燒結(jié)機(jī)頭煙氣袋式除塵方案的探討

和禮堂，朱 龍

（1.鞍鋼設(shè)計研究院，遼寧 鞍山 114033；2.沈陽建筑大學(xué)，沈陽 110168）

1 前言

我國通過20多年燒結(jié)機(jī)頭除塵生產(chǎn)實(shí)踐，對燒結(jié)機(jī)頭電除塵器工作運(yùn)行規(guī)律有了比較深刻的認(rèn)識。影響燒結(jié)機(jī)頭電除塵設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的因素有很多，如煙氣溫度、濕度、原料成分、混合料配比、煙塵比電阻、煙塵容重等，這些因素都會直接影響電除塵設(shè)備的運(yùn)行，所以在燒結(jié)工藝過程中，必須對上述諸因素有足夠的了解，并要有嚴(yán)格的控制措施，這是保障除塵效果和技術(shù)創(chuàng)新的先決條件，也為提出袋式除塵方案奠定了基礎(chǔ)。

2 燒結(jié)機(jī)頭“禁用”袋式除塵的原因

與電除塵技術(shù)相比，袋式除塵技術(shù)的影響因素較少，其凈化效率高、運(yùn)行較穩(wěn)定，但在燒結(jié)機(jī)頭除塵系統(tǒng)上采用袋式除塵技術(shù)則存在一定問題，原因是燒結(jié)機(jī)頭的煙氣濕度大，煙氣結(jié)露易將濾袋糊死，所以燒結(jié)機(jī)頭除塵不宜采用袋式除塵技術(shù)。

從燒結(jié)煙氣溫度對機(jī)頭電除塵影響的分析中可知：燒結(jié)機(jī)正常運(yùn)行時，煙氣溫度一般為130℃～150℃，對于機(jī)頭電除塵器來說，100℃～160℃均可以正常生產(chǎn)，但是機(jī)頭煙氣中含有SO2，其濃度在100～1100mg/Nm3范圍內(nèi)，通常為500～900mg/Nm3，酸露點(diǎn)溫度約110℃，這就要求機(jī)頭煙氣溫度必須控制在120℃以上。同理，袋式除塵器運(yùn)行溫度也必須控制在120℃～150℃范圍內(nèi)。

燒結(jié)機(jī)頭除塵采用袋式除塵器的關(guān)鍵是解決燒結(jié)機(jī)啟運(yùn)時，煙氣溫度為50℃～60℃（或者更低一些）時，煙氣濕度在較長的一段時間（60～100min）的除塵與結(jié)露問題。在燒結(jié)機(jī)停運(yùn)時，除塵器內(nèi)部的煙氣溫度接近室外溫度，吸附在濾袋上的粉塵中含有較多堿金屬，吸濕性強(qiáng)，因溫度達(dá)到露點(diǎn)溫度而在濾袋上發(fā)生潮解。當(dāng)燒結(jié)機(jī)正常運(yùn)行，煙氣溫度超過100℃時，濾袋表面粉餅中的水分蒸發(fā)，粉餅則固結(jié)在濾袋上，使濾料的孔隙被堵塞。另外，當(dāng)煙氣溫度低于110℃（酸露點(diǎn)溫度）時，SO2和煙氣中的水蒸氣生成亞硫酸，對除塵系統(tǒng)中的金屬構(gòu)件腐蝕嚴(yán)重，設(shè)備壽命縮短。

3 防范燒結(jié)機(jī)停啟時袋式除塵器結(jié)露

（1）燒結(jié)機(jī)啟動時的措施

燒結(jié)機(jī)啟動時，煙氣溫度由小于50℃并逐漸升溫，直到100℃以上，所需時間為60～100min（法國則按2h計算），此段時間的煙氣溫度低濕度大，極易結(jié)露。為了防止積灰在濕度很大時積聚在濾袋上產(chǎn)生糊袋問題，應(yīng)在袋式除塵器的入口管道上設(shè)置旁通除塵系統(tǒng)。該旁路管道、除塵設(shè)備和風(fēng)機(jī)均要把保溫做好，以防煙溫降低時產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，同時也防止了濕粉塵在引風(fēng)機(jī)葉片上的黏結(jié)，影響風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。當(dāng)煙氣溫度達(dá)到正常溫度（120℃～150℃）后，再開啟袋式除塵系統(tǒng)閥門，關(guān)閉旁通離心除塵系統(tǒng)閥門，使袋式除塵器進(jìn)入正常工作狀態(tài)。見下圖。

