高爐煤氣全干式除塵技術(shù)在攀鋼釩的應(yīng)用實(shí)踐

秦 勇

（攀鋼釩能源動(dòng)力中心，四川攀枝花617062）

高爐煤氣全干式除塵技術(shù)在攀鋼釩的應(yīng)用實(shí)踐

秦 勇

（攀鋼釩能源動(dòng)力中心，四川攀枝花617062）

結(jié)合高爐煤氣全干式除塵及余壓發(fā)電節(jié)能環(huán)保技術(shù)在攀鋼釩一期三座高爐的成功應(yīng)用，介紹了高爐煤氣全干式除塵的工藝原理、主要設(shè)備及應(yīng)用過程中的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)運(yùn)行過程中遇到的問題進(jìn)行了分析探討，提出了相應(yīng)的解決對(duì)策。

高爐煤氣；干式除塵；關(guān)鍵技術(shù)；措施

1 前言

高爐煤氣是高爐冶煉過程中的副產(chǎn)氣體，其煤氣含塵量一般在10 g/m3以上，必須經(jīng)過凈化除塵后方可使用。高爐煤氣除塵一般可分為濕法和干法兩種，傳統(tǒng)大中型高爐煤氣除塵采用濕法除塵，隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，新建高爐普遍采用高爐煤氣干法除塵。高爐煤氣干法除塵與濕法除塵相比,干法除塵不僅簡(jiǎn)化了工藝系統(tǒng)，并且從根本上解決除塵過程中二次水污染及污泥的處理問題，提高了回收煤氣的物理顯熱。且干法除塵效率高達(dá)99%以上，配合干式TRT發(fā)電機(jī)組可顯著提高發(fā)電水平，TRT發(fā)電量相比濕式可提高30%，具有良好的節(jié)水、節(jié)電效果。

攀鋼釩現(xiàn)有5座高爐，分別為1200 m3容積3座，1350 m3容積1座，2000 m3容積1座。其4#高爐（1350 m3）于1998年引進(jìn)吸收了日本反吹布袋除塵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上攀鋼又結(jié)合自身地理環(huán)境、場(chǎng)地布置及高爐冶煉特點(diǎn)，對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，形成獨(dú)具特點(diǎn)的反吹布袋除塵的全干式煤氣凈化除塵工藝技術(shù)。并于2005年成功應(yīng)用到新建的新3#高爐（2000 m3）煤氣凈化系統(tǒng)，2009年先后應(yīng)用到一期3座高爐（1200 m3）煤氣凈化系統(tǒng)上，其各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，取得了良好的節(jié)能、節(jié)水和環(huán)保效果。

2 一期高爐煤氣全干式除塵工藝

高爐產(chǎn)生的荒高爐煤氣進(jìn)入重力除塵器粗除塵后，經(jīng)散熱器降溫控制在200℃以下，然后進(jìn)入布袋干式除塵器（簡(jiǎn)稱BDC）進(jìn)行精除塵，除塵后的凈煤氣經(jīng)過TRT發(fā)電或者減壓閥組減壓后，一部分直接送高爐熱風(fēng)爐使用，另一部分經(jīng)降溫脫水后進(jìn)入高爐煤氣主管網(wǎng)，見圖1。

3 高爐煤氣干式除塵運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 荒煤氣降溫處理技術(shù)

高爐正常冶煉時(shí)，爐頂出口煤氣溫度一般在150～300℃，但在高爐非正常工況，尤其在發(fā)生崩料、坐料時(shí)，短時(shí)間可上升到380℃以上，需要進(jìn)行降溫及控溫處理。針對(duì)高爐荒煤氣高低溫工況，攀鋼自主研發(fā)了“列管散熱器+旁通閥”煤氣降溫工藝。即在重力除塵器與BDC除塵器之間增設(shè)兩組列管式散熱器，最大處理煤氣量24～28萬(wàn)m3/h，其采取水冷、風(fēng)冷兩種冷卻方式相結(jié)合，進(jìn)行高爐荒煤氣溫度的控制。同時(shí)考慮煤氣低溫時(shí)的措施，設(shè)置散熱器旁通管道和蝶閥。

圖1 一期高爐煤氣全干式除塵工藝流程

3.1.1 高爐爐頂煤氣溫度相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，設(shè)計(jì)的列管式散熱器通過自然冷卻降溫，加上沿途管道溫降，BDC入口煤氣溫度可控制在除塵布袋安全運(yùn)行溫度范圍內(nèi)。

