到2000m³级高炉。2007年9月8日唐钢3200m³高炉的投产，使干法除尘应用的高炉容积提高到了3000m³级，而计划于2009年上半年投产的京唐钢铁公司有效容积为5500m³的1号高炉正同步建设全干法高炉煤气除尘设备。初步统计目前我国1000m³上的高炉采用干法布袋除尘技术的有近40座，包括太钢、攀钢、首钢、莱钢、韶钢、三钢、首秦、柳钢、包钢、唐钢、济钢、鞍钢、迁钢、通钢、承钢、宝钢不锈、长钢、潍钢等企业，其中已实现全部高炉都采用煤气全干法除尘的企业有首秦、包钢、莱钢、韶钢、承钢等。随着一批即将采用全干法高炉煤气除尘技术的大型高炉的建设与大修改造，我国干法除尘在4000m³级以上大型高炉应用的数量将进一步增加。

2 大型高炉煤气干法除尘技术简要总结

干法除尘不断在大型高炉上成功应用，但其理论、技术及装备还需要进一步研究与完善，如工艺路线选择、过滤风速确定、箱体直径与数量选择、滤袋的规格尺寸与材质选择、煤气灰排放运输方式的确定等。目前各企业设计和应用的情况并不相同，因此有必要对一些技术成熟的项目尽早制定相应的标准。下面对干法除尘的工艺路线、控温方式、布袋除尘灰的输送进行简要总结。

2．1工艺路线

根据煤气粗除尘器(包括重力除尘

器和旋风除尘器)的设置与否，目前我国干法布袋除尘的工艺路线主要分为4种。

1)高炉→重力除尘器→旋风除尘器→干法布袋除尘路线。

高炉煤气经重力除尘器后，再经过旋风除尘器，然后进入布袋除尘箱体，形成了重力除尘器作为第一级除尘系统进行粗除尘，旋风式除尘器作为第二级除尘系统进行再除尘，布袋除尘器作为第三级除尘系统进行精除尘的三级除尘模式。这种工艺路线减轻了布袋除尘的过滤负荷，延长布袋使用寿命，保证了煤气净化的质量。目前采用这种工艺路线有包钢的6座高炉及首秦1号高炉等。

2)高炉→重力除尘器→干法布袋除尘路线。

高炉煤气经重力除尘器粗除尘后，含尘量可降到10g/m³，然后再经过布袋精除尘。这种工艺路线在国内大型高炉上应用比较普遍，其中济钢3号1 750rn³高炉、长钢8号1080m³高炉、三钢4号1050 m³高炉，以及韶钢、莱钢等企业均采用这种工艺路线。

3)高炉→旋风除尘器→干法布袋除尘路线。

这种除尘路线的粗除尘采用旋风除尘器，高炉煤气经过旋风除尘器后进人布袋除尘箱体。采用旋风除尘器做粗除尘的工艺路线可比重力除尘器粗除尘的工艺路线加强粗除尘的效果，因为旋风除尘器除尘效率≥85％，比重力除尘器除尘效率高约25％，可以减轻干法布袋除尘的负荷，延长布袋的使用寿命。这种工艺路线在鞍钢4号2 580m³高炉上最先投入运行，建设中的首钢京唐钢铁公司5500 m³的高炉也采用了这种工艺路线。

4)高炉→干法布袋除尘路线。

在这种工艺路线中，高炉煤气直接进入布袋除尘，创新性的取消了传统的煤气粗除尘器，既不设置重力除尘器，也不设置旋风除尘器，为高炉煤气干法除尘提供了新的理论和技术。取消煤气粗除尘器后，大颗粒度瓦斯灰进入布袋，起到了增强透气性的作用，布袋承受的压力减少，一定程度延长了布袋的使用寿命。采用这种工艺路线的目前只有承钢6座高炉，其中一座容积1260m³，一座容积2500m³。对于高炉附近场地狭小的企业干法除尘改造很有借鉴意义。

设置有煤气粗除尘器的工艺路线，其重力除尘器和旋风除尘器对高温的煤气具有一定程度的降温作用，而这种取消粗除尘器的工艺对炉顶煤气温度的控制应该更严格。

2．2控温方式

由于滤袋合理的工作温度都有一定范围，煤气温度过高会损伤滤袋，煤气温度过低则可能结露，影响除尘器正常工作，因此控制进入布袋除尘箱体的煤气温度对保证布袋除尘系统连续运行极为重要。针对煤气温度过高或过低的情况，目前主要采用半净煤气点火放散或控温两种方式，控温包括升温和降温。对于低温煤气，主要是利用热风炉高温烟气通过热交换器来给煤气升温，如莱钢4号高炉等。

对于高温煤气的降温方式主要有炉顶打水降温、重力除尘器喷雾降温、间接降温器降温(外冷喷淋式或热管换热器)。国外采用的是重力除尘器喷雾降温，国内企业引进的最初也都是重力除尘器喷雾降温方式，应用过程中经常出现瓦斯灰板结等问题。

国内企业设计的温度控制方式主要可分为两种，一种是炉顶打水降温半净煤气放散的组合方式，当系统遇高温煤气，高炉炉顶进行打水降温，温度仍降不下来时，采用放散荒煤气的方式；同样，当系统遇低温煤气时，也可采用放散荒煤气的方式，保证高炉的正常运行。包钢、三钢等企业都采用的这种控温方式。另一种是炉顶打水降温间接降温器降温的组合方式，当煤气温度过高，高炉炉顶进行打水降温，温度仍降不下来时，将煤气通过间接降温器进行进一步降温，如济钢3号高炉，首秦1、2号高炉等高炉为这种方式。

