煤氣全干式除塵技術在大型高爐的應用

摘 要

摘要：介紹了大型高爐煤氣全干式布袋除塵工藝流程及主要技術參數(shù)，指出了該技術需要注意的4個關鍵問題，分析了大型高爐煤氣全干式布袋除塵工藝產生的經濟效益和環(huán)保效益。關鍵詞：
摘要：介紹了大型高爐煤氣全干式布袋除塵工藝流程及主要技術參數(shù)，指出了該技術需要注意的4個關鍵問題，分析了大型高爐煤氣全干式布袋除塵工藝產生的經濟效益和環(huán)保效益。
關鍵詞：大型高爐；高爐煤氣凈化；干式除塵；布袋除塵
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
    大型高爐煤氣全干法布袋除塵技術是一項新興的環(huán)保型除塵技術，與濕法除塵相比，干法布袋除塵具有基本不用水、不會產生水污染、能耗小、運行費用低等優(yōu)點，屬于環(huán)保節(jié)能項目，經濟、社會效益顯著，位于國家鋼鐵行業(yè)當前重點推廣的“三干一電”之首。20世紀90年代以來，國內外在1000m3以下的中小型高爐采用高爐煤氣全干法布袋除塵技術，取得了很大的進步[1]。在此基礎上，廣東省韶關鋼鐵集團有限公司(以下簡稱韶鋼)于2003年4月，在國內率先開始首例2500m3級大型高爐應用全干式布袋除塵技術的研究設計。2005年8月，干式布袋除塵器與韶鋼2500m3高爐同步投產。它的建成投產，開創(chuàng)了大型高爐應用全干式布袋除塵技術的先河，對我國大型高爐煤氣布袋除塵技術的推廣應用具有極大的推進作用。
2 韶鋼2500m3高爐煤氣除塵工藝
   ① 工藝流程
   韶鋼全干式布袋除塵工藝流程見圖1。
 