3.1.2 當(dāng)高爐爐況異常，爐頂溫度異常高時(shí)，通過散熱器中、上部設(shè)置兩層噴霧裝置，對(duì)散熱器列管進(jìn)行噴霧冷卻，即使?fàn)t頂煤氣溫度高達(dá)380℃時(shí)，降溫后散熱器出口溫度仍可低于200℃。

3.1.3 為避免高爐荒煤氣通過散熱器后過度冷卻，散熱器出口煤氣溫度過低引起布袋結(jié)垢糊袋問題，在散熱器前后增設(shè)散熱器旁通管，當(dāng)煤氣溫度較低時(shí)，大部分煤氣不通過散熱器冷卻而直接進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行精除塵。

3.2 采用新型耐高溫除塵布袋濾料

高爐煤氣干式除塵的核心是布袋濾料，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到除塵器運(yùn)行效果。攀鋼釩一期3座高爐煤氣干式除塵系統(tǒng)采用煤氣加壓離線反吹清灰方式，其清灰方式為柔性清灰，利用逆向氣流吹落粉塵層而達(dá)到清灰目的，其要求濾料有一定強(qiáng)度，透氣性好，并且附灰面要有一定的光滑度。目前反吹清灰方式較多采用玻璃纖維機(jī)織濾布或Nomex（美塔斯）機(jī)織濾布，其濾袋內(nèi)表面有聚四氟乙烯覆膜（持續(xù)最高耐熱溫度260℃），濾料覆膜后耐水、耐油、耐腐蝕等性能得到加強(qiáng)，并且表面光滑，摩擦系數(shù)低，易于清灰。

由于1#高爐為無(wú)料鐘高爐，爐頂煤氣溫度相對(duì)穩(wěn)定，一般控制在150～220℃之間，其全干式煤氣除塵系統(tǒng)采用美塔斯覆膜機(jī)織布濾袋。其Nomex纖維濾料持續(xù)最高耐熱溫度200℃，布袋的機(jī)械強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好，耐磨蝕和抗彎折，性價(jià)比很高。

而2#、3#高爐為有料鐘高爐，爐頂上料相對(duì)集中、布料不均勻，其爐頂煤氣溫度偏高且波動(dòng)較大，一般在180～300℃。2#、3#高爐煤氣除塵系統(tǒng)于2012年全部更換為耐高溫玻纖覆膜機(jī)織布濾袋。其玻璃纖維濾料持續(xù)最高耐熱溫度260℃，瞬時(shí)最高耐熱溫度280℃（不超過10 min），能很好適應(yīng)爐頂煤氣溫度高特點(diǎn)，并有效提高透平入口煤氣溫度50℃左右，進(jìn)而提高TRT發(fā)電量，最大化創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效℃。并且玻纖濾料除具有突出的耐高溫特點(diǎn)外，其尺寸穩(wěn)定性高，拉伸斷裂強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，表面光滑，易清灰，化學(xué)穩(wěn)定性好。

3.3 采用正壓濃相氣力輸灰技術(shù)

正壓氣力輸灰原理是利用氮?dú)饣驂簹庠诠艿乐挟a(chǎn)生的氣流，采用正壓以較高的速度來推動(dòng)物料在管道內(nèi)流動(dòng)，從而把物料輸送到灰倉(cāng)。攀鋼高爐煤氣干式除塵輸灰系統(tǒng)為正壓濃相雙套管氣力輸灰，輸灰系統(tǒng)由8臺(tái)2.0 m3倉(cāng)泵、兩條輸灰管路、出料閥、氣源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，輸送灰氣比35～45 kg/kg，平均輸灰速度6～8 m/s。輸灰方式采取倉(cāng)泵間歇式輸灰，每輸送一泵飛灰為一個(gè)工作循環(huán)，每個(gè)工作循環(huán)由四個(gè)階段構(gòu)成：進(jìn)料階段、流化階段、輸送階段、吹掃階段?，F(xiàn)一期高爐煤氣除塵氣力輸灰系統(tǒng)已運(yùn)行4年多，運(yùn)行效果良好。