機(jī)頭袋式除塵方案圖（包括旁路除塵及循環(huán)加熱系統(tǒng)圖）

（2）燒結(jié)機(jī)停運(yùn)時的措施

國外的燒結(jié)機(jī)工作時間是每周五天，停運(yùn)兩天（48h），袋式除塵器內(nèi)部溫度由130℃～150℃逐漸下降到接近室外溫度，為防止除塵器內(nèi)部溫度下降導(dǎo)致濾袋積灰發(fā)生潮解、金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，必須使除塵器內(nèi)溫度加熱到120℃以上（酸露點(diǎn)溫度為110℃）。

為防止除塵器內(nèi)部溫度低于110℃發(fā)生酸腐蝕，在除塵器入口管道上設(shè)置噴吹CaO細(xì)粉措施對煙氣進(jìn)行脫硫，使煙氣中的亞硫酸與CaO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸鈣，消除腐蝕現(xiàn)象。

（3）加熱量計算

加熱量應(yīng)包括以下部分：除塵器外殼（已保溫）的熱損失Q1，除塵器進(jìn)出口部分管道熱損失Q2，加熱系統(tǒng)管道熱損失Q3，進(jìn)出口閥門部分熱損失Q4，袋式除塵器進(jìn)出口兩端閥門漏風(fēng)熱損失Q5，袋式除塵器本體漏風(fēng)熱損失Q6。

Q1～Q4的熱損失計算，均可按下式計算：

Q ＝α·F·K（t內(nèi)- t外）

式中：

Q — 熱損失，kJ/h；

α— 綜合修正系數(shù)，α=1.3～1.4；

F — 散熱面積，m2；

t內(nèi)— 內(nèi)部氣體溫度（即設(shè)計溫度為120℃，高于酸露點(diǎn)溫度10℃）；

t外— 當(dāng)?shù)囟臼彝獠膳嬎銣囟?，℃?/p>

K — 傳熱系數(shù)。

式中：

α1— 外表面放熱系數(shù)kk/m2·℃·h，取20；

α2— 內(nèi)表面放熱系數(shù)kk/m2·℃·h，取10；

δ — 保溫層厚度，m；

λ — 保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，巖棉取λ= 0.044 kk/m·℃·h。

Q5、Q6散熱量均為滲透風(fēng)量所引起的熱損失。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個閥門漏風(fēng)率≤1.5%，而袋式除塵器本體漏率為2%。兩者之和為5%，滲透熱損失應(yīng)按下式計算：

Q = L·γ·C（t內(nèi)- t外）

式中：

L — 滲透風(fēng)量（又叫漏風(fēng)量），Nm3/h（工況風(fēng)量要折合標(biāo)況風(fēng)量）；

γ — 1.293kg/Nm3（0℃時空氣容重）；

C — 比熱，kk/kg·℃，當(dāng)0℃時，空氣比熱C = 0.24 kk/kg·℃；

t內(nèi)— 除塵器內(nèi)部溫度（設(shè)計取120℃），℃；

t外— 當(dāng)?shù)囟臼彝馔L(fēng)計算溫度，℃。

加熱風(fēng)量計算：加熱系統(tǒng)必須采用熱風(fēng)循環(huán)加熱系統(tǒng)，以保證整個除塵器的各個角落加熱均勻。

首先計算Q熱1= Q1+ Q2+ Q3+ Q4

式中：

L標(biāo)1— 循環(huán)加熱風(fēng)量，Nm3/h；

C — 煙氣比熱，kk/kg·℃，一般取0.24；

γ— 煙氣容重（0℃時為1.293kg/Nm3）；

t送— 設(shè)計送風(fēng)溫度，加熱后的送風(fēng)溫度的確定：一般加熱前后溫差取50℃～100℃，溫差過大，循環(huán)風(fēng)量減少，易造成除塵器內(nèi)部溫度加熱不均勻；