    高爐產生的煤氣經重力除塵器進行重力除塵后，如果爐頂煤氣低溫高濕(溫度低于80℃，有大量飽和水析出，一般在高爐開爐時才發(fā)生)，煤氣通過燃燒放散塔放散；如果爐頂煤氣溫度低于300℃，煤氣經降溫裝置旁通管直接進入布袋除塵器除塵；如果爐頂煤氣溫度高于或等于300℃，則通過降溫裝置將煤氣溫度降至300℃以下后，再送到布袋除塵器進行除塵。凈化后的煤氣送至高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置(TRT)發(fā)電或通過調壓閥組將壓力降為10kPa左右后，通過管網送至各用戶。
    降溫裝置分為2組，每組為3臺管式換熱器。布袋除塵器共28個除塵箱體，分4組并列運行，每組7個除塵箱體并列運行[2]。
   ② 主要技術參數(shù)
   2500m3高爐全干式布袋除塵器設計負荷為49×104m3/h，運行煤氣壓力為150～250kPa。其主要技術參數(shù)見表1。
表1 2500m3高爐布袋除塵主要技術參數(shù)
高爐
爐容/m3
2590
煤氣流量/(m3·h-1)
44.5×104
爐頂壓力/kPa
100～250
爐頂溫度/℃
150～300
布袋除塵器
入口溫度/℃
80～280
入口煤氣含塵質量濃度/(g·m-3)
6～12
過濾煤氣體積流量/(m3·h-1)
49.0×104
濾袋規(guī)格
125mm×6000mm
單箱體濾袋數(shù)量/條
207
系統(tǒng)箱體數(shù)量/個
28
出口煤氣含塵質量濃度/(mg·m-3)
＜10
降溫裝置
換熱器數(shù)量/臺
6
單臺換熱面積/m2
380
3 需注意的問題
   ① 系統(tǒng)的可靠性
   據(jù)統(tǒng)計，韶鋼小高爐的平均可靠率為99.4%，國內大高爐比肖夫環(huán)縫洗滌器除塵系統(tǒng)的可靠率為99.91%。韶鋼小高爐除塵工藝直接應用于2500m3高爐時，其理論可靠率較低，這是因為韶鋼2500m3高爐需要28個箱體和6臺換熱器，共有故障點204個(主要考慮閥門、彎頭和補償器)，以每個故障點的可靠率為99.985%(韶鋼小高爐每個故障點的可靠率)計，則系統(tǒng)的可靠率為0.99985204，即96.986%，出故障的概率為3.014%，即每年可能出11次故障，布袋幾乎平均每1個月就會影響大高爐生產1次，這種運行模式是大高爐生產所不允許的。因此將小高爐的布袋除塵工藝直接應用到大高爐不合適。韶鋼通過分系統(tǒng)運行法、分段控溫法工藝，使系統(tǒng)可靠率提高至99.64%。
   ② 溫度控制[3]
   煤氣的溫度對除塵系統(tǒng)的運行有重要影響。溫度過高，會燒壞布袋，但從國內外類似高爐煤氣除塵的情況看，高溫易于控制。低溫狀態(tài)、含濕量小，對除塵系統(tǒng)影響不大；低溫狀態(tài)、含濕量大，對除塵系統(tǒng)影響大。對于高溫控制，根據(jù)爐頂煤氣溫度分段，國內常采用在爐頂和重力除塵器內噴霧冷卻的辦法來控制溫度，韶鋼則采用在爐頂噴霧冷卻、空冷或空冷加水冷間接換熱設備來控制溫度。對于低溫控制，國內常采用調整爐況、保證煤氣溫度穩(wěn)定，利用熱風爐煙氣等熱源通過換熱設備將煤氣加熱至露點以上等辦法，韶鋼則采用覆膜濾布來解決短暫的高濕結露問題。此外，為避免煤氣高濕，要求高爐爐頂噴霧量控制精確，爐頂、重力除塵器所用的蒸汽閥、水閥選用耐壓等級高一檔次、密封性能好、質量好的閥門，從而降低煤氣含濕量，確保煤氣除塵系統(tǒng)的運行。
    ③ 高爐爐頂壓力對除塵系統(tǒng)的影響
    在對煤氣除塵過濾面積的選擇時除考慮溫度的影響外，還必須考慮高爐爐頂壓力對煤氣工況流量的影響。壓力降低，煤氣膨脹，造成濾速提高，如超過界限，則布袋無法承受。因此，設計過濾負荷應取高壓時的流量低限、低壓時的流量高限之間的區(qū)域，從而滿足高壓、低壓運行時的流量負荷需求。在減壓瞬間，氣流速度突然增加，會對濾布造成沖刷，對大中型高爐煤氣全干式除塵系統(tǒng)運行的影響較大，在設計中考慮此因素時，選取的過濾負荷應低一些。在操作中應盡量避免壓力的劇變[2]。
    ④ 設備、管道彎頭等的磨損及質量
    對煤氣除塵設備的質量應引起高度重視，即使設計再完善，設計可靠性再高，如果設備質量不能保證，就會使整個系統(tǒng)如同無源之水、無本之木。因此，必須對設備生產企業(yè)的選擇加以重視，對設備的生產、施工質量加強監(jiān)督。尤其是對閥門、箱體、換熱設備、輸灰設備、儀表等更應如此。對各種人孔、防爆閥(卸壓方式)等應引起重視。含塵氣體對彎頭的磨損不可避免，為減少彎頭的磨損，通過技術措施，如噴耐磨材料或采用加內襯的辦法，確保彎頭在一代爐齡不被磨穿，減少對高爐生產的影響。
4 全干式除塵運行效果
    2005年8月—2008年8月除塵后的煤氣含質量濃度見表2。
    表2 布袋除塵器出口凈煤氣含塵質量濃度    mg/m3
時間
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
    從表2可以看出，除了2005年8月—10月，為投產初期，高爐爐況不順，出現(xiàn)低溫現(xiàn)象，致使除塵后凈煤氣含塵質量濃度相對較高外，投運3年來，布袋除塵器運行正常，除塵效果良好。除塵后凈煤氣含塵質量濃度均在標準值(10mg/m3)以下，3年平均含塵質量濃度在1.0mg/m3以下，達到了預期目標。
5 經濟效益分析
   ① 熱風爐節(jié)焦效益
   該技術的應用，使熱風爐進口煤氣溫度比濕法除塵平均溫度高95℃。由于干法除塵煤氣具有較高的顯熱，作為熱風爐的燃料，可以提高風溫，使高爐節(jié)焦。煤氣低熱值為3768kJ/m3，煤氣溫度由35℃升高到130℃時，根據(jù)有關圖表查得，熱風溫度可提高40℃。年節(jié)焦量為1.44×104t/a，焦炭按1000元/t計，年節(jié)焦經濟效益為1440×104元/a。
    ② 比濕法除塵運行費用大幅降低
    干法除塵比濕法除塵動力消耗低，干法除塵設備功率約20kW，而濕法除塵設備(給排水、水處理等)功率約為2500kW。年運行時間按8500h，電價按0.61元/(kW·h)計，則干法對比濕法年節(jié)電效益為1285.88×104元/a。
    干法除塵基本不用水，也沒有污水處理費用，但增加了布袋的消耗，兩者相抵，干法除塵比濕法除塵減少運行費用70×104元/a。兩項合計，干法除塵比濕法除塵年節(jié)約運行費用約1350×104元/a。
   ③ TRT發(fā)電效益
   采用干法除塵時發(fā)電量比采用濕法除塵時發(fā)電量高35%左右。馬鞍山鋼鐵公司2500m3高爐煤氣濕法除塵后，由于煤氣溫度低，TRT實際發(fā)電功率平均為7600kW。韶鋼2500m3高爐煤氣干法布袋除塵后，由于煤氣溫度大大提高，目前TRT實際發(fā)電功率平均為1.05×104kW。采用干法布袋除塵時TRT年發(fā)電量比采用濕法除塵時TRT發(fā)電量高2465×104kW·h/a，年創(chuàng)效益為1500×104元/a。
   ④ 年經濟效益與環(huán)保效益
   綜合以上3項，該技術年創(chuàng)造經濟效益約4300×104元/a。此外，由于高爐煤氣全干式除塵不需要水來冷卻，取消了污水處理設施，既節(jié)省了造價，也從根本上解決了污水排放造成的環(huán)境污染問題，具有良好的環(huán)保效益。
6 結語
    高爐煤氣全干式除塵技術在韶鋼2500m3高爐的應用，充分發(fā)揮了布袋除塵煤氣含塵量低、運行費用低、節(jié)約水資源、不污染環(huán)境等優(yōu)點。它的建成投產和運行成功，開創(chuàng)了大型高爐應用全干式布袋除塵技術的先河，取得了良好的社會效益和經濟效益，對煤氣干法布袋除塵技術在大型高爐上的推廣應用將產生積極的影響，對我國鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展和提高競爭力也具有重要意義。
參考文獻：
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[2] 郭亮，孔建益，楊為民.降溫裝置在高爐煤氣布袋除塵的應用[J].煤氣與熱力，2006，26(3)：23-25.
[3] 劉會雪，劉有智，孟曉麗.氣體高溫除塵技術研究進展[J].煤氣與熱力，2008，28(10)：B18-B21.
 
(本文作者：郭亮 鄧茂忠 蔡富良 韶關鋼鐵集團有限公司 廣東曲江 512123)