圖2 氣力輸灰工藝流程簡(jiǎn)圖

4 高爐煤氣干式除塵技術(shù)應(yīng)用中的問題及措施

4.1 荒煤氣管道瓦斯灰堵塞及對(duì)策

一期三座高爐煤氣全干式除塵系統(tǒng)于2009年投入生產(chǎn)運(yùn)行，2012年開始重力除塵器后荒煤氣管道、列管散熱器、BDC入口煤氣管道出現(xiàn)結(jié)垢、堵塞問題。特別是2#、3#高爐煤氣除塵系統(tǒng)散熱器，在運(yùn)行10～20天后就出現(xiàn)列管結(jié)垢堵塞、磨損現(xiàn)象，造成煤氣泄漏，每次干式除塵系統(tǒng)檢修作業(yè)都以漏點(diǎn)補(bǔ)焊，管道、閥門和散熱器清灰作為重點(diǎn)。

通過對(duì)干式除塵系統(tǒng)瓦斯灰取樣化驗(yàn)，其成分分析見表1。

從表1中可以看出，一期高爐煤氣干式除塵系統(tǒng)瓦斯灰ZnO含量較高，一般都在20%以上，而從煤氣管道內(nèi)壁取下的瓦斯灰垢塊化驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)ZnO含量高達(dá)65%以上。

圖3 一期高爐荒煤氣管道及散熱器瓦斯灰結(jié)垢堵塞情況

表1 高爐煤氣干式除塵系統(tǒng)瓦斯灰成分分析表%

4.1.1 煤氣管道瓦斯灰結(jié)垢、堵塞原因

在高爐內(nèi)高溫區(qū)氣化形成的鋅蒸汽，隨煤氣上升溫度降低，冷析成微細(xì)顆?；蛟俦谎趸蒢nO，一部分粘附于煤氣粉塵被帶出爐外，進(jìn)入煤氣除塵系統(tǒng)管道層積結(jié)瘤。而富含Zn元素的除塵瓦斯灰又被回收用于燒結(jié)配料，含Zn燒結(jié)礦作為煉鐵原料重新進(jìn)入高爐，形成了Zn在燒結(jié)、高爐系統(tǒng)間循環(huán)，使瓦斯灰中ZnO不斷積聚增加。同時(shí)高爐爐頂煤氣溫度偏低時(shí)，隨著沿途管道和散熱器降溫，高爐煤氣溫度會(huì)降至露點(diǎn)以下（小于80℃），煤氣中的飽和水析出，進(jìn)而引起荒煤氣管道瓦斯灰結(jié)垢、堵塞。

4.1.2 煤氣管道瓦斯灰堵塞應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)高爐煤氣瓦斯灰結(jié)垢、堵塞問題，采取的主要措施：一是協(xié)調(diào)煉鐵廠加強(qiáng)高爐煤氣溫度控制，避免爐頂煤氣溫度過低，減少煤氣飽和水析出。二是加強(qiáng)瓦斯灰ZnO含量檢測(cè)，對(duì)于含鋅量較高的瓦斯灰進(jìn)行合理處理，不再返回?zé)Y(jié)配料中使用，切斷Zn在燒結(jié)、高爐間的循環(huán)。三是利用高爐休風(fēng)機(jī)會(huì)，安排荒煤氣管道及散熱器清灰處理，避免管道內(nèi)部瓦斯灰結(jié)垢。通過以上措施，減輕了高爐荒煤氣管道及散熱器堵塞、積垢現(xiàn)象，降低了散熱器運(yùn)行差壓，散熱器運(yùn)行周期延長(zhǎng)至3～6個(gè)月，確保了干式除塵系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 BDC除塵布袋破損及措施

在高爐煤氣干式除塵系統(tǒng)布袋日常運(yùn)行檢查中發(fā)現(xiàn)，BDC筒體內(nèi)布袋常有零星磨損穿孔或布袋脫落失效問題，引起B(yǎng)DC筒體出口煤氣粉塵含量超標(biāo)，進(jìn)而加劇TRT機(jī)組葉片磨損。

4.2.1 布袋破損、脫落原因

由于除塵系統(tǒng)筒體采取下端進(jìn)氣，其布袋下部流速高，粉塵濃度大，布袋下部受沖擊磨損相對(duì)較大。而當(dāng)高爐煤氣溫度偏低或煤氣中含水量偏高時(shí)，布袋內(nèi)壁容易結(jié)垢，進(jìn)而引起入口氣流方向改變，加劇布袋沖刷磨損。并且隨著運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)，布袋出現(xiàn)松弛（拉力不夠），相鄰布袋間易發(fā)生摩擦受損，其布袋破口為T字形或一字形，多出現(xiàn)在第一節(jié)防癟環(huán)下部200 mm左右處，破口大小1～15 mm。