大型高炉炉况稳定性好，炉顶煤气温度波动比较小，从部分大型高炉运行实际看，炉顶打水的降温方式基本能保证进入布袋除尘箱体的煤气温度不超过温度上限，因此很多企业的间接降温器常年都没有使用。对于高炉休风后复风等炉顶煤气较低的情况，一些企业进行了干法引气温度低于40℃的尝试，大幅度缩短了引气时间，也表明干法除尘低于露点温度仍可安全操作。

2．3 干法布袋除尘灰的输送

高炉煤气干法布袋除尘灰的输送方式按输送装置的动力可分为机械输送方式和气力输送方式。机械输送方式又包括螺旋输送机输送方式及埋刮板输送机输送方式等。以下分别为机械输送方式和气力输送方式的基本工艺流程。

机械输送方式：布袋集灰斗→中间灰斗→螺旋输送机(或埋刮板输送机)→斗式提升机→高位灰仓→加湿机→汽车正输；

气力输送方式：布袋集灰斗→气力流化输送→大集灰仓→吸排车运输；

高炉煤气除尘灰采用气力输送方式比机械输送方式有明显优势，如投资少，输送量大，输送距离远，布置自由，运行可靠，密封性好，可避免卸输灰过程中煤气外泄和二次扬尘等，大型高炉应首选采用气力输送方式。

3 干法除尘技术节能减排效果分析

大型高炉采用煤气干法除尘比采用湿法除尘具有显著的节能减排效益，以下主要以年产铁450万t大型高炉为基础，对干法除尘的节能减排效果进行简要分析。

3．1节水

高炉煤气采用湿法除尘需要消耗大量的水资源，是钢铁生产中新水消耗最主要的环节之一，即使采用比较节水的环缝洗涤系统，其1000m³煤气用水量也需3 t左右，即吨铁用水量约为5．4 t(高炉吨铁煤气发生量一般在1 600～2000m³左右，此处按吨铁煤气发生量1800m³计算)。这部分水虽然基本循环利用，但由于除尘过程中部分水由于蒸发、渗漏、进入煤气等原因造成损失，一般需要补充新水约5％，因此湿法除尘吨铁补充新水量约为0．27 t。若年产铁450万t的大型高炉采用湿法除尘工艺，每年水用量约为2 430万t，每年要补充新水约121．5万t，采用干法除尘系统，不再使用浊环水，而且基本没有新水消耗，所以全干法除尘比湿法除尘工艺每年可节约浊环水2 430万t，减少新水消耗约121．5万t。

3．2 节电

湿法除尘主要用电设备需要连续运转，典型企业的设备功率消耗约为860kW，干法除尘主要用电设备为间断运行，干法除尘设备耗电功率约为60 kW，与湿法相比，干法除尘比湿法除尘电力消耗低，年大约节电681．6万kWh。

3．3增加TRT发电量

高炉煤气在透平机内做功的过程可近似为理想气体的绝热膨胀过程，根据绝热方程式可得煤气在透平机内做功近似计算公式为：

W=nC_v,mT₁[1一(P₁/P₂)^{(1-γ)/ γ}]η₁η₂f

根据此公式可讨论提高TRT发电功率的途径，式中，W为TRT发电功率；n为煤气的物质量，mol；C_v,m为恒容热容，J(K·mol)^-1；T₁为透平机人口煤气绝对温度，K；P₁为透平机入口煤气绝对压力，Pa；P₂为透平机出口煤气绝对压力，Pa；γ为热容商，此处取为1．3；η₁为透平效率，％；η₂为发电机效率，％，f为修正系数。

由上式可知，当透平机入口煤气绝对温度提高以及透平机人口煤气绝对压力提高都将提高TRT发电的功率。

干法除尘比湿法除尘TRT发电功率提高约38．3％(假设恒容热容、透平效率、发电机效率及修正系数等值基本不变)。2004年宝钢湿法除尘TRT吨铁发电量约35．2 kWh，吨铁电耗为54．53kWh，若采用干法除尘且透平功率选择得当，则吨铁发电量可达约48．6 kWh。高炉年产铁按450万t计算，则采用于法除尘可使TRT年增加发电量6 030万kWh，约降低工序能耗1．65 kgce／t(电力折算系数取0．122 9 kgce／k．Wh)，年可增加效益3 316．5万元(电价按0．55元／kWh)。

3．4提高煤气热值

干法除尘后煤气温度可提高到80～170℃，大型高炉采用干法除尘后煤气温度基本可达160％：左右，经过TRT膨胀做功后煤气温度约为90℃，比湿法除尘煤气温度可提高50℃，显热可提高71．2 kJ／m³左右，按高炉年产铁．450万t，吨铁煤气发生量1800 m³计算，年显热提高值约1 968万kgce。同时由于采用干法除尘煤气中机械水含量减少，可进一步增加煤气的热值，提高煤气的理论燃烧温度。干法除尘后的高炉煤气用于热风炉及其他炉窑，可使热效率提高5％～6％，如煤气直接供热风炉使用，风温可提高25℃左右，可降低焦比约5 kg／t，年节省焦炭约2．25万t，而且风温提高后可增加喷煤量及生铁产量，因此其综合效益显著。

3．5无污水排放

高炉煤气采用干法除尘工艺可以避免湿法除尘过程中大量有毒污水、污泥的产生。干法除尘灰仍可进行二次利用，其环境效益、社会效益显著。

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