t內(nèi)— 除塵器內(nèi)部設(shè)計溫度（取120℃），℃；

Q熱1— Q1+ Q2+ Q3+ Q4之和。

根據(jù)Q熱1計算出各種管道和袋式殼體的熱損失，所需要加熱循環(huán)風(fēng)量（L標(biāo)1）在循環(huán)加熱中，因兩端閥門和袋除塵本體的漏風(fēng)量（共計漏風(fēng)量為L標(biāo)2），所引起的漏風(fēng)量為：

L標(biāo)2= L標(biāo)1×5%

漏風(fēng)量所造成的熱損失根據(jù)公式計算，并可得出總耗熱量和總加熱量，同時，也求得了總加熱風(fēng)量L標(biāo)總= L標(biāo)1+ L標(biāo)2和加熱后的總循環(huán)風(fēng)量∶

L工況= L總標(biāo)×

式中：

t — 加熱前煙氣溫度，℃；

P標(biāo)況— 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，kPa，101.325；

P工況— 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓減去風(fēng)機(jī)全壓，Pa。

（4）除塵系統(tǒng)噴射CaO粉末的措施

燒結(jié)機(jī)頭煙氣中含有SO2和水蒸氣，SO2和水蒸氣最高含量分別可達(dá)1.1g/Nm3和129g/Nm3，當(dāng)煙氣溫度低于或達(dá)到酸露點(diǎn)溫度（如110℃）時，SO2和水蒸氣則生成亞硫酸（H2SO3），對管道和除塵器內(nèi)部金屬件就產(chǎn)生腐蝕。如果煙氣溫度低于60℃（即達(dá)到煙氣的露點(diǎn)溫度），則對金屬腐蝕更加嚴(yán)重。

解決辦法1：應(yīng)保證煙氣溫度在酸露點(diǎn)溫度（約110℃）以上，杜絕酸腐蝕的發(fā)生。

解決辦法2：燒結(jié)機(jī)將要停運(yùn)時，往除塵系統(tǒng)內(nèi)噴CaO粉末，使煙氣進(jìn)行脫硫，見下式：

當(dāng)煙氣溫度低于酸露點(diǎn)溫度時，SO2+ H2O → H2SO3

向除塵管道內(nèi)噴灑CaO3，H2SO3+ CaO → CaSO3+ H2O

根據(jù)煙氣量（標(biāo)況）和SO2（可選較大濃度如1.1g/Nm3）即可求得SO2總量，已知SO2分子量為64，CaO分子量為56，根據(jù)SO2總量即可求得生石灰粉所需量。為了保障生石灰細(xì)粉脫硫效果，噴生石灰粉量應(yīng)適當(dāng)?shù)脑龆唷?/p>

4 國內(nèi)燒結(jié)機(jī)頭除塵采用袋式除塵實(shí)例

馬鞍山益豐鋼鐵公司燒結(jié)機(jī)頭除塵，是21世紀(jì)初我國第一家燒結(jié)機(jī)頭除塵采用袋式除塵設(shè)備的應(yīng)用實(shí)例。

原始參數(shù)：燒結(jié)機(jī)為38m2環(huán)式燒結(jié)機(jī)，煙氣量為3000m3/min，選用3427m2袋式除塵器，由于燒結(jié)工藝與除塵未能協(xié)調(diào)好，造成煙溫低、除塵殼體腐蝕嚴(yán)重、除塵效果不好，運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)年就腐蝕嚴(yán)重，于2012年4～5月進(jìn)行改造，仍采用袋式除塵設(shè)備。該工程存在的主要問題是煙溫控制問題，煙溫控制正常運(yùn)行溫度必須在120℃以上，停產(chǎn)時也要控制在120℃以上。如果停產(chǎn)時不能控制在120℃以上，那就必須噴CaO細(xì)粉進(jìn)行脫硫，才能防止酸腐蝕發(fā)生。