由于布袋反吹時(shí)振動(dòng)相對(duì)較大，導(dǎo)致壓簧與布袋中心線不重合，吊掛裝置受力不均勻，壓簧與曲別鉤進(jìn)行摩擦造成曲別鉤、鏈條等磨損斷裂，進(jìn)而造成布袋脫落失效。并且，當(dāng)布袋入口環(huán)形卡箍安裝緊固不夠時(shí)，受運(yùn)行中氣流作用，布袋下口也容易發(fā)生脫落，進(jìn)而造成筒體出口煤氣粉塵超標(biāo)。

4.2.2 布袋破損對(duì)策

針對(duì)高爐煤氣干式除塵系統(tǒng)布袋磨損穿孔、脫落失效問題，采取的主要措施：一是加強(qiáng)BDC入口高爐煤氣溫度控制，避免除塵系統(tǒng)布袋在低溫（＜120℃）下運(yùn)行，同時(shí)定期監(jiān)測(cè)控制高爐煤氣含水量不超過20 g/m3，減輕布袋結(jié)垢問題。二是定期輪流進(jìn)行筒體布袋檢查和預(yù)緊，保持筒體運(yùn)行布袋張緊力30～35 kg，避免布袋出現(xiàn)松弛。三是將筒體運(yùn)行方式由六用兩備調(diào)整為七用一備，降低布袋過濾負(fù)荷。同時(shí)在布袋入口設(shè)置導(dǎo)流筒，使布袋入口煤氣氣流分布均勻。四是優(yōu)化布袋反吹清灰模型，降低反吹頻次和反吹時(shí)間，減輕布袋受反吹沖擊影響。五是改進(jìn)布袋吊掛裝置，在吊掛裝置的壓簧與曲別鉤間安裝防扭轉(zhuǎn)卡，避免曲別鉤發(fā)生扭轉(zhuǎn)摩擦斷裂。通過以上措施，降低了一期高爐煤氣干式除塵系統(tǒng)布袋破損率，確保高爐煤氣除塵質(zhì)量符合要求，布袋運(yùn)行使用周期有效延長(zhǎng)12個(gè)月。

4.3 煤氣管道和設(shè)備腐蝕及對(duì)策

4.3.1 煤氣管道及設(shè)備腐蝕原因

由于采取高爐煤氣干式除塵工藝，除塵后的高爐煤氣中酸性組分（如SO2、SO3、H2S、HCl等）含量相比濕式除塵高。隨著溫度的降低，煤氣中的酸性腐蝕性氣體溶于冷凝水中，形成酸性液體或鹽類溶液，對(duì)煤氣管道及附件（如金屬波紋管補(bǔ)償器、排水器及法蘭等）造成腐蝕。攀鋼釩1#高爐因爐頂煤氣溫度較低（經(jīng)常低于150℃），2012年1#干式除塵系統(tǒng)的BDC反吹管道上不銹鋼波紋管補(bǔ)償器多次出現(xiàn)腐蝕滲漏煤氣現(xiàn)象，影響除塵系統(tǒng)安全運(yùn)行。

并且，煤氣中酸性組份溶于水后，會(huì)在透平機(jī)葉片表明形成一層酸性水膜，對(duì)葉片表面造成腐蝕，腐蝕后的金屬表面光滑度急劇降低。一些腐蝕產(chǎn)物、油污物、粉塵等一些微量成分（如NH4+、Cl-）相互結(jié)合產(chǎn)生積鹽結(jié)垢，并以結(jié)晶態(tài)析出，這些晶體附著在金屬表面形成堅(jiān)固的積鹽層，附著在透平機(jī)動(dòng)、靜葉片、排氣蝸殼、出口管道上，將使透平轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞，引起振動(dòng)超標(biāo)，機(jī)組被迫停機(jī)檢修。

4.3.2 煤氣管道腐蝕對(duì)策

（1）煤氣管道增加防腐涂層

針對(duì)高爐煤氣管道內(nèi)壁化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等，采用耐腐蝕涂料層保護(hù)措施。將有機(jī)涂料涂覆于管道內(nèi)表面形成連續(xù)的薄膜，干燥后成為堅(jiān)實(shí)的防腐涂層，以起到屏蔽、緩蝕及保護(hù)作用。

（2）管道及設(shè)備設(shè)置保溫

高爐煤氣溫度是影響腐蝕的主要因素，采取對(duì)高煤管道及設(shè)備保溫措施，一是為了節(jié)能，減少介質(zhì)熱量的損耗；二是減少高爐煤氣飽和水的析出，防止煤氣中酸性氣體與冷凝水接合形成酸性溶液，導(dǎo)致管道和設(shè)備的腐蝕。

（3）波紋管補(bǔ)償器換型

針對(duì)氯離子濃度含量超過25 mg/L的高爐煤氣管道，補(bǔ)償器應(yīng)采取耐腐蝕措施，其補(bǔ)償器中彈性元件，靠煤氣側(cè)的材質(zhì)不宜采用普通300系列不銹鋼（如304、316、316L），而應(yīng)選用Ni、Cr含量較高材料（如Inconel600、Incoloy800系列或254SMo不銹鋼），或內(nèi)襯氟橡膠、聚四氟乙烯等非金屬材料，以提高波紋管補(bǔ)償器耐腐蝕能力。

（4）設(shè)置噴淋洗凈塔

目前攀鋼釩4#、新3#高爐TRT裝置出口主管上均設(shè)有噴淋洗凈塔（見圖4），2#高爐TRT出口也在2013年10月完成水封洗凈塔裝置改造。洗凈塔主要原理：煤氣從下方的入口管進(jìn)入噴淋塔內(nèi)，由入口管向塔體流動(dòng)過程中，因流通截面積突然擴(kuò)大，流速減緩。循環(huán)冷卻水由塔上部霧化噴淋裝置進(jìn)入，噴淋而下；煤氣由下向上運(yùn)動(dòng)，在噴淋洗滌段與水霧進(jìn)行充分接觸，完成煤氣降溫與洗滌。煤氣中的氯離子等酸性物質(zhì)會(huì)被吸收到循環(huán)冷卻水中，經(jīng)排水器排入積水坑或排水主管。而煤氣繼續(xù)上行進(jìn)入填料段，由填料脫除煤氣中的機(jī)械水后進(jìn)入出口管網(wǎng)。

圖4 TRT出口煤氣管道噴淋洗凈塔設(shè)置工藝圖

針對(duì)高爐煤氣酸性腐蝕現(xiàn)狀，采取相應(yīng)的腐蝕預(yù)防措施，特別是在高爐煤氣干式除塵系統(tǒng)出口后增設(shè)洗凈塔裝置，可明顯降低煤氣中Cl-含量，有效減輕管道及設(shè)備腐蝕問題。

5 結(jié)論

高爐煤氣全干式除塵技術(shù)在攀鋼釩一期高爐上的成功應(yīng)用，為企業(yè)節(jié)能減排、降低水資源消耗和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供了重要技術(shù)支撐。通過不斷進(jìn)行自主創(chuàng)新和技術(shù)改進(jìn)，攀鋼釩在高爐煤氣干式除塵的溫度控制、高溫濾料應(yīng)用、瓦斯灰氣力輸灰、煤氣管道防腐等方面取得較大突破，并在生產(chǎn)實(shí)踐中取得顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效℃。目前高爐煤氣干法袋式除塵技術(shù)應(yīng)用中尚有一些未解決技術(shù)難題，有待我們繼續(xù)進(jìn)一步去分析研究和完善。

[1]呂勇.全干式除塵及余壓發(fā)電工藝技術(shù)方案研究[J].冶金動(dòng)力，2006（4）.

[2]茍嘉川.攀鋼高爐煤氣干式除塵和余壓發(fā)電工藝優(yōu)化[J].四川冶金，2008，4（2）.

[3]張福明，毛慶武.高爐煤氣干法煤氣除塵技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐[C].中國(guó)鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排關(guān)鍵共性技術(shù)高級(jí)學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議文集，2012-7-12.

Application Practice of Full-dry Dedusting Technology for Blast Furnace Gas in Panzhihua Steel

QIN Yong
(The Energy Power Center of Pangang Group V-Ti Co.,Ltd.,Panzhihua,Sichuan 617062,China)

The full-dry dedusting and waste pressure power generating technologies were successfully applied in the three blast furnaces of Panzhihua Steel.The technological principle, main equipment and crucial techniques in the application process of the full-dry dedusting process are introduced,problems encountered during operation of the system are discussed and countermeasures are also put forward.

blast furnace gas;dry dedusting process;key technique;measure

TF547

B

1006-6764(2014)11-0019-05

2014－07－14

秦勇（1986－），男，畢業(yè)于北京科技大學(xué)熱能動(dòng)力工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事燃?xì)膺\(yùn)行技術(shù)管理